Проектирование состава асфальтобетона

     В зависимости от зернового состава песок подразделяют на группы крупности: 1-ый и 2-ой классы.

     Песок должен быть чистым – содержание пылевато-глинистых частиц ограничивается. Для крупного песка первого класса содержание пылевато-глинистых частиц по массе не более 3%.

     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.

     Использование песка с острогранной поверхностью способствует лучшему сцеплению битума с каменным материалом, повышению сдвигоустойчивости и шероховатости асфальтобетонных покрытий. Поэтому при приготовлении асфальтобетонных смесей целесообразно использовать смесь природного песка с песком из отсевов дробления.

Исходные данные:

Песок кварцевый 

- плотность – 2,6 г/см³

- содержание загрязняющих примесей – 2

- зерновой состав:

 

Полные остатки на контрольных  ситах, %
5	2.5	1.25	0.63	0.315	0.16	< 0.16
0	14	22	42	75	85	100
Полные просевы, %
100	86	78	58	25	15	0

 

Модуль крупности :

Мк=(А2,5+А1,25+А0,63+А0,315+А0,16)/100=

(14+22+42+75+85)/100=2,38 – песок средний второго класса.

 

Вывод: песок кварцевый пригоден для приготовления асфальтобетонной смеси и соответствует требованиям  ГОСТ.

 

 

2.3 Минеральный  порошок:

 

Минеральный порошок представляет собой дисперсный материал с преобладающим размером частиц мельче 0,071 мм. Расход минерального порошка в асфальтобетоне невелик (4…20%), но на него приходится 90-95% общей  поверхности минеральных материалов асфальтобетонных смесей, что обусловлено  его высокой дисперсностью. Поэтому  минеральный порошок способствует перераспределению битума в сторону  увеличения его вязкости.  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 изе сравнительно нев 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 – 32%

- плотность – 2,7 г/см³

- влажность – 0,7 %

- зерновой состав:

 

Полные остатки на контрольных  ситах, %
1.25	0.63	0.315	0.16	0.071	< 0.071
0	4	7	22	25	100
Полные просевы, %
100	96	93	78	75	0

 

   Вывод: Мин. порошок соответствует требованию ГОСТ по полным просевам и пористости по объему.

 

2.4 Битум:

     Это органическое вяжущее вещество, состоящее из высокомолекулярных углеводородов нефтенового, метанового и ароматических рядов и их кислородных, сернистых и азотистых производных.

     В данном  варианте был выбран битум  марки БНД 90/130, по причине того, что во второй дорожно–климатической зоне предпочтительнее всего устраивать верхние слои покрытий из асфальтобетона на менее вязком битуме, который обладает более высокой трещиностойкостью при низких зимних температурах.

     Битумы  марок БН, которые классифицируют  по тому же принципу, что и   битумы марок БНД, то есть  по интервалу изменения глубины  проникания иглы (пенетрации) при 25°С. Однако свойства их существенно отличаются.  Для битумов марки БН не нормируется такое важное свойство, как растяжимость (дуктильность) при 0°С, от которого зависит трещиностойкость асфальтобетона. Асфальтобетоны на битумах марок БН менее устойчивы к воздействию климатических факторов и, прежде всего, отрицательной температуре.

     Исходя  из всего вышесказанного, можно  сделать окончательный вывод  о том, что в условиях второй  дорожно - климатической зоны целесообразно применять битумы марки БНД, а именно БНД 90/130.

Глава 3  « Расчёт состава минеральной части»

 

     Одним из важнейших факторов  определяющих требуемое качество  асфальтобетона, является правильный  выбор рационального соотношения  между минеральными компонентами  смеси (щебнем, песком и минеральным  порошком), обеспечивающего оптимальную  плотность (пористость) его минерального  состава.

     Расчёт состава минеральной части  асфальтобетона может осуществляться  несколькими методами: по кривым  плотных смесей (табличный или  аналитический), графическим, графоаналитическим  с использованием ЭВМ. Независимо  от выбранного способа расчёта  состава асфальтобетонных смесей, основным показателем правильности  расчёта минеральной части является  получение смеси с минимумом  пустот.

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет количества щебня.

 

     В соответствии с требованиями ГОСТ  9128-97 для плотных асфальтобетонов типа  Б  щебня должно быть в смеси 40-50 %. Среднее значение этого диапазона

Щ=(30+40) / 2=35 %

Поскольку зерен  крупнее 5 мм в щебне содержится 94 %, а в других компонентах (песке) фракции крупнее 5 мм нет, то щебня требуется

Щ =(35 / 94)100=37

Полученное значение записываем в табл.3.1 и рассчитываем  содержание в смеси каждой фракции щебня (берут 45 % от значения каждой фракции щебня ).

Расчет количества минерального порошка

     На основании требований ГОСТ 9128-97 (табл.4.3 ) определяем, что частиц мельче 0,071 мм в минеральной части асфальтобетона  должно  быть  в пределах  8-14 % . Для расчета можно принять 12%. Если в минеральном порошке содержится 75% частиц мельче 0,071 мм, то минерального порошка в смеси должно быть

МП=(12/ 75)*100 = 16

Количество песка в смеси  составит

 

П=100 - (Щ+МП)=100 - (37+16) =47   

 

     Вывод: Подобран состав минеральной части со следующими значениями: щебня – 37 %, песка – 47 %, минерального порошка – 16%.

 

     Графический метод позволяет  определять состав асфальтобетонной  смеси более точно. Его основным  достоинством является то, что  в результате построений образуется  большая зона, что  позволяет  точнее определить состав асфальтобетонной смеси.

 

	Количество частиц мельче данного размера, %
Марка	40	20	15		10	5	2.5	1.25	0.63	0.315	0.16	0.071
	Исходные данные
Щебень	100	98		92	55	6	0	0	0	0	0	0
Песок	100	100		100	100	100	86	78	58	25	15	0
Минерал. порошок	100	100		100	100	100	100	100	96	93	78	75
	Расчётные данные
Щебень  40	40	39,2		36,8	22	2,4	0	0	0	0	0	0
Песок  48	48	48		48	48	48	41,28	37,44	27,84	12	7,2	0
Минеральн. Порошок 12	12	12		12	12	12	12	12	11,52	11,16	9,36	9
Итого:	100	99,2		96,8	82	62,4	53,28	49,44	39,36	23,16	16,56	9
Требования ГОСТ 9128-97 Тип В непрерывный	90-100	90-100		85-100	75–100	60-70	48-60	37-50	28-40	20-30	13-20	8-14

Таблица 3.1 

Глава 4 «Выбор оптимального содержания битума»

Оптимальным называется такое количество битума в смеси, при котором прочность  асфальтобетона максимальна, а пористость и водонасыщение не выходят за пределы норм, регламентируемых требованиями ГОСТ 9128 – 97. Избыток битума в смеси  снижает прочность, сдвигоустойчивость, пластичность асфальтобетона, что приводит к образованию сдвигов покрытия в жаркую погоду. Асфальтобетон с избытком битума характеризуется малой величиной водонасыщения. Недостаток битума снижает прочность, водо- и морозостойкость (коррозионную стойкость) асфальтобетона.

Оптимальное количество битума в асфальтобетонной смеси можно определить двумя  методами:

• испытывая пробные составы смесей с разным количеством битума, в такое его содержание, которое обеспечивает наибольшую прочность асфальтобетона и остаточную пористость, нормированную стандартом;
• найти расчётом и опытными пробами такое количество битума в смеси, при котором будет получена остаточная пористость, назначенная проектировщиком.

По первому методу для определения  оптимального количества битума асфальтобетонной смеси из минеральных материалов, взятых в расчётных соотношениях, готовят не менее трёх смесей с  разным количеством битума. Интервал изменения содержания битума в смеси  принимается обычно 0,5%

Рекомендуемое содержание битума в  горячих, высокоплотных асфальтобетонных смесях для типа В – 6¸ 7 %. Я выбираю 6 %.

По  результатам графического метода я  получил точное содержание

- щебня  – 40%

- песка   – 48%

- минерального  порошка – 12%

Исходные данные

g ,г	g1,г	g2,г	g3,г	R20,МПа	R50,МПа	Rв,МПа
645	370	646	651	4,6	1,9	4,4

g  - масса образца, взвешенного на воздухе(mобр)

g1 – масса образца, выдержанного в воде 30 мин, и взвешенного в воде

g2 –масса того же образца, но  взвешенного на воздухе

g3 - масса насыщенного водой образца, взвешенного на воздухе

Размеры образца:

d = 50.5 мм

h = 50.5 ± 1 мм

F = 20 см²

     Для определения оптимального  содержания битума в асфальтобетоне  мы готовим три замеса битума  с разным его количеством. 

 

Температура нагрева:

- битума 130 - 150ºС

- щебня  и песка 150 – 170ºС

- смеси  140 - 160ºС.

- формы  90 - 100ºС

     Уплотнение смеси происходит  на прессе при давлении 40 МПа  (8 тоннах).

 

Коэффициент водостойкости асфальтобетона

Определяем  по формуле:

Квод = Rв/R20,

где  Rв – предел прочности водонасыщенного образца,

R20 – предел прочности при сжатии при температуре 20ºС.

Квод = 4,4/4,6 = 0,9565

 

Определение пористости минеральной  части

Определяем  по формуле:

Vºм.ч = (1 - r°m / r°) · 100%,

где  r°m – средняя плотность минеральной части асфальтобетона [г/см³]

r° - истинная плотность минеральной части асфальтобетона

r°m = rm / (1 + 0,01qб)

где  rm – средняя плотность асфальтобетона,

qб – массовая доля битума  в смеси, %

rm = g/ (g2 – g1)

rm = 645/ (646 – 370) = 2, 34 г/см³

r°m = 2, 34 / (1 + 0, 01·6) = 2, 207 г/см³

r° = 100 /(qщ /pщ + qп /pп + qмп/pмп),

где qщ, qп, qмп – соответственно массовые доли щебня, песка, минерального порошка,

pщ, pщ, pмп – соответственно плотности щебня , песка, минерального порошка

r°= 100 /(40/2.68 + 48/2.6 + 12/2.7) = 2,64 г/см³

Vм.ч = (1 – 2, 207/ 2, 64) · 100% = 16, 4%

Водонасыщение по объёму

Определяем  по формуле:

W = (g3 – g)/ (g2 – g1) ·100%

W = (651 – 645)/ (646 - 370) ·100% = 2,17%

Остаточная пористость

Vºпор = (1 - rm /r) ·100%,

где p – истинная плотность асфальтобетона

p = (qм + qб)/ (qм/pº + qб/pб)

p = (100 + 6)/ (100/2, 64 + 6/1) = 2, 41 г/см³

Vºпор = (1 – 2, 34 /2, 41) ·100% = 2, 9 %

 

Показатели	Результаты испытаний	Требования ГОСТ  для  типа Б, марки 1
1. Предел прочности при  сжатии
При 50ºС	1,9	Не менее 1,0
При 20ºС	4,4	Не менее 2,5
2. Коэффициент водостойкости	0,9565	Не менее 0.9
3. Пористость минерального состава, %	16,4	Не более 19
4.Остаточная пористость	2,9	2,5 – 5,0
5.Водонасыщение	2,17	1,5 – 4%

 

 

 

Вывод: на основании результатов испытаний и требований ГОСТ9128 – 97 получили, что количество битума в смеси 6% – оптимальное.