Распред-е битума в а/б и его взаимод-е с мин мат-ми.

Процесс приготовления а/б смеси рассчитан на равномерное распределение вяжущего и полное покрытие каждого минерального зерна пленкой битума, при неполном покрытии из-за недостатка битума а/б разрушается во влажной среде в следствии проникания воды через открытые места под битумную пленку и вытеснение ее с поверхности.

Избыток битума ухудшает равномерное распределение вяжущего за счет миграции части битума при уплотнении смеси из зоны повышенного напряжения в зоны малого напряжения. Равномерное распределение битума в а/б решающим образом влияет на прочность, устойчивость и долговечность покрытия.

Удельную поверхность зерен можно выразить в следующем виде S=k/Ag_m

k- коэффициент формы зерен

А- линейные размеры зерен

g_m- плотность минерального материала

Общая поверхность минеральной части а/б складывается из поверхности мин. порошка, песка, щебня. S_см=S_мп+S_п+S_щ Чем меньше размер минеральных частиц тем больше поверхность минеральной части. При содержании мин. порошка в смеси в количестве от 5 до 10% на его долю приходится от 60 до 80% от общей поверхности минеральной части.

Распределение битума в а/б взаимосвязано с удельной поверхностью минеральных зерен следующей зависимостью d=аБ/Sg_б

d- толщина битумной пленки на минеральных зернах.

а- переводной коэффициент.

Б- количество битума в % от массы минеральной части.

S- удельная поверхность зерен минерального материала м²/кг.

g_б- плотность битума (0,991-1,07).

d=АаБg_m/кg_б из полученной зависимости следует что толщина пленки прямо пропорционально количеству битума и величины зерен смеси. Толщина битумной пленки также взаимосвязана с вязкостью исходного битума. С изменением вязкости битума от марки БНД 90-130 до БНД 200-300 толщина пленки на зернах уменьшается на 10%.

Взаимодействие битума с минеральными компонентами в а/б явл. определяющим в получении материала с заданными св-вами, под взаимодействием подразумевается весь комплекс процессов происходящих при длительном контакте этих матерьялов, к ним относятся:

1. Физические процессы или физические взаимодействия которые обуславливают способность вяжущего отсорбироваться на поверхности минеральных зерен в результате формируется слои повышенной концентрации высокомолекулярных составляющих битума, кроме того на границе раздела битум минерального матерьяла проявляет свои действия мешь молекулярные силы минерального материала, попадая в зону действия которых битум претерпевает структурные изменения образуя цепочки высоко молкулярных соединений перпендикулярных к поверхности зерна.

По мере удаления от зерна прочность падает и вяжущие приобретает св-ва свободного битума. В ориентировочном слое битума выделяют 3 зоны с характерной структурной и физико-механическими св-вами: твердообразную, структурированную, дифоризную.

2. Хемосорбционные процессы или химическое взаимодействие приводит к образованию на границе раздела фаз новых химических соединений. Обычно эти процессы возникают при объединении минеральных материалов с битумом.

Происходит реакция с образованием соединений не растворимых в воде поэтому битумные пленки на поверхности минеральных частиц устойчивы к воздействию воды. Данный процесс в основном наблюдается при перемешивании битума с основными или карбонатными породами. Если в качестве заполнителя используется кислые минеральные матерьялы такие соединения необразуют прочное сцепление битумной пленки пониженное особенно в пресудствии воды. Для образования в этом случае химических соединений в битум вводя катионо активные ПАВ которые увеличивают отгезионные свойства (АМДОР 9 АД1).

3. Фильтрация битума и его компонентов в нутрии минеральных зерен зависит главным образом от пористости материала. По макро порам внутрь зерен фильтруется объемный битум. Наиболее подвижный компонент битума масла проникают по капелярам во внутрь зерна на наибольшую глубину. Поверхностный слой битума на таких зернах обогащен осфальтенами в следствии чего битумные пленки становятся более жесткими и менее эластичными. В конечном итоге это приводит к переходу а/б в хрупкое состояние.

При применении таких минеральных материалов стараются увеличивать вязкость битума на 10-15% по сравнению с плотными породами.

Стр-ра а/б

Структуру а/б целесообразно рассматривать как трех компонентную систему состоящую из микро, мезо и макро структур.

- Микро структура. Структура асфальтного вяжущего ве-ва который отражает взаимодействие битума с мин. порошком. Прочность микро структуры резко изменяется в зависимости от содержания мин. порошка. Оптимальное количество вяжущего взаимосвязано с его вязкостью.

- Мезо структура асфальтового раствора (песок + асфальто вяжущие). Данная структура в значительной степени определяет прочность, деформативность и плотность а/б. При введении в асфальто вяжущее вещество песка прочность снижается это связано с повышением неоднородности смеси и появление в системе объемного битума.

- Макро структура. Это структура а/б (щебень + асфальтовый раствор) которая характеризуется щебнем как основным структурно-образующим элементом. Структурно-образующая роль щебня значительно отличается от роли мин. порошка, его основное назначение заключается в формировании пространственного каркаса обеспечивающее прочность а/б.

При незначительном содержании щебня св-ва а/б определяются св-вами асфальтного раствора т.к. зерна щебня явл. отдельными вкраплениями «плавающими» в растворной части. Более того введение 10-20% щебня может привести к снижению прочности а/б за счет снижения однородности системы.

При увеличении содержания щебня возникают отдельные контакты между зернами через такие пленки ориентированного битума. Прочность битумных слоев настолько велика что битум под нагрузкой практически не вытесняется.

Если нагрузки при уплотнении велики возможно разрушение зерен от сосредоточенных контактных соединений, при этом разрушается битумная пленка и возникают конденсационные связи в зоне контакта минеральных частиц. Формировании таких связей наступает при содержании щебня более 45%, при увеличении содержания щебня до 60-65% в а/б формируется пространственный каркас межзерновые пустоты данного каркаса заполнены асфальтным раствором.

Расчет состава а/б

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:1) по кривым плотных смесей (табличный или аналитический), 2)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.

1)Достоинства метода: он более точен, позволяет наглядно убедится в правильном подборе минеральной части по графическому изображению плавной кривой, лежащей в границах ГОСТа.

Недостатки метода: зачастую приходится несколько раз выполнять расчет, потому что процентное соотношение, проходящее по требованиям для мелких фракций, не проходит для более крупных.

2) Граф метод. Графический метод позволяет определять состав асфальтобетонной смеси точнее, чем методом кривых смесей, но его основным недостатком является то, что в результате построений образуется большая зона неправильной формы, что не позволяет точно определить её центр, а значит и со сто процентной точностью состав асфальтобетонной.

Из литературных источников известны следующие методы проектирования состава асфальтобетона:

- по объему воздушных пор и минимальному количеству битумного вяжущего в образцах, уплотненных по Проктору (метод Хаббарда-Филда);

- по прочностным показателям лабораторных образцов, испытываемых на приборах Хвима, Смита и др.;

- по остаточной пористости образцов, уплотненных и испытанных на приборах Маршалла;

- по асфальтовому вяжущему веществу (метод проф. П.В. Сахарова);

- по растворной части (метод Московского Ушосдора);

- по предельным кривым плотных смесей на основе исследований проф. Н.Н. Иванова (метод Союздорнии);

- по удельной поверхности и модулю насыщенности смеси вяжущим веществом (метод М. Дюрье);

- по заданным эксплуатационным условиям работы покрытия (метод проф. И.А. Рыбьева и другие современные методы).

При многообразии перечисленных выше методов неизменными остаются основные принципы проектирования смеси, ориентированные на обеспечение требуемых качественных признаков асфальтобетона, которые были сформулированы еще в начале прошлого века [1]. Качество асфальтобетона определяется в конечном итоге эксплуатационными свойствами и долговечностью устраиваемых дорожных покрытий. По способам достижения качественных признаков разрабатываемых составов асфальтобетонных смесей можно выделить два направления.

Первое направление ориентируется на получение асфальтобетонных смесей с непрерывной гранулометрией минеральной части (по типу Макадам) и обеспечивает устойчивость покрытий в основном за счет расклинивания крупных зерен щебня более мелкими фракциями. К положительным качествам таких смесей относят высокую шероховатость и сдвигоустойчивость в покрытии, малую чувствительность свойств асфальтобетона к случайным колебаниям содержания минерального порошка и битума. достаточно высокую технологичность и удобоукладываемость в процессе устройства дорожного покрытия [2], Для приготовления смесей типа битумных Макадам рекомендуют применять прочные каменные материалы с дробленой формой зерен. Кривая зернового состава минеральной смеси таких смесей обычно соответствует кубической параболе. Покрытие из уплотненной смеси, как правило, характеризуется открытой пористостью, поэтому особенно важно применять в этих смесях такие битумы, которые являются устойчивыми к старению и обладают хорошим сцеплением с поверхностью минеральных зерен.

Второе направление базируется на подборах асфальтобетонных смесей по принципу плотного бетона. В этих смесях допускается применять минеральные материалы с прерывистой гранулометрией и окатанной формой зерен. При уплотнении таких смесей чаще достигается замкнутая пористость асфальтобетона, которая обеспечивает относительно более высокую водо- и морозостойкость покрытия. В то же время смеси, характеризующиеся прерывистой гранулометрией минеральной части, в большей степени склонны к сегрегации. Им также свойственна более высокая восприимчивость к случайным колебаниям содержания минерального порошка и битума, что негативно отражается на показателях физико-механических свойств асфальтобетона. Устраиваемые из таких смесей дорожные покрытия обычно обладают низкой шероховатостью.

Процесс проектирования состава асфальтобетонной смеси можно условно разделить на три этапа:

- на первом этапе определяют свойства минеральных материалов и битума и устанавливают соответствие их показателей специальным требованиям, которые регламентированы соответствующими техническими документами;

- на втором этапе устанавливают рациональное соотношение между исходными составляющими, которое обеспечивает получение асфальтобетона с заданными свойствами, причем в особых случаях дополнительно проводят сопоставительные исследования и испытания асфальтобетонов доступными нестандартными методами для выявления преимуществ оптимального состава по долговечности и эксплуатационным свойствам;

- на заключительном этапе рекомендуется производить технико-экономическое сравнение вариантов подобранных составов смесей и апробирование их на асфальтобетонном заводе.

Выбор оптимального состава асфальтобетона принято производить в зависимости от свойств исходных материалов, характера автомобильного движения и климатических условий местности, что всегда являлось определяющим условием строительства долговечных асфальтобетонных покрытий

Технология производства а/б

Асфальтобетонная смесь состоит из битума, наполнителя (несколько фракций щебня) и минерального порошка. Технологический процесс состоит в приготовлении горячей асфальтобетонной смеси из битума, наполнителя и минерального порошка в определенной пропорции после взвешивания на электронных весах и имеющей определенный фракционный состав и температуру.

Технологический процесс состоит из нескольких этапов:

1. При помощи погрузчиков различные фракции щебня или песка загружаются в бункерные секции. После того как количество материала в секциях примерно выравнивается, материал при помощи конвейера поднимается в сортировочное устройство. После сортировки различные фракции попадают в сушилку, в соответствии с рецептурой смеси. После этого через регулируемое отверстие внизу сушилки

наполнитель попадает в весовой бункер, где происходит взвешивание. Система управления взвешиванием состоит из электронных весов, электронного сенсора, регулируемого отверстия, пневматического цилиндра, соленоидного клапана который контролирует количество каждой фракции, открывая или закрывая отверстие. После взвешивания материал направляется в смеситель.

2. Горячий битум при помощи конвейера направляется в смеситель. Затем, после взвешивания в весовом бункере, впрыскивается в смесительный цилиндр в соответствии с рецептурой.

3. Минеральная смесь также направляется через весовой бункер в смесительный цилиндр.

В смесителе происходит смешивание трех компонентов в соответствии с заданной рецептурой.

Контроль кач-ва а/б

Следует разделять входной, операционный и приемочный контроль.

При входном контроле устанавливают соответствие качества исходных материалов каждой поступающей на АБЗ партии стандартам.

Операционный контроль осуществляют не реже 1 раза в 10 смен, определяя зерновой состав щебня (гравия), песка, материалов из отсевов дробления и минерального порошка, содержание пылевидных и глинистых частиц в щебне (гравии) и песке, влажность неактивированного минерального порошка и порошковых отходов промышленности, гидрофобность активированного минерального порошка. Для испытаний отбирают пробы со склада.

Контролируя качество битума, определяют глубину проникания иглы при 25°С и температуру размягчения вязкого битума или вязкость жидкого битума. Для испытания отбирают пробы из каждого рабочего котла или битумоплавильных установок непрерывного действия (1 раз в смену). При приготовлении разжиженного битума на АБЗ проверяют точность дозирования и последовательность загрузки в котел исходных материалов в соответствии с подобранным в лаборатории составом. Кроме того, проверяют температуру нагрева битума через каждые 2-3 ч в котлах; в битумоплавильных установках непрерывного действия температуру битума контролируют в отсеке готового битума.

В процессе приготовления асфальтобетонной смеси 2-3 раза в смену проверяют соблюдение установленного времени перемешивания минерального материала с битумом (если смесители не имеют автоматизированного управления).

Для приемочного контроля качества готовой асфальтобетонной смеси отбирают одну пробу от каждой партии.

Партией считается количество смеси одного состава выпускаемое на одной установке в течение смены: не более 400 т - горячих и теплых смесей, 200 т - холодных. При изменении состава асфальтобетонной смеси и во всех недостаточно ясных и спорных случаях берут дополнительные пробы.

Температуру асфальтобетонных смесей контролируют в кузове каждого автомобиля непосредственно после выпуска смесей из смесителя.

При приемочном контроле готовой смеси в лаборатории проверяют:

температуру готовой смеси;

зерновой состав и содержание битума;

водонасыщение;

набухание;

предел прочности при сжатии всех смесей при температуре 20°С и горячих и теплых смесей при 50°С;

коэффициент водостойкости;

слеживаемость (только холодных смесей).

Помимо этого, для контроля зернового состава минеральной части рекомендуется отбирать "сухие" замесы из смесителя, т.е. смесь минеральных материалов без битума.

Слеживаемость холодных асфальтобетонных смесей рекомендуется определять через каждые2-3 ч в течение смены; складировать холодные смеси в штабель для хранения следует только после получения удовлетворительных результатов по этому показателю.

Кроме указанных испытаний готовой продукции, в процессе приемочного контроля осуществляют также периодический контроль:

пористости минерального остова;

остаточной пористости;

предела прочности при сжатии при 0°С (горячих и теплых смесей) и при 20°С после прогрева (холодных смесей);

коэффициентов водостойкости после прогрева (холодных смесей) и при длительном водонасыщении;

сцепления битума с минеральной частью.

Периодически контроль осуществляют не реже 1 раза в 6 мес и при изменении исходных материалов.

Если в результате приемочного контроля выявлено несоответствие показателей физико-механических свойств асфальтобетонных смесей и показателей, полученных при подборе, то проверяют свойства всех исходных материалов, состав смеси, технологический процесс ее приготовления и производят корректировку состава.

Холодный а/б

Назначение холодной асфальтобетонной смеси – максимально быстрый ремонт асфальтобетонных покрытий. Главных отличительных особенностей холодной асфальтобетонной смеси от традиционной смеси несколько: всепогодность, ввод в эксплуатацию отремонтированного асфальтобетонного покрытия сразу после завершения ремонтных работ, значительное сокращение срока ремонтных работ, холодные асфальтобетонные смеси укладываются без использования АБЗ.

Холодные асфальтобетонные смеси всепогодны.Благодаря своему составу, они позволяют производить ремонтные работы асфальтобетонных покрытий круглый год. При этом не требуется применения дорогой специализированной техники, а следовательно и затраты на её содержание и эксплуатацию исчезают.

Отремонтированное с помощью холодных асфальтобетонных смесей покрытие вводится в эксплуатацию сразу по завершении ремонтных работ, что удобно как для ремонтных служб, так и для автомобилистов. К тому же время ремонта асфальтобетонного покрытия при использовании холодных асфальтобетонных смесей сокращается на 20%.

Холодные асфальтобетонные смеси применяют при ремонте асфальтобетонных покрытий площадью до 1 м2. Виды асфальтобетонных покрытий, которые подлежат ремонту с помощью холодных асфальтобетонных смесей такие: улицы, дороги, площади, внутриквартальные проезды, проезжая часть мостов, эстокад, путепроводов, тоннелей, участки между рельсами трамвайных путей, тротуары, пешеходные и велосипедные дорожки, дворовые территории.

Холодные смеси подразделяют на мелкозернистые и песчаные.

Холодный а/б менее устойчив к воздействию атмосферных факторов и автомобилей, его отличительная особенность в том что он длительное время остается рыхлым, это позволяет заготавливать смесь в прок. Этот материал применяют для покрытий на дорогах с малой интенсивностью и особенно широко для ремонта.

Холодный а/б менее устойчив к воздействию атмосферных факторов и автомобилей, его отличительная особенность в том что он длительное время остается рыхлым, это позволяет заготавливать смесь в прок. Этот материал применяют для покрытий на дорогах с малой интенсивностью и особенно широко для ремонта

Хранение холодных асфальтобетонных смесей в штабелях допускается на открытых площадках без устройства специальных навесов сроком до 1 года. Срок хранения зависит от свойств применяемого жидкого битума.

Литой а/б

Литой асфальтобетон представляет собой специально запроектированную смесь щебня, песка, минерального порошка и вязкого битума, изготовленную и уложенную покрытием в горячем состоянии без уплотнения. Отличается большим содержанием минерального порошка и битума. Применяется для ремонта верхних слоёв и слоёв оснований, покрытий проезжей части, улиц, дорог, площадей и тротуаров. Положительные свойства: 1. малая масса, 2. практическое отсутствие затратного уплотнения, 3. водонепроницаемость. Отрицательные свойства: 1. вероятность образования пузырей и вздутий на покрытии. 2. образование трещин при низких температурах. Группы: Тип1. наибольшая крутость заполнителя 15 мм с содержанием щебня 45-55 при отношении битума к минеральному порошку 0,35/0,45. Температура смеси при выпуске 220-240⁰С. Тип2. наибольшая крупность заполнения 20 мм, содержание щебня 35-50%. Б/ММ=0,4/0,55. Температура смеси при выпуске 210-230⁰С. Тип3. Крупность - до 40 мм, щебня – 45-65%. Б/ММ=0,5/0,65. t⁰C=210-230⁰С. Тип4. Крупность – до 5 мм, щебня нет, Б/ММ=0,4/0,65, t⁰C=175-185⁰С. Тип5. Крупность – до 20 мм, щебня -35-50%, Б/ММ= 0,55/0,75, t⁰C=180-210⁰С.