Асфальтобетон и органоминеральные смеси в дорожном строительстве

Лекция №5.

Асфальтобетон и органоминеральные смеси в дорожном строительстве.

Асфальтобетонные покрытия являются преобладающим типом для капитальных дорожных покрытий. В большинстве развитых стран протяжённость дорог с таким покрытием составляет 90-95% от общей протяжённости дорог. Давайте из самых общих соображений оценим, почему асфальтобетон, а не бетон или другой очень крепкий материал (но хрупкий материал). Какова должна быть минимальная прочность покрытия на одноосное сжатие? Давление в шинах автомобилей максимум 0,6 МПа, если задаться необходимым запасом прочности, то 1 МПА вполне хватит. Требования к асфальтобетону как раз и составляют эти 1 МПа при самых высоких расчётных температурах (+50 С). При более низких температурах прочность асфальта значительно больше. Нет никакой необходимости иметь прочность 20 и более МПа как у цементобетона.  Желательно, чтобы материал был водостойкий, а ещё лучше водоотталкивающий. К такой дороге будет плохо прилипать снеговой накат и лёд. Если материал к тому же будет слегка подвижным, то прилипшая вода, в виде льда, от вибрации (создаваемой колёсами автомобилей) будет отскакивать от покрытия. В последние годы были разработаны асфальтобетонные составы, содержащие противогололёдную добавку, принцип работы заключается в сильной локальной деформации покрытия при наезде колеса автомобиля, а лёд ввиду своей хрупкости разрушается. Таким образом, минеральные смеси на органическом вяжущем лучше всего приспособлены для дорожного строительства.

Определения

Асфальтобетонная смесь — рационально подобранная смесь минеральных материалов [щебня (гравия) и песка с минеральным порошком или без него] с битумом, взятых в определенных соотношениях и перемешанных в нагретом состоянии.

Асфальтобетон — уплотненная асфальтобетонная смесь. Обратите внимание, именно до определённого предела уплотнённая смесь приобретает необходимые технологические свойства. В этом заключается одна из основных проблем качественного дорожного покрытия – качество покрытия кардинальным образом зависит от нескольких технологических операций и нарушение одной из них приводит к плачевным результатам.

 Основные параметры и типы

 Асфальтобетонные смеси зависимости от вида минеральной составляющей подразделяют на типы и марки: тип смеси определяется процентным содержанием щебня, марка зависит прочностных показателей горной породы, из которой изготовлен щебень. 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;

Рекомендуемые материалы

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

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.

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 %.

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%.

 Технические требования

Зерновые составы минеральной части смесей и асфальтобетонов должны соответствовать установленным в таблице  для верхних слоев покрытий.

Показатели физико-механических свойств высокоплотных и плотных асфальтобетонов из горячих смесей различных марок, применяемых в конкретных дорожно-климатических зонах, должны соответствовать указанным в таблице .

Обратите внимание на основные показатели: прочность на одноосное сжатие при 0°, 20° и 50°, водостойкость и трещиностойкость. Прочность при  0° (она нормируется сверху в отличии от других показателей) - это фактически показатель морозоустойчивости. Небольшие по ширине, но проходящие через всю дорогу поперечные трещины – это результат движения дороги при изменении температуры окружающей среды. С ними бороться практически невозможно, они играют роль деформационных швов. Что необходимо – так это заливать их мастикой, чтобы в земляное полотно не попадала вода. Прочность при  50°  - это фактически показатель сдвигоустойчивости асфальтобетона. Когда этот показатель мал дорога превращается в подобие стиральной доски. Этот показатель определяется, во-первых, прочностью и плотностью каменного скелета (если мы неправильно подобрали грансостав, то хорошую прочность получить невозможно) и, во-вторых, качеством битумного связующего. При хорошем каменном скелете, можно увеличить прочность в 2-2.5 раза, но это возможно только на полимер-битумном вяжущем (ПБВ) или на специально приготовленном резино-битумном вяжущем (РБК). Как мы знаем из предыдущей лекции только добавки полимеров могут значительно увеличивать вязкость битума при высоких температурах не ухудшая при этом других показателей.

 Водонасыщение высокоплотных и плотных асфальтобетонов из горячих смесей должно соответствовать указанному ниже  в таблице:

Почему нормируется не только верхний предел, но и нижний? Дело в том, что описание минерального скелета (который обеспечивает прочность асфальтобетона) с помощью грансостава, это необходимое, но недостаточное условие формирования хорошего асфальтобетона. Поэтому строители часто компенсируют недостатки грансостава повышенным содержанием вяжущего, а это приводит к плохой долговечности покрытий, так как битум стареет намного интенсивней, чем изнашивается каменный скелет. В кернах из покрытия поры асфальтобетона уже могут быть забиты грязью и нефтепродуктами, поэтому в этом случае не имеет смысла нормировать пористость.

Пористость минеральной части асфальтобетонов из горячих смесей должна быть, %, не более:

высокоплотных                       16;

плотных типов:

А и Б                                        19;

В, Г и Д                                    22;

пористых                                 23;

высокопористых щебеночных  24;

высокопористых песчаных    28.

Обращаю внимание, что величина пористости в некоторой степени величина расчётная (так как при определении фигурирует истинная плотность материала которая может слегка варьироваться, а в реальных условиях определяется достаточно редко), экспериментально намного проще определить пористость минеральной части с битумом.

Одна из важнейших операций технология укладки, а в ней определяющую роль играет температура. Температура горячих и холодных смесей при отгрузке потребителю и на склад в зависимости от показателей битумов должна соответствовать указанным ниже: