Процессы старения асфальтобетона, его долговечность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1. Введение……………………………………………………3
2. Глава 1. Выбор вида, типа и марки асфальтобетона……4
3. Глава 2. Оценка качества исходных материалов………10
4. 2.1. Крупный заполнитель (щебень)…………………….10
5. 2.2. Мелкий заполнитель (песок)………………………..11
6. 2.3. Минеральный порошок……………………………...13
7. 2.4. Битум………………………………………………….14
8. 2.4.1. Методы испытания битумов…..…………………..16
9. 2.4.2. Применение и требования к качеству…………….21
10. 2.4.3. Основные физические и химические свойства,

состав и строение…………………………………………22

11. Глава 3. Процессы старения асфальтобетона,

его долговечность………………………………………....27

12. Выводы…………………………………………………….38
13. Приложения………………………………………………..39
14. Список литературы………………………………………..43

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Автомобильные дороги занимают важное место в развитии экономики  любой страны.

С середины 20 века наибольшее распространение на автомобильных  дорогах получили асфальтобетонные покрытия.

Асфальтобетон - строительный материал в виде уплотнённой смеси щебня, песка, минерального порошка и битума. Перед смешением составные части высушивают и нагревают до температуры 100-160°С. Различают следующие виды асфальтобетона: горячий, содержащий вязкий битум, укладываемый и уплотняемый при температуре не ниже 120°C; тёплый - с маловязким битумом и температурой уплотнения 40-80°C; холодный - с жидким битумом, уплотняемый при температуре окружающего воздуха, но не ниже 10°C.

 Асфальтобетон может  быть крупно, средне, мелкозернистым  и песчаным (наибольшая крупность  зёрен, соответственно, 40-25-15-5 мм). Он  применяется для покрытий дорог,  аэродромов, эксплуатируемых плоских  кровель, в гидротехническом строительстве.  В зависимости от нагрузок  и климатических условий к  асфальтобетону предъявляются соответствующие  требования по плотности, прочности,  сдвигоустойчивости, водостойкости. Для приготовления используют фракционированные минеральные материалы и битумы, качества которых регламентируются государственными стандартами.

 

 

 

 

Глава 1. Выбор вида, типа и марки асфальтобетона

Выбор вида, типа и марки  асфальтобетона необходимо выполнять  в соответствии с требованиями ГОСТ 9128 – 97

Основные параметры и  показатели:

1. В зависимости от  вида минеральной составляющей  подразделяют на щебеночные, гравийные и песчаные.

2.Смеси в зависимости  от вязкости используемого битума  и температуры при укладке подразделяют на:

- горячие, приготавливаемые  с использованием вязких и  жидких нефтяных дорожных битумов и укладываемые с температурой не менее 120 °С;

- холодные, приготавливаемые  с использованием жидких нефтяных  дорожных битумов и укладываемые с температурой не менее 5 °С.

3. Горячие и холодные  смеси-асфальтобетоны

а) Горячие смеси и асфальтобетоны в зависимости от наибольшего размера минеральных зерен подразделяют на:

крупнозернистые с размером зерен  до 40 мм;

мелкозернистые  »  »  »  до 20 мм;

песчаные  »  »  »  до 5 мм.

 Асфальтобетоны из  горячих смесей в зависимости  от величины остаточной пористости  подразделяют на виды:

высокоплотные  с остаточной пористостью  от 1,0 до 2,5 %;

плотные  »  »  »  св. 2,5 до 5,0 %;

пористые  »  »  »  св. 5,0 до 10,0 %;

высокопористые »  »  »  св. 10,0 до 18,0 %.

б) Холодные смеси подразделяют на мелкозернистые и песчаные.

 Асфальтобетоны из  горячих смесей в зависимости  от величины остаточной пористости  подразделяют на виды:

высокоплотные  с остаточной пористостью  от 1,0 до 2,5 %;

плотные  »  »  »  св. 2,5 до 5,0 %;

пористые  »  »  »  св. 5,0 до 10,0 %;

высокопористые »  »  »  св. 10,0 до 18,0 %.

Асфальтобетоны из холодных смесей должны иметь остаточную пористость свыше 6,0 до 10,0 %.

4. Щебеночные и гравийные горячие смеси и плотные асфальтобетоны в зависимости от содержания в них щебня (гравия) подразделяют на типы:

А  с содержанием щебня  св. 50 до 60 %;

Б »  »  »  св. 40 до 50 %;

В »  »  »  св. 30 до 40 %.

Щебеночные и гравийные  холодные смеси и соответствующие  им асфальтобетоны в зависимости  от содержания в них щебня (гравия) подразделяют на типы Бх и Вх.

Горячие и холодные песчаные смеси и соответствующие им асфальтобетоны в зависимости от вида песка подразделяют на типы:

Г и Гх - на песках из отсевов дробления, а также на их смесях с природным песком при содержании последнего не более 30 % по массе;

Д и Дх - на природных песках или смесях природных песков с отсевами дробления при содержании последних менее 70 % по массе.

Высокоплотные горячие смеси  и соответствующие им асфальтобетоны содержат щебень свыше 50 до 70 % Горячие  и холодные песчаные смеси и соответствующие  им асфальтобетоны в зависимости  от вида песка подразделяют на типы:

Г и Гх - на песках из отсевов дробления, а также на их смесях с природным песком при содержании последнего не более 30 % по массе;

Д и Дх - на природных песках или смесях природных песков с отсевами дробления при содержании последних менее 70 % по массе.

Высокоплотные горячие смеси  и соответствующие им асфальтобетоны содержат щебень свыше 50 до 70 %.

Проектирование асфальтобетона:

Анализ условий работы проектируемого асфальтобетона в конструкции (транспортные нагрузки, максимальные уклоны, геолого-климатические условия);

Выбор способа производства работ в зависимости от погодно-климатических  условий и района строительства;

Выбор исходных материалов;

Расчёт состава асфальтобетона:

а) расчёт состава минеральной  части по кривым плотных смесей:

цель - получить минеральный  состав с минимальным количеством  пустот.

Составы могут быть непрерывные  и прерывистые.

б) определение оптимального количества битума:

определяем опытным путём:

· готовят смеси с разным количеством битума

щебень и песок нагревают  до 150 - 170°С,

битум до 130 - 150°С,

смесь до 140 - 160°С.

· уплотняют при давлении 40 МПа.

Приготовление и испытание  контрольной смеси:

определяют физико-механические показатели и сравнивают с требованием  ГОСТ.

Технические требования к  дорожному асфальтобетону из горячих, плотных смесей:

В зависимости от качественных показателей а/б разделяют на три сорта (марки):

Предел прочности при  сжатии:

· при 20°С Þ R20, МПа

· при 50°С Þ R50, Мпа - характеризует здвигоустойчивость

· при 0°С Þ R0, Мпа - характеризует хрупкость;

1. Коэффициент водостойкости:

Кв = Rв/R20, где Rв - предел прочности водонасыщенного образца;

2. Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении:

Квд = Rвд, где Rвд - прочность образца после насыщения, в течение 15суток;

4. Водонасыщение по объёму, % [1 ¸ 4]%;

5. Пористость минерального остова:

· для типов А и Б не более 19%

· для типов В, Г, Д не более 22%

1. Остаточная пористость, % по объёму [2 ¸ 5]% - для плотных а/б.

Этапы формирования структуры асфальтобетона:

1. Период активного структурообразования протекает в момент объединения битума с минеральным материалом.
2. Сближение структурных элементов смеси при её укладке и уплотнения.
3. Период стабилизации микроструктурных связей в асфальтобетоне при эксплуатации покрытия.
1. Повышение вязкости битума при охлаждении.
1. Повышение вязкости битума за счёт улетучивания лёгкого углеводорода, за счёт стабилизации ориентированных молекул битума или при появлении новообразования в зоне контакта.

Доуплотнение под действием транспорта.

На стадии разработки проекта  автомобильной дороги выбирают асфальтобетон  определенной разновидности, конкретно  для каждого конструктивного  слоя дорожной одежды.

В верхних слоях покрытий на дорогах всех категорий используют только плотный асфальтобетон.

Нижние слои покрытий на дорогах I – II категорий устраивают из пористого асфальтобетона, а на дорогах III – IV категорий – из высокопористого асфальтобетона.

В верхних слоях оснований  можно использовать как пористый, так и высокопористый асфальтобетоны.

При стадийном строительстве  нижний слой покрытий устраивают, как  правило, из плотного крупнозернистого асфальтобетона. Вид и тип плотного асфальтобетона для верхних слоев покрытий назначают в зависимости от

категории дороги и климатических  условий района строительства. Приложение 1 

Глава 2. Оценка качества исходных материалов

2.1. Крупный заполнитель (щебень)

 

          Для приготовления щебня используют прочные морозостойкие магматические, метаморфические и осадочные горные породы, а также прочные и морозостойкие медленно охлаждённые металлургические шлаки.

Прочность при сжатии горных пород  должна быть не менее 100…120 МПа, а осадочных  карбонатных пород металлургических шлаков - не менее 80…100 МПа.

Показатель прочности при износе в полочном барабане для щебня  из горных пород не более25…35%, а для  шлаков - не более 35%. Марки по износу бывают: И1, И2, И3, И4.

Щебень для асфальтобетонных смесей должен быть чистым, (по ГОСТ 8267 п.4.71 таблица 9) не допускается содержание глинистых и пылеватых частиц свыше 1%.(т.к. в соответствии с ГОСТ 25100 щебень гранитный является магматической породой) Форма зёрен щебня должна быть приближена к тетраэдальной и кубовидной, а поверхность к - шероховатой, что повышает внутреннее трение и прилипание вяжущего. Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы в щебне и гравии должно быть, % по массе, не более:

15 - для смесей типа А и высокоплотных;

25 - для смесей типов Б, Бх;

35 - для смесей типов В, Вх.

 Щебень для а/б смесей  должен выдерживать без разрушения  не менее 50 циклов переменного  замораживания и оттаивания, а  для нижнего слоя покрытия - не  менее 25 циклов. Отсюда марки морозостойкости:  F20, F25, F50.

Исходные данные:

· Щебень гранитный

• плотность - 2,7г/смі
• марка по прочности при раздавливании в цилиндре - 1000
• марка по износу в полочном барабане – ИII
• марка по морозостойкости –F100
• зерновой состав: Приложение 2
• содержание зёрен пластинчатой и игловатой формы, %

фр. 5 - 10 мм – 16%

фр. 10 - 20 мм – 14%

 

Содержание зёрен пластинчатой и игловатой формы = (16*41+14*51)/(41+51)=14,89%(<25%).

 

2.2. Мелкий заполнитель (песок)

Для приготовления асфальтобетонных смесей применяют природные и  дроблёные пески, и отсевы продуктов  дробления горных пород и гравия. Песок должен быть чистым и содержать  пылевато-глинистых частиц не более 3% по массе.

Природный песок - неорганический сыпучий материал с крупностью до 5 мм, образовавшийся в результате естественного  разрушения скальных горных пород и  получаемый при разработке песчаных и песчано-гравийных месторождений  без использования специального обогатительного оборудования.

Дроблёный песок получают дроблением скальных пород или кристаллических  металлургических шлаков. В зависимости  от прочности исходной горной породы дроблёный песок делят на две  марки: 800 и 400. Для первой из них применяют  горные породы с прочностью при сжатии не ниже 80 МПа, а второй - не ниже 40 МПа.