Процессы старения асфальтобетона, его долговечность

Песок из отсевов дробления - неорганический сыпучий материал с крупностью до 5 мм, получаемый из отсевов дробления горных пород  при производстве щебня и из отходов  обогащения руд черных и цветных  металлов и металлических ископаемых и других отраслях промышленности.

Гранулометрический состав песка должен обеспечивать получение  смеси с другими минеральными материалами с наибольшей плотностью. Из этих соображений для приготовления  асфальтобетона применяют крупно и  среднезернистые пески.

Исходные данные:

· Песок кварцевый

• плотность - 2,62 г/смі
• содержание загрязняющих примесей – 1,5 %
• зерновой состав: Приложение 3

модуль крупности песка (М_к) без зерен размером крупнее 5 мм по формуле

 

 

 

где А_2,5, А_1,25, А₀₆₃, А₀₃₁₅, А₀₁₆ - полные остатки на сите с круглыми отверстиями диаметром 2,5 мм и на ситах с сетками № 1,25; 063; 0315, 016, %.

 

Мк=(20+40+60+85+98)/100=3,0.

 

 

2.3. Минеральный порошок

Минеральный порошок получают помолом известняков, доломитов  и других карбонатных пород с  прочностью не менее 20МПа и содержанием  загрязняющих и глинистых примесей не более 5%.

В ряде случаев, в качестве минерального порошка применяют  порошкообразные отходы промышленности – пыль уноса цементных заводов, золы ТЭЦ.

Минеральный порошок повышает прочность асфальтобетона, но увеличивает  его хрупкость, поэтому содержание минерального порошка в смеси  должно быть минимальным, достаточным  лишь для придания а/б нормативной прочности и плотности.

Функции минерального порошка:

• заполняет пустоты песчано-щебёночного каркаса и повышает плотность минеральной части;
• превращает нефтяной битум в асфальтовое вяжущее.

Для минеральных порошков существует ГОСТ 52129 – 2003 «Порошки», по которому классифицируют минеральные порошки:

МП – 1 – порошки из карбонатных  пород не активированные и активизированные, и из битуменозных пород;

МП – 2 – порошки из некарбонатных  пород, твёрдых и порошкообразных  пород промышленного производства.

Технические требования:

 · Тонкость помола должна быть такой, чтобы при мокром рассеве проходила через сито 1,25 – 100%;

0,315 – 90 ¸ 95%;

0,071 – 70¸80%;

· Пористость не более 35%;

· Набухание образцов из смеси порошка с битумом не более 2,5%;

· Влажность не более 1%.

Эти требования только для МП – 1.

Исходные данные:

· Минеральный порошок известняковый

• пористость – 25%
• плотность – 2.6 г/смі
• влажность – 0,5 %
• зерновой состав: Приложение 4, 5

[1]

2.4. Битум

Битумы - искусственные и природные  асфальтоподобные продукты, получаемые переработкой природных битумов, остатков от перегонки нефти, каменноугольной и сланцевой смол, а так же экстракты, извлекаемые органическими растворителями из торфа, бурого угля.

Битумы используются в строительстве, как кровельные, изоляционные и дорожные материалы. Находят применения битумы также в электротехнической и  литейной промышленности.

Природные битумы — это составная  часть горючих ископаемых. К ним  относятся естественные производные  нефти, образующиеся при нарушении  консервации её залежей в результате химического и биохимического окисления, например асфальты, кериты, мальты, озокериты и др. Добычу проводят главным образом карьерным или шахтным способом (Битуминозные пески).

Искусственные (технические) битумы —  это остаточные продукты переработки  нефти, каменного угля и сланцев. По составу сходны с природными битумами.

Битумы применялись в качестве строительного материала еще  в глубокой древности. За 3000 лет до нашей эры в Вавилоне и Ассирии, расположенных в междуречье Тигра и Евфрата, природный битум использовали в качестве цементирующего и водоизолирующего материала.

Органические вяжущие вещества делят на две основные группы: битумные и дегтевые.

К битумным материалам относятся следующие:

Природные битумы — вязкие жидкости или твердообразные вещества, состоящие  из смеси углеводов и их неметаллических  производных. Природные битумы получились в результате естественного процесса окислительной полимеризации нефти. Природные битумы встречаются в  местах нефтяных месторождений, образуя  линзы, а иногда и асфальтовые  озера. Однако природные битумы в  чистом виде встречаются редко, чаще они пронизывают осадочные горные породы.

Асфальтовые породы — пористые горные породы (известняки, доломиты, песчаники, глины, пески), пропитанные битумом. Из этих пород извлекают битум или их размалывают и применяют в виде асфальтового порошка.

Нефтяные (искусственные) битумы, получаемые переработкой нефтяного сырья, в  зависимости от технологии производства могут быть: остаточные, получаемые из гудрона путем дальнейшего  глубокого отбора из него масел; окисленные, получаемые окислением гудрона в  специальных аппаратах (продувка воздухом); крекинговые, получаемые переработкой остатков, образующихся при крекинге нефти.

Гудрон — остаток после отгонки  из мазута масляных фракций;

он является основным сырьем для  получения нефтяных битумов, используется в виде связующего вещества в дорожном строительстве.

К дегтевым материалам относят различные  виды дегтя и пеки.

Наиболее широкое применение органические вяжущие вещества получили в гидротехническом, дорожном, промышленно-гражданском  строительстве в виде кровельных, гидроизоляционных материалов, асфальтобетона, асфальтораствора, уплотняющих материалов. Органические вяжущие хорошо совмещаются с резиной и полимерами, что позволяет значительно улучшить качество битумных материалов в соответствии с требованиями современного строительства.

Возникла новая отрасль, производящая гидроизоляционные материалы (изол, бризол и др.) из вторичного резинового сырья. Изготовление рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов осуществляется на полностью механизированных поточных линиях непрерывного действия.

 

2.4.1. Методы испытания битумов

 

Для классификации товарных битумов  по сортам в зависимости от их качества разработаны и применяются различные  методы испытания. Эти методы утверждены стандартами разных стран.

 

Целью общепринятых методов испытания  качества битумов является определение  их консистенции, чистоты и теплостойкости. Для определения консистенции предложено много методов, позволяющих установить ее зависимость от вязкости. Битумы характеризуют и сравнивают по степени  текучести при определенной температуре  или по температуре определения  некоторых свойств.

 

К таким показателям, характеризующим  свойства твердых битумов, относятся  глубина проникания стандартной  иглы (пенетрация), температура размягчения, растяжимость в нить (дуктильность), температура хрупкости. Эти исследования, строго говоря, не эквивалентны прямому определению вязкости, но находят широкое практическое применение, потому что позволяют быстро характеризовать консистенцию битума. К основным показателям, характеризующим свойства битумов, можно также отнести адгезию, поверхностное натяжение на границе раздела фаз, когезию, тепловые, оптические и диэлектрические свойства. К числу сопоставимых показателей, кроме того, можно отнести потерю массы при нагревании и изменение пенетрации после него, растворимость в органических растворителях, зольность, температуру вспышки, плотность, реологические свойства.

 

Некоторые показатели определяют как  для исходного битума, так и  для битума после прогрева, который  имитирует процесс старения. Стандартами  задаются определённые значения показателей  качества, что отражает оптимальный  состав битума. Этот состав может быть различным для разных областей применения битумов.

 

 Пенетрация

Пенетрация — показатель, характеризующий глубину проникания тела стандартной формы в полужидкие и полутвердые продукты при определенном режиме, обусловливающем способность этого тела проникать в продукт, а продукта — оказывать сопротивление этому прониканию. Пенетрацию определяют пенетрометром, устройство которого и методика испытания даны в ГОСТ 11501—78; за единицу пенетрации принята глубина проникания иглы на 0,1 мм. Пенетрация дорожных нефтяных битумов различных марок при 25 °С, нагрузке 100 Г, в течение 5 сек составляет 40—300*0,1 мм, а при 0 °С, нагрузке 200 Г, в течение 60 сек— от 13 до 50*0,1 мм. Таким образом, в зависимости от температуры, нагрузки и длительности проникания иглы значение пенетрации существенно изменяется. Поэтому условия ее определения заранее оговаривают. Пенетрация косвенно характеризует степень твердости битумов. Чем выше пенетрация битума при заданной температуре размягчения и при заданной пенетрации — температура размягчения битума, тем выше его теплостойкость. Получить битумы с высокой теплостойкостью можно соответствующим подбором сырья, технологического способа и режима производства.

 

 Температура размягчения

Температура размягчения битумов  — это температура, при которой  битумы из относительно твердого состояния  переходят в жидкое. Методика определения температуры размягчения условна и научно не обоснована, но широко применяется на практике. Испытание проводят по ГОСТ 11506—73 методом «кольцо и шар» (КиШ), а также иногда методом Кремер — Сарнова.

Индекс пенетрации — показатель, характеризующий степень коллоидности битума или отклонение его состояния от чисто вязкостного. По индексу пенетрации битумы делят на три группы.

1) Битумы с индексом пенетрации менее -2, не имеющие дисперсной

фазы или содержащие сильно пептизированные асфальтены (битумы из крекинг-остатков и пеки из каменноугольных смол). Эластичность таких битумов очень мала или практически равна нулю.

2) Битумы с индексом пенетрации от - 2 до +2 (остаточные и

малоокисленные).

3) Битумы с индексом пенетрации более +2 имеют значительную эластичность и резко выраженные коллоидные свойства гелей. Это окисленные битумы с высокой растяжимостью.

 

 Температура хрупкости

Температура хрупкости — это  температура, при которой материал разрушается под действием кратковременно приложенной нагрузки. По Фраасу — это температура, при которой модуль упругости битума при длительности загружения 11 сек для всех битумов одинаков и равен 1100 кГ/см2 (1,0787-108 н/м2). Температура хрупкости характеризует поведение битума в дорожном покрытии: чем она ниже, тем выше качество дорожного битума. Окисленные битумы имеют более низкую температуру хрупкости, чем другие битумы той же пенетрации.

 

 Дуктильность

Растяжимость (дуктилъностъ) битума характеризуется расстоянием, на которое его можно вытянуть в нить до разрыва. Этот показатель косвенно характеризует также прилипаемость битума и связан с природой его компонентов. Дорожные нефтяные битумы имеют высокую растяжимость — более 40 см. Повышение растяжимости битумов не всегда соответствует улучшению их свойств. По показателю растяжимости нельзя судить о качестве дорожных битумов, так как условия испытания (растяжение со скоростью 5 см/мин) отличаются от условий работы битума в дорожном покрытии.

Растяжимость битумов при 25 °С имеет максимальное значение, отвечающее их переходу от состояния ньютоновской жидкости к структурированной. Чем больше битум отклоняется от ньютоновского течения, тем меньше его растяжимость при 25°С, но достаточно высока при 0°С. Битум должен обладать повышенной растяжимостью при низких температурах (0 и 15°С) и умеренной при 25°С.

Методика и устройство прибора  для определения растяжимости битумов  приведены в ГОСТ 11505—75.

 

Вязкость

Вязкость битумов более полно  характеризует их консистенцию при  различных температурах применения по сравнению с эмпирическими  показателями, такими, как пенетрация и температура размягчения. Ее легко и в более короткий срок можно измерить при любой требуемой температуре производства и применения битума. Желательно, чтобы битум при прочих равных показателях обладал наибольшей вязкостью при максимальной температуре применения и имел как можно более пологую вязкостно-температурную кривую. При температуре ниже 40 °С битум подобен твердообразным системам, при температурах от 40 до 140 °С — структурированным жидкостям, при температуре выше 140 °С — истинным жидкостям. Битумы ведут себя как истинная жидкость, когда их вязкость понижается до 102— 103пз.

Вязкость битумов определяют в  вискозиметрах Энглера, Сейболта и Фурола, методом падающего шара, в капилляре Фенске, на ротационном вискозиметре, реовискозиметре, консистометре и др. Дорожные битумы разделяют на вязкие и жидкие.