2-ОЙ КУРС 2-ОЙ СЕМЕСТР(ЛЕКЦИИ)

01. Классификация органических вяжущих веществ
Органические вяжущие представляют собой твердые, вязко-пластичные или жидкие вещества, состоящие из высокомолекулярных соединений на основе углерода. Они встречаются в природе в чистом виде – природные вяжущие, или получаются простой переработкой продуктов органического происхождения – искусственные.
Сырьем для производства органических вяжущих является нефть, природные битумосодержащие породы, каменные угли, горючие сланцы, торф, древесина, а также побочные продукты промышленности.
Физико-химическая переработка такого сырья дает смолообразные остатки. В результате дополнительной переработки остатков получаются органические вяжущие вещества.
Характерной особенностью органических вяжущих является их чувствительность к действию температур. На этом основано их использование в расплавленном состоянии для обработки, связывания и склеивания различных материалов.
Основные требования, которые предъявляют к органическим вяжущим, состоят в том, чтобы в период объединения они обладали вязкостью, позволяющей хорошо смазывать и обволакивать, образуя прочную водостойкую пленку, а также чтобы эти вяжущие были стабильны.
Органические вяжущие применяются для устройства дорожных покрытий, тротуаров, полов, для изготовления кровельных и гидроизолирующих материалов, для защиты металлов, древесины, бетона от коррозии, для производства лакокрасочных материалов.
По назначению органические вяжущие материалы делят на дорожные, строительные, кровельные, гидроизоляционные, специальные.
По химическому составу, свойствам и виду сырья, органические вяжущие для дорожного строительства разделяют на битумы и дегти.
Применяют и комплексные органические вяжущие: битумы дегтевые, дегти битумные, гидрокамовые (продукт совместного окисления каменноугольного вяжущего и нефтяного гудрона), дегти полимерные и битумы полимерные, битумы резиновые.
Битумы – органические вяжущие вещества, состоящие из высокомолекулярных углеводородов нафтенового, метанового и ароматических рядов и их кислородных, сернистых и азотистых производных.
Дегти - органические вяжущие вещества, состоящие из высокомолекулярных ароматических углеводородов и их кислотных, сернистых и азотистых производных.
Битумы по виду сырья разделяют на нефтяные, получаемые из нефти и из смолистых остатков, и природные, встречающиеся в чистом виде, которые извлекают из асфальтовых горных пород (известняки, песчаники, пески).
Сланцевые битумы – продукт переработки сланцевой смолы, получаемой при сухой перегонке горючих сланцев.
Дегти получают сухой деструктивной перегонкой каменного и бурого угля, древесины и торфа.
В зависимости от главнейших строительных свойств и консистенции при нормальной температуре, органические вяжущие условно делят на твердые, вязки, жидкие.
Твердые битумы при t=20-25
· C обладают вязкоупругими свойствами. Подвижность и текучесть – при t=180-200
· C.
Вязкие битумы и дегти при t=20-25
· C находятся в вязкопластичном малоподвижном состоянии, а на интервале t=100-120
· C они становятся текучими и по мере окисления, полимеризации, испарения легких фракций, они приобретают свойства твердых битумов.
Жидкие битумы при t=20-25
· C находятся в жидком состоянии и по мере испарения легких фракций они приобретают свойства вязких битумов, а затем твердых битумов.
Помимо нагрева, вязкие и жидкие органические вяжущие переходят в текучее состояние путем эмульгирования и получают дорожные эмульсии.
Дорожная эмульсия – дисперсная система, состоящая из органического вяжущего, диспергированного в водной среде с эмульгатором, предающим эмульсии устойчивость. Эмульсии применяются без подогрева. При распределении эмульсии по поверхности каменных материалов, происходит ее распад с выделением вяжущего материала. Вязкие и жидкие органические вяжущие в расплавленном состоянии или в виде эмульсий применяют для приготовления асфальтобетонов, дегтебетонов, черного щебня и гравия, для укрепления грунтов и проведения других дорожных работ.
. Состав органических вяжущих веществ.
Органические вяжущие представляют собой сложную смесь углеводородов различных классов и их неметаллических производных. Углерод IV-валентен и главной особенностью является образование соединений, в которых атомы углерода, связанные между собой, могут образовывать цепочные и циклические соединения.
В зависимости от числа атомов и их взаимного расположения изменяются свойства вещества.
В битумах выделяют следующие группы углеводородов, примерно: масла 40-60%, смолы 20-40%, асфальтены 10-25%, карбены и карбойды 1-3%, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды 1%, парафины
· 5%.
Масла вещества желтого цвета плотностью ниже 1000 кг/м3, состоят из смеси парафиновых, нафтеновых, ароматических и полициклических углеводородов с молекулярной массой 300-800. Масла выделяются из битума легким бензином и придают вяжущему подвижность, текучесть, увеличивают испаряемость и снижают температуру размягчения.
Смолы (нейтральные и кислые) легкоплавкие вязкопластичные вещества темно-коричневого цвета плотностью около 1000 кг/м3. Смолы состоят из более сложных, чем масла, углеводородов с молекулярной массой 600-1000. По химическому составу они в основном относятся к гетероциклическим ароматическим высокомолекулярным соединениям. В смолах сконцентрирована основная масса сернистых, кислородных, а в большинстве случаев и азотистых соединений (до 2 %). Эти соединения в большей части полярные, поверхностно-активные, хорошо прилипают к поверхности каменных материалов, образуя водоустойчивые пленки. Смолы плохо растворяются в этиловом спирте и ацетоне, хорошо растворяются в этиловом эфире, бензине, бензоле, хлороформе, образуя истинные, а не коллоидные растворы.
Содержанием смол обусловливается растяжимость и эластичность битумов.
Асфальтены твердые неплавкие вещества плотностью немного больше 1000 кг/м3, состоят из смеси насыщенных гетероциклических соединений, содержащих наряду с углеродом и водородом кислород или серу. Они весьма близки по элементарному составу и строению к смолам, но отличаются от них более высокой (в 2-3 раза) молекулярной массой.
Асфальтены растворимы в бензоле и являются важной составной частью вяжущих, они влияют на процессы структурообразования в битуме. Содержание асфальтенов определяет температурную устойчивость, вязкость и твердость (хрупкость) битумов.
Карбены и карбоиды встречаются в битумах сравнительно редко, преимущественно в крекинг-битумах, в количестве 1-2 %. Увеличение их содержания повышает вязкость и хрупкость битума. По составу и свойствам карбены похожи на асфальтены, но они нерастворимы в бензоле.
Асфальтогеновые кислоты и их ангидриды - вещества коричнево-серого цвета, обладают густой маслянистой или смолистой консистенцией. Плотность их выше 1000 кг/м, они хорошо растворяются в спирте, хлороформе и плохо в бензине. Асфальтогеновые и карбоновые кислоты, и их ангидриды, а также фенолы - наиболее полярные компоненты вяжущих, а, следовательно, и наиболее активные. Их содержание определяет интенсивность прилипания вяжущих к каменным материалам, в особенности к основным карбонатным породам.
Парафин относится к твердым метановым углеводородам. Его содержание в битумах зависит от исходного сырья.
Повышение содержания парафина более чем на 5% ухудшает дорожно-строительные свойства битумов. При содержании парафина в битуме до 3,5 % он, как правило, не оказывает существенного влияния на свойства битума. Большее его содержание снижает растяжимость битума и повышает температуру затвердевания. При нагревании парафинистый битум переходит в жидкое состояние при меньшей температуре, чем беспарафинистый. На свойства битумов оказывает влияние не только количественное содержание парафинов, но и структура парафиновых углеводородов.
Дегти. В состав каменноугольных дегтей входят преимущественно углеводороды ароматического ряда (производные бензола) С6Н6 и их соединения с кислородом, азотом серой и другими элементами. В дегтях содержатся следующие группы веществ: твердые, углистые, неплавкие (нерастворимые в органических растворителях), которые называются свободным углеродом. Эти вещества состоят из сложных органических соединений со значительным содержанием углерода и большой молекулярной массой. К этой группе веществ относятся также частицы угля, механически занесенные в смолу при ее изготовлении.
Компоненты дегтя:
твердые неплавкие вещества - дегтевые смолы, растворимые только в пиридине и состоящие из высокомолекулярных циклических соединений в кислородном ядре. Твердые дегтевые смолы подобны асфалтенам, находящимся в нефтяных битумах;
вязкопластические плавкие дегтевые смолы, растворимые в бензоле и хлороформе. Они также состоят из сложных высокомолекулярных кислородных органических соединений и подобны нефтяным смолам;
жидкие дегтевые масла, представляющие собой жидкие углеводороды более простого химического строения, чем другие компоненты дегтя.
Кроме указанных основных групп веществ, в дегтях содержатся нафталин, антрацен кислые вещества (фенолы, карбоновые кислоты),а также основания (пиридиновые и др.).
Примерный групповой состав каменноугольных дегтей (%): вязкопластические смолы 10 - 15, нафталин 7, твердые смолы 5 - 10, антрацен 10, свободный углерод 2 - 20, фенолы 5, дегтевые масла 60 - 80.
Структура дегтей изменяется при содержании нафталина и антрацена более 15 %, так как они выкристаллизовываются и создают зернистую структуру дегтя с пониженными вяжущими свойствами.
02. Свойства органических вяжущих веществ
Механические свойства органического вяжущего зависят от температуры вяжущего вещества. К механическим свойствам относят прочность, пластичность, вязкость. Вязкость битума при понижении температуры до t= - 20 -10
· C относительно велика и он приобретает свойства твердого тела. С повышением температуры вязкость понижается, и битум переходит в жидкое состояние.
Вязкость зависит от скорости деформации. Это обусловливается процессами структурообразования в битуме, которые влияют на его упругопластические свойства. При разрушении структурных связей в битуме влияние скорости деформации на показатель вязкости уменьшается Установлено, что в состоянии покоя через некоторое время в битуме разрушенные структурные связи восстанавливаются. Это явление носит название тиксотропии.
Для характеристики вязкости твердых и вязких битумов пользуются условным показателем - глубиной проникания стандартной иглы (пенетрацисй) при действии на нее груза массой 100 г в течение 5 с при температуре 25° С и при 0°С (масса 200 г) в течение 60 с. Глубину проникания определяют на специальном приборе - пенетрометре. Она выражается в градусах (1° = 0,1 мм линейного погружения) и обозначается П25 (индекс показывает температуру материала при испытании). Пенетрация дорожных вязких битумов при t = 25° С находится в пределах (300 - 40)
·0,1 мм.
Вязкость жидких битумов и дегтей определяют с помощью стандартного вискозиметра по времени истечения 50 мл вяжущего через калиброванное отверстие стандартного диаметра (d=5мм, t=60° С).
Растяжимость битумов определяют с помощью прибора дуктилометра путем растяжения шейки образца, имеющего форму "восьмерки". Показателем растяжимости битума служит длина нити битума в момент разрыва, выраженная в сантиметрах. Это испытание проводят при температурах 25 и 0°С. При t=25° С дорожные битумы имеют растяжимость более 40см, а при t=0° С растяжимость 0-3см.
Растяжимость битумов, так же как и вязкость зависит от температуры, группового состава и характера структуры. Высокие пластические свойства вязких битумов наблюдаются обычно при значительном содержании смол, оптимальном содержании асфальтенов и незначительном содержании карбенов и карбоидов.
Битум при изменении температуры сильно меняет свойства и главным образом вязкость. При t = 40 - 50° С битум переходит в жидкообразное состояние и для большинства дорожных конструкций не обеспечивает требуемой прочности. При t= -20 -30°С у битума настолько повышается вязкость, что он становится хрупким и не обеспечивает требуемых свойств дорожных покрытий. Переход битумов из жидкого в вязкопластичное, а затем в твердое (хрупкое) состояние и обратно протекает в определенном интервале температур (от -30 до +60°С), называемом интервалом превращения, а интенсивность изменения вязкопластичных свойств характеризует теплоустойчивость битумов и определяется интервалом пластичности.
Температура размягчения определяется на приборе «кольцо и шар». Кольцо заполнят битумом, на его поверхность укладывают шарик и помещают в подогреваемую водяную баню.
За температуру размягчения принимают температуру, при которой битум размягчается и шарик опускается на нижнюю полочку прибора. Температура размягчения битумов колеблется в пределах 30 - 60°С, что соответствует вязкости битума, равной примерно 1кПа
·с. Температура размягчения битумов увеличивается при повышенном содержании асфальтенов и смол.
Температура затвердения или хрупкости определяется на приборе Фрааса. Тонкий слой битума наносят на стальную пластинку и постепенно охлаждают. За температуру хрупкости принимают температуру в момент появления первой трещины на битуме при изгибании пластинки. Температура хрупкости дорожных битумов колеблется в пределах от – 5 до - 25°С. Чем ниже температура хрупкости битумов, тем выше трещиностойкость асфальтобетона.
При изменении вязкости битума в зависимости от температуры, на практике определяют индексом пинетрации, выраженном в виде отвлеченного числа. Битум с ИП <2 менее чувствителен к изменению температуры и приближен к свойствам жидкости. Чем больше индекс пенетрации, тем шире интервал пластичности, тем качественней битум для дорожного строительства.
Устойчивость при нагревании органических вяжущих определяют по уменьшению массы и изменению свойств (пенетрации, растяжимости и др.). Пробы нагревают до температуры 160° С в течение 5 ч. Изменения свойств при нагреве объясняются испарением части легких масел, а также процессами окисления и полимеризации, протекающими при нагревании более интенсивно. По этим изменениям можно судить о стабильности свойств вяжущих во времени.
Температура вспышки - это температура, при которой пары, образующиеся при подогреве вяжущего в открытом тигле, воспламеняются от поднесенного к ним пламени. Температура, при которой это пламя горит не менее 5 с, называется температурой воспламенения. Температура вспышки вязких и твердых битумов не ниже 180 - 200° С, жидких среднегустеющих - не ниже 37 - 60°С и медленногустеющих - 100 - 110°С.
Объемное тепловое расширение битумов характеризуется коэффициентом объемного расширения при t = 25° С.
Он находится в пределах от 5
·10-4 до 8
·10-4. При пониженных температурах он равен 2
·10-4 на 1°С. Более высокие значения коэффициента соответствуют более вязким битумам.
Теплоемкость количество тепла в килоджоулях, необходимое для нагрева 1 кг битума на 1°С. Теплоемкость битумов равна 1,8 - 1,97 кДж/кг.
Сцепление органических вяжущих с каменными материалами (адгезия) зависит от физико-химических свойств вяжущих, содержания в них активных функциональных групп, полярности, поверхностного натяжения. Для определения прилипания битума к каменным материалам существует ряд методов, основанных на способности каменных материалов, предварительно обработанных битумом, удерживать битумную пленку при ее вытеснении при кипячении в воде или механическом встряхивании и взбалтывании.
Для вязких и жидких битумов определяют сцепление с мрамором и песком.
03. Нефть и методы ее переработки
Нефть жидкое горючее ископаемое, по внешнему виду представляет собой маслянистую темно-бурую жидкость с присущим ей запахом керосина. Нефть это сложная, непостоянного состава смесь большого числа углеводородов различных классов, а также их соединений с кислородом, серой, азотом. Плотность нефти колеблется от 800 до 1000 кг/м3. Основными химическими элементами нефти являются углерод (84 - 87%), водород (12 - 14 %), кислород (до 2 %), сера (0,01 - 7 %), азот (до 0,2 %). Нефти различных месторождений неодинаковы по химическому составу и свойствам. В зависимости от содержания основных углеводородов нефти разделяют на метановые, нафтеновые, ароматические.
В зависимости от содержания асфальтосмолистых веществ, нефти разделяют на высокосмолистые - асфальтосмолистых веществ более 20%, на смолистые - 8 - 10% и малосмолистые - 6 - 8%. По содержанию твердых парафинов нефти подразделяют на высокопарафиновые более 6 %, парафиновые 2 - 6 %, малопарафиновые менее 2 %.
Для получения битумов наиболее пригодными являются высокосмолистые, малопарафиновые нефти, содержащие нафтеновые, ароматические и гетероциклические углеводороды, которые при переработке образуют асфальтосмолистые вещества. Переработка нефти осуществляется на нефтеперерабатывающих заводах и имеет целью выделить из ее состава топливо, смазочные материалы, а также получить ряд других важных продуктов. Технологические процессы переработки нефти осуществляются в трех основных направлениях.
Фракционирование (дистилляция) нефти на составляющие группы углеводородов по их температуре кипения или конденсации. Фракционная разгонка нефти заключается в том, что при постепенном нагревании испаряются отдельные фракции углеводородов, которые в дальнейшем подвергают раздельной конденсации паров. Этот процесс дает возможность разделять нефть на отдельные фракции в зависимости от температуры кипения.
Остаток при фракционной разгонке обладает относительно невысокой вязкостью, по своим свойствам близок к жидким битумам класса МГ. Для повышения вязкости и получения вязких битумов этот остаток подвергается дальнейшей переработке.
Крекинг - химическое расщепление молекул тяжелой части нефти, в результате чего повышается выход более легких (бензино-керосиновых) углеводородов. В остатке получают смолистые вещества.
При нагревании нефтепродуктов до температуры 425 - 650° С и давлении до 5 МПа (для удержания углеводородов в жидкой фазе) тяжелые молекулы сложных углеводородов распадаются, образуя более простые (легкие) устойчивые углеводороды и "осколки" распада неустойчивые вещества.
Последние способны к процессам окисления и полимеризации, в результате чего образуются сложные (тяжелые) соединения - асфальтосмолистые вещества. Путем фракционирования продуктов крекинга нефти выделяются бензино-керосиновые продукты и крекинг-остаток, состоящий из асфальтенов, смол и тяжелых масел. Крекинг-остаток используют как жидкий дорожный битум марок МГ 40/70, МГ 70/130 в качестве сырья для изготовления вязких дорожных крекинг-битумов.

Специальнце виды переработки отдельных частей (фракций) нефти с целью получения ряда нефтепродуктов. К специальным видам переработки отдельных частей нефти относится селективная очистка дистиллятного масляногосырья фенолом, фурфуролом, смесью с креозолом. После регенерации растворителя из экстракта (остатка) получают жидкий битум, который в дальнейшем используют как добавку к остаткам деасфальтизации или к гудрону при окислении его в битум для получения требуемой вязкости.
04. Производство нефтяных битумов
Применяются следующие способы получения нефтяных битумов: атмосферно-вакуумная перегонка сырой нефти с получением остатка называемого гудроном, который при переработке высокосмолистых нефтей представляет собой остаточный битум; окисление нефтяных остатков гудроном, крекинг-остатков кислородом воздуха, при этом получают окисленные битумы; смешение остатков, получающихся при переработке нефти, битумов деасфальтизации с экстрактами от очистки масляных фракций - процесс получения битумов компаундированием. Существуют и сочетания указанных выше способов.
Производство остаточных битумов. Остаточные битумы обладают рядом положительных свойств и их производство распространено во многих странах.
Сырьем для них служат мазуты, гудроны, а также другие смолистые остатки, образующиеся при перегонке. При атмосферно-вакуумкой перепонке высокосмолистой нефти получают остаточный битум как остаток после отбора топливных и маслянистых фракций. При перегонке нефти с меньшим содержанием смолистых веществ получают менее вязкий остаток, по свойствам отвечающий требованиям на жидкие дорожные битумы марок МГ 70/130, МГ 130/200.
Производство окисленных битумов. Получение битумов методом окисления является одним из наиболее распространенных методов. Этот метод можно применять при переработке как смолистых, так и малосмолистых нефтей и получать высококачественные дорожные, строительные и специальные битумы. В отличие от других методов (перегонной экстракции), когда асфальтосмолистые компоненты почти не изменяются, при окислении происходят существенные изменения их качественного и количественного составов.
Окисление процесс экзотермический. Основными факторами, влияющими на процесс окисления гудрона, являются исходная температура размягчения гудрона, а также температура и продолжительность окисления, расход воздуха. Окисленные битумы получают главным образом на заводах, использующих нефти, богатые легкими фракциями. При этом применяются методы периодического окисления или непрерывного окисления в трубчатых змеевиках. Сырая нефть подвергается фракционной разгонке на атмосферно-вакуумной трубчатой установке. Получающийся остаток (гудрон) с температурой размягчения 32 - 40° С поступает в окислительную битумную установку.
В процессе окисления кислород взаимодействует с гудроном к его компонентами - протекает реакция дегидро-поликонденсации, ведущая к образованию высокомолекулярных компонентов.
При повышении температуры окисления с 210 до 250°С увеличивается растяжимость битума и глубина проникания иглы, а свыше 250° С эти показатели соответственно снижаются. Таким образом, изменяя температуру окисления и его продолжительность, можно регулировать свойства получаемого битума.
В зависимости от сырья, температуры и требуемой марки битума окисление производят в течение 4 - 60 ч. Для интенсификации процесса применяется способ окисления при перемешивании или в состоянии пены, эмульсии. Большая поверхность окисления, высокая степень контакта воздуха при меньшем пребывании смеси при высокой температуре (250 - 300°С) изменяют характер окислительного процесса.
Существует так же метод получения окисленного битума путем периодического или непрерывного окисления битума. Сырье при температуре 170 - 210° С поступает в секции реактора, в которых установлены вращающиеся в сырье турбины - диспергаторы, которые засасывают и распыляют воздух в окисляемом продукте.
Для ускорения процесса окисления применяют следующие катализаторы: хлориды цинка, меди, железа, алюминия; пятиокиси фосфора, серной кислоты, сульфиды и ряд других.
Получение битумов методом смешиния (компаундирования). Смешение или компаундирование, битумов - это вторичный процесс их переработки, который производят на нефтеперерабатывающих заводах или на месте потребления. Битум или смолистый остаток, полученный перегонкой, окислением, эстракцией, не всегда удовлетворяет требованиям по всем показателям, предъявляемым к дорожным битумам. В этом случае путем смешения битума с другими смолистыми остатками.
Для получения битумов требуемых свойств применяют их взаимное смешение или смешение с другими смолистыми остатками, образующимися при переработке нефти и нефтепродуктов. При смешении битумов различных свойств и происхождения необходимо, чтобы смешиваемые компоненты были близки по значению поверхностного натяжения. Смешение битумов с дегтями возможно в ограниченном количестве (15 - 20 %).
Равномерность смешения проверяют по температуре размягчения смеси, которая должна соответствовать средневзвешенному значению температур размягчения составляющих компонентов. Технология приготовления смешанных битумов сводится к разогреву их до жидкой консистенции и смешению. Методом смешения приготовляют большинство жидких битумов.
В последнее время крупные дорожно-строительные организации в качестве добавок к битумам используют различные отходы, получаемые при производстве каменноугольных дегтей и полимеров (кубовые остатки полистирольных, кумароновых смол), отходы от регенерации отработанных смазочных масел.
05. Битумы вязкие и твердые
Нефтяные битумы применяются для строительства дорожных покрытий, гидроизоляционных, кровельных и других видов работ. В зависимости от назначения нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность выпускает соответствующие по свойствам виды нефтяных битумов.
Основными условными показателями свойств нефтяных вязких битумов являются глубина проникания иглы (пенетрация), растяжимость (дуктильность), температура размягчения, температура хрупкости, сцепление с мрамором или песком, свойства остатка после 5 ч прогрева при температуре 210° С.
Для дорожной отрасли выпускают битумы нефтяные дорожные (БНД) пяти марок: БНД 40/60; БНД 60/90; БНД 90/130; БНД 130/200 и БНД 200/ 300 и битумы БН четырех марок: БН 200/300; БН 130/200; БН 90/130 и БН 60/90.
В битумах марок БН не нормируют показатели глубины проникания при 0°С, температуры хрупкости, сцепления с каменным материалом и содержание водорастворимых соединений. Поэтому эти битумы являются менее качественными по сравнению с битумами БНД. Целесообразно использовать битумы марок БНД для устройства дорожных покрытий, а марок БН - для устройства оснований, так как условия работы оснований более благоприятны, чем условия работы покрытий.
По сравнения с битумами БН, дорожные вязкие битумы имеют более высокую температуру размягчения, лучшее сцепление с каменными материалами, а также высокие пластические свойства при низких температурах, являются более стойкими к климатическим воздействиям.
Для строительства и ремонта верхних слоев дорожных и аэродромных покрытий применяют битумы с физико-химическими показателями, отвечающими требованиям СТБ 1062-97.
В Беларуси также разработаны технические условия на битумы модифицированные дорожные (СТБ 1220-2000).
Вязкие дорожные битумы применяются для приготовления дорожных асфальтобетонных смесей, устройства деформационных швов с помощью мастик, для получения гидро- и теплоизоляционных материалов.
Кроме вязких дорожных битумов, выпускают твердые нефтяные битумы, которые по области применения разделяют на строительные, кровельные, изоляционные и специальные.
Твердые битумы имеют температуру размягчения свыше 65 °С и подразделяются на марки: строительные -БН 70/30; БН 90/10 (перед чертой цифра указывает температуру размягчения, после черты - среднее значение пенетрации); изоляционные - БНИ, специальные Б, В, Г. Они используются в лакокрасочной, шинной, электротехнической промышленности, для изоляции трубопроводов от грунтовой коррозии; как базовый компонент для приготовления компаундированных битумов.
Для изготовления кровельных и гидроизоляционных материалов применяют битумы марок БНК 45/90 (пропиточные); БНК 90/40 и БНК 90/30 (покровные). Числитель дроби указывает среднее значение температуры размягчения (°С), а знаменатель среднее значение показателя пенетрации при температуре 25° С.
В дорожных битумах в маркировке указаны пределы вязкости по глубине погружения иглы пенетрометра.
БН 200/300 и БНД 200/300 – используют при поверхностной обработке дорожных покрытий, грунтов и для теплых асфальтобетонных смесей.
БН 130/200 и БНД 130/200 – используют для поверхностной обработки дорожных покрытий при слабых каменных материалах (Rсж = 30-60 МПа) и для теплых асфальтобетонных смесей.
БНД 90/30 и БН 90/30 – используют в асфальтобетонах для устройства покрытий в районах с умеренным климатом, а также для пропитки щебня и гравийных покрытий.
БН 60/90 и БНД 60/90 – используют в покрытиях в южных районах, на автомагистралях с тяжелым движением в районах с континентальным климатом, для приготовления смеси вязких и жидких битумов, а также для кровельных и гидроизоляционных работ.
БНД 40/60 – используют в асфальтобетонах, применяют в покрытиях на автомагистралях при тяжелом движении в южных районах, а также при изготовлении литого асфальтобетона и гидроизоляционных работ.
06. Битумы нефтяные жидкие
Жидкие битумы используют в качестве вяжущего при строительстве дорожных покрытий. Их применяют в подогретом до температуры 60 - 100°С состоянии, обеспечивающем необходимую удобоукладываемость смесей. Со временем вязкость жидких битумов повышается вследствие испарения содержащихся в них летучих масел и частично происходящих процессов окисления и полимеризации. Через некоторый промежуток времени жидкие битумы, находящиеся в дорожных покрытиях, приближаются по свойствам к вязким дорожным битумам. При этом прочность и устойчивость дорожных покрытий нарастают по мере загустевания жидкого битума.
Жидкие битумы получают путем разжижения вязких битумов, поэтому по химическому составу они близки им. Однако они отличаются меньшим количеством асфальтенов и смол и большим - масел. При температуре 20-25 °С они текучие, содержат в своем составе летучие низкомолекулярные углеводороды, которые со временем испаряются, в результате чего увеличивается вязкость битума. Температура вспышки - не ниже 45-100 °С, воспламенения - не ниже 300 °С.
Важнейшими свойствами жидких битумов считаются: условная вязкость, скорость загустевания, температура размягчения остатка после испарения летучих фракций; к дополнительным характеристикам относят: адгезию, температуру вспышки, погодоустойчивость и др.
Для получения разжиженных битумов используют вязкие дорожные битумы (БНД) с глубиной проникания иглы пенетрометра не более 90 мм, а в качестве разжижителей - дизельное топливо А, 3, Л; керосин технический; топливо для быстроходных дизелей ДЗ, ДА, ДС; зеленое масло в количестве 20 -25%.
Условная вязкость жидких битумов находится в пределах С60 = 25-200 с (верхний индекс - диаметр отверстия истечения, мм, нижний - температура испытания, °С).
На практике жидкие битумы готовят смешением вязкого битума и разжижителя в определенных соотношениях в зависимости от заданной вязкости.
По скорости формирования структуры жидкие битумы подразделяют на классы: густеющие со средней скоростью (СГ- разжиженные) и медленногустеющие (МГ - разжиженные и МГО - остаточные), а по вязкости - на марки: СГ 40/70, МГ 70/130, МГО 130/200.
При приготовлении жидких битумов вязкие битумы нагревают до температуры 90-100 °С в случае применения легких разжижителей и до температуры 90-140 °С - для тяжелых разжижителей. Разжижители предварительно подогревают в отдельной емкости, а затем добавляют в разжижаемый битум при непрерывном перемешивании смеси.
При добавлении разжижителя происходит изменение дисперсной структуры вязкого битума, причем некоторые разжижители могут вызвать коагуляцию дисперсной фазы битума и ухудшить его вяжущие свойства. Поэтому разжижитель должен обладать требуемым фракционным составом и полярностью, близкими вязкому битуму.
При нагревании жидких нефтяных битумов необходимо строго соблюдать требуемую температуру, предусмотренную нормативно-технической документацией для каждой марки. Учитывая, что жидкие битумы очень чувствительны к высоким температурам, время нагревания должно быть, по возможности, минимальным. Необходимо соблюдать также технику противопожарной безопасности.
В качестве природных жидких битумов в строительстве применяют также тяжелые высокосмолистые нефти.
Жидкие дорожные нефтяные битумы должны соответствовать требованиям ГОСТ 11955 «Битумы нефтяные жидкие».
Жидкие битумы применяют в качестве вяжущего материала при изготовлении холодных смесей и при укреплении грунтов. Гарантийный срок хранения жидких битумов со дня изготовления - 6 месяцев (СГ), 8 месяцев (МГ) и 12 месяцев (МГО).
07. Природные битумы
Природные битумы по составу и свойствам близки к нефтяным, в чистом виде встречаются редко. Гораздо чаще, встречаются битуминозные породы (асфальты): горные породы, пропитанные природным битумом.
Природный битум образовался в верхних слоях земной коры из нефти в результате медленного удаления из нее легких к средний фракций, а такж процессов полимеризации и окисления.
Месторождении природных битумов и аефальтов в зависимости от условий зглегищя разделяют на три группы:
1) пластовые (битуминозные известняки, доломиты, песчаники); и этих породах битум содержится в количестве от 5 до 20 % с температурой размягчения до 100 - 110°С;
2) жильные – битум содержит незначительное количество минеральных примесей, чаще асфальтиты с температурой размягчения выше 100°С;
3) поверхностные - месторождения образуются в результате выхода битумов на поверхность.
Групповой состав природных битумов, извлеченных из горных пород, характеризуется повышенным содержанием асфальтенов (40 - 70 %) н соответственно меньшим смол (20 - 30 %) и масел (10 - 30 %). В качестве дорожного жидкого битума применяются иногда тяжелые высокосмолистые нефти, удовлетворяющие требованиям на жидкие нефтяные битумы класса МГ.
Асфальтовые породы перерабатывали с целью извлечения чистого битума, применяемого главным образом в лакокрасочной промышленности, и получения асфальтовых материалов (асфальтового порошка, асфальтовой мастики или асфальтобетона), используемых в строительстве.
Асфальтовая мастика представляет собой смесь природного (иногда с добавкой нефтяного) битума с минеральным тонко измельченным материалом. Содержание битума в мастике составляет не менее 13 %.
Асфальтовый порошок содержит битума около 7 % и используется для изготовления асфальтовых мастик и бетонов.
Извлечение битума из асфальтовых пород целесообразно лишь в том случае, когда содержание его составляет не менее 10 - 15 %. Основным и более экономичным методом является извлечение природного битума вываркой в воде; экстракция органическими растворителями применяется редко ввиду ее неэкономичности (неизбежная потеря растворителя).
Вываривание битума из битуминозной породы производится на месте добычи следующим образом. Асфальтовую породу измельчают до крупности зерен 6 - 8 мм и загружают в котел с водой, подкисленной соляной кислотой. Котел оборудован мешалкой. Воду в котле нагревают до кипения, при этом битум отделяется от породы и всплывает в виде пены. Всплывший битум переводят в отстой кики для отделения от воды и минеральных примесей. Если битум имеет недостаточную вязкость, его окисляют путем продувки перегретым паром или воздухом.
Структура природных битумов, их физико-химические и физико-механические свойства близки к свойствам нефтяных битумов. В большинстве природных битумов соединений, содержащих кислород и, в частности, асфальтогеновых кислот, больше, чем в нефтяных, поэтому они хорошо прилипают к каменным материалам Технические требования к природным битумам аналогичны требованиям к нефтяным битумам.
08. Сланцевые битумы
Сланцевые битумы являются органическими вяжущими материалами, которые получают при нагревании горючих сланцев без доступа воздуха. Дорожные сланцевые битумы бывают вязкие и жидкие. Сланцевые битумы получают при нагревании сланцев в специальных газогенераторных или туннельных печах до температуры 550°С, при этом выделяются газ, низкотемпературная смола в количестве 15 - 20 % массы сланца и полукокс.
В процессе переработки низкотемпературную сланцевую смолу разделяют на следующие фракции: автомобильный бензин - с началом кипения смолы до 180°С; тракторное топливо - от 180 до 225°С, дизельное топливо - от 225 до 325° С, мазут или битумная фракция как остаток после отгона всех фракций до 300 или 325 С. Этот остаток составляет около 60 % и используется для получения остаточного или окисленного битума, а также может быть применен как жидкий сланцевый битум. Сланцевые битумы делят на шесть марок: от С1 до С6. По составу и свойствам они несколько отличаются от нефтяных. В сланцевых битумах, как и в нефтяных, также определяют групповой состав (содержание масел, смол, асфальтенов). Содержание асфальтенов и смол в них больше, а масел меньше.
Наличие в сланцевых битумах большого количества кислородных и азотистых соединений, а также их способность растворяться в полярных растворителях (ацетоне и спирте) указывают на повышенное содержание в них полярных соединений.
Сланцевые битумы имеют высокую растяжимость при 25°С более 100 см, поэтому она не нормируется. Сланцевые битумы в большей степени, чем нефтяные, изменяют свои свойства при нагревании. Погодоустойчивость их также меньше нефтяных.
Область применения сланцевых битумов в основном та же, что и нефтяных битумов. Сланцевые битумы хорошо совмещаются с нефтяными, что позволяет получать смешанные (компаундированные) битумы с требуемыми свойствами.
09. Каменноугольные дегти
Каменноугольные дегти являются органическими вяжущими, по свойствам и способу получения они близки к сланцевым битумам. Их получают при деструктивной переработке каменных и бурых углей.
При производстве кокса для выплавки чугуна, а также при получении газа как топлива на коксохимических и коксогазовых заводах - каменный и бурый уголь нагревают (без или с ограниченным количеством воздуха). В результате такой переработки получают кокс или газ, а также продуктов для смолообразные вещества. В зависимости от перерабатываемого сырья получают каменноугольные торфяные и древесные дегти. В зависимости от вида сырья и технологии (коксования, газификации, полукоксования) угли нагревают до температур 600 - 1200° С без доступа воздуха. При этом протекает пирогенетическое деструктивное их разложение на газообразные жидкие и твердые вещества. Эти вещества улавливаются, конденсируются на специальных установках. В результате такой переработки получают ряд ценных продуктов: кокса 70 - 75 %, смол 5 - 10%, газа 15 - 25 %, бензола и аммиака до 2 % массы угля.
Для дорожного строительства применяют дегти: отогнанные, которые образуются при отборе из сырой смолы летучих веществ при ее фракционной перегонке до получения вязкости, соответствующей вязкости дорожного дегтя; составленные, изготовленные смешением горячего пека и антраценового масла или других жидких дегтевых материалов, в пропорции, которая обеспечивает необходимую вязкость дорожного дегтя.
В качестве жидкой составляющей (разжижителя) для пека используют антраценовое масло и пековый дистиллят, а в ряде случаев каменноугольные смолы.
Вязкость каменноугольных дегтей зависит от структуры и количественного соотношения жидкой и твердой фаз. С повышением содержания свободного углерода и твердых смол при соответствующем уменьшении количества масел вязкость дегтей повышается. Вязкость каменноугольных дегтей определяется стандартным вискозиметром по времени истечения 50 мл дегтя через отверстия диаметром 5 или 10 мм при температурах 30 и 50°С. В зависимости от показателей свойств и состава каменноугольные дорожные дегти разделяют на шесть марок: Д1 – Д6.
Пластичность дегтей низкая и обусловливается небольшим количеством в них вязкопластичных компонентов и наличием свободного углерода.
Теплоустойчивость каменноугольных дегтей меньше, чем нефтяных битумов. Так, например, интервал пластичности (превращения) у дегтей составляет < 40°С, а у битумов > 50°С. Пониженная теплоустойчивость дегтей объясняется их более грубой дисперсностью и повышенной плавкостью смол. В отличие от нефтяных битумов с уменьшением вязкости дегтей коэффициент теплоустойчивости их повышается вследствие уменьшения содержания нетеплоустойчивых плавких смол и увеличения содержания более теплоустойчивых масел. Увеличение содержания грубодисперсного свободного углерода значительно повышает теплоустойчивость дегтей.
Прилипание каменноугольных дегтей к поверхности минеральных материалов несколько лучше, чем большинства разновидностей нефтяных битумов, вследствие того, что они содержат большое количество веществ с полярными группами.
Погодоустойчивость дорожных каменноугольных дегтей обусловлена характером содержащихся в них химических соединений. Склонность дегтя к старению устанавливают путем определения фракционного состава. С помощью специального прибора деготь перегоняют, отбирая фракции, выкипающие до 170, 270, 300°С.
Эти фракции относятся к летучим маслам. Они легко испаряются в период эксплуатации покрытия. Остаток дегтя после отбора указанных фракций должен обладать оптимальной вязкостью и теплоустойчивостью, характеризуемой температурой размягчения.
Некоторое повышение погодо- и теплоустойчивости дорожных дегтей достигается введением добавок дисперсных каменных материалов (молотых известняков, доломитов, шлаков), а также каменноугольной пыли. Дегти с такими добавками называются наполненными.
В зависимости от способа обработки дорожных покрытий применяют дегти следующих марок:
Д-1 - для обеспыливания дорог и поверхностной обработки дорожных покрытий и оснований;
Д-1 и Д-2 для обработки грунтово-гравийных и щебеночных материалов при смешении на дороге в холодном состоянии;
Д-3 и Д-4 для обработки грунтово-гравийных материалов в смесительных установках в холодном состоянии;
Д-5 и Д-6 для поверхностной обработки дорожных покрытий, изготовления холодного дегтебетона и щебеночных смесей в смесительных установках;
Д-6 для глубокой пропитки щебеночных дорожных покрытий, изготовления горячего дегтебетона.
Применять дегти в городских условиях для устройства дорожных покрытий запрещено санитарными нормами.
10-11. Дорожные эмульсии
Битумные эмульсии применяют в качестве вяжущего или пленкообразующего материала при строительстве и ремонте автомобильных дорог.
Эмульсиями называют дисперсные системы, в которых одна жидкость (фаза) в виде мельчайших капель размером 0,1 мкм диспергирована (раздроблена) в другой жидкости (среда), не смешивающейся с ней. Дорожные битумные эмульсии представляют собой жидкости темно-коричневого цвета, получаемые путем диспергирования битума в водном растворе эмульгатора или щелочного вещества.
Битумы и дегти, являющиеся неполярными веществами, не растворяются в полярной жидкости - воде. Поэтому они могут смешиваться с водой только с образованием коллоидной дисперсной системы - эмульсии. Образование и устойчивость эмульсии достигается путем введения в нее специальных эмульгаторов - поверхностно-активных веществ или тонкодисперсных твердых порошков. По виду ПАВ, используемых в качестве эмульгатора, битумные дорожные эмульсии подразделяют на анионные (ЭБА) я катионные (ЭБК).
По смешиваемости с минеральными материалами каждый вид эмульсии подразделяют на три класса: анионные -ЭБА-1, ЭБА-2, ЭБА-3; катионные -ЭБК-1, ЭБК-2, ЭБК-3. Смешиваемость косвенно характеризует склонность эмульсии к распаду.
Твердые минеральные эмульгаторы выполняют ту же роль, что и органические. Они прилипают к поверхности диспергированных частиц битума или дегтя и образуют на границе раздела их с водой защитные оболочки, препятствующие соединению (рис. 10.9). Эмульсии, содержащие битума или дегтя более 60 - 70 % называют высококонцентрированными.
Эмульсионными пастами называют вязкие высококонцентрированные эмульсии с применением твердых эмульгаторов. Эмульсионные пасты перед применением обычно разводят водой до получения требуемой вязкости.
Для изготовления дорожных эмульсий применяют главным образом водорастворимые органические эмульгаторы или твердые минеральные порошкообразные вещества. К числу водорастворимых эмульгаторов относятся поверхностно-активные анионактивные и катионактивные вещества. Эмульсии с анионактивными эмульгаторами называют щелочными, с катионактивными кислыми. Содержание водорастворимых эмульгаторов в эмульсии обычно не превышает 3 %, твердых эмульгаторов - 5 - 15 % и зависит от дисперсности эмульсии.
В качестве анионактивных эмульгаторов применяются мыла: щелочные соли нафтеновых, сульфонафтеновых, смоляных органических кислот, литносульфонат технический (ЛСТ), хлопковый гудрон (госсиполовая смола), второй жировой гудрон и др.
К катионактивным эмульгаторам относятся катионовые мыла, являющиеся производными четвертично замещенного аммония с солями аминов. К твердым эмульгаторам относятся тонкоизмельченные порошки глин, извести, цемента, сажи, угля и т.д. Для повышения устойчивости к твердым эмульгаторам, как правило, добавляют органические эмульгаторы, мыла, ЛСТ и др. В последнее время находят применение новые экономичные эмульгаторы: талловое масло, жировой гудрон, полимеры канифольно-экстрационного производства, стеарин, катионактивные препараты ХД-180, ХД-34, а также карбоксиламин. При диссоциации этих веществ поверхностно-активным является катион, который понижает поверхностное натяжение воды, растекается по битуму и способствует его диспергированию при перемешивании.
В зависимости от свойств и содержания эмульгаторов, количества битума или дегтя можно получать эмульсин двух типов:
прямые, когда капли битума диспергированы в воде;
обратные, когда вода диспергирована в битуме.
В дорожном строительстве применяются главным образом прямые эмульсии. При взаимодействии эмульсий с каменными материалами за счет адсорбции эмульгатора, испарения и поглощения воды нарушается равновесие системы и происходит ее распад. Вследствие адсорбции эмульгатора поверхностью каменных материалов концентрация его на защищенных оболочках частиц битума уменьшается, при перемешивании они разрываются и происходит слияние и объединение битума с каменными материалами.
В зависимости от вида эмульгатора, свойств обрабатываемых материалов и температуры воздуха эмульсии распадаются с различной скоростью. Скорость распада эмульсии можно регулировать путем введения соответствующих добавок. Устойчивые эмульсии с анионактивными эмульгаторами имеют рН = 7-11, катионе активные 3 – 6.
С увеличением рН устойчивость анионактивных эмульсий увеличивается, а катионактивных уменьшается. Изменение рН достигается путем введения в эмульсию продуктов, содержащих щелочи, соли или кислоты. В качестве добавок, ускоряющих распад эмульсии, применяют сульфатный щелок, соли кальция, магния, сернокислого и хлорного железа, калиево-алюминиевые квасцы. Количество добавки обычно не превышает 0,5 - 1%. Предварительная обработка минеральных материалов известью, цементом, а также солями двух-и трехвалентных металлов улучшает прилипание вяжущего каменным материалам.
Вязкость эмульсии выбирают в зависимости от условий и способа обработки минеральных материалов. Ее определяют на вискозиметре типа ВУ или на вискозиметре для нефтяных битумов со сточным отверстием 3 мм при температуре (20±2)СС
Содержание битума с эмульгатором характеризует концентрацию эмульсии и определяется в процентах как отношение массы битума с эмульгатором к массе эмульсии. Содержание битума определяется как остаток при выпаривании воды из эмульсии и составляет 45 55 %.
Однородность эмульсии определяется процеживанием ее навески через сито № 0,14. Однородность устанавливают в процентах как отношение остатка на сите к навеске эмульсии. Она должна быть не более 0,5 %.
Устойчивость эмульсии определяют по изменению ее однородности при хранении, при выдерживании проб эмульсии в течение недели и месяца.
Устойчивость при транспортировании определяют после 2 ч встряхивания навески эмульсии. Если эмульсия не распалась т. е. не произошло необратимого разделения ее на битум и воду, то она выдержала испытание.
Определение свойств битума, выделенного из эмульсии, производится после испарения воды. Глубина проникания и растяжимость не должны уменьшаться более чем на 15 % показателей исходного битума.
Приготовление эмульсий. Для приготовления эмульсий используют: нефтяные вязкие битумы марок от БНД 200/300 до БНД 40/60 в зависимости от климатических условий района строительства, конструкции дорожной одежды и способа производства работ. В качестве эмульгаторов используют продукты, содержащие поверхностно-активные вещества (ПАВ), в основном анионные: высшие органические кислоты (жирные, смоляные, нафтеновые, сульфонафтеновые) или их щелочные соли (мыла). В качестве щелочных веществ применяют едкий натр, жидкое стекло, триполифосфат натрия.
Эмульгатор и щелочное вещество определяют в зависимости от класса эмульсии. Эмульгатор вводят в воду или битум, а щелочное вещество в воду.
Приготовленные компоненты эмульсии содержатся в специальных резервуарах, из которых и подаются в эмульсионную установку, где при помощи вращающихся дисков (лопастей) происходит диспергирование (раздробление) битума или дегтя в водной среде. Эмульгатор адсорбируется на поверхности частиц вяжущего материала и придает устойчивость получаемой эмульсии.
Качество эмульсии и механическая энергия, затрачиваемая на ее производство, зависят от того, насколько полно будет использована энергия химического и физико-механического взаимодействия компонентов эмульсии, эмульгатора, битума или дегтя и воды.
При приготовлении эмульсии водные растворы эмульгатора с щелочным веществом или водный раствор щелочного вещества (при введении эмульгатора в битум) нагревают до температуры 70 - 80 С. Затем битум и водный раствор эмульгатора или щелочного вещества подают в эмульсионную установку механического или акустического действия. При использовании в качестве эмульгаторов синтетических жирных кислот можно применять аппараты химического эмульгирования. При изготовлении суспензий на твердых эмульгаторах применяются лопастные мешалки. Сначала в мешалку вводят воду при температуре около 90° С, затем добавляют необходимое количество тонкоизмельченного эмульгатора. Эти материалы тщательно перемешивают до получения однородного сметанообразного раствора с температурой около 60 - 70° с, после чего в раствор постепенно вводят горячий вяжущий материал. Вся смесь хорошо перемешивается в мешалке до получения однородной массы, легко разбавляемой водой.
Битумные и дегтевые эмульсии применяются для обеспыливания дорог, обработки гудронов с целью укрепления обочин, откосов, устройства покрытий способом пропитки, приготовления черного щебня, ремонта покрытий, ухода за твердеющим бетоном.
При применении эмульсии для устройства дорожных покрытий необходимо учитывать длительность формирования покрытия, связанную с испарением воды. Она зависит от погодных условий и может исчисляться часами.
Для поверхностной обработки при ремонтных работах получили распространение холодные смеси, состоящие из мелкозернистых минеральных материалов и битумной эмульсии. Битумно-эмульсионные шламы готовят в большинстве случаев с применением катионактивных эмульгаторов и замедлителей распада эмульсии. Относительно короткий срок распада эмульсии требует применения специальных шламоукладчиков, обеспечивающих дозирование, приготовление и распределение шлама на покрытии.
Эмульсии катионные пропиточные приготавливаются путем диспергирования вяжущего (битум, гудрон, ароматические или нафтеновые масла) в водном растворе эмульгатора.
Эмульсии катионные пропиточные используются при технологии реабилитации асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог общего пользования.
Данная технология является профилактическим мероприятием и служит для восстановления свойств состарившегося в процессе эксплуатации битума в верхнем слое покрытия.
Обработка асфальтобетонных покрытий пропиточной эмульсией целесообразна, если средняя плотность асфальтобетона составляет не более 2,2 г/см3, а также при отсутствии разрушений на поверхности покрытия. При наличии на поверхности покрытия автомобильной дороги поверхностной обработки проводить реабилитацию верхнего слоя асфальтобетонного покрытия с использованием эмульсий не рекомендуется.
Эмульсии в зависимости от вида основных исходных компонентов подразделяются на марки:
ЭКП-1 - эмульсии катионные пропиточные, получаемые с использованием в качестве вяжущего гудрона или битума;
ЭКП-2 - эмульсии катионные пропиточные, получаемые с использованием в качестве вяжущего нефтяных масел (ПН-6, ЭФОМ, индустриальное масло).
Использование эмульсий катионных пропиточных позволит:
- уменьшить водонасыщение асфальтобетона верхнего слоя покрытия автомобильных дорог;
- частично восстановить физико-химические свойства имеющегося в покрытии вяжущего.
Состав для обеспыливания гравийного покрытия автомобильных дорог представляет собой катионную медленнораспадающуюся эмульсию на основе отработанных масел.
Эмульсия предназначена для обеспыливания дорожных одежд с гравийным покрытием.
Норма расхода 30%-й эмульсии составляет 4-5 л/м при толщине обрабатываемого слоя 0,06 - 0,08 м.
Обеспыливание гравийных покрытий автомобильных дорог с дорожной одеждой переходного типа в летнее время продлевает срок их службы и значительно уменьшает запыленность воздуха, что позволяет увеличить скорость движения автомобилей и, следовательно, пропускную способность дорог, срок службы двигателей автомобилей, позволяет снизить количество дорожно-транспортных происшествий и улучшить экологическую обстановку в прилегающих районах.
Обеспыливающий эффект (уменьшение содержания пылевидных фракций) составляет 65-85%, в зависимости от расхода обеспыливающей эмульсии и содержания пылевидных частиц в материале покрытия. Продолжительность обеспыливающего эффекта составляет от 30 до 150 суток.

12. Старение органических вяжущих и методы повышения стабильности
Органические вяжущие в процессе их работы в дорожных покрытиях подвергаются воздействию всего комплекса атмосферных факторов и с течением времени изменяют свои свойства.
По условиям, механического износа асфальтобетонные покрытия толщиной 4 см должны служить 30 - 40 лет, но нередко их разрушение происходит раньше (через 7 - 10 лет) за счет преждевременного старения битума и потери им вязкопластичных свойств.
Процесс старения органических вяжущих прежде всего обусловливается испарением масел, которое зависит от температуры их кипения, величины поверхности испарения и упругости паров, насыщающих пространство. Считается, что испаряются вещества с молекулярной массой ниже 400.
Вторым важным фактором старения органических вяжущих является химическое изменение их компонентов и образование новых веществ. Эти изменения в основном связаны с процессом окисления. Сам процесс окисления может ускоряться под действием многих факторов: теплового, солнечного света, механических воздействий и солей металлов переменной валентности железа, меди, марганца и др. (рис. 10.10) .
Существующее представление о старении органических вяжущих основывается на теории цепных химических реакций И. Н. Семенова. В развитии цепных реакций окисления основная роль принадлежит пероксидным и гидропероксидным соединениям, которые образуются на первых стадиях взаимодействия кислорода с углеводородами. Будучи неустойчивыми, они распадаются на свободные радикалы и дают начало новым цепям окислительных реакций.
При поглощении кислорода происходит деструкция высокомолекулярных веществ с выделением газообразных и жидких веществ.
Ненасыщенные группы углеводородов, содержащиеся в органических вяжущих, сравнительно легко отдают водород, соединяющийся с кислородом воздуха, и переходят в разряд еще более ненасыщенных соединений, которые затем уплотняются (полимеризуются) и образуют сложные высокоуглеродистыс соединения.
В процессе старения битума происходит изменение группового состава сначала в результате испарения масел, затем накопления смол и асфальтенов и, наконец, превращения смол в асфальтены. Неразрывно с изменением группового состава битумов происходит изменение их структуры, повышается упругость, понижается пластичность, и, наконец, битумы становятся хрупкими. Влияние компонентного состава вяжущих на старение изучено недостаточно. Так, некоторые исследователи считают асфальтены наиболее устойчивыми к окислению, другие относят смолы и асфальтены к наименее устойчивым компонентам. Это объясняется тем, что высокомолекулярные соединения (смолы и асфальтены) в битуме содержат больше ненасыщенных связей, обусловливающих их повышенную окисляемость. Существует мнение, что если содержание асфальтенов достигает 30 - 40 %. то битум переходит в такое хрупкое состояние, при котором покрытие разрушается.
Ко второй группе относятся вещества, предотвращающие разложение гидропероксидов по радикальному механизму, т. е. разрушающие гидропероксиды до неактивных для развития окислительной цепи продуктов. К ним относятся сульфиды, тиофосфаты, соли диалколдитио-карбоминовых кислот.
Замедляющее действие на старение оказывают соли олеиновой, Нафтеновой стеариновой и других жирных кислот в количестве 0,5 %. Положительное влияние оказывают антиокислители фентиазина, дефиниламина, гидрохинона. Содержание серы 0,07 %, танина 0,2 %, нафтола 0,1 %, сульфаниламида 0,01 %, полиэфирной насыщенной смолы 3 - 5,5 %, винилпиридина до 1,5 %, кумароновой смолы до 10 % оказывает замедляющее действие на старение битума. Для повышения структурной стабильности битума, особенно в химически активных средах (кислых и щелочных), рекомендуется применять регенераты бутилкаучуковых отходов шинной промышленности в количестве 6 - 10%. Эта добавка является комплексной, так как, помимо замедления старения, она оказывает пластифицирующее действие: расширяет интервал пластичности как в области положительных, так и в области отрицательных температур.
Минеральные порошки из талька, сланца, доломита, слюды, диабаза, извести, известняков адсорбируют на своей поверхности соединения битума с активными функциональными группами, понижают запас их химической энергии, а, следовательно, снижают склонность к старению. Некоторые порошки, содержащие полуторные окислы Fе203 и А1203; оказывают катализирующее воздействие и способствуют старению. Установлено, что устойчивость зависит от происхождения и состава нефти, а также от технологии ее переработки и получения битума. Остаточные битумы более устойчивы, чем окисленные, а битумы, полученные с добавлением крекинг-остатков, как правило, имеют больше ненасыщенных связей по сравнению с другими битумами. Надо полагать, что интенсивное термическое воздействие на битум в процессе его получения способствует образованию менее устойчивых соединений.
Погодоустойчивость определяется путем длительной экспозиции битума под воздействием атмосферных факторов. Для ускоренного определения погодоустойчивости битумов применяется специальная установка, воспроизводящая естественные условия работы органических вяжущих в конструкциях (воздействие температуры, ультрафиолетовых лучей, кислорода и влаги).
13. Добавки, улучшающие свойства органических вяжущих
В связи с недостаточным количеством нефтяных битумов, пригодных для дорожного строительства, а также для улучшения их свойств, в последнее время предложены различные добавки. Добавки, вводимые в относительно большом количестве, существенно влияющие на структуру и свойства получаемых вяжущих, называют композиционными, или комплексными. Наиболее распространенными комплексными вяжущими являются битумо-дегтевые, битумо-полимерные, дегте-битумо-полимерные.
Для улучшения свойств органических вяжущих (битумов и цепей), повышения их прилипания к каменным материалам (адгезии), пластичности при низких температурах, тепло и погодоустойчивости, снижения вязкости в их состав вводят соответствующие добавки в количестве до 20%.
Добавки могут классифицироваться по признакам (растворимости, способу введения и т. д.).
Разжижающие добавки вводят для понижения вязкости органических вяжущих в них. Чем ближе состав разжижителя к составу вяжущего материала, тем более гомогенные и стабильные будут растворы. Поскольку в подавляющем большинстве отечественных битумов и дегтей преобладают циклические и ароматические комплексы, то и разжижитель ароматического ряда будет при прочих равных условиях давать более стабильные растворы.
Для приготовление жидких битумов и дегтей применяют лигроин, керосин, нефть, мазут, жидкие крекинг-остатки, антраценовое масло. Оптимальное содержание разжижителя определяют в лаборатории в зависимости от требуемой вязкости: оно может колебаться от 2 до 50 %. Изменение вязкости зависит от состава вяжущего и разжижителя и содержания разжижителя.
В зависимости от содержания разжижителя наблюдаются следующие структурно-реологические модификации. При относительно малом его содержании вязкость битума изменяется незначительно, что связано с сохранением исходной структуры битума. При дальнейшем увеличении содержания разжижителя происходит относительно резкое падение вязкости, что связано с нарушением структурных связей, и битум приобретает свойства жидкости. Применение разжижителей, содержащих ароматические углеводороды, приводит к пластификации битума.
Пластифицирующие добавки вводят для уменьшения хрупкости, снижения температуры стеклования и придания большей пластичности полимерам и органическим вяжущим. При использовании высоковязких продуктов деасфальтизации, кумароновых смол возникает необходимость понизить их хрупкость, что может быть достигнуто введением специальных пластифицирующих добавок. Важнейшим требованием, предъявляемым к пластификатору, является его растворимость и совместимость с пластифицируемым веществом. Таким образом, пластификация является частным случаем растворения, она сопровождается набуханием и разрыхлением макромолекул, связанным с прониканием в них пластификатора.
Добавки, улучшающие прилипание, (адгезию) битума, вводят непосредственно в битум и в минеральную смесь. Вопрос о физико-химической природе адгезии изучен недостаточно и связан с сорбционными процессами, протекающими на границе раздела фаз, рассмотренных ниже. Вследствие того что природа сил, обусловливающих сорбционные процессы, носит электрический характер, ряд авторов (Б. В. Дерягин, Н. А. Кротова) взаимодействие соприкасающихся поверхностей объясняют возникновением двойного электрического слоя на поверхности раздела фаз. Большинство каменных материалов, применяемых в дорожном строительстве, имеют кристаллическое строение с ионной решеткой. При измельчении на их поверхности образуется сложное электрическое поле, знак и величина потенциала которого определяются свойствами ионов и характером их расположения на поверхности. Большинство основных карбонатных пород (известняки, доломиты) имеют положительный заряд, кислые (гранит, кварц) отрицательный. В сложном составе битума преобладают анионактивные вещества. С точки зрения электростатической теории адгезии хорошее сцепление битума с известняками объясняется разноименными зарядами поверхности каменного материала и компонентов битума, плохое одноименными с кислыми (гранит, кварц). Однако изложенные представления не могут объяснить целого ряда положений о взаимодействии битума с каменными материалами Исследования с применением методов хроматографическсго анализа и инфракрасной спектроскопии показали, что наряду с физической адсорбцией имеет месте хемосорбция активных функциональных групп с карбонатами кальция, магния полуторных оксидов в виде свободных гидратов, с образованием поверхностных соединений типа кальциевых мыл. Таким образом, физико-химические свойства органических вяжущих в значительной мере обусловливает их прилипание (адгезию) к каменным материалам.
Анализ работ по адгезии полимеров показывает, что она определяется двумя факторами: степенью гибкости звеньев макромолекулы и полярностью групп, входящих в структуру макромолекулы. Ориентированная структура, наличие поперечных мостиков между цепями макромолекулы снижают адгезию. Высокая разветвленность молекул с полярными группами увеличивает ее. Все факторы, способствующие большей подвижности звеньев макромолекул и содержанию полярных групп, повышают адгезию. Таким образом, введение в битум добавок, содержащих полярные группы и увеличивающих подвижность звеньев высокомолекулярных соединений, будет способствовать повышению его адгезии к каменным материалам. Такими добавками являются поверхностно-активные вещества.
Молекулы поверхностно-активных веществ обладают амфотерными свойствами и состоят из двух частей: полярной и неполярной. Полярная часть (группа) обладает дипольным моментом. К таким полярным группам относятся -ОН - СООН, - Н2; Н и др. Эти группы являются гидрофильными, реакционно-способными, обладают более выраженным силовым полем и обусловливают хорошее прилипание к каменным материалам. Неполярная часть не активная, гидрофобная состоит из углеводородной цепи или ароматического радикала, обладает слабым силовым полем. Такие молекулы, состоящие из полярной и неполярной частей, при адсорбции ориентируются неполярной частью в сторону более полярной фазы - каменного материала, а полярной частью - к битуму или дегтю. При этом они понижают избыток свободной энергии, уравнивают разность полярности между граничащими фазами (каменный материал битум) и таким образом увеличивают энергию взаимодействия (прилипания) между ними.
Поверхностно-активные добавки по физико-химическому взаимодействию разделяются на коногенные и кеионогенныг. Ионогенные вещества в свою очередь подразделяются на анионспстивные и кагионактивные. В акионактивных веществах углеводородная часть молекул входит в состав аниона, а в катионактивных - в состав катиона. К анионактивным добавкам относятся высокомолекулярные органические кислоты, мылонафт (соли нафтеновых кислот), производные карбоновых кислот (мыла, фенолы и др.). К катионактивным веществам относятся амины, соли аминов и четырехзамещенные аммониевые основания.
Для асфальтовых материалов содержание анионактивных добавок составляет 3 - 10% и катионактивных - 0,5 - 3% массы вяжущего. Применение ПАВ облегчает и ускоряет обволакивание и повышает сцепление вяжущих с минеральными материалами.
Эффективность действия ПАВ зависит от вида каменного материала (подложки). Катионактивные ПАВ обеспечивают повышение сцепления со всеми горными породами, но особенно эффективно с кислыми. Анионактивные ПАВ повышают сцепление с карбонатными (основными) и почти не влияют на сцепление с кислыми породами.
Активация битума выполняется для повышения адгезии битума к поверхности каменных материалов. Применяется также активация поверхности каменных материалов и активация битума в момент смешения его с минеральными материалами. Активация битума основана на положениях механохимии о возможности перехода механической энергии в химическую. На этом принципе основан способ активации битума ультразвуком. Обработка битума ультразвуком в течение 5 мин при частоте 15 - 35 кГц мощностью 50 - 60 Вт/см2 повышает сцепление битума как с основными, так и с кислыми материалами.
Аналогичные результаты получены при обработке битума энергией электроразрядов. При этом способе в зависимости от температуры обработки наблюдаются более глубокие структурные изменения компонентов битума (табл. 10.13). При электроимпульсном методе обработки битума также происходит изменение его пенетрации, дуктильности.
Дисперсные (структурирующие) добавки служат для улучшения механических свойств, повышения температурной устойчивости. К этой группе добавок относятся наполнители (заполнители), которые по форме частиц разделяются на волокнистые и порошкообразные. К волокнистым наполнителям относятся волокна минеральной ваты, асбеста, полимерных смол, отходы текстильного производства. Волокнистые наполнители, распределяясь в объеме вяжущего, как бы армируют его и при относительно небольшом содержании (5 - 10 %) существенно повышают прочность. Волокнистые наполнители ввиду ряда технологических затруднений еще не получили широкого распространения. Порошкообразные наполнители из горных пород (известняки, доломиты и др.) применяются более широко. При введении минеральных порошков в органические вяжущие в зависимости от свойств их поверхности, минералогического состава, пористости, шероховатости, а также свойств вяжущего на зернах порошка формируются адсорбционно-сольватные оболочки связанного битума различной толщины и устойчивости.
Взаимодействие битума с каменными материалами зависит от свойств органических вяжущих. Наиболее активными являются высокомолекулярные соединения, содержащие активные функциональные группы, особенно карбоксильные группы и алифатические углеводороды, которые не поддаются полной десорбции. Соединения с эфирными связями адсорбируются менее прочно и поддаются десорбции; их адсорбция, по-видимому, обусловливается полярными силами эфирных связей.
В отношении компонентного состава битума асфальтено-смолистая часть является наиболее активной, менее активны масла.
Известняковые и кварцевые минеральные материалы по-разному взаимодействуют с битумом. Известняки за счет более интенсивной капиллярной фильтрации вяжущего и его компонентов внутрь минеральных зерен и адсорбционных процессов образуют- достаточно прочное соединение с битумом. Это способствует образованию водо- и теплоустойчивых асфальтовых систем с относительно высокими механическими свойствами.
Специальные добавки вводят для повышения огнестойкости: 1:5% фосфатов (ортофосфорной кислоты), квасцов, сульфита аммония, производных брома и др. Для устойчивости к микроорганизмам применяют 2 - 5% перманганата калия, соли окиси цинка, производных соединений фенола, крезота, 5 - 15 % фенольного пека или тяжелого каменноугольного масла.
Для устойчивости к действию масел и топлива добавляют серу. Для приготовления цветных бетонов применяют светлые бесцветные кумароновые полиэфирные смолы, канифоль, поливинилацетатную эмульсию. Для пластификации указанных смол применяют различные масла: таловое, тунговое, антраценовое, а также олифу и др.
В РУП «БелдорНИИ» разработана технология модификации битумов полимерами, позволяющими повысить способность органических вяжущих к большим обратимым деформациям во всем диапазоне эксплуатационных температур; повысить трещи постой кость при низких температурах и в целом расширить интервал работоспособности материала. В качестве полимерной добавки, создающей пространственную эластичную структурную сетку, в битуме применены полимеры класса термозластопластов блоксополимеры СБС, обладающие рядом преимуществ по сравнению с другими полимерами.
Применяемые для модификации термоэластопласты при минимальном своем содержании в битуме позволяют получить прочную и эластичную пространственную сетку, обеспечивая модифицированному вяжущему высокую термостойкость.
Термоэластопласты характеризуются развитой трехмерной пространственной структурой до температуры 80-90 °С, высокой эластичностью и очень низкой температурой стеклования (до минус 80 - 100 °С). Эти качества позволяют обеспечить модифицированному битуму требуемую эластичность и трещиностойкость.
Модифицированные битумы используются для:
- асфальтобетона верхнего слоя;
- поверхностных обработок,*
- устройства защитных слоев цементобетонных покрытий;
- устройства трещинопрерывающих прослоек мембранного типа;
- дренирующего асфальтобетона;
- приготовления битумно-эластомерных герметизирующих мастик.
Радикальным способом повышения сроков службы асфальтобетонных покрытий и поверхностных обработок, снижения толщины защитных слоев является изменение структуры и свойств дорожных битумов. Битумы, поставляемые дорожным организациям НПЗ, не отвечают требованиям дорожного строительства по следующим причинам: высокая температурная зависимость, т.е. недостаточная тепло- и трещиностойкость, отсутствие эластичности, а следовательно низкая усталостная прочность и способность к обратимым деформациям. Выполнение этих требований находится за пределами возможности традиционных битумов. Скорректировать поведение битумов при эксплуатации во всем диапазоне рабочих температур позволяет модификация битумов эластомерами.
Введение комплексной добавки ТС-51 ощутимо расширяет истинный интервал пластичности как за счет положительной, так и за счет отрицательной области температур. В четыре и более раз возрастает эластичность.
Добавка ТС-51 рекомендуется для производства модифицированных дорожных битумов для асфальтобетонных смесей верхних слоев покрытий, тонких защитных слоев автомобильных дорог высоких категорий и поверхностных обработок.
Полимерный концентрат предназначен для приготовления модифицированного битума непосредственно на производственной базе (АБЗ) без использования специальных установок.
Полимерный концентрат состоит из полимера класса СБС (стирол-бутадиен-стирольного типа) и пластифицирующей добавки (индустриального масла, отработанного машинного масла и т.д.) в различных соотношениях.
Полимерный концентрат - продукт желеподобного вида, который после добавления в горячий битум «растворяется» в течение 4-8 часов в зависимости от их соотношения.
Применение полимерного концентрата позволяет приготавливать модифицированный битум с заданными свойствами без применения дорогостоящего специального оборудования непосредственно на месте производства работ. Это обстоятельство позволяет избегать транспортировки и длительного хранения модифицированного вяжущего, что способствует сохранению его высоких физико-механических свойств.
Пластомерная добавка ЕVА (этилен-винил-ацетат) повышает пластичность, расширяет истинный интервал пластичности за счет положительной температуры.
Пластомерные добавки (ЕVА) рекомендуются для производства модифицированных дорожных битумов, применяемых для приготовления горячих асфальтобетонных смесей, укладываемых в верхние слои дорожных покрытий, устройства тонких защитных слоев, дренирующего асфальтобетона, поверхностной обработки, для приготовления битумных эмульсий, применяемых при выполнении названных работ.
14. Композиционные (комплексные) вяжущие
Их получают с использованием побочных продуктов промышленности. В последнее время предложено большое количество различных добавок (модифицирующих, пластифицирующих) к органическим вяжущим, которые вводятся в относительно большом количестве (более 10 - 20 %), что позволяет рационально использовать отходы и увеличить выход вяжущего. Такие вяжущие называют комплексными (композиционными).
Дегтебитумные, битумодегтевые вяжущие. Сравнение свойств битумов и дегтей показывает, что битумы обладают большим интервалом пластичности, более стабильны во времени, менее токсичны, дегти имеют лучшее сцепление с каменными материалами. Поэтому при взаимном смешении этих вяжущих и их компонентов (масел, смел, пека) можно улучшить свойства полученного комплексного вяжущего. Для определения их состава ведут подбор соотношений битума и дегтя с определением свойств: условной вязкости (пенетрации), температуры размягчения, сцепления, водо-и погодоустойчивости.
Содержание соответственно битума и дегтя колеблется в пределах 10 - 40 %. При подборе состава компонентов смеси необходимо учитывать их смешиваемости которая определяется визуально (не должно быть сгустков и отдельных комков).
Чем больше интервал пластичности битума и чем меньше в дегте частиц, нерастворимых в толуоле, тем более вероятны лучшие их смешиваемость и стабильность. Если в технологии получения применяется окисление, его нужно проводить после смешения компонентов, при этом получают более равновесные системы.
Для повышения вязкости битума практикуют добавку к битуму или гудрону каменноугольного пека с температурой размягчения 50 - 80°С в количестве 20 - 30 %. Применение пекобитумного вяжущего показало высокую стойкость покрытия к износу и меньшую его скользкость. Имеется положительный опыт применения комплексного вяжущего, полученного совместным окислением нефтяного гудрона и сланцевой смолы (в количестве до 30 %).
Битумы с кубовыми остатками синтетических жирных кислот (КОСЖК).
При производстве синтетических жирных кислот образуется до 20 % отходов. Эти остатки имеют темно-коричневый цвет, мазеобразную консистенцию, представляют собой смесь высокомолекулярных жирных кислот и смолистых продуктов. Такие отходы могут быть использованы как анионная добавка к битумам в количестве 3 - 5 % или после их несложной переработки можно получить продукт -полимеризат, обладающий вяжущими свойствами, который применяют как добавку к вязкому битуму в количестве до 20 %. Производственная проверка полимеризатбитума для приготовления асфальтобетона показала повышение его водо- и теплоустойчивости, пластичности при низких температурах.
Органические вяжущие с отходами полимерных веществ. При производстве полиэтилена, полистирола, поливинилхлорида, фенолформальдегидных смол, синтетического каучука образуются различные отходы: олигомеры (не полностью заполимеризированные смолы), имеющие жидкую консистенцию, кубовые остатки в виде вязких смол, а также отходы твердые, порошкообразные. Все эти отходы исследованы как добавки к органическим вяжущим.
Органические вяжущие с добавками поливннилхлорида (ПВХ), полистирола (ПС), полиэтилена (ПЭ), эпоксидных и кумароновых смол и отходов при их производстве. Эти добавки применяют в количестве 0,5 - 3 %. Они улучшают реологические свойства, повышают тепло-и водоустойчивость вяжущих, особенно эффективны для дегтей. Более перспективным, учитывая стоимость, является применение фурановых смол, которые применяются с кислотными отвердителями.
Органические вяжущие с добавками каучуков. К этим добавкам относится большая группа синтетических каучуков, обладающих высокой эластичностью.
Для их совмещения вяжущее нагревают до жидкого состояния и смешивают его с раствором или водной эмульсией (латексом) каучука. Добавка каучука в зависимости от требований колеблется от 2 до 8 %. Но введение 2 - 3 % латекса существенно повышает свойства каучукобитумных вяжущих.
Широко применяют регенерированную резину, резиновую крошку, получаемую при вторичной переработке старых автомобильных покрышек. Измельченную резину в порошкообразном (диспергированном) состоянии вводят в битум в количестве 3 - 5 % при температуре 150 - 180°Си тщательно перемешивают. При этом происходит набухание резиновых частиц и образуется битумно-резиновая дисперсия, которая отличается высокой растяжимостью при 0°С. Она придает асфальтобетону большую упругость, уменьшает трещинообразование и скользкость, уменьшает его старение. Затраты, связанные с применением каучуков, увеличиваются на 20 %, но они окупаются увеличением более чем в половину срока службы покрытия.
15. Перевозка и хранение органических вяжущих материалов
Перевозка твердых битумов и пека осуществляется в обычных крытых вагонах и платформах. Вязкие битумы и дегти перевозят в цистернах, оборудованных змеевиками для разогрева, а также в бункерных полувагонах. Для перевозки битума в жидком состоянии на расстояние до 350 км используют автобитумовозы с обогревом. Они удобны, так как не требуют железнодорожных путей и оборудования для разогрева битума. В настоящее время наблюдается тенденция к увеличению доли битума, перевозимого в автомобильных цистернах. При перевозке и хранении отдельных видов органических вяжущих материалов должны соблюдаться указания государственных стандартов.
Важными условиями при разгрузке материалов из транспортных средств являются минимальные затраты времени на выполнение разгрузочных работ, отсутствие загрязнения, обводнения и потерь.
Разогрев органических вяжущих материалов выполняют до рабочего состояния, при котором они легко объединяются с минеральными материалами во время смешения, пропитки или поверхностной обработки дорожных покрытий. Это достигается подогревом вязких материалов до температуры 50 - 180° С или добавкой к ним разжижителей. Наиболее высокую рабочую температуру имеют нефтяные вязкие битумы, обладающие большой вязкостью и теплоустойчивостью, а самую низкую - жидкие каменноугольные дегти.
Нагревание органических вяжущих материалов выше рабочей температуры недопустимо, так как приводит к интенсивному испарению летучих фракций, процессам разложения высокомолекулярных органических соединений и резкому изменению их свойств. Органические вяжущие разогревают водяным паром, газами от сжигания топлива, циркулирующими по трубам или каналам, и электричеством. В зависимости от условий производства и вида разогреваемых материалов применяется одно-, двух- и многоступенчатая схема подогрева. При изготовлении разжиженных битумов и составленных дегтей с применением жидких и летучих разжижителей подогревают только вязкий битум или пек, разжижитель добавляют в холодном состоянии.
Температуру нагрева вязкотвердых компонентов устанавливают с учетом температуры получаемого материала, сте-г^ пени летучести и огнеопасности разжижителей, но она не должна быть выше 120 - 150° С. Если разжижитель вязкий и содержит воду (сырая смола), его отделно подогревают до температуры 90 - 100°С и до смешения выпаривают воды.
При значительном содержании в меси вязкого разжижителя (сырой смолы) твердый компонент (пек) добавляют мелкими кусками в подогретый разжижитель. В процессе добавления компоненты тщательно перемешивают с помощью насоса, специальной мешалкой или вручную. Материалы смешивают в отдельном котле при потушенной топке.
Технический контроль заключается в проверке рабочей температуры материала при подогреве, продолжительности нагрева, правильности дозирования исходных материалов при изготовлении смешанных битумов и дегтей и вязкости их после изготовления. Температуру измеряют пирометрами или термометрами, установленными в котле и отсеке хранилища. В процессе подогрева измеряют и фиксируют температуру материала.
Приемку доставленного материала выполняют по прилагаемому к нему паспорту, определяя массу партии, а также по данным контрольных испытаний образцов. При перевозке кускового материала в вагонах или автомобилях их взвешивают на весах и определяют объем материала и его среднюю плотность, на основании чего подсчитывают массу всего материала.
Массу материала в цистернах и бункерных полувагонах определяют взвешиванием или по степени заполнения емкости тары и истинной плотности материала.
Для контрольных испытаний свойств материала отбирают среднюю пробу и испытывают в лаборатории в соответствии с государственным стандартом.
Хранение органических вяжущих организуют в специально оборудованных резервуарах с подводом водяного пара и электроэнергии для обогрева и сжатого воздуха для перемешивания. Суммарная вместимость резервуаров зависит от потребления и производительности завода. Она колеблется от 1000 до 5000 м3. Для облегчения слива днище резервуара делают наклонным. Для внутризаводского транспортирования битумов применяют поршневые, реже ротационные насосы. Трубопроводы и насосы тщательно изолируют от потери тепла, оборудуют паровыми рубашками или применяют электрообогрев.
Основные мероприятия по охране труда. При работе с дегтевыми и битумными материалами должны строго соблюдаться правила охраны труда и противопожарные мероприятия. Пековая пыль и другие дегтевые материалы вызывают раздражение кожи и слизистых оболочек, особенно в жаркую погоду. Для предупреждения травматизма при работах с пеком рабочие должны быть снабжены специальной одеждой, респираторами, предохранительными очками и рукавицами. Все незащищенные части тела (лицо, шея) должны быть смазаны до начала работы мазью из вазелина и глины или мела. Погрузочно-разгрузочные работы предпочтительно вести ночью или в прохладное время, избегая работ под лучами солнца. Рабочие должны быть предварительно проинструктированы. За состоянием здоровья рабочих устанавливается врачебный надзор.
16. Асфальтобетон и другие битумоминеральные материалы. Общая характеристика.
Асфальтобетоном называют материал, который получают после уплотнения асфальтобетонной смеси, приготовленной в смесителях в нагретом состоянии щебня или гравия, песка, минерального порошка и битума в рационально подобранных соотношениях. Если вместо битума применяют деготь или полимер, то соответственно материал называют дегтебетон или полимербетон.
Асфальтобетонные смеси являются основным видом битумоминеральных смесей. Существует большое количество смесей, которые различаются по крупности и количеству щебня, содержанию природного или дробленого песка, количеству минерального порошка, вязкости битума. В результате получают смеси с различной структурой, которая и обеспечивает сопротивление покрытий эксплуатационным воздействиям. Смеси с большим содержанием щебня имеют скелет из каменных частиц, который воспринимает основную механическую нагрузку. Смеси, состоящие из минерального порошка, песка и битума, представляют собой асфальтовый раствор, их механические свойства определяются главным образом вязкостью битума. Чем меньше в смеси скелетообразующих частиц, тем выше должна быть вязкость битума.
Гранулометрический состав асфальтобетонной смеси определяет содержание пор в минеральной части асфальтобетона, которое в свою очередь определяет количество битума в смеси и взаимосвязано с остаточной пористостью. Оптимальная остаточная пористость взаимосвязана с вязкостью связующего вещества и комплексом эксплуатационных факторов - транспортных, атмосферных, климатических. Например, при маловязком разжиженном битуме необходима*высокая пористость асфальтобетона, обеспечивающая быстрое испарение легких фракций из битума и как следствие повышение сопротивления эксплуатационным факторам. Комплекс эксплуатационных факторов влияет также на выбор марки битума, о холодном климате надо применять битум с меньшей вязкостью, чем в жарком. Тяжелое движение транспортных средств диктует применение высоковязкого битума.
Стремление к облегчению технологии приготовления, укладки и уплотнения асфальтобетона привело к применению маловязких материалов. С понижением вязкости битума возникли возможности снижения рабочих температур: горячий технологический процесс перешел в теплый, частично или даже полностью - в холодный.
Двумя крайними типами битумоминеральных смесей, по составу, структуре и свойствам резко отличающимися от асфальтобетона, являются асфальтовая мастика и битумощебеночная смесь.
Асфальтовая мастика - это смесь высоковязкого битума и минерального порошка, в которой "плавают" зерна песка. Смесь не содержит воздушных пор. К асфальтовой мастике по составу и структуре близки литой асфальт и смеси "топека".
Литой асфальт отличается от мастики большим содержанием дробленого и природного песка и некоторым содержанием щебня крупностью до 10 или 15 мм. Смесь литого асфальта не имеет пор и не нуждается в уплотнении. В последние годы начали применять литой асфальт с большим содержанием щебня, но этот материал требует уплотнения легкими катками.
Смесь "Топека" отличается от песчаного литого асфальта содержанием главным образом песка и щебня крупностью до 15 или 20 мм. В сравнении с литым асфальтом смесь "топека" содержит малое количество порошка и битума с меньшей вязкостью.
Битумощебеночная смесь содержит значительное количество зерен размером от 5 до 20 (40) мм, малое количество песка и совсем малое количество минерального порошка. Такие смеси приготавливают на маловязких битумах. Они содержат наименьшее количество битума и наибольшее количество пор. Эти смеси наиболее трудно уплотняемы.
Объем пор в смесях понижается с понижением содержания щебня.
Тип смеси выбирают после всестороннего анализа воздействующих факторов на покрытие автомобильной дороги и назначают тот тип, который дает наиболее высокий технико-экономический эффект
По нормативным документам асфальтобетонные смеси в зависимости от вязкости битума, температуры смеси при укладке в покрытие и условий применения подразделяют на виды:
горячие, приготавливаемые с использованием вязких битумов и применяемые непосредственно после приготовления с температурой не ниже 120°С;
теплые, приготавливаемые с использованием как вязких, так и жидких битумов и применяемые после приготовления с температурой не ниже 70°С; холодные, приготавливаемые с использованием жидких битумов, допускаемые к длительному хранению и применяемые с температурой не ниже 5° С.
Асфальтобетонные смеси подразделяют на щебеночные, гравийные и песчаные.
В зависимости от размера зерен минеральных материалов асфальтобетонные смеси подразделяют на крупнозернистые с зернами до 40 мм, мелкозернистые до 20 мм, песчаные до 5 мм.
Асфальтобетоны из горячих и теплых смесей в зависимости от значения остаточной пористости подразделяют на плотные с остаточной пористостью от 2 до 5%, пористые с остаточной пористостью свыше 5 до 12 %, высокопористые с остаточной пористостью свыше 12 до 18 %.
Щебеночные и гравийные асфальтобетонные смеси в зависимости от содержания в них щебня или гравия и песчаные смеси в зависимости от вида песка подразделяют на типы.
При выборе состава смеси необходимо учитывать целый ряд обстоятельств. Так, например, устойчивость асфальтобетонного покрытия к воздействию воды в наибольшей степени взаимосвязана с пористостью смеси, так как поры доступны воде. Скорость старения также возрастает с увеличением пористости асфальтобетона. Возможность образования остаточных деформаций на покрытии в летнее время наиболее вероятна при наименьшей пористости, т. е. при наиболее высоком содержании битума. Усталостная прочность асфальтобетона, наоборот, увеличивается с возрастанием содержания битума.
Смеси с оптимальным количеством и оптимальной вязкостью битума могут обладать достаточно высокими физико-механическими свойствами даже при невысоком качестве минеральных материалов. В целом взаимосвязь между составом смеси и отдельными показателями свойств смеси, эксплуатационными характеристиками и климатическими условиями весьма сложная. Поэтому тип смеси на практике выбирают в зависимости от характера движения автомобилей, конструкции дорожной одежды, наличия дорожно-строительных материалов, климатических условий района строительства и условий производства работ.
Асфальтобетон из горячих смесей наиболее широко применяют в дорожном строительстве. Покрытия из асфальтобетона наиболее устойчивы к воздействию автомобилей и атмосферных факторов. Все это обусловливается вязкостью битума. Асфальтобетон из горячих смесей применяют для строительства верхних и нижних слоев покрытия практически во всех климатических районах страны.
Асфальтобетон из теплых смесей обладает меньшей прочностью и водостойкостью, чем из горячих, но большей трещиностойкостью. Это определяет его применение в холодном климате.
Теплые асфальтобетонные смеси удобоукладываемы при пониженных температурах, что позволяет успешно применять их для устройства дорожных покрытий при пониженных температурах воздуха (до - 10°С) в умеренном климате.
Асфальтобетон из холодных смесей менее устойчив к действию автомобилей и атмосферных факторов, чем асфальтобетон из горячих и теплых смесей. Отличительная особенность холодных асфальтобетонных смесей способность длительное время оставаться рыхлыми, что позволяет заготавливать смесь впрок (до 8 мес) . Этот материал применяют для покрытий на дорогах с малой интенсивностью движения и особенно широко для ремонта асфальтобетонных покрытий.
Крупнозернистые асфальтобетонные смеси применяют только для устройства нижнего слоя покрытия, шероховатая и пористая поверхность которого обеспечивает хорошее сцепление с верхним слоем.
Мелкозернистые многощебенистые асфальтобетонные смеси (тип А) применяют для устройства верхнего слоя покрытия на участках с большими продольными уклонами при тяжелом и интенсивном движении. Покрытия из этих смесей обладают повышенной шероховатостью, что обеспечивает хорошее сцепление с автомобильными шинами.
Среднесщебенистые асфальтобетонные смеси (тип Б) применяют для устройства верхнего слоя двухслойных покрытий при интенсивном движении. Асфальтобетон этого типа обладает достаточно высокой сопротивляемостью механическим и атмосферным факторам.
Малощебенистые асфальтобетонные смеси (тип В) применяют для устройства верхнего слоя двухслойных покрытий при средней интенсивности движения с дополнительным втапливанием щебня для создания шероховатой поверхности.
Песчаные асфальтобетонные смеси, приготовленные на дробленом песке, применяют для устройства верхнего слоя покрытия на дорогах со средней интенсивностью движения и на участках, где требуется создание водонепроницаемого слоя. Песчаные асфальтобетонные смеси на природном песке обладают меньшей сопротивляемостью усилиям, возникающим при движении транспортных средств, чем перечисленные выше типы смесей, поэтому их применяют для устройства покрытий на автомобильных дорогах с легким движением, а также для полов в цехах промышленных предприятий, тротуаров, отмосток.
Условное обозначение асфальтобетонной смеси при заказе должно состоять из сокращенного обозначения смеси:
- первая буква - указание материала заполнителя: Щ - щебень, Г - гравий, П - песок;
- вторая буква - указание крупности материала заполнителя: К - крупнозернистая, М- мелкозернистая;
- третья буква - указание типа: плотные смеси - А, Б, В, Г, Д; щебеночно-мастичные смеси - С;
-третья и четвертая буквы для пористых и высокопористых смесей -соответственно П и ВП;
- индекс «г, т, х» - соответственно для горячих, теплых и холодных видов смесей;
-для щебеночно-мастичных смесей индекс обозначает вид стабилизирующей добавки, индекс «ц» - при использовании в качестве стабилизирующей добавки целлюлозы;
- марка смеси - I, II, III;
- предел прочности при сдвиге при температуре 50 °С (R сдв, МПа);
- обозначение данного стандарта.
Примеры условного обозначения:
- щебеночная мелкозернистая горячая плотная смесь типа А марки I с пределом прочности при сдвиге при температуре 50 °С не менее 2,75 МПа: ЩМАг -I/2,75 СТБ 1033-2004;
- гравийная крупнозернистая теплая плотная смесь типа Б марки II: ГКБт-II СТБ 1033-2004;
- песчаная холодная плотная смесь типа Д марки II: ПДх - II СТБ 1033-2004;
-гравийная крупнозернистая теплая высокопористая смесь марки II: ГКВПт- II СТБ 1033-2004.
- щебеночно-мастичная мелкозернистая горячая смесь марки I с пределом прочности при сдвиге при температуре 50 °С не менее 2,2 МПа: ЩМСц -I/2,2 СТБ 1033-2004.
17. Материалы для асфальтобетона.
Требования к щебню, гравию и песку, как составляющих асфальтобетона.
Выбор материалов и технические требования к ним обусловлены их ролью в асфальтобетоне, типом асфальтобетона его назначением в дорожной одежде. Для приготовления смесей следует применять щебень узких фракций по СТБ 1311.
Допускается применять щебень и гравий из плотных горных пород по ГОСТ 8267 и щебень из металлургических шлаков по ГОСТ 3344.
Не допускается применять щебень из глинистых (мергелистых) известняков, глинистых песчаников и глинистых сланцев.
Для приготовления смесей следует применять щебень следующих фракций круглых (квадратных) сит: от 2,5 (2) до 5 (4) мм, свыше 5 (4) до 7,5 (6,3) мм, свыше 5 (4) до 10 (8) мм, свыше 7,5 (6,3) до 12,5 (10) мм, свыше 10 (8) до 15 (12) мм, свыше 12,5 (10) до 17,5 (14) мм, свыше 15(12) до 20 (16) мм.
Для приготовления смесей допускается применять щебень или гравий следующих фракций круглых сит: от 5 (3) до 10 мм, свыше 10 до 15 мм, свыше 10 до 20 мм, свыше 15 до 20 мм, свыше 20 до 40 мм. Допускается применять щебень и гравий в виде смеси фракций (свыше 5 до 20 мм) для асфальтобетонов марок II и III.
Для верхних слоев покрытий республиканских дорог, городских улиц, магистралей и аэродромов следует применять щебень с ограниченным содержанием зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы: для смесей типа А и щебеночно-мастичного асфальтобетона - до 15%, типа Б - до 25%, типа В - до 35%. Для смесей типов А, Б и щебеночно-мастичных допускается увеличение содержания в щебне зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы на 10%, если асфальтобетонная смесь обеспечивает требуемые значения показателей индекса сопротивления пластическим деформациям.
Для приготовления щебня используют прочные морозостойкие магматические, метаморфические и осадочные горние породы, а также прочные и морозостойкие медленно охлажденные металлургические шлаки. Прочность при сжатии горных пород должна быть не менее 100 . . . 120 МПа, а осадочных карбонатных пород и металлургических шлаков - не менее 80 . . . 100 МПа. Несколько пониженные требования к прочности известняков, доломитов и шлаков компенсируются повышенной прочностью асфальтобетона в связи с хорошим прилипанием битума к этим материалам.
Для нижнего слоя асфальтобетонного покрытия можно применять щебень из горных пород и металлургических шлаков прочностью не менее 60 МПа. Показатель прочности при износе в полочном барабане для щебня из горных пород установлен не более 25 ... 35 %, а из шлаков - не более 35 %. Щебень для асфальтобетонных смесей должен быть чистым, не допускается содержание глинистых и пылеватых частиц свыше 2 %. Форма зерен щебня должна быть приближена к тетраэдальной и кубовидной, а поверхность к шероховатой, что повышает внутреннее трение и прилипание вяжущего. Содержание лещадных и игловатых зерен ограничивается 15 ... 25 %. Щебень для асфальтобетонных смесей должен выдерживать без разрушения не менее 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания, а для нижнего слоя покрытия не менее 25 циклов.
Для приготовления асфальтобетонных смесей применяют дробленый гравий с количеством дробленых зерен не менее 80 %. К нему предъявляют те же требования, что и к щебню из скальных горных пород.
Гравий. Для приготовления асфальтобетонных смесей допускается к применению гравий и песчано-гравийные смеси. Необходимо иметь в виду, что асфальтобетон с гравием вследствие окатанности зерен менее прочен и сдвигоустойчив при положительных температурах, чем асфальтобетон с щебнем.
Песок. Для приготовления асфальтобетонных смесей применяют природные и дробленые пески и отсевы продуктов дробления горных пород и гравия. Песок должен быть чистым и содержать пылеватоглинистых частиц не более 3 % по массе.
Дробленый песок получают дроблением скальных пород или кристаллических металлургических шлаков. В зависимости от прочности исходной горной породы дробленый песок делят на две марки: 800 и 400. Для первой из них применяют горные породы с прочностью при сжатии не ниже 80 МПа, для второй -не ниже 40 МПа.
Гранулометрический состав песка должен обеспечивать получение смеси с другими минеральными материалами с наибольшей плотностью. Из этих соображений для приготовления асфальтобетона применяют крупно- и средне зернистые пески.
Минеральный порошок для асфальтобетонных смесей, требования к его качеству.

Минеральный порошок. Для асфальтобетонных смесей минеральный порошок получают размолом известняков, доломитов (прочностью не менее 20 МПа), битуминозных известняков и других карбонатных пород. Тонкость помола порошков должна быть такой, чтобы при мокром рассеве сквозь сито с отверстиями 1,25 мм проходило 100 %, 0,315 мм не менее 90 % и 0,071 мм не менее 70 % порошка. При этом пустотность их при уплотнении в специальной форме нагрузкой 40 МПа должна быть не более 35 %.
Физико-химическое взаимодействие битума с минеральным порошком приближенно определяют коэффициентом гидрофильности частиц порошка с частицами размером менее 1,25 мм. Коэффициентом гидрофильности называют отношение набухания минерального порошка в воде (полярная среда) к набуханию в обезвоженном керосине (неполярная среда). Более гидрофильные порошки имеют большее сродство с водой к характеризуются коэффициентом гидрофильности более 1, а менее гидрофильные менее 1. Для асфальтобетона. не рекомендуют порошки с коэффициентом гидрофильности более 1.
Характеристика минеральных порошков, отражающая их взаимодействие с водой, степень набухания в воде смеси порошка с битумом. По техническим требованиям на минеральный порошок для асфальтобетона набухание смеси порошка с битумом при остаточной пористости образцов 5 ... 6 % не должно превышать 2,5 %.
Карбонатные горные породы, используемые для производства минеральных порошков, не должны содержать глинистых примесей более 5 %.
В ряде случаев в качестве минеральных порошков применяют местные материалы - порошкообразные отходы промышленности (пыль уноса цементных заводов, золы, дефекационные отходы сахарных заводов, отходы асбестоцементного производства). Качество этих порошков различное, поэтому в каждом случае проверяют свойства порошков и приготовленных смесей. Важно установить также расход битума, технологические свойства смеси на принятом порошке и влияние порошка на долговечность асфальтобетона.
Вследствие того что минеральные порошки имеют тонкозернистый состав, они обладают повышенной гигроскопичностью и комкуются при длительном хранении на складах. Обладая большой поверхностной энергией, они интенсивно реагируют с битумом, быстро изменяют его вязкость, что несколько затрудняет процессы перемешивания и особенно уплотнение смесей. Значительно улучшаются свойства минеральных порошков после предварительной гидрофобизации, т. е. обработки небольшими дозами битума малой вязкости или другими гидрофобизирующими веществами (торфяным или древесным дегтем, ферролигносульфонатом и др.). Гидрофобизированные порошки при хранении не комкуются, при транспортировании не распыляются, значительно улучшают перемешивание и уплотнение смесей; расход битума при приготовлении асфальтобетонных смесей уменьшается.
Прогрессивным способом улучшения качества минерального порошка является разработанная Л. Б. Гезенцвеем активация поверхности зерен битумом с поверхностно-активными добавками в процессе помола, при которой совмещается физико-химическая обработка с механическими воздействиями.
Битумы и поверхностно-активные вещества для асфальтобетона.

Битум. Для приготовления горячих смесей следует применять вязкие нефтяные дорожные битумы марок БНД (БН) 60/90, БНД (БН) 90/130 по ГОСТ 22245; БД 60/90, БД 90/130 по СТБ 1062; модифицированные битумы марок БМА 70/100, БМА 100/130 по СТБ 1220. Для приготовления теплых смесей следует применять вязкие битумы марок БНД (БН) 130/200 по ГОСТ 22245; БД 90/130, БД 130/200 по СТБ 1062, а также жидкие битумы марок СГ 130/200, МГ 130/200 и МГО 130/200 по ГОСТ 11955.
Для приготовления горячих смесей допускается применение вязких дорожных и модифицированных битумов, производимых по другим нормативным документам и удовлетворяющих их требованиям, при условии, что асфальтобетон будет соответствовать требованиям настоящего стандарта.
Для приготовления холодных смесей следует применять жидкие нефтяные дорожные битумы марок СГ 70/130 и МГО 70/130 по ГОСТ 11955.
Для холодных смесей марки II следует применять жидкие битумы класса СГ. Допускается применение битумов классов МГ и МГО при условии использования активированных минеральных порошков или предварительной обработки минеральных материалов смесью битума с поверхностно-активными веществами.
Для холодных смесей марки II следует применять жидкие битумы классов СГ, МГ, МГО.
Марку битума выбирают в зависимости от вида смеси, категории дороги и категории нормальной нагрузки на покрытие аэродромов в соответствии с табл. 5.11.
На дорогах I и II категорий (или при интенсивности более 700 приведенных автомобилей) в верхних слоях покрытий из асфальтобетонных смесей типов А и Б следует применять дорожные битумы с катионактивными адгезионными добавками, удовлетворяющими требованиям соответствующих нормативных документов, при оптимальном содержании их в битуме, обеспечивающем требуемые коэффициенты водостойкости при длительном насыщении в агрессивной среде более 28 суток и морозостойкости после 50 циклов.
Модифицирующие добавки
Адгезионные присадки должны соответствовать требованиям нормативных документов, повышать сцепление битума с поверхностью минерального материала и обеспечивать показатели плотного асфальтобетона по коэффициентам морозостойкости после 50 циклов и водостойкости при длительном водонасыщении после 28 суток без ухудшения предела прочности при сдвиге при температуре 50 °С.
Модифицирующие полимерные добавки, применяемые в дорожных битумах для повышения сдвигоустойчивости и трещиностойкости асфальтобетона, должны соответствовать требованиям нормативных документов. Битумы с полимерными добавками должны соответствовать требованиям нормативных документов на модифицированные битумы.
Для приготовления щебеночно-мастичных смесей в качестве стабилизирующей добавки следует применять целлюлозные волокна или гранулы на их основе.
Целлюлозные волокна должны иметь структуру нитей, быть однородными и не содержать пучков и скоплений не раздробленного материала.
Целлюлозные волокна и гранулы на их основе не должны содержать парафиновые углеводороды, кроме тех, которые имеются в составе применяемых для производства гранул битумов нефтяных, а также не содержать полиэтилен, пластмассы, лаки, смолы.
Эффективность применения стабилизирующих добавок оценивается по их влиянию на комплекс показателей физико-механических свойств ЩМС, в том числе по результатам испытаний горячей смеси на стекание вяжущего. Сущность метода испытания смеси на стекание вяжущего заключается в оценке способности щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси удерживать содержащееся битумное вяжущее при хранении в накопительных бункерах и транспортировании.
В 2005 г. объем внедрения щебеночно-мастичного асфальтобетона на дорогах магистрального значения Республики Беларусь составил около 220 тыс. т. Для приготовления такого количества ЩМС предприятиями отрасли было приобретено около 660 т целлюлозного волокна и гранул на их основе. Средняя стоимость 1 т гранулированного целлюлозного волокна составила около 2600 тыс. руб. или 1200 дол. США.
В настоящее время в республике в основном применяются целлюлозные волокна и гранулы на их основе импортного производства, что существенно увеличивает стоимость щебеночно-мастичного асфальтобетона. В связи с этим требуется поиск отечественного альтернативного сырья для производства стабилизирующих добавок, не уступающих по качеству зарубежным.
Учитывая, что основная задача стабилизирующих добавок - связать большее количество свободного битума, предотвращая его стекание из минерального отсева щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, необходимо создать все условия для повышения сорбционной способности таких добавок. Такими условиями являются: высокоразвитая пористость добавки и отсутствие влаги на ее поверхности, что в целом будет способствовать повышению поверхностной энергии волокон стабилизирующих добавок.
18-19. Структура и текстура асфальтобетона, механизм его сопротивления транспортным нагрузкам
Структура асфальтобетона. Она определяется качеством и количеством составляющих, их сочетанием, размещением и связями между ними. Структура асфальтобетона определяет его главные свойства: прочность и деформативность, плотность и атмосферостойкость, старение и долговечность.
Структура асфальтобетона весьма сложна, так как минеральные компоненты полидисперсны. Размеры минеральных зерен изменяются в пределах от 10-3 до 40 мм. Это предопределяет различие в характере взаимодействия между минеральными частицами и вяжущим. Полидисперсность предопределяет полиструктуру асфальтобетона, выражающуюся в расположении одной структуры в другой.
Микроструктура, состоящая из битума и наполнителя (минерального порошка), выполняет роль связующего (асфальтовяжущего) и соединяет в моно лит мелкий и крупный заполнитель.
Мезоструктура, состоящая из песка и связующего, заполняет пустоты в щебне и обеспечивает требуемую плотность материала.
Макроструктура, формирующаяся из крупного и мелкого заполнителей, обеспечивает прочность материала и предопределяет структуру и текстуру асфальтобетона.
Полидисперсность минеральной части асфальтобетона определяет также особенности взаимодействия частиц различного размера с вяжущим. Чем меньше частицы, тем в большей степени проявляются их химические свойства, тем выше их структурирующее действие на битум, и, наоборот, чем крупнее частицы, тем в большей степени играют роль их механические свойства Исходя из этого принято частицы размером 0,14 . . . 0,001 мм относить к наполнителям, а частицы 0,14 ... 5 мм к мелким и 5 ... 40 мм - к крупным заполнителям.
Начнем рассмотрение с наименее сложной двухкомпонентной системы - микроструктуры, состоящей из битума и наполнителя. Прочность микроструктуры зависит от количества и взаимосвязи компонентов, пористость - от соотношения наполнитель - битум. Прочность микроструктуры резко изменяется в зависимости от содержания наполнителя. На начальном участке I кривой изменение прочности прямо пропорционально количеству вводимого наполнителя. В этом случае минеральные частицы с образующимися на их поверхности ориентированными слоями битума не взаимодействуют между собой, формируется базальная структура асфальтовяжущего вещества. Увеличение прочности объясняется ростом гидродинамического сопротивления движению. С увеличением содержания наполнителя (участок П) расстояние между отдельными частицами становится меньше, чем сумма толщин структурированных оболочек двух соседних частиц, и с вой el за системы обусловливаются степенью в злимо действия ориентированных слоев. Это приводит к формированию поровой структуры материала. Высокая прочность асфальтовяжущего вещества в точке экстремума объясняется тем, что битумная пленка на зернах толщиной 0,23 . . . 0,25 мкм полностью находится в ориентированном состоянии под действием поверхностных сил минеральных зерен. Точка экстремума соответствует максимальному значению средней плотности.
При увеличении количества наполнителя выше оптимального предела в системе увеличивается число пор, битума не хватает для обволакивания минеральных зерен, появляются контакты по твердой поверхности (контактная структура). Все это приводит к резкому снижению прочности (участок III).
Оптимальное количество битума взаимосвязано с его вязкостью. Так, для битума марки БНД 90/130 оно составляет 16 %, а для битума марки БНД 200/300 -14,5%. Различие в оптимальном количестве битума объясняется прежде всего строением его пленок. В высоковязких битумах толщина пленки на зернах всегда больше, чем в менее вязких битумах. Следовательно, в асфальтовяжущем оптимальной структуры битум находится в наилучшем состоянии. Нарушение этого соотношения приводит к снижению прочности асфальтовяжущего вещества.
При введении в асфальтовяжущее вещество песка закономерно снижается прочность системы, что в первую очередь связано с повышением неоднородности смеси и появлением в системе объемного битума. Влияние вязкости исходного битума на прочность уменьшается с ростом содержания в системе песчаных частиц. Прослеживается четкая зависимость отношения битума к минеральному порошку (Б/П) от вязкости битума.
Макроструктура формируется щебнем, который рассматривается как основной структурообразующий элемент асфальтобетонов. Макроструктура асфальтобетона определяется количеств энным соотношением, взаимным расположением, крупностью зерен щебня, связанных в монолит асфальтовым раствором, а также характером процессов взаимодействия на границе раздела фаз: поверхность минерального материала битум.
Структурообразующая роль щебня так же, как и песка, значительно отличается от роли минерального порошка. Его основное назначение заключается в формировании пространственного каркаса, обеспечивающего прочность асфальтобетона.
При незначительном содержании щебня свойства асфальтобетона определяются свойствами асфальтового раствора, поскольку зерна щебня являются отдельными вкраплениями, "плавающими" в растворной части. Зерна щебня в этом случае разделены толстыми прослойками раствора и являются своего рода инертным заполнителем. Размер, свойства поверхности, форма зерен щебня не оказывают в этом случае существенного влияния на свойства асфальтобетона. Больше того, в некоторых случаях введение 10 . . 20 % щебня может привести к снижению прочности асфальтобетона по сравнению с прочностью асфальтового раствора за счет снижения однородности системы.
Дальнейший рост содержания щебня приводит к возникновению отдельных контактов между зернами через тонкие пленки ориентированного битума. Прочность битумных слоев настолько велика, что битум под нагрузкой практически не вытесняется. Однако если нагрузки при уплотнении весьма велики, го возможно разрушение зерен в зонах контакта от сосредоточенных контактных напряжений. При этом разрушается и битумная пленка, возникают прямые контакты по минеральным зернам. Порог формирования точечных контактов в асфальтобетоне наступает при содержании щебня более 45 %. При увеличении щебня до 60 ... 65 % в асфальтобетоне формируется пространственный каркас. Крупные минеральные зерна контактируют друг с другом непосредственно или через настолько тонкие прослойки битума, что вяжущее я них приобретает свойства твердого тела. Межзерновые пустоты упругого минерального каркаса заполнены асфальтовым раствором. Это норовая структура асфальтобетона.
Дальнейшее увеличение количества щебня приводит к формированию контактной структуры, в которой объем пустот в щебеночном каркасе значительно превышает объем асфальтового раствора, создает материал с большой пористостью и пониженной прочностью.
В асфальтобетоне наименьшей пористостью обладает микроструктура, наибольшей - макроструктура. Количество открытых пор и их размеры увеличиваются с размером минеральных зерен.
Взаимосвязь структур в асфальтобетоне. Получение асфальтобетона с заданной структурой и свойствами достигается путем установления количественных соотношений между микро-, мезо- и макроструктурами. При этом необходимо помнить, что данной макроструктуре соответствуют только определенные мезо- и микроструктуры. Так, наиболее высокие показатели прочности асфальтобетона с базальной макроструктурой (щебня < 35 %) достигаются при контактно-поровой мезоструктуре (песка> 40 %) и поровой микроструктуре (минерального порошка > 15 %). Наилучшие показатели асфальтобетона с поровой макроструктурой (щебня 50 . . . 60%) достигаются при порово-базальной мезоструктуре (песка 30 ... 40 %) и базальной микроструктуре (минерального порошка около 10 %), а с контактной макроструктурой (щебня > 65 %) при базальной мезоструктуре (песка < 30 %) и базальной микроструктуре (минерального порошка < 5 %). Отношение битума к минеральному порошку в асфальтобетоне с базальной макроструктурой должно быть в пределах 0,5 ... 0,6, с базально-поровой - 0,6 . . . 0,9, с поровой и порово-контактной 0,9 ... 1,1.
Существует закономерность, согласно которой тип структуры асфальтобетона определяется вязкостью битума. Концентрация минерального порошка в битуме обратно пропорциональна вязкости последнего. Отношение МП:Б для асфальтобетона, приготовленного на битуме марки СГ 70/130, максимально и снижается по мере повышения вязкости битума. Такой переход связан с недостаточной насыщенностью жидких битумов асфальтенами, при этом зерна минерального порошка являются центрами структурообразования и способствуют упрочнению структуры и ее стабилизации. Переход жидких битумов в структурированное состояние сопровождается возникновением коагуляционных контактов, а при значительном насыщении битума минеральным порошком резким упрочнением системы и формированием вторичной коагуляционной структуры.
Текстура. Она определяется размером и характером размещения структурных составляющих в поверхностном слое. Текстура определяет эксплуатационные свойства асфальтобетонного покрытия, шероховатость (сцепление колеса автомобиля с покрытием), износостойкость, светоотражательную способность, шумность. По степени шероховатости асфальтобетонные покрытия подразделяют на гладкие (выступы до 0,1 мм), микрошероховатые (от 0,1 до 0.5 мм) и макро шероховатые (от 0,5 до 15 мм). С увеличением степени шероховатости покрытия возрастает коэффициент сцепления.
Светоотражательная способность асфальтобетонного покрытия возрастает с увеличением шероховатости Так, рефлекторная способность покрытия с гладкой текстурой составляет 0,10 кд/м2, а с макро шероховатой 0,15 кд/м2. Шероховатая поверхность обеспечивает лучшее отражение света фар автомобиля, чем гладкая. С увеличением шероховатости покрытия возрастает шум от движения транспорта. _
Механизм сопротивления асфальтобетона транспортным нагрузкам. Напряжения, возникающие в асфальтобетонном покрытии, всецело зависят от транспортных нагрузок и не зависят от вида его структуры. Различие заключается лишь в том, какие напряжения по виду и значению возникают в покрытии и в материалах, составляющих асфальтобетон.
В покрытии из уплотненной битумо-щебеночной смеси, напряжение от колеса транспортного средства передается от зерна к зерну по площади контакта. Проявляются давление от транспорта, трение и зацепление между зернами. Прочность, устойчивость покрытия в этом случае зависит прежде всего от механических свойств зерен щебня, таких как прочность при сжатии и растяжении, износе и расколе. Битумная пленка на минеральных зернах служит вяжущим, обеспечивающим объединение отдельных зерен в монолит. В этом материале механические свойства битумной пленки играют подчиненную роль. Такой тип смесей обычно используют в основании, но иногда применяют и в покрытии (дренирующий асфальтобетон).
В покрытии из асфальтовой мастики, напряжение от колеса транспортного средства полностью передается на асфальтовяжущее. Во избежание деформаций при положительных температурах в этом случае применяют высоко вязкий битум (глубина проникания при 25° С 20 . . . 40°) и большое количество минерального порошка (30 . . . 32 %). Известно, что минеральный порошок структурирует битум, тем самым повышает его температуростойкость.
Все дорожные покрытия из асфальтобетонных смесей по условиям восприятия нагрузки находятся между покрытиями из этих крайних представителей смесей. В одном случае преобладает механизм распределения напряжений на асфальтовый раствор, при котором прочность щебня не является самой важной. В другом случае при большом содержании щебня напряжения воспринимаются каркасом из минеральных зерен. В этом случае требования к механическим свойствам щебня должны быть весьма высокими.
В многощебенистых асфальтобетонах (зерен крупнее 5 мм более 50 % по массе) имеется скелет из зерен щебня. Зерна щебня контактируют друг с другом через тонкие прослойки битума. Межзерновые пустоты заполнены асфальтовым раствором. Остаточная пористость не превышает 5 %. Малощебе-нистый асфальтобетон (зерен крупнее 5 мм 20 ... 35 % по массе) имеет структуру асфальтового раствора с плавающими зернами щебня. Зерна щебня в этом случае разделены толстыми прослойками раствора и являются своего рода инертным заполнителем: размер, свойства поверхности, форма зерен щебня не оказывают в этом случае существенного влияния на свойства асфальтобетона. Среднещебнистый асфальтобетон (зерен крупнее 5 мм 35 ... 50 % по массе) занимает промежуточное положение между двумя названными типами. Составы с 35 ... 40 % щебня по структуре и свойствам приближаются к малощебенистому асфальтобетону. Асфальтобетоны с содержанием щебня 40 ... 45 % имеют очаговую структуру; нет сплошного каркаса. Свойства асфальтобетонов определяются свойствами растворной части и щебня. При содержании щебня 45 ... 50 % имеется почти полный каркас.
Таким образом, общее сравнение типовых составов асфальтобетонных смесей и объяснение механизма их сопротивления и распределения напряжений от колес транспортных средств позволяют анализировать поведение асфальтобетона в покрытии при эксплуатации и правильно рекомендовать ту или иную смесь для данных конкретных условий.
20. Прочностные и деформативные свойства асфальтобетонов.
Асфальтобетон в конструкции в зависимости от температуры и условий деформирования может находиться в следующих структурных состояниях:
упругохрупком, при котором минеральный остов строго фиксирован за-стеклованными прослойками битума. В этом случае асфальтобетон по- свойствам приближается к цементобетону и другим искусственным материалам с кристаллизационными связями;
упругопластичном, когда зерна минерального остова соединены прослойками битума, которые проявляют при напряжения, не превышающих предел текучести, упругие и эластические свойства, а при больших напряжениях упруго-вязкие свойства,
вязкопластичком, при котором зерна минерального остова соединены полужидкими прослойками битума и небольшое напряжение приводит к деформированию материала.
Асфальтобетон в дорожном покрытии, кроме воздействия автомобилей, подвергается воздействию атмосферных и талых вод. Вода проникает в поры асфальтобетона к ослабляет взаимную связь минеральных материалов с пленкой вяжущего. Поэтому оценку прочности асфальтобетона дают при следующих критических условиях:
максимальной для "данной местности температуре асфальтобетонного покрытия, когда когезия вяжущего минимальна;
минимальной температуре, когда прочность достаточна, так как когезия вяжущего достигает наибольших значений, но при нарушении однородности структуры, особенно при повторных замораживаниях, минимальные удлинения способствуют образованию трещин, а в отдельных случаях и выкрашиванию покрытия;
некоторых средних температурах, когда наиболее вероятно водонасыщение асфальтобетона и снижение прилипания вяжущего к минеральным материалам, которые могут привести к быстрому износу и хрупкому разрушению покрытия.
Под механической нагрузкой асфальтобетон проявляет комплекс сложных свойств: упругость, пластичность, ползучесть, релаксацию напряжений, изменение прочности в зависимости от скорости деформирования, накопление деформации при многократных приложениях нагрузки и т. д. В зависимости от проявления тех или иных свойств к асфальтобетону применимы законы теории упругости или теории пластичности. Свойства асфальтобетона обычно начинают рассматривать с ведущего показателя механических свойств материала прочности.
Прочность. Свойство асфальтобетона сопротивляться разрушению под действием механических напряжений характеризует прочность. Для асфальтобетона как для термопластичного материала различают два вида потери прочности: в упругой стадии, приводящую к разрушению покрытий; в пластической стадии, приводящую к возникновению деформаций, нарушающих нопмягтытую эксплуатацию конструкциид ОсогЗенностью разрушения -а^фаяъ 1 иОеТбна по сравнению с цементобетоном и другими подобными материалами является резко выраженная зависимость прочности от времени действия нагрузки и температуры.
Разрушение асфальтобетона под действием приложенного напряжения представляет собой развевающийся во времени процесс. Чем больше значение действующих напряжений, тем быстрее протекает прессе разрушения Таким образом, механические свойства асфальтобетона характеризуются двумя показателями: разрушающим напряжением и значением длительной прочности (время, в течение которого асфальтобетон выдерживает заданное напряжение без разрушения) .
Зависимость значений разрушающего напряжения от длительности пребывания материала в напряженном состоянии обусловлена процессом усталости. Усталость характеризует постепенное снижение работоспособности асфальтобетона при длительно действующих или многократно повторяющихся нагрузках. Статическая усталость проявляется в снижении долговечности материала при многократных циклически действующих нагрузках. Ее характеризуют числом циклов, которые выдерживает асфальтобетон до разрушения.
Основным требованием, которому должен удовлетворять асфальтобетон, работающий в условиях повышенных положительных температур, является его сдвигоустойчивостъ. Прочность при сдвиге асфальтобетона при повышенных температурах может быть охарактеризована видоизмененным уравнением Кулона:
Из уравнения видно, что заданная ипрочность при сдвиге г может быть получена при различных значениях факторов, определяющих прочность и зависящих в одном случае от свойств минерального остова <Јаб, в другом - от сил сцепления 2б, обусловливаемых свойствами битума.
При больших значениях внутреннего трения и зацепления минерального остова заданную прочность на сдвиг можно достичь при относительно небольшом сцеплении, обусловливаемом 'высокой вязкостью битума, а также путем применения минеральных материалов с малыми
значениями ф и и С . Но свойства минерального материала в диапазоне эксплуатационных температур практически не меняются, в то время как свойства битума сильно зависят от температуры. Поэтому асфальтобетон с вцеокими значениями внутреннего трения и зацепления всегда будет обладать прочностью на сдвиг при высоких температурах и большой теплостойк остью.
Испытания на сдвиг асфальтобетонов "с 20 до 65 % щебня при циклическом приложении нагрузки, выполненные Н. В. Горелышевым, показали, что при температуре 50°С, вертикальной нагрузке 0,5 МПа и скорости деформирования 50 мм/мин многощебенистый асфальтобетон при сдвиге работает в упругой стадии до т = 0,4 МПа, а малощебенистый до г = 0,15 МПа.
Таким образом, о сдвигоустойчивости асфальтобетона при повышенных температурах воздуха объективно можно судить по результатам испытаний с различной скоростью сдвига и при выделении упругой составляющей из общей деформации. Однако испытание на сдвиг является еще достаточно громоздким, поэтому вместо этого испытания сдвигоустойчивость оценивают косвенно по результатам испытания прочности при сжатии. Прочность асфальтобетона при сжатии принято оценивать по испытанию цилиндрических образцов на сжатие при 50, 20 и 0°С и скорости деформирования 3 мм/мин. Наиболее важен показатель прочности при 50°С, по которому судят о поведении асфальтобетонного покрытия под нагрузкой в летнее время.
Если при температуре 50° С нормативными документами ограничивается нижний предел прочности (1 ... 1,2 МПа), то при 0°С ограничивается верхний предел прочности (не более 12 МПа). Показатель прочности при сжатии при 50° С косвенно характеризует сдвигоустойчивость асфальтобетона при высокой температуре и сопротивляемость материала образованию пластических деформаций тЗ дорожном покрытии. Показатель прочности при 0°С косвенно характеризует трещино-стойкость асфальтобетона при низкой температуре.
Для характеристики пластичности асфальтобетона при положительных температурах, когда возможно возникновение деформаций покрытий (волны, наплывы), служит показатель пластичности
К=lg(R1/R2)/lg(V1/V2)
где Rx и R.2 - пределы прочности при сжатии, МПа; V\ и v2 - скорости деформирования(обычно 3 и 30 мм/мин).
Асфальтобетон считают не пластичным, если при 50°С К < 0.01, нормальной пластичности при К * 0,15 . . . 0 24 м пластичными при К > 0,25.
Прочность асфальтобетона при растяжении определяют непосредственным растяжением специально приготовленного и закрепленного образца или более простым ''бразильским" методом, не требующим специального приготовления образцов сложной формы. Цилиндрический образец асфальтобетона диаметром/? и высотой Н подвергают сжатию по образующей. Прочность при растяжении по этому методу
R= а Р/ DH
где а - коэффициент (для асфальтобетона как пластичного тела а = 1, для хрупких тел а = = 0,63); Р - разрушающее усилие; D и Я -диаметр и высота образца, см.
С понижением температуры происходит приращение прочности асфальтобетона. Участок стабилизации прочности асфальтобетона характеризует переход битумной пленки в хрупкое состояние. Экстремальная точка на графике может быть названа температурой хрупкости данного асфальтобетона. В асфальтобетоне на битуме марки БНД 40/60 участок стабилизации прочности при растяжении достигается при - 10°С, а в асфальтобетоне на битуме БНД 130/200 при - 20° С Асфальтобетон с более низкой температурой хрупкости, естественно, более пластичен при низких температурах.
Основным критерием прочности асфальтобетона при отрицательных температурах являются его деформативные свойства, характеризующие устойчивость против образования трещин. При охлаждении объем асфальтобетона сокращается, в покрытии возникают растягивающие напряжения, которые до известной степени могут компенсироваться его пластичностью. Дня предотвращения образования трещин необходимо, чтобы асфальтобетон обладал способностью деформироваться под действием растягивающих напряжений без нарушения сплошности. Для оценки обычно используют предельную относительную деформацию в момент разрушения. Если деформирование чисто упругое, то критическая относительная деформация не превышает 0,001. По мере повышения температуры критическое едгносительное удлинение увеличивается.
21. Деформативность асфальтобетона.
Деформативность асфальтобетона. Ее оценивают по относительной деформации асфальтобетонных образцов при испытании на изгиб или растяжение. Покрытие будет устойчивым против образования трещин, если асфальтобетон обладает относительным удлинением при 0°С не менее 0,004 . . . 0,008, а при - 20°С не менее 0,001 . . . 0,002 (при скорости деформации, близкой к 5 ... 10 мм/мин).
Реологические свойства асфальтобетона. Показатели прочности асфальтобетона не позволяют полностью характеризовать работу материала в покрытии, так как при нагружении в нем возникают не только обратимые, но и необратимые деформации, величина которых связана с уровнем напряжения, временем действия напряжения и скоростью деформации. Изучением поведения материалов под действием приложенных нагрузок занимается реология раздел механики, тесно примыкающий к физике и охватывающий вопросы деформирования разнообразных материалов - от твердых тел до жидкостей.
При эксплуатации асфальтобетонного покрытия могут быть следующие режимы нагружения: постоянная нагрузка, равномерно возрастающая нагрузка, деформирование с постоянной скоростью. Определение изменения свойств асфальтобетона за длительный период производят испытанием на ползучесть.

Реологические свойства асфальтобетонного покрытия. Ползучесть и упруговязкие свойства.
Ползучесть и упруговязкие свойства асфальтобетона. Испытание асфальтобетона на ползучесть позволяет установить изменение деформации во времени. Ползучесть процесс малой непрерывной пластической деформации, протекающей в материалах в условиях длительной статической нагрузки. При испытании на ползучесть к образцу, имеющему форму цилиндра или балочки, прикладывают постоянную нагрузку, чтобы проследить работу материала в упругой (линейной) и неупругой (нелинейной) областях.
Релаксация напряжений. Релаксация-уменьшение напряжений в материале, значение деформаций в котором поддерживается постоянным. Процесс релаксации заключается в "перерождении" упругой деформации в пластическую
Релаксация напряжений в асфальтобетоне связана с наличием битума, обладающего гораздо меньшими прочностью и вязкостью, чем минеральные материалы. Температура и вязкость битума оказывают влияние на характер релаксации напряжений в асфальтобетоне. С понижением температуры различие в релаксационных процессах уменьшается, с повышением релаксационная способность материала увеличивается. Напряжения в асфальтобетоне при постоянной деформации делят на релаксирующие и нерелак-сирующие: ФОРМУЛА.
Релаксирующая часть напряжений взаимосвязана с типом структуры ас фальтовой системы. Асфальтовяжущее вещество в меньшей степени релакси-рует напряжение, чем асфальтобетон. Это объясняется тем, что на крупных частицах толщина битумной пленки больше, чем на мелких.
На характер релаксации напряжений в значительной степени влияет начальное напряжение, сообщаемое материалу. При высоком начальном напряжении процесс ;г\> рсдакеащж протекает интенсивно, в материале остается мало неотрелаксиро-вакных напряжений, что объясняется облегчением пластического течения по релаксационным плоскостям.
Релаксационные процессы в асфальтобетоне зависят от скорости деформации (нагружения). Процесс нагружения рассматривают как совокупность двух одновременно протекающих процессов рост напряжений и их релаксация, поэтому чем медленнее растет нагрузка, тем большая часть напряжений успевает отрелаксироваться в процессе нагружения.
При высоких положительных температурах интенсивность снижения напряжений служит показателем деформационной устойчивости асфальтобетона, а при низких отрицательных - показателем трещиноустойчивости.
Для удовлетворительной работы асфальтобетона в покрытии при высоких положительных температурах необходимо, чтобы релаксация напряжений протекала медленно. При низких отрицательных температурах возникновение трещин можно предупредить в том случае, если напряжения будут быстро рассасываться.
Избыток битума приводит к раздвижке минеральных зерен. Снижается вязкость.битума на плоскостях скольжения, ускоряется переход на новое равновесное состояние. Естественно, что смеси с содержанием битума ниже оптимального мало релаксируют напряжения. Это может быть объяснено наличием не только коагуляционных, но и точечных (по твердой поверхности) контактов между минеральными зернами.
Характер релаксации напряжений в асфальтовых системах позволил сделать вывод, что релаксационная способность материала взаимосвязана с вязкостью битума и крупностью минеральных зерен. При температуре испытания 0°С горячий асфальтобетон практически не релаксирует напряжение, так как он настолько приближается к упругим телам, что релаксация, происходящая за счет вязкого течения, практически отсутствует. При температуре 50°С доля отрелаксированных напряжений наибольшая, что вполне закономерно, так как вязкость системы снижается при повышенных температурах.
22. Релаксация напряжений в асфальтобетоне, его устойчивость к атмосферным факторам(водостойкость, морозостойкость).

Устойчивость асфальтобетона к атмосферным факторам. Асфальтобетонные покрытия при длительном увлажнении вследствие ослабления структурных связей могут разрушаться за счет выкрашивания минеральных зерен, что приводит к повышенному износу покрытий и образованию выбоин. Водостойкость асфальтобетона зависит от его плотности и устойчивости адгезионных связей, Вода, как полярная жидкость, хорошо смачивает все минеральные материалы, а это значит, что при длительном контакте минеральных зерен, обработанных битумом, возможна диффузия воды под битумную пленку. При зтом минеральные материалы с положительным потенциалом заряда поверхности (кальцит, доломит, известняк) в большей степени препятствуют вытеснению битумной пленки водой, чем материалы с отрицательным потенциалом поверхности (кварц, гранит,
андезит). Образование адсорбционного слоя воды понижает поверхностную энергию твердого тела, а следовательно, и работу по образованию новых поверхностей при деформации. Сорбированные молекулы воды легко мигрируют по поверхностям, вновь образующимся в деформируемом материале, чрро приводит к его разрушению.
Закономерное снижение прочности асфальтобетона с увеличением срока выдерживания материала в воде объясняется постепенной диффузией воды внутрь материала и все увеличивающимся расклинивающим действием воды. Значительно разрушают структуру асфальтобетона его частые попеременные увлажнение и высыхание. Перемещаясь в порах, вода вызывает неравномерное распределение напряжений, что также способствует разрушению .
Пористость оказывает большое влияние на водостойкость асфальтобетона, обычно она составляет 3 ... 7 %. Поры в асфальтобетоне могут быть открытые и замкнутые. С уменьшением размера зерен увеличивается количество замкнутых, недоступных воде пор.
Водостойкость асфальтобетона определяется значениями водонасыщения, набухания и коэффициента водостойкости къ (отношение прочности водонасыщенных к прочности сухих образцов). Коэффициент водостойкости должен быть не менее 0,9, а при длительном водонасыще-нии (15 сут) - не менее 0,8.
Морозостойкость. Замерзая зимой в порах асфальтобетона, вода переходит в лед с увеличением в объеме на 8 ... 9 %, что создает в них давление свыше 20 МПа.
Наиболее разрушительное действие оказывает происходящее весной и осенью попеременное замораживание и оттаивание асфальтобетона. Знакопеременные температуры приводят к возникновению трещин.
Морозостойкость асфальтобетона обычно оценивается коэффициентом Км з< показывающим снижение прочности при растяжении (испытание на раскол) после определенных циклов замораживания насыщенных водой образцов на воздухе при 20°С и оттаивания в воде при комнатной температуре. Количество циклов принимается не менее 25. Наибольшей морозостойкостью обладает асфальто-вяжущее, меньшей асфальтовый раствор и еще меньшей асфальтобетон. Снижение морозостойкости асфальтобетона наблюдается и при уменьшении вязкости битума от марки БНД 60/90 до БНД 90/130. Морозостойкость асфальтобетона также взаимосвязана с характером взаимодействия битума с минеральным материалом. Так морозостойкость асфальтобетона на щебне из плотного известняка (основная порода) выше, чем на гранитном щебне (кислая порода). Это объясняется тем, что природа связи битум -известняк физико-химическая, в то время как связь битум - гранит физическая. Напряжения, возникающие при замерзании воды, легко разрушают физические связи и слабо разрушают химические.
Повысить водо- и морозостойкость можно путем выбора материалов надлежащего качества, тщательного подбора составляющих, применения поверхностно-активных веществ.
Характеристики асфальтобетонного покрытия. Для безопасного и комфортабельного движения автомобилей большое значение имеют следующие характеристики асфальтобетонного покрытия: ровность, шероховатость (сопротивление скольжению и дренирование поверхностной воды), шум при движении, оптические свойства, чувствительность к пластическим деформациям (колеи и волны), водонепроницаемость (предотвращение проникания поверхностной воды в покрытие).
Ровность покрытия определяют 3-метровой рейкой с калиброванным клином (промерником), двухопорной 3-метровой рейкой типа ПКР-1, многоопорной рейкой типа ПКР-4 или установкой ПКРС-2 при скорости 30 км/ч. Так, для дорог I - III категорий количество просветов под рейкой до 2 мм должно быть не менее 90 %, а просветов более 3 мм не более 5 %.
Не достаточная ро з но от ь t ю к ры ги я снижает скорость автомобилей и ухудшает комфортность движения.
23. Характеристики асфальтобетонного покрытия.
Износостойкость - сопротивление асфальтобетона действию сил трения, вызываемых проскальзыванием колес автомобиля по поверхности покрытия, и вакуумных сил, возникающих под движущимся автомобилем. Износ покрытия определяется истиранием его структурных элементов, отрывом и у;лсом с его поверхности зерен песка и раздробленных щебенок. Износостойкость асфальтобетона тем выше, чем больше его плотность, чем выше твердость входящих в его состав минеральных материалов, выше спепление зерен щебня и песка с битумом. Асфальтобетоны, приготовленные на гранитном щебне (твердость по шкале Мооса 6 ... 7), более износоустойчивы, чем бетоны на известняковом щебне (твердость 3). Применение щебня, загрязненного глинистыми частицами, приводит к резкому снижению износостойкости за счет вырывания щебенок из поверхности покрытия. На покрытии в этом случае образуются оспины.
Износ покрытий из песчаного асфальтобетона прежде всего взаимосвязан с характером поверхности частиц, поэтому износ асфальтобетона на высевках из изверженных горных пород всегда меньше износа бетона на окатанном кварцевом песке. Истираемость асфальтобетонного покрытия при интенсивном автомобильном движении составляет 0,3 .. . 1,0 мм в год.
Шероховатость асфальтобетонного покрытия обеспечивает достаточное сцепление шин автомобиля с поверхностью покрытия. При этом шероховатость поверхности покрытия не оказывает существенного влияния на сопротивление скольжению шин. На покрытиях с увлажненной поверхностью степень сопротивления скольжению шин значительно снижается из-за наличия воды в зоне контакта шин с покрытием.
Степень сопротивления скольжению оценивается коэффициентом сопротивления скольжению \р (коэффициентом сцепления), представляющим собой отношение силы сопротивления скольжению к нормальной нагрузке на покрытие в зоне контакта шины с покрытием. Коэффициент сцепления взаимосвязан с текстурой поверхности.
Ориентировочные значения коэффициента сцепления различных покрытий, обладающих разными параметрами шероховатости:
Асфальтобетонные покрытия из многощебенистых смесей и покрытия из черного щебня ...............................0,45
Покрытия из асфальтобетонных яесчаных смесей типа Г (шероховатость типа "наждачная бумага")................... 0,45
Асфальтобетонные покрытия с вташшва-нием черного щебня...............0,50
Поверхностная обработка с применением черного щебня ..................0.50
Поверхностная обработка с применением необработанного битумом (белого) щебня .0,60
При коэффициенте сцепления менее 0,4 покрытие становится недопустимо скользким и аварийность на нем резко увеличивается. Коэффициент сцепления 0,4 . . . 0,5 в большинстве случаев удовлетворяет безопасности движения.
Повышение коэффициента сцепления достигается за счет применения асфальтобетона поровой и контактно-поровой структуры. Шероховатость обеспечивается при содержании щебня из труднополи-рующихся пород в количестве 50 ... 65 % в зернистых смесях и 35 ... 55 % зерен крупнее 1,25 мм в песчаных на дробленом песке из труднополирующихся пород, а также уменьшена м Щ) возможных пределов содержа*» чииерздыюго порошка (4 ... % г- зернистых смесях и S ... 14% в песчаных).
Общие зависимости между шероховатостью, качеством составляющих и составом асфальгобетоннмх смесей следующие: степень шероховатости покрытия пропорциональна ост рог раки ости и собственной шерохозатости зерен каменного материала; долговечность шероховатости тем больше, чем труднее шлифуется каменный материал и чем выше вязкость битума- чем больше дробленых зерен в смеси и чем меньше в ней минерального порошка, тем выше шероховатость.
Светоотражательные (рефлeкторные) свойства асфальтобетонного покрытия главным образом зависят от свойств исходных минеральных материалов и текстуры поверхности асфальтобетона. Для хорошей видимости проезжей части, покрытия и маркировок на ней в ночное время необходимо подбирать материалы с различными светоотражательными свойствами Щебень из светлых горных пород дает лучшие результаты, чем щебень из темных пород. Для повышения рефлектирующей способности покрытия в асфальтобетонную смесь добавляют синтетический светлый щебень - синопал, дорсил к др. Гладкая поверхность асфальтобетона обладает меньшей рефлектирующей способностью, чем шероховатая.
24. Требования к свойствам горячих и теплых асфальтобетонных смесей.
Свойства асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов должны соответствовать СтБ 1033-2004. Стандарт распространяется на горячие, теплые и холодные асфальтобетонные смеси, применяемые для строительства покрытий и оснований автомобильных дорог, аэродромов, городских улиц и площадей, дорог промышленных предприятий, а также на асфальтобетон (уплотненную асфальтобетонную смесь).
Горячие и теплые смеси типа А в зависимости от качественных показателей подразделяют на две марки (I и И), типов Б, В и Г на три марки (I, II и Ш), типа Д - на две холодные марки (II и III).
Холодные смеси типов Б подразделяют на две марки (I и II), смеси типа Г могут быть только I марки, типа Д' только II марки.
Горячие и теплые смеси для пористых и высокопористых асфальтобетонов подразделяют на две марки (I и II).
Пористость минерального остова плотных асфальтобетонов из смесей типов А и Б должна быть 15 . . . 1Я%, типов В, Г и Д - 18 . . . 20% по объему. В I дорожно-климатической зоне, характеризуемой холодными зимними условиями, предъявляются повышенные требования к остаточной пористости и водонасыщению асфальтобетонов и более низкие к прочности. В теплом и жарком , климате (IV и V зоны) остаточная пористость и водонасыщение допускаются больше.
Требования к прочности при температуре 50°С, которая характеризует сдвигоустойчивость в летнее время, более жесткие. Пористость минерального остова пористых асфальтобетонов не должна быть более 23 % по объему, щебеночных (гравийных) высокопористых -более 24 %, песчаных высокопористых -более 28 % по объему. Водонасыщение пористых асфальтобетонов не должно быть более 12 % по объему, высокопористых - более 18 %. Набухание пористых и высокопористых асфальтобетонов из смесей I марки не должно быть более 1 %, из смесей II марки – более 2% по объему.
25. Проектирование асфальтобетона
Проектирование асфальтобетона это комплексный процесс, позволяющий правильно назначать его состав с учетом работы под воздействием транспортных средств и окружающей среды.
Проектирование асфальтобетона
включает:
1. Анализ условий работы проектируемого асфальтобетона в конструкции.
2. Выбор способа производства работ в зависимости от погодно-климатических условий района строительства.
3. Выбор исходных материалов с учетом их стоимости и дефицитности.
4. Расчет состава асфальтобетона, который включает:
4.1. Расчет состава минеральной части.
4.2. Расчет оптимального количества битума.
4.3. Приготовление и испытание контрольной смеси.
5. Составление технической документации на запроектированный асфальтобетон и выдача ее на производство.
Анализ условий работы асфальтобетона в конструкции включает ознакомление с транспортными нагрузками, интенсивностью движения, максимальными уклонами на трассе, экспозицией отдельных участков, геолого-климатическими условиями на трассе и др. Для выбора способа производства работ необходимо знать, в какой период года будут вести работы на тех или иных участках трассы и иметь сведения о средствах механизации по производству, укладке и уплотнению асфальтобетона.
Сбор данных и их анализ заканчивается выдачей технического задания на расчет состава асфальтобетона с максимальным использованием местных материалов и экономией битума.
Выбор материалов начинают с изучения местных материалов и отходов промышленности и соответствия их требованиям, предъявляемым к материалам для данного вида и типа асфальтобетона. В случае их несоответствия требованиям выбирают наиболее дешевые привозные материалы.
В результате выполненного анализа составляют техническое задание, в котором указывают вид и тип асфальтобетона, назначение и условия применения, характеристику минеральных и вяжущих материалов. На основе этих данных определяют требования, предъявляемые к асфальтобетонной смеси и асфальтобетону. В основе метода лежит принцип подбора состава, обеспечивающего наибольшую прочность асфальтобетона при положительной температуре, заданную остаточную пористость и водонасыщение.
Величина, которая показывает, во сколько раз количество последующей фракции меньше предыдущей, называется коэффициентом сбега К. При коэффициенте сбега 03 смесь получается с наибольшей плотностью. Однако вследствие того что рассчитать минеральную смесь на материалах по коэффициенту сбега 0,8 трудно, Н. Н. Иванов предложил принимать коэффициент сбега в пределах от 0,7 до 0,9, при которых смеси получаются достаточно плотными.
Аналогично определяют процентное содержание первой фракции Y\ для коэффициента сбега К = 0,9. Зная количество первой фракции Yx, легко определить Г2,Т3ит. д.
На основании полученных данных строят предельные кривые, соответствующие выбранным коэффициентам сбега. Кривые с коэффициентом сбега меньше 0,7 относят к составам минеральной части асфальтобетонной смеси с незначительным содержанием минерального порошка. Составы, рассчитанные по коэффициенту сбега 0,9, содержат повышенное количество минерального порошка.
Высокие эксплуатационные показатели дают смеси с повышенным содержанием щебня и уменьшенным содержанием минерального порошка. Поэтому нормативные документы рекомендуют составы, вписывающиеся между предельными кривыми с коэффициентами сбега 0,65 . . . 0,80, при этом пористость минерального остова должна соответствовать установленным требованиям (СтБ 1033-2004).
В случае невозможности расчета плотной минеральной смеси по предельным кривым (при отсутствии крупнозернистых песков и невозможности обогащения мелких песков высевками) необходимая плотность может быть подобрана по принципу прерывистой гранулометрии.
На следующем этапе расчета состава асфальтобетона определяют оптимальное количество битума. Существует несколько методов определения содержания битума в асфальтобетоне, но наиболее широко применяется метод, основанный на расчете количества битума по пустотности минерального остова и заданной пористости асфальтобетона.
Перспективен расчет количества битума в смеси по методу И. В. Королева, основанному на битумоемкости минеральных компонентов.
Для определения содержания битума по первому методу формуют пробные образцы из смеси с заведомо малым содержанием битума, затем определяют объем пустот в минеральном остове.
26. Расчет количества битума в асфальтобетоне.
Расчет количества битума в асфальтобетоне по битумоемкости базируется на следующих положениях. Минеральные зерна щебня, песка и частицы минерального порошка при приготовлении асфальтобетонной смеси покрываются битумной пленкой определенной толщины, зависящей от химико-минералогического состава и размера зерен, свойств и количества битума в смеси. Для каждой фракции минеральной части асфальтобетонной смеси можно определить оптимальное содержание битума, которое должно являться исходным для расчета количества битума на всю смесь.
По величине поверхности зерен каждой фракции и толщине пленки битума находят требуемое количество битума на одну фракцию зерен. Величина Б. является постоянной для данной марки битума и определенной фракции материала и называется битумоемкостью.
Трудность определения битумоемкости минерального материала по приведенной формуле заключается в том, что необходимы данные о величине поверхности и толщине битумной пленки на зернах. Если неизвестна удельная площадь поверхности минерального материала и толщина пленки на зернах, битумоемкость определяют путем приготовления и испытания пробных смесей. В этом случае расчет оптимального количества битума производят в два этапа: определение битумоемкости каждой фракции минеральной смеси и расчет количества битума.
Так как битумоемкость является постоянной для определенной фракции данного минерального материала, при применении материалов, у которых битумоемкость известна, можно пользоваться данными табл. Тогда расчет сводится к определению удельной битумоемкости каждой фракции к вычислению оптимального содержания битума в смеси.
На расчетное содержание битум а влияет шероховатость зерен, степень запыленности, содержание глинистых включений, активность минерального материала и битума, плотность смеси. Поэтому оптимальное содержание битума может несколько отклоняться от расчетного значения.
Значения битумоемкости, по которым определяется оптимальное содержание битума, подходят для данного исследуемого материала. Однако, как показали сравнительные испытания, ощутимой ошибки в расчете количества битума не будет, если принимать битумоемкость, имеющуюся для материалов, близких по свойствам. Например, битумоемкость дробленного песка ч щебня (высевок) и щебня из сиенита, габбро, диабаза, базальта близка к битумоемкости мелкокристаллического гранита марки 1200.
Разработана типовая программа расчета количества битума в асфальтобетоне для машин серии ЕС ЭВМ. Формула расчета переведена на язык ФОРТРАН-IV. В программу введены значения битумоемкости наиболее применяемых в производстве асфальтобетона каменных материалов, переменные значения зернового состава конкретной смеси и соответствующие коэффициенты
Для проверки свойств асфальтобетонной смеси приготовляют и испытывают контрольные смеси. Как правило, это три состава с различным количеством битума. В первом составе принимают количество битума, рассчитанное по битумоемкости минеральных компонентов, во втором - на 0,5 % меньше, а в третьем - на 0,5 % больше. Смеси готовят формуют из них образцы и испытывают по стандартной методике, При необходимости вносят определенные коррективы в состав.
Проектирование состава асфальтобетона завершается составлением технической документации, в которую входят данные о свойствах исходных материалов, состав асфальтобетона и его стандартные свойства.
27. Общие основы технологии асфальтобетона
Теоретические положения. Технология совокупность методов обработки, изготовления, изменения свойств исходных материалов, применяемых в процессе производства для получения готовой продукции.
Технология наука о способах воздействия на сырье и материалы соответствующими орудиями производства.
Технология асфальтобетона совокупность методов подготовки щебня, песка, минерального порошка и битума, их смешения, укладки и уплотнения до заданной плотности. Цель технологии асфальтобетона получение материала с теми свойствами, которые были запроектированы, т. е. с заданными свойствами. Поставленная цель достигается направленным структурообразованием асфальтобетона на всех периодах технологического процесса:
подготовительном, когда происходит выбор и подготовка компонентов и проектирование состава асфальтобетона;
основном при производстве на асфальтобетонном заводе, когда происходит формирование микроструктурных связей;
завершающем при строительстве, когда формируется макроструктура;
эксплуатационном, при котором происходит стабилизации структуры и свойств асфальтобетона в покрытии под движением автомобилей.
Каждый период структурообразования влияет на комплекс свойств системы. Однако принимая какое-либо решение, следует учитывать не только прямое, но и обратное влияние проектируемых свойств материала на выбор того или иного технологического параметра. Следовательно, чтобы получить материал с заданными свойствами, необходимо прогнозировать поведение сложной системы, управлять технологией.
Первый (основной) период технологического процесса охватывает подогрев материала до заданной температуры, дозирование, смешение компонентов и транспортирование смеси к месту укладки. В этот период основная задача технологии заключается в разрушении первичных точечных контактов между частицами, равномерном распределении всех компонентов в смеси и обволакивании минеральных зерен битумом. Нормальное протекание процесса структурообразования обусловливается прежде всего хорошим смачиванием битумом минерального материала.
Ухудшает смачивание наличие на поверхности минерального материала воды, адсорбируемой из воздуха, водной пленки вследствие плохого просушивания минерального материала, загрязнения пылью зерен щебня. Улучшение смачивания битумом минерального материала достигается предварительной обработкой его углеводородной жидкостью или активацией. Хорошее смачивание минеральных материалов необходимое условие для получения материала с заданными свойствами, но недостаточное. Смачивание лишь обеспечивает полное обволакивание минеральных зерен битумом, в результате чего формируется ориентированный слой битума и происходит химическое взаимодействие битума с минеральным материалом.
При транспортировании смеси происходит дальнейшее распределение битума в асфальтобетонной смеси, а при длительной перевозке возможно расслоение. Во второй (завершающий) период, который охватывает укладку и уплотнение асфальтобетонной смеси, происходит дальнейшее формирование микроструктурных связей и вследствие приложения нагрузки - сближение зерен до максимальной плотности.
При сближении частиц происходят физические процессы в пленке битума, приводящие к выжиманию ее из зон повышенного напряжения. Свободный битум заполняет межзерновое пространство, на частицах остается пленка ориентированного битума, при этом коагуляционные связи в асфальтобетоне упрочняются, прочность всей системы возрастает. В асфальтобетоне с содержанием щебня более 50 % при уплотнении жестко барабанным и тяжелыми катками происходит частичное вырождение коагуляционных контактов в конденсационные. Ориентированный слой битума не выдавливается, а продавливается с разрушением контактной зоны зерен щебня. Во избежание этого необходимо уплотнять асфальтобетонные смеси пневматическими вибрационными катками.
Процесс уплотнения можно регулировать за счет изменения температуры асфальтобетонной смеси. В общем случае повышение температуры влечет за собой снижение работы уплотнения. Однако недостаток когезионной прочности битума при высокой температуре может снизить способность к уплотнению асфальтобетона, так как когезионная прочность битума связана с температурой: чем выше температура, тем ниже когезионная прочность. Поэтому уплотнение необходимо производить не при максимальной температуре асфальтобетонной смеси, а при оптимальной. Естественно, что оптимальная температура смеси связана с вязкостью битума, типом смеси и уплотняющими средствами. Наличие в отряде пневмо- и виброкатков позволяет вести уплотнение при более низких температурах смеси.
Прочность и долговечность асфальтобетона, уплотненного до проектной плотности при невысоких температурах, как правило, выше, чем бетона с той же плотностью, но уплотненного при высокой температуре. Выбор уплотняющих средств зависит от типа макроструктуры асфальтобетона. При базальной макроструктуре уплотнение требует меньше энергии, чем при поровой и контактной. С увеличением крупности щебня затраты работы на уплотнение возрастают, так как увеличивается толщина слоя свободного битума на щебне и внутреннее трение смеси.
Следовательно, при уплотнении асфальтобетонных смесей необходимо стремиться к тому, чтобы когезионная прочности слоя адсорбированного битума была достаточно велика, а вязкость наружного слоя свободного битума минимальна. Увеличение вязкости адсорбированного слоя можно достигнуть за счет двойней обработки минеральных материалов битумом. Вначале минеральный материал в мешалке смесителя обрабатывается вязким битумом, после полного обволакивания частиц вводится пластификатор (полувязкий или жидкий битум). Действие пластификатора сводится к размягчению поверхности слоя битума, повышению его "смазывающего" действия при уплотнении.
У плотня см ость связана с природой каменного материала и битума. Хорошее взаимодействие между каменным материалом и битумом, образующими асфальтобетонную смесь, в большей мере способствует получению монолита из смеси. Так, например, уплотняемость асфальтобетона на известняковом материале лучше, чем на материалах из песчаника. Кроме того, уплотняемость асфальтобетонных смесей связана с формой частиц. Наличие природного окатанного песка в смеси снижает работу уплотнения. Песчинки служат шарнирами, по которым перекатываются более крупные шероховатые и угловатые частицы. Поэтому чем больше в смеси окатанных зерен, тем быстрее и при меньшей затрате работы можно их уплотнять.
Если для первого периода (основного) главным условием получения высококачественной смеси является применение битума с предельно разрушенной структурой, то для второго (завершающего) - оптимальная вязкость битума, функционально обусловливаемая видом асфальтобетона и уплотняющими средствами. В конце сближения структурных элементов горячий асфальтобетон должен обладать проектной прочностью и плотностью.
При эксплуатации асфальтобетона в дорожном покрытии проектная плотность в полосе наката достигается за 2 ... 3 мес, а у бортовых камней к по оси дороги при благоприятных условиях за 4 ... 5 лет. При неблаголриятных условиях асфальтобетон в этих местах шелушится и выкрашивается. Поэтому, применяя горячий асфальтобетон, необходимо уплотнять смесь до проектной плотности, что обеспечивает равнопрочность покрытия и повышает прочность конструкции в целом.
Третий (эксплуатационный) период характеризуется дальнейшим формированием структуры асфальтобетона под движением автомобилей, при котором происходит доуплотнение покрытия в результате увеличения вязкости битума за счет внутренних необратимых процессов и упрочнения связей на границе раздела минеральный материал вяжущее; происходит дальнейшая стабилизация ориентированного слоя битума или появление новообразований в зоне контакта. В зависимости от условий среды, а также свойств минерального материала и битума эти процессы проходят одновременно или возможно преобладание одного из них. Так, в асфальтобетоне на известняковом щебне вязкость вяжущего за счет окисления последнего изменяется незначительно. Минеральный материал из кислых горных пород не вызывает активной сорбции вяжущего , которое, находясь в свободном состоянии, будет интенсивно изменяться под влиянием атмосферных факторов.
Если правильно выбраны составы смесей и все режимы технологических процессов выдержаны, то асфальтобетон в покрытии под воздействием автомобилей лишь упрочняется. Если же на каком-либо этапе допущено отклонение от заданного режима, то в этот заключительный период происходит разупрочнение структуры асфальтобетона. Наиболее распространенным отступлением является недоуплотнение.
Массовые разрушения асфальтобетона в начальный период эксплуатации связаны с малыми водо- и морозостойкостью пористого асфальтобетона. Даже незначительное недоуплотнение асфальтобетонной смеси, приготовленной на гидрофильных минеральных материалах, приводит к резкому снижению водо- и морозостойкости.
Свойства стабилизируются на протяжении всего жизненного цикла асфальтобетона в покрытии или в другом конструктивном слое в зависимости от изменений свойств вяжущего под воздействием атмосферных факторов и структуры минерального материала.
Повышение прочности асфальтобетона, характер которого одинаков для всех типов асфальтобетонов, на первом этапе третьего периода структурообразования определяется скоростью изменения вязкости битума при охлаждении. После охлаждения асфальтобетона формирование его структуры характеризуется более равномерным нарастанием прочности, обусловленным двумя факторами: повышением вязкости битума за счет улетучивания легких углеводородов; упрочнением связей на границе минеральная часть вяжущее в результате полной стабилизации ориентированных молекул битума или появления их новообразования в зоне контакта. В зависимости от условий среды, а также свойств минеральных материалов и битума эти процессы могут проходить одновременно, но чаще преобладает один из них. Так, в асфальтобетоне на минеральном материале из плотного известняка вязкость битума за счет окисления изменяется незначительно, поскольку наиболее реакционно способные компоненты вяжущего химически взаимодействуют с подложкой. Гранитные и кварцевые материалы не вступают в химическое взаимодействие с битумом, поэтому вязкость битума в этом случае более интенсивно изменяется под воздействием атмосферных факторов
Если правильно рассчитаны составы асфальтобетонных смесей и конструкция дорожной одежды соответствует движущимся транспортным средствам, то продолжительность третьего периода периода эксплуатации асфальтобетонного покрытия - превышает 30 лет. Падение устойчивости материала (отказ) объясняется только необратимыми изменениями, происходящими в битумной пленке на зернах минерального материала.

28. Свойства асфальтобетонной смеси.
Для получение плотного, прочного асфальтобетона необходимо затратить определенную работу при укладке, разравнивании и уплотнении смеси. Асфальтобетонные смеси подразделяют на литые, пластичные и жесткие.
Литые смеси обладают значительной подвижностью; при укладке их разравнивают ручным валком и заглаживают.
Пластичные смеси обладают сравнительно невысокой подвижностью частиц и уплотняют их катками. Необходимая плотность достигается при уплотнении в процессе устройства покрытия.
Жесткие смеси обладают повышенным внутренним трением и малой подвижностью. К ним можно отнести горячие и теплые асфальтобетонные смеси с повышенным содержанием щебня (50 . . . 65 %) и холодные смеси.
Необходимая подвижность асфальтобетонной смеси, приготовляемой кг вязких битумах, достигается в основном за счет повышения температуры, снижающей вязкость битума, а смесей, применяемых без подогрева, - за счет использования жидких битумов или битумных эмульсий.
Подвижность и рыхлость асфальтобетонной смеси зависит от ее структуры, количества битума и качества минерального порошка. Зернистые смеси с применением дробленых минеральных материалов имеют меньшую подвижность, чем смеси с применением гравия и природного песка. Смеси с повышенным содержанием минерального порошка обладают большей жесткостью. Непросушенный минеральный порошок понижает подвижность смеси. Избыток битума понижает рыхлость смеси. Такая смесь слеживается при перевозке, растекается по кузову автомобиля-самосвала и с трудом выгружается. Образующиеся плотные комья трудно рыхлить и укладывать в покрытие.
На подвижность асфальтобетонной смеси оказывают влияние характер и качество перемешивания в смесителях; при этом смеси, приготовленные в лопастных мешалках, более уд об о обрабатываемые, чем смеси, приготовленные в мешалках со свободным перемешиванием.
Введение в смесь некоторых поверхностно-активных добавок, пластифицирующих битум, увеличивает ее подвижность.
Уплотняемость смесей зависит в основном от тех же факторов, что и подвижность. Однако имеется и некоторое различие. Так, подвижность и рыхлость смеси понижаются с избытком битума, в то же время увеличение содержания битума на 10 . . . 15 % выше оптимального улучшает уплотняемость смесей. В значительной мере на прочность и устойчивость асфальтобетона при данном составе и качестве исходных материалов влияет степень уплотнения смеси.
В дорожных покрытиях после уплотнения смеси катками и последующего доуплотнения автомобилями плотность асфальтобетона соответствует примерно плотности образцов, уплотненных стати ческой нагрузкой 40 МПа в течение 3 мин при рабочей температуре смеси.
Уплотняемость асфальтобетонной смеси можно определить с помощью прибора И. В. Королева. За показатель степени уплотняемости смеси принимается число нагружений N, необходимых для получения образца смеси с заданной средней плотностью. С помощью этого прибора и разработанной методики установлены критические (минимальные) температуры эффективного уплотнения асфальтобетонных смесей при устройстве покрытий в зависимости от марки применяемого битума к гранулометрического состава минеральной смеси. Снижение минимальной температуры конца уплотнения смесей, подобранных по коэффициенту сбега 0.90, связано с уменьшением внутреннего трения смеси. Уплотнение жестких смесей горячего типа, содержащих повышенное количество щебня, необходимо начинать при температуре 120 .. . 130° С. Уплотнение предпочтительно начинать виброкатками или на пневматических шинах. Минералогический состав и "пористость материалов определяют шероховатость и форму минеральных зерен, что в свою очередь отражается на внутреннем трении и сцеплении частиц, а следовательно, и на уплотняемости смесей.
Структура и размер пор влияют на степень отсоса жидких компонентов битума и способствуют повышению вязкости битумных прослоек и вязкого сопротивления смесей при уплотнении. Так, асфальтобетонные смеси, приготовленные на металлургических шлаках, отличаются меньшей уплотняемостью, чем смеси на щебне из природных горных пород. Асфальтобетонные смеси из пористых известняков более жесткие, чем из плотных известняков, вследствие значительной диффузии наиболее подвижного компонента (масел) ** битума. Поэтому смеси на щебне из плотных известняков обладает лучшей уплотняемостью по сравнению со смесями на щебне из пористых известняков.
29. Производство асфальтобетонных смесей.
Асфальтобетонные смеси (горячие, теплые и холодные) изготавливают на стационарных или передвижных асфальтобетонных заводах (АБЗ). Первые строятся там, где имеется постоянная потребность в асфальтобетонных смесях - в городах, у крупных транспортных узлов. Передвижные (временные) АБЗ создают при строительстве или реконструкции магистральных автомобильных дорог.
Удаленность завода от места укладки горячей или теплой смеси определяют продолжительность ее транспортирования, которая не должна превышать 1,5 ч. Целесообразный радиус обслуживания строящихся автомобильных дорог с одного АБЗ составляет 60 ... 80 км. Расстояние транспортирования холодной асфальтобетонной смеси не имеет ограничения и определяется технико-экономическими расчетами.
Выбор площадки для АБЗ определяют из условий наименьшего расстояния транспортирования готовой смеси и исходных материалов, наличия железнодорожных и водных путей, энерго-, водоканализационного хозяйства и других местных условий. Наилучшее место для размещения АБЗ выбирают на основе технико-экономических изысканий. Современный уровень развития техники позволяет полностью механизировать и автоматизировать производство асфальтобетонных смесей на АБЗ.
В зависимости от принятой схемы организации работ АБЗ могут быть с производством асфальтобетонной смеси на привозных, готовых к применению фракционированных материалах и минеральном порошке, на материалах, приготовленных здесь же, на заводе. Опыт доказал преимущества централизованной переработки каменных материалов и доставки на АБЗ фракционированного щебня и готового минерального порошка.
В состав АБЗ входят: смесительный цех, состоящий из машин и агрегатов, предназначенных для приготовления асфальтобетонной смеси из подготовленных соответствующим образом материалов; битумное хозяйство, включающее битумохранилище, битумоплавильные котлы „ насосные станции, битумопроводы; помольная установка, перерабатывающая минеральные материалы (известняк, доломит, доменные шлаки) в минеральный порошок; склады щебня, песка и минерального порошка; лаборатория, контролирующая качество материалов, технологию производства и качество выпускаемой продукции; .энерго- и паросиловое хозяйства; средства для внутризаводского транспортирования материалов и др.
Поступающие на завод минеральные материалы выгружают на специальные площадки, которые должны иметь твердое покрытие. Рекомендуется устраивать крытые склады или навесы для хранения 10 . . . 15-дневного запаса щебня мельче 20 мм и песка. Каменный материал для производства минерального порошка после просушки во вращающемся барабане размалывают в шаровых или трубных мельницах. Хранят минеральный порошок в закрытых помещениях бункерного типа или в силосах. Для механизации складских операций обычно применяют автопогрузчики, ленточные конвейеры, транспортные эстакады и другие машины и механизмы.
Битум поступает на АБЗ в бункерных полувагонах или цистернах и сливается в хранилища. При расположении нефтеперерабатывающего завода на расстоянии до 300 км битум можно доставлять на АБЗ автобитумовозами.
Асфальтобетонную смесь приготовляют, как правило, одним из следующих способов:
1) в асфальтосмесителях принудительного перемешивания периодического действия с предварительным просушиванием, нагревом и дозированием минеральных материалов. Ввиду наиболее широкого распространения этой технологии она названа традиционной',
2) в асфальтосхмесителях принудительного действия, в которых отдозированные холодные влажные минеральные материалы перемешивают с горячим битумом, а затем они поступают в сушильный барабан, где их нагревают до заданной температуры. Такая технология названа беспыльной;
3) в асфальтосмесителях свободного перемешивания барабанного типа, в которых отдозированные минеральные материалы просушиваются, нагреваются и смешиваются с битумом. Такая технология названа турбулентной.
B барабане песок и щебень высушивают и нагревают до рабочей температуры. Нагрев материала осуществляется вследствие сжигания жидкого или газообразного топлива в топках сушильных агрегатов. Газы и пыль, образующиеся при сжигании топлива и просушивании материала, поступают в пылеулавливающее устройство, состоящее из блока циклонов 2, в котором пыль осаждается. Не осажденная тонкая пыль улавливается мокрым пылеуловителем 1 и удаляется в виде шлама.
Нагретые до рабочей температуры песок и щебень поступают из сушильного барабана на элеватор, который подает их в сортировочное устройство смесительного агрегата 8. Сортировочное устройство разделяет материалы на фракции по размерам зерен и подает их в бункеры для горячего материала. Из этих бункеров песок и щебень различных фракций поступают в дозаторы, а оттуда в смеситель 5.
Минеральный порошок поступает из агрегата минерального порошка 7, в состав которого входит оборудование для хранения и транспортирования этого материала. С помощью дозатора, установленного на агрегате минерального порошка, обеспечивается заданное содержание порошка в смеси. Из дозатора порошок подается в смеситель шнеком.
Битум, разогретый в хранилище до жидкотекучего состояния, с помощью нагревательно-перекачивающего агрегата подается в нагреватель 4 битума, в котором обезвоживается и нагревается до рабочей температуры. Битум из нагревателя битумопроводом поступает к смесительному агрегату, дозируется и вводится в смеситель.
Все компоненты, поданные в смеситель, перемешиваются. Затем готовая продукция выгружается в автомобили-самосвалы или направляется с помощью подъемников в бункеры для готовой смеси 5.
Управление асфальтосмесительными установками осуществляется го кабины 3.
К асфальтосмесительным установкам такого типа относят ДС-158 производительностью 50 т/ч, ДС-84-2 производительностью 200 т/ч и др,
Асфальтосмесители, работающие по такой технологической схеме, служат надежно и дают высокое качество продукции.
Асфальтосмесительные установки традиционной технологии с приготовлением смеси в смесителях непрерывного действия изготавливают главным образом в нашей стране. Установки Д-645-3 и ДС-118-4 с производительностью 100 т/ч при непрерывной работе обеспечивают получение продукции заданного качества.
К недостаткам смесителей традиционной технологии относят их большую металлоемкость, энергоемкость и пылимость. Для уменьшения образования пыли при производстве асфальтобетонной смеси используют асфальтосмесители, работающие по беспыльной технологии. Влажный щебень н песок из бункеров агрегата питания 7, отдозировакные дозаторами порционного действия 2, подаются ленточным конвейером 3 в приемный бункер 4 смесителя 8. Минеральный порошок из силосной банки 5 подается на дозатор 6. В смеситель 8 выгружаются все холодные минеральные материалы и под давлением впрыскивается отдозированный горячий битум, поступающий по линии 7 из нагревательного агрегата. Смесь перемешивается, выгружается в бункер 9 и подается ленточным конвейером 10 в сушильный барабан 11. Смесь минеральных материалов с равномерно распределенными капельками битума нагревается. Вода испаряется, битум обволакивает минеральные зерна. Экран 12 предохраняет смесь от перегрева. Готовая смесь попадает в бункер 13 и ковшом 14 скипового подъемника подается в бункер-накопитель 15.
Эта технология может быть двух-стадийной. На первой стадии на стационарном АБЗ готовят холодную смесь, в которой вязкий битум находится в виде капелек. Такая смесь может длительное время храниться на складе. На второй стадии готовят асфальтобетонную смесь путем нагрева холодной смеси в передвижной установке на месте производства работ. Асфальтосмесительная установка фирмы "Машинери" (Финляндия) имеет микропроцессорную систему управления в памяти компьютера может храниться до 200 рецептов смесей. Переналадка на новый рецепт занимает 1 .. .. 2 с. С помощью дисплея производится динамический контроль процессов дозирования, взвешивания и смешивания. На печатающем устройстве (принтере) фиксируются составы и отклонения от нормы по каждому замесу. Масса одного замеса составляет 1,5 т, производительность установки 120 т/ч. Получаемая смесь имеет весьма высокую однородность, однако вследствие того, что влажность материалов может колебаться, не исключена передозировка тех или иных компонентов, не исключено также понижение водостойкости асфальтобетона. Асфальтобетоносмесители, работающие по беспыльной технологии, менее металлоемки, в работе более экономичны и экологичны, чем традиционные.
В последние годы нашли применение турбулентные барабанные асфальтосмесительные установки непрерывного действия свободного перемешивания. Фракции щебня и песка, отдозированные дозаторами непрерывного действия, из агрегата питания 1 подаются транспортерной лентой в барабанный смеситель. Минеральный порошок из силосной банки 3 дозатором непрерывного действия подается на общий транспортер 2 и совместно со щебнем и песком поступает в барабанный смеситель. Битум подается битумопроводом 4. В барабанном смесителе происходит высушивание и нагрев минеральной смеси, вбрызгивание вяжущего. Выгрузка готовой смеси осуществляется скиповым подъемником 6 в раздаточный термос-бункер 7, а затем е автомобиль-самосвал. Производительность установок такого типа от 60 до 600 г/ч.
Барабанный смеситель по виду и объему подобен сушильному барабану асфальтосмесительной установки периодического действия. Смеситель это вращающаяся печь, работающая по прямотоку. Форсунка 5 установлена в том торце барабана, в который поступает холодная минеральная смесь. Такая схема защищает вяжущее от перегрева. Внутри барабанного асфальтосмесителя выделяют четыре рабочие зоны:
А - зона просушивания и нагрева минеральных смесей открытым пламенем.
Б -зона смешения минеральных материалов с вяжущим. Вяжущее разбрызгивается из сопел, расположенных по длине этого участка.
в зона обволакивания минеральных частиц вяжущим.
Г - зона окончательного смешения минеральных частиц с вяжущим, удаления пара и выгрузки смеси в ковш скипового подъемника 6.
Изготовление асфальтобетонных и других смесей в этих смесителях по сравнению с традиционными имеет ряд экономических и экологических преимуществ. Стоимость установки из-за ее меньшей металлоемкости и простоты значительно ниже обычных. Установка потребляет электроэнергии на 40 % меньше, чем традиционные установки равной производительности.
Установки данного типа требуют при обслуживании высокой технологической дисциплины и интенсивного контроля выпускаемой продукции. Это объясняется следующим: дозирование в установке непрерывное; при дозировании необходимо учитывать влажность минеральных материалов; небольшое отклонение от оптимального режима приводит к выпуску брака.
Двухступенчатая технология, включающая приготовление асфальтового вяжущего в специальном смесителе, позволяет получать асфальтобетоны более высокого качества, чем по традиционной технологии. В смесителях для асфальтовяжущего достигается полная дезагрегация порошка, образование "свежих" поверхностей, наиболее активно взаимодействующих с битумом. В этих смесителях можно приготавливать модифицированное связующее, вводить добавки, придающие эластичные свойства связующему, микроармировать его и др.
Эта технология позволяет избирательно обрабатывать различными вяжущими мелко- и грубодисперсные минеральные-материалы. Так, для повышения долговечности асфальтобетона щебень и песок из кислых горных пород обрабатывают в асфальтосмесителе поверхностно-активными веществами катионного, типа или смолами твердых топлив, а на них выгружают асфальтовяжущее с ПАВ анионного типа и смешивают. Можно также щебень и песок обрабатывать одним вяжущим (например, каменноугольным дегтем), а минеральный порошок другим (например, битумом). Это позволит расширить ресурсы органических вяжущих и решить ряд экономических и экологических задач. Оптимальное количество битума по этой технологии уменьшается на 10 ... 15 % массы битума.
Двухступенчатая технология может быть реализована в асфальтосмесигелях турбулентного действия. Это, несомненно, повысит качество продукции за счет повышения ее однородности. Реализация данного предложения не вызывает технических трудностей.
30. Укладка и уплотнение асфальтобетонной смеси в дорожной конструкции.
Перед укладкой асфальтобетонной смеси основание должно быть тщательно подготовлено. Подготовка включает: проверку качества основания и устранение дефектов; очистку поверхности от пыли и грязи; обработку основания вяжущим в целях обеспечения надлежащего сцепления с покрытием. Наибольший размер неровностей основания при проверке 3-метровой рейкой не должен превышать 6 ... 8 мм. Хорошее сцепление покрытия с основанием, а также между слоями покрытия обеспечивается за счет обработки основания или нижнего слоя покрытия битумом или битумными эмульсиями.
Для получения ровного асфальтобетонного дорожного покрытия и обеспечения высокопроизводительной работы по его устройству организуется непрерывное и равномерное поступление асфальтобетонной смеси с температурой не ниже указанной в табл. При температуре воздуха 10° С скорость охлаждения асфальтобетонной смеси, уложенной при температуре 160°С, зависит от толщины укладываемого слоя.
Покрытие строит механизированное звено в составе: самоходный асфальтоукладчик (один или два), один легкий и два тяжелых катка на каждый укладчик. Асфальтоукладчик (например, марки Д-150Б) состоит из приемного бункера, шнека, распределяющего смесь по ширине укладываемой полосы, трамбующего бруса выглаживающей плиты t ходовой части, двигателя. Самоходные асфальтоукладчики одновременно с укладкой предварительно уплотняют смесь. Поверхность слоя после прохода укладчика перед уплотнением должна быть ровной, однородной, без разрывов и раковин. Асфальтобетонную смесь уплотняют гладковальцовыми катками массой 6... 8 10. .,13 и 11 ... 13 т, катками на пневматических шинах массой 16 т и вибрационными катками массой 6 ... 8 т.
Гладковальцовым катком массой 6 . . ,8т покрытие уплотняют непосредственно после укладки смеси, затем катком на пневматических шинах массой 16 т (6 ... 10 проходов) и заканчивают уплотнение гладковальцовым катком массой 11 ... 18 т (4 ... 8 проходов).
Количество проходов катка (энергоемкость уплотнения), необходимое для уплотнения асфальтобетонной смеси, взаимосвязано с составом следующим образом: удваивается при замене в смеси природного песка на дробленый; возрастает на 50 % при переходе от малощебенистых (20 ... 35 % щебня) к много-щебенистым (50 . . . 65%) смесям; возрастает на 30 ... 40 % при применении высокопористых асфальтобетонных смесей с пониженным количеством битума.
Контроль качества асфальтобетона. При приготовлении асфальтобетонной смеси контролируют: качество исходных материалов, точность дозирования минеральных материалов и битума, продолжительность перемешивания минеральных материалов с битумом, температуру смеси на выходе, соответствие смеси заданному составу.
Для контрольных испытаний по ГОСТ 9128 - 84 отбирают три пробы от каждой партии (партией считают количество смеси одного состава, выпускаемой на одной установке в течение смены, но не более 400 т) непосредственно из кузовов автомобилей. Определяют следующие показатели: температуру готовой смеси; зерновой состав и содержание битума; пористость минерального остова и остаточную пористость; водонасыщение; предел прочности при сжатии при температурах 50, 20 и 0°С; набухание; коэффициент водостойкости.
В процессе строительства асфальтобетонных покрытий систематически контролируют температуру и однородность смеси, укладываемой з покрытие, проектную толщину и профиль покрытия, качество уплотнения.
Наиболее важная часть контроля проверка степени уплотнения покрытия. Для этой цели берут пробы из покрытия вырубкой или высверливанием и определяют среднюю плотность и водонасыщение образцов. Из части взятой пробы изготавливают образцы так же, как и при испытании асфальтобетонных смесей. По отклонению средней плотности образцов с ненарушенной структурой от средней плотности образцов, стандартно уплотненных, и их водонасыщению судят о качестве уплотнения дорожных покрытий.
Вырубки или керны отбирают в слоях из горячих и теплых асфальтобетонов через 1 ... 3 сут после их уплотнения, а из холодного через 15 ... 30 сут на расстоянии не менее 1 м от края покрытия.
Отбор проб производится из расчета не менее трех на 7000 м2 покрытия.
Инструментальная проверка качества асфальтобетона в покрытии заключается в определении коэффициента сцепления шины автомобиля с увлажненной поверхностью покрытия лабораторной установкой ПРК-2 по длине тормозного пути или по значению замедления автомобиля "Волга" модели М-21 или М-24, а также прибором маятникового типа МП-3.
31. Теплый асфальтобетон. Материалы для его приготовления. Свойства.
В теплом асфальтобетоне применяют битумы с меньшей вязкостью, чем в горячих асфальтобетонных смесях. Если теплый асфальтобетон приготавливают на битумах марок БНД 130/200, БНД 200/300, БНД 40/60 и БНД 60/90,смешанных с тяжелыми разжижителями нефтяного или каменноугольного происхождения, формирование структуры происходит за счет упрочнения микроструктурных связей при уплотнении и охлаждении материала в покрытии. Асфальтобетон после уплотнения и охлаждения обладает проектной плотностью и прочностью. Если же теплый асфальтобетон приготавливают на битумах марок С Г 130/200. БНД 40/60 и БНД 60/90, смешанных с легкими разжижителями (начало кипения 160 . . . 180°С, конец кипения 260 . . . 300°С) до глубины проникания иглы при 25°С 300 . . . 400°, происходит относительно длительное формирование структуры асфальтобетона. Асфальтобетон после уплотнения и охлаждения смеси набирает до 80 % проектной плотности и прочности. Испарение легких фракций с одновременным доуплотнением транспортными средствами при водит к окончательному формированию покрытия.
Минеральные материалы для теплого асфальтобетона должны быть чистыми, зерна угловатыми и шероховатыми. Прочность при сжатии исходной горной породы должна быть не ниже 100 ... 120 МПа. Осадочные карбонатные породы и металлургические шлаки могут быть использованы с прочностью не ниже 80. ..100 МПа.
В теплом асфальтобетоне не рекомендуется применять природный, песок и гравий. В крайнем случае содержание крупнозернистого окатанного песка может быть не более 30 % массы дробленого песка. Искусственный песок, получаемый при дроблении магматических горных пород и металлургических шлаков, должен содержать зерен фракции 5 ... 1,25 мм не менее 25 %.
Применение в теплом асфальтобетоне битумов с меньшей вязкостью определяет особенности структурообразования и структурно-механические свойства материала способность смесей приобретать плотность в покрытии при более низких температурах воздуха по сравнению с горячими смесями. Теплый асфальтобетон обладает большей трещиностойкостью при низких отрицательных температурах.
Адгезионная и когезионная прочности битума в общем случае понижаются с понижением вязкости битума. Поэтому подо- и морозостойкость теплого асфальтобетона приготовленного на обычных материалах по принятой технологии, в начальный период эксплуатации ниже, чем у горячего асфальтобетона. Следовательно, для повышения долговечности теплого асфальтобетона необходимы специальные мероприятия, заключающиеся во введении в смесь поверхностно-активных веществ и активаторов, в активации минеральных материалов и др.
Процессы структурообразования в смесях, приготовленных на битумах марок БНД 130/200 и БНД 200/300, протекают так же, как и в горячих смесях, но с некоторым замедлением. Изменяя порядок введения минеральных материалов, разжижителя и битума, можно направленно регулировать структурообразование.
Введение в мешалку пластификатора с ПАВ непосредственно после минеральных материалов обеспечивает предварительную гидрофобизацию зерен, что создает условия для более равномерного распределения вяжущего по поверхности минеральных материалов, снижает работу перемешивания.
При введении пластификатора с ПАВ в смесь после битума размягчается внешняя оболочка битумной пленки на минеральных зернах, снижается вязкость свободного битума, уменьшается вероятность самослипания покрытых вяжущим зерен при снижении температуры смеси. Такой порядок введения материалов наиболее целесообразен для работ в осенне-зимний период
При формировании структуры теплого асфальтобетона на битумах марок СГ 130/200 и БНД 40/60, БНД 60/90, смешанных с легкими разжижителями (лигроин, сланцевое масло, каменноугольное масло), процессы структурообразования протекают по типу формирования структуры холодного асфальтобетона, но за гораздо меньший период (до 20сут).
Сдвигоустойчивость. Главным сдерживающим началом широкого применения теплого асфальтобетона для автомобильных дорог является возможность образования наплывов и сдвигов при движении автомобилей в летнее время. Наибольшей прочностью при сдвиге обладает асфальтовяжущее, наименьшей - асфальтобетон. По мере насыщения асфальтового раствора щебнем (до 20 %) прочность при сдвиге понижается. Дальнейшее насыщение смеси щебнем приводит к формированию пространственного каркаса, вследствие чего максимальная прочность при сдвиге теплого асфальтобетона достигается при 40 % щебня, а горячего - при 50 %. Такое различие объясняется тем, что вязкий битум образует на щебенках пленку большей толщины, чем менее вязкий битум. При этом увеличивается вероятность образования плоскостей скольжения по толстым пленкам и для создания сдвигоустойчивого каркаса в горячем асфальтобетоне требуется повышенное содержание щебня.
Для асфальтобетона с неизменным гранулометрическим составом минеральной части прочность при сдвиге закономерно понижается с понижением вязкости битума. Однако при переходе к асфальтобетонам, приготовленным на битумах той же вязкости, но оптимальной структуры, эта закономерность нарушается. Теплый и горячий асфальтобетоны оптимальных структур имеют практически одинаковые значения предельного сопротивления сдвигу. Это объясняется тем, что падение сдвигоустойчивости асфальтобетона, которое неизбежно происходит за счет снижения вязкости применяемого битума, компенсируется изменением в гранулометрии асфальтобетона, в результате чего не наблюдается общего падения прочности при сдвиге.
Трещиностойкость. Теплый асфальтобетон более пластичен при отрицательных температурах, чем горячий. Участок стабилизации прочности, характеризующий переход теплого асфальтобетона в хрупкое состояние, смещается в область низких температур. У теплого асфальтобетона переход в хрупкое состояние происходит при температуре 40 . . . 25 С, у горячего - при - 10. . .20° С (см. рис. 11.12). Прочность теплого асфальтобетона на растяжение при изгибе при 0°С ниже (Rизг - 3,5 МПа), чем горячего (Rкзг 5 МПа), но горячий асфальтобетон разрушается практически как хрупкое тело (е = 0,007), теплый как упруг овязкое теле (е = 0,025).
Ползучесть. При нагружении теплого асфальтобетона, постоянной нагрузкой в нем возникают обратимые и необратимые деформации, значения которых связаны с уровнем напряжения. При напряжениях, не превышающих 0,03 Rразр, теплый асфальтобетон работает в упругой стадии, при напряжениях до 0,4 Rразр - в упруговязкой стадии, при этом часть деформации после снятия нагрузки не восстанавливается; в асфальтобетоне накапливаются остаточные деформации. В материале устанавливается стационарное течение. При напряжениях, превышающих 0,4 Rразр, деформация асфальтобетона возрастает и приводит через некоторое время к его разрушению.
Релаксация напряжений. Релаксационная способность теплого асфальтобетона так же, как и горячего, взаимосвязана с вязкостью битума и размером минеральных зерен. Теплый асфальтобетон на битуме БНД 200/300 в наименьшей степени релаксирует напряжения при предельной крупности зерен 1,25 мм, на битуме БНД 130/200 - при 5 мм. При температуре 0°С теплые асфальтобетоны релаксируют 6 ... 7 % первоначального напряжения, в то время как горячий асфальтобетон при этой температуре практически не релаксирует напряжение. Поэтому температурные напряжения при понижении температуры в теплом асфальтобетоне быстрее рассасываются, чем в горячем. Отсюда большая трещиностойкость теплых асфальтобетонов.
Расчет состава теплого асфальтобетона. Состав рассчитывают так же, как и горячего. Однако максимальное содержание щебня в мелкозернистом асфальтобетоне не должно превышать 60 %. Минерального порошка необходимо брать от его количества больше на 15 ... 20 %, чем для соответствующего типа горячего асфальтобетона.
Теплый асфальтобетон с оптимальным гранулометрическим составом минеральной части по прочности не уступает горячему асфальтобетону.
В обычных условиях при температуре воздуха выше 10 °С структура горячего асфальтобетона в покрытии формируется относительно быстро. При температуре воздуха ниже 10 °С расчетная плотность горячего асфальтобетона, как правило, не достигается, поэтому применяют теплые асфальтобетоны.
32. Холодный асфальтобетон. Материалы для его приготовления. Свойства.
Характерной чертой холодного асфальтобетона, отличающей его от горячего и теплого, является способность его смесей оставаться длительное время после приготовления в рыхлом состоянии. Эта особенность холодных асфальтобетонных смесей объясняется наличием тонкой битумной пленки на минеральных зернах, вследствие чего микроструктурные связи в смеси настолько слабы, что небольшое усилие приводит к их разрушению. Поэтому приготовленные смеси под действием собственной массы при хранении в штабелях и транспортировании не слеживаются (не комкуются). Смеси в течение длительного времени (до 12 мес) остаются в рыхлом состоянии, их сравнительно легко можно перегружать в транспортные средства и распределять тонким слоем при устройстве дорожных покрытий.
Незначительной слеживаемостью обладают жесткие, хорошо разрыхляющиеся смеси с ограниченным содержанием битума и достаточным содержанием минерального порошка. Слеживаемость смеси в случае необходимости можно уменьшить путем введения в нее в процессе перемешивания специальных добавок в виде водных растворов нафтеновых мыл, лигносульфоната технического, хлорного железа, известкового молока, раствора соапстока в количестве 2 ... 3 % по массе.
Важным технологическим свойством холодной асфальтобетонной смеси является ее уплотняемость после остывания до температуры окружающей среды. Значительное влияние на степень уплотняемости смеси оказывают количество и вязкость битума, а также свойства минеральных материалов, обуславливающих величину внутреннего трения.
Вследствие жесткости смеси холодный асфальтобетон в первое время после окончания уплотнения обычно не имеет достаточной плотности. В процессе эксплуатации дорожных покрытий под воздействием автомобильного движения плотность асфальтобетона повышается, а вместе с ней повышаются его механические свойства. Нормальной плотности дорожные покрытия из холодного асфальтобетона достигают в течение первых 3 мес эксплуатации. Эта плотность соответствует плотности образцов, уплотненных нагрузкой 40 МПа в течение 3 мин при температуре 15 ... 20°С.
Свойства холодного асфальтобетона. В дорожных покрытиях заметно изменяются свойства холодного асфальтобетона вследствие повышения вяжущих свойств жидких битумов под воздействием атмосферных факторов. Для оценки этих качественных изменений холодного асфальтобетона пользуются показателями предела прочности при сжатии в сухом и водонасыщенном состоянии, набухания образцов, изготовленных из смеси, прогретой при температуре 90° С. Длительность прогрева смеси устанавливают в зависимости от скорости загустевания битума. Холодные асфальтобетоны СтБ 1033 -2004 подразделяет на типы Бх, Вх, Гх, Дх. Этот же СтБ предусматривает две марки холодных асфальтобетонных смесей. Асфальтобетонные смеси I марки, приготовленные на жидких битумах класса СГ, обеспечивают более быстрое формирование дорожного покрытия но сравнению со смесями II марки, содержащими медленногустеющие битумы МГ.
Пористость минерального остова асфальтобетонов из холодных смесей типа Б не должна быть более 18 % по объему, типа Вх более 20 %, типов Гх и Д^ -- более 21 % по объему. Остаточная пористость асфальтобетонов из хо-подных смесей должна быть 6 ... 10 % по объему, водонасыщение 5 ... 9 % по объему, слеживаемость - не более 10 (число ударов).
Гранулометрические составы холодных асфальтобетонных смесей отличаются от составов горячих и теплых смесей в сторону повышенного содержания минерального порошка (до 20 %) - частиц мельче 0,071 мм - и пониженного содержания щебня (до 50 %). Наибольший размер зерен щебня в холодном асфальтобетоне составляет 10 и 15 мм. Более крупный щебень ухудшает условия формирования покрытия.
Материалы. Для холодного асфальтобетона применяют преимущественно дробленые минеральные материалы, имеющие угловатую форму зерен с шероховатой поверхностью. Это необходимо для повышения внутреннего трения и заклинки зерен минеральных материалов, что частично компенсирует уменьшение прочности асфальтобетона ввиду пониженного сцепления при использовании жидких битумов.
В качестве крупной составляющей для холодного асфальтобетона используют щебень, получаемый дроблением скальных горных пород и металлургических шлаков. Эти материалы должны обладать прочностью при сжатии не менее 80 МПа, а для II марки асфальтобетона - не ниже 60 МПа.
Жидкие битумы должны иметь вязкость в пределах С|0 = (70 . . . 130) с, что соответствует маркам С Г 70/130, МГ 70/130, МГО 70/130. Вязкость и класс битума выбирают с учетом предполагаемого срока хранения смеси на складах, температуры воздуха при хранении и применении, а также качества минеральных материалов.
При длительном хранении смеси на складах и открытых штабелях (6. . .8 мес, а иногда и более), а также при использовании ее при пониженных температурах воздуха (в осенний период) и пи применении менее прочных и плотных каменных материалов используют битумы пониженной вязкости (ближе к нижнему пределу).
Состав холодного асфальтобетона можно рассчитать по типовым составам или по методике, применяемой для расчета составов горячего и теплого асфальтобетонов с обязательной проверкой физико-механических свойств смесей в лаборатории. Количество жидкого битума снижают на 10 ... 15 % против оптимального, чтобы уменьшить слеживаемость.
Холодные асфальтобетонные смеси готовят, как правило, на стационарных заводах. Смеси выпускают из мешалки на транспортерную линию, по которой их подают на .клад, где они могут храниться до 1 2 мес.
Холодную асфальтобетонную смесь уплотняют катками на пневматических шинах за 6 ... 8 проходов но одному следу. При отсутствии таких катков первоначально смесь уплотняют гладковальцовыми катками массой 6 ... 8 т за 4 ... 6 проходов по одному следу. Окончательное уплотнение достигается от движения транспортных средств.
Дегтебетон. Классификация дегтебетонных смесей, их характеристика и область применения.
Дегтебетонную смесь приготовляют путем смешения в смесительных установках принудительного действия в нагретом состоянии щебня (гравия), дробленого песка, минерального порошка и каменноугольного дорожного дегтя, взятых в соотношениях, рекомендуемых ГОСТ 25877 - 83.
По свойствам дегтебетон уступает асфальтобетону: он обладает меньшей прочностью, теплостойкостью. При этом, обладая повышенной износостойкостью, дегте бетонное покрытие имеет повышенную шероховатость, более высокий коэффициент сцепления колеса с дорогой, повышенную безопасность движения. Это связано с меньшей вязкостью дегтей, более слабыми когезионными силами межмолекулярного взаимодействия, наличием летучих составляющих. Летучие вещества в составе дегтя ускоряют срок формирования структуры дегтебетона в покрытии, а также способствуют более интенсивному изменению его свойств. Дегтебетон менее пластичен в сравнении с асфальтобетоном, что также связано с составом и структурой дегтей, которые состоят преимущественно из ароматических углеводородов, образующих более жесткие структурные связи в вяжущих материалах и при пониженных температурах плохо деформирующихся, вследствие чего в дегтебетонных покрытиях появляются трещины. Для повышения прочности, теплоустойчивости и деформативной способности при пониженных температурах в дегтебетонах необходимо применять дегти с добавками полимеров, олигомеров и др.
Дегтебетонные смеси подразделяют на щебеночные, гравийные и песчаные. В зависимости от вязкости применяемого дегтя смеси подразделяют на горячие, приготовляемые на дегтях с вязкостью С\о более 150 с, и холодные с вязкостью Сзо менее 150 с Горячие смеси в зависимости от наибольшего размера зерен минерального материала подразделяют на крупнозернистые с зернами размером до 40 мм, мелкозернистые - до 20 мм и песчаные до 5 мм. Холодные смеси подразделяют на мелкозернистые и песчаные.
Дегтебетоны из горячих смесей в зависимости от значения остаточной пористости подразделяют на плотные с остаточной пористостью от 2 до 5 % включительно и пористые свыше 5 и до 12 % включительно.
Горячие плотные (щебеночные и гравийные) мелкозернистые смеси в зависимости от содержания в них щебня (гравия) подразделяют на два типа: Б содержание щебня (гравия) свыше 35 и до 50 % включительно по Массе, В содержание щебня (гравия) свыше 20 и до 35 % включительно по массе.
Для приготовления дегтебетона применяют те же минеральные материалы, что и для асфальтобетона, но песок должен быть только дробленый.
Для приготовления горячих смесей используют дегти марки Д-6 по ГОСТ 4641 - 80, окисленные дегти марок ДО-6 и ДО-7, дегте полимерное вяжущее марок ВДП-6 и ЬДП-7 по соответствующим техническим условиям, утвержденным в ' установленном порядке, а также дегти марок Д-5 и Д-6 с добавлением 10 ... 15 % дорожных вязких битумов. Для приготовления горячих смесей во II дорожно-климатической зоне допускается применять деготь марки Д-5.
Для приготовления холодных смесей следует применять дегти марок Д 4 и Д-5 с вязкостью Сз о не выше \ 50 с
Проектирование состава дегтебетона может быть выполнено так же, как и асфальтобетона, но при этом необходим тщательный подбор количества дегтя, так как небольшое отклонение содержания его в смеси заметно влияет на свойства дегтебетона.
Водонасыщение всех плотных дегтебетонов из горячих смесей должно быть 1,5 ... 4,5 %. В районах с избыточным увлажнением следует придерживаться нижних пределов остаточной пористости и водонасыщения. Пористость минерального остова плотных дегтебетонов из мелкозернистых горячих смесей типа Б должна быть 15 . . . 19 % по объему, типа В и дегтебетонов из песчаных смесей - 18 . . . 22%.
Слеживаемость холодных дегтебетонных смесей, определяемая числом ударов, необходимых для разрушения образца, не должна быть более 10.
Дегтебетонную смесь приготавливают в асфальтобетонных установках с мешалками принудительного действия. Вследствие пониженной вязкости дегтя обволакивание им зерен минерального материала протекает лучше, чем при применении битумов, в результате чего сокращается время для смешения материалов. По этой же причине облегчается уплотнение смесей при устройстве покрытий. Коэффициент уплотнения, представляющий собой отношение толщины слоя увлажненной смеси до уплотнения к толщине уплотненного покрытия, может быть принят равным 1 3 ... 1,4.
При производстве дегтебетонной смеси необходимо строго соблюдать установленный температурный режим, так как деготь более чувствителен к изменению температуры, чем битум.
Контроль за изготовлением дегтебетонной смеси на заводе и при устройстве покрытия, а также методы испытания дегтебетона такие же, как и асфальтобетона.
Плотный дегтебетон применяют для устройства покрытий на дорогах II ... IV категорий во II ... IV дорожно-климатических зонах. Пористые дегтебетоны применяют для устройства оснований и нижних слоев двуслойных покрытий на дорогах I . . . IV категорий, для устройства покрытий в III и IV зонах.
По санитарно-гигиеническим условиям устройство верхних слоев покрытий из дегтебетона разрешено только вне населенных пунктов.
34. Регенерация асфальтобетона
Количество старого асфальтобетона, применяемого для повторного использования, растет из года в год. Вызвано это большими работами по реконструкции автомобильных дорог, строительством магистральных дорог в городах и др. Расчёты показывают, что в год накапливается до 15 . . . 20 млн. т старого асфальтобетона, пригодного для переработки.
Раньше по мере разрушения асфальтобетонного покрытия заменяли изношенный слой новым или укладывали сверху еще слой асфальтобетона. Материал покрытий повторно не использовали. Старый асфальтобетон вывозили на свалку. Однако известно, что асфальтобетон, а главное битум в нем, возобновляем. Отработавший положенный срок материал можно специальными способами регенерировать и повторно использовать.
В настоящее время в зависимости от вида повреждений назначают различные способы регенерации асфальтобетона:
1) выравнивание при нагреве асфальтобетонного покрытия со срезкой неровностей, засыпкой выбоин смесью, планировкой и уплотнением взрыхленного слоя катками;
2) выравнивание при нагреве асфальтобетонного покрытия с добавкой новой смеси. Операции производятся на полотне дороги с помощью специальных машин типа "Рипейвер". Панели инфракрасного излучения разогревают асфальтобетонное покрытие до температуры 180° С. Блок с элементами рыхления и рядами ножей взрыхляет разогретый слой покрытия на глубину до 4 см, который перемешивается расположенным за ним шнековым распределителем и распределяется равномерно по всей ширине полосы. Одновременно транспортер из бункера подает новую смесь, которая равномерно распределяется по всей площади старой спланированной смеси. После этого оба слоя подгоняют под существующий профиль, предварительно уплотняют вибрационной трамбующей балкой и окончательно катками. Развитием этого способа является способ "Ремикс", в котором старый взрыхленный асфальтобетон смешивается в мешалке с новой смесью, выгружается, разравнивается и уплотняется;
3) снятие старого асфальтобетона, транспортирование его в стационарной смесительной установке, дробление до размеров меньше 40 мм на гранулят, загрузка в агрегаты асфальтосмесителя принудительного действия с одновременным добавлением каменных материалов и вяжущего.
Регенерация асфальтобетона может осуществляться с помощью горячей воды или пароводяной среды. Влажная асфальтобетонная смесь на следующем этапе высушивается и нагревается до требуемых температур газовым теплоносителем. Затрата энергии на выпаривание влаги -основной недостаток этого способа.Извлечение битума из кусков старого асфальтобетона осуществляется методом экстракции с помощью органических растворителей. После отгонки растворителей получают Чистый" битум и все фракции минеральной части смеси. После такого превращения старого асфальтобетона в исходные материалы компоненты нагревают и смешивают, как обычно, при получении асфальтобетонных смесей.
35. Асфальтовая мастика
Асфальтовая мастика плотная битумоминеральная смесь из дорожного битума или дорожного битума и природного асфальта с минеральным порошком, в которой "плавают" зерна песка. Асфальтовая мастика в горячем состоянии легкоподвижная, при укладке не требует уплотнения, после уплотнения не содержит пор. Для повышения шероховатости по свежеуложенной мастике иногда рассыпают мелкий щебень и укатывают. Асфальтовая мастика и щебень образуют асфальтомастичное покрытие.
Для приготовления асфальтовой мастики применяют природный и дробленый песок (высевки), минеральный порошок, битум БНД 40/60 или БНД 60/90 и природный асфальт, который поступает в виде брикетов массой 20 ... 32 кг с содержанием битума 12 ... 15 %.
Асфальтовую мастику приготавливают в стационарных асфальтосмесителях с принудительным перемешиванием. На АБЗ должен быть предусмотрен агрегат для нагрева минерального порошка. Температура готовой смеси 220 . . . 250°С. Асфальтовую мастику желательно поставлять в специальных автомобилях, оборудованных обогревом и мешалкой. Укладка мастики может быть произведена укладчиками и вручную при небольшом объеме работ. Температура смеси при укладке 190 . . . 220°С. Асфальтовую мастику применяют для устройства дорожных покрытии толщиной 5 ... 20 мм. Кроме того, асфальтовая мастика, как обладающая высокой адгезией к старому асфальтобетону, может быть использована для его ремонта тонкими слоями.
36. Литой асфальт
Литой асфальт плотная специально запроектированная смесь щебня, песка, минерального порошка и битума, приготовленная и уложенная в покрытие в горячем состоянии без уплотнения (лишь в некоторых случаях требуется легкое уплотнение). Количество вяжущего в литом асфальте превышает объем пор в минеральной части, что обусловливает легкоподвижность смеси в горячем состоянии.
К положительным свойствам литого асфальта относят малую массу по сравнению с другими дорожными покрытиями, небольшие затраты работы на уплотнение, водонепроницаемость. При реконструкции дороги существующее покрытие из литого асфальта может быть снова использовано в полном объеме и почти без добавления новых материалов.
К отрицательным свойствам литого асфальта относится прежде всего вероятность образовании, вздутий - пузырей на покрытии и трещии при отрицательной температуре воздуха
Для приготовления литого асфальта применяют мелкий щебень (до 19 мм), природный и дробленый песок в отношении 1:1. В минеральном порошке желательно повышенное содержание частиц мельче 0,071 мм. обеспечивающих максимальный перевод битума в пленочное состояние, В качестве вяжущего применяют битум БНД 40/60 и природный асфальт.
Наиболее широкое применение в мировой практике находят литые асфальты следующего состава: щебень размером 10 .. 3 мм 30 ... 45 %, песок 25 - 35 %, минеральный порошок 20 ... 32 %, битум 7 ... 10 % по массе от минеральной части. При устройстве покрытия расход литого асфальта составляет 45 . . . 100 кг/м2.
Литой асфальт приготавливают в стационарных асфальтосмесителях принудительного перемешивания или в специальных смесителях. Минеральную часть смеси (щебень и песок) нагревают в сушильном барабане до температуры 220 . . . 300°С. Минеральный порошок нагревают в специальном барабане и затем дозируют. Минеральная часть перемешивается с битумом до полного обволакивания всех минеральных зерен битумной пленкой. Температура готовой литой смеси 220 . . . 240° С. К месту укладки смесь транспортируют в специальных обогреваемых мешалках. Укладка литого асфальта производится специальными асфальтоукладчиками или вручную при небольшом объеме работ.
Для придания шероховатости поверхности покрытия из литого асфальта на него непосредственно после укладки рассыпают и прикатывают мелкий черный щебень.
Для оценки качества литого асфальта используют показатель глубины погружения штампа, определяемый по методике, принятой в ФРГ. Из литой смеси готовят призматический образец размером 100x100x50 мм, на который устанавливают металлический штамп диаметром 2,52 см (площадью 5 см2) и прикладывают нагрузку 0,525 кН. Эту нагрузку выдерживают в течение 30 мин, после чего замеряют глубину погружения штампа. Испытания производят при температуре 40° С. Глубина погружения штампа для мелкозернистой смеси 0/11 должна быть в пределах от 1,0 до 3 мм, для литого асфальта 0/8 и 0/5 - от 1 до 5 мм.
Оптимальное содержание битума в литом асфальте можно определять по битумоемкости минеральных компонентов.
Литой асфальт применяют для устройства покрытий на городских и внегородских дорогах (кроме автомагистралей и дорог с тяжелым движением), на аэродромах, площадях.
37. Битумощебёночная мастика
Битумощебеночная мастика смесь минеральных материалов с прерывистой гранулометрией, дорожного битума и стабилизирующих добавок. Смесь укладывают и уплотняют в горячем состоянии. Высокое содержание щебня создает несущий каркас, пустоты которого заполнены асфальтовым раствором. Стабилизирующие добавки предназначены для уменьшения расслоения смеси при транспортировании и повышения прочности ма териала в покрытии.
Для приготовления битумощебеночной мастики применяют щебень не ниже маржи "1000'J дробленый и природный песок, минеральный порошок, битум БНД 40/60 или БНД 60/90.
Применяют битумощебеночные мастики следующего состава: щебень фракции 10 ... 5 мм 50 ... 70 %, зерен крупнее 10 мм не более 15 %, фракции 5 ... 2,5 мм 10 . . . 20 %, песок размером 2,5 .. . 0,14 мм 12 ... 15 %, минеральный порошок мельче 0,14 мм 9 ... 17 %, битум 6,0 ... 7,5 %. Пористость битумощебеночной мастики должна быть в пределах 2...4 %.
Битумощебеночную мастику приготавливают в асфальтосмесительных установках принудительного перемешивания. Температура смеси при укладке 120 .. . 150°С, температура готовой смеси 140 . .. 190° С. Толщина укладываемого слоя 2,5 ... 5 см. Расход смеси60 ... 125 кг/м2. Битумощебеночную мастику применяют для устройства покрытий на дорогах с интенсивным движением.
38. Битумный шлам
Битумный шлам смесь литом консистенции, состоящая из битумной пасты или эмульсии, воды, минерального порошка и песка (песчаные шламы) или щебня (грубозернистые шламы)
По скорости распада эмульсий в смесях их подразделяют ьа медленно-, средне- и быстрораспадающиеся. К медленнораспадающимся относятся анионные шламы, в которых эмульсия на анионактивном эмульгаторе распадается не ранее чем через 2 ч, к среднераспадающимся -через 1 ... 2 ч. К быстрораспадающимся относятся катионные и анионные шламы, в которых эмульсия распадается не позднее чем через 30 мин. Катионные шламы являются быстротвердеющими, так как быстро возвращают битуму клеящие свойства. Пастовые и анионные шламы медленнотвердеющие, затвердевающие по мере испарения воды.
По структуре высохшего неуплотненного материала смеси подразделяют на малопористые (остаточная пористость менее 20 %), среднепористые (от 20 до 25%), пористые (более 25 %). Для приготовления битумных шламов применяют нефтяные дорожные вязкие битумы. В качестве наполнителей и эмульгаторов используют известняковые порошки, известъ-пушонку, фильтр-пресную грязь, некоторые порошкообразные отходы промышленности и др. К эмульгаторам относят порошки, содержащие не менее 20 % по массе СаО + MgO и не менее 60 % по массе частиц мельче 0,071 мм. Применение активированных минеральных порошков не допускается.
В качестве каменных материалов применяют дробленые и природные пески, высевки и щебень размером от 5 до 10 мм по прочности не ниже марки 1000.
Для битумных шрамов определяют свойства в жидком состоянии (консистенцию и расслаивание смеси) и в твердом сформировавшемся состоянии (водонасыщение, набухание, износ, коэффициент шероховатости). Битумные шламы приготавливают в мешалках периодического действия. Приготовление битумных шламов может быть осуществлено в асфальтосмесителе Д-508-2А, бетономешалках СБ-80, С-742, С-355 и др.
Битумные шламы транспортируют в специальных транспортных средствах, оборудованных побудителем смеси Песчаные шламы допускается транспортировать в автомобилях-самосвалах на расстояние до 10 км, при транспортировании на большое расстояние в кузове автомобиля устанавливают специальное навесное оборудование, которое состоит из побудителя в виде лопасти, совершающей колебания, гидравлического привода побудителя и разгрузочного устройства.
Смесь укладывают распределителем, а при малом обьеме работ вручную. Распределитель РД-902 представляет собой разделенный перегородкой на две части бездонный ящик. На задней стенке распределителя закреплена резиновая лента, которая обеспечивает выглаживание слоя смеси. При ремонтных работах смесь укладывают по одной полосе покрытия в направлении движения транспортных Средств. После подсыхания смеси открывают движение.
Как показали опытно-производственные работы, в южных районах страны хорошо себя зарекомендовали следующие составы ластовых шламов: щебень фракции 10 ... 5 мм 15 ... 20 %, высевки мельче 5 мм 40 ... 45 %, цементная пыль (как эмульгатор) 10 . . . 12 %, битум БНД 60/90 11 . . . 13 %, вода (подогретая до 60° С) 20 .. .22%.
Толщина укладываемого слоя составляет 6 ... 8 мм.
Битумные шламы применяют для устройства защитных слоев. Ориентировочная толщина замыкающего слоя для жидких смесей составляет 5 ... 10 мм, а для высохших и частично сформировавшихся 3 ... 8 мм. Расход песчаного и грубозернистого (с щебнем) шлама составляет соответственно 8 ... 12 и 5 ... 20 кг/м2.
39. Битумоминеральные и органоминеральные смеси
Битумоминеральные смеси представляют собой материал, приготовленный путем смешения в смесительных установках в нагретом состоянии щебеночных (гравийных) материалов, природного или дробленого песка, минерального порошка и битума, взятых в определенных соотношениях. В зависимости от марки битума и температуры смесей при укладке в покрытие их подразделяют на горячие, теплые и холодные, а в зависимости от размера зерен - на крупнозернистые -до 40 мм, мелкозернистые до 20 мм, песчаные - до 5 мм.
Для приготовления битумоминеральных смесей можно применять минеральные материалы более низкого качества, чем для соответствующих видов асфальтобетона. Так, марка щебня из изверженных и метаморфических горных пород по дробимости при сжатии в цилиндре допускается не ниже 600, а из осадочных не ниже 300, износ в полочном барабане для щебня из изверженных пород - не более 55 %, из осадочных 60%,
В качестве минерального порошка, кроме известнякового, допускаются отходы асбестоцементного производства, золы уноса, фильтр-прессные отходы, пыль уноса цементных заводов.
Горячие и теплые смеси по структуре подразделяют на плотные и пористые. Плотные должны содержать в своем составе частицы мельче 0,071 мм, в пористых эти частицы необязательны.
На - юге Украины накоплен значительный опыт применения битумоминеральных смесей для устройства покрытий на дорогах I и II категорий. Смеси приготавливают из однородных по минералогическому составу дробленых известняков и диоритов, в ряде случаев без добавления минерального порошка. Вяжущим служит битум БНД 60/90 или БН 60/90, пластифицированный каменноугольным дегтем Д-3 до пенетрации 100. Деготь является также добавкой, улучшающей обволакивание минеральных зерен вяжущим.
Эти смеси обладают следующими свойствами: предел прочности при сжатии при 20°С не менее 2,5 МПа, при 50°С не менее 1,0 ... 1,2 МПа; коэффициент водостойкости не ниже 0,85; водонасыщение 3 ... 6 %; остаточная пористость 4 . . . 8 %.
Характерной особенностью битумоминеральных смесей, применяемых в Крыму, являются повышенное содержание щебня (50 . . . 60 %), ограниченное количество зерен мельче 0,071 мм и, как следствие, повышенная остаточная пористость (до 9 %). В таких битумоминеральных смесях формируется структура, которая обеспечивает плотный контакт по щебенкам, образующим пространственный каркас. Этим объясняется высокая сдвигоустойчивость покрытий на автомобильных дорогах с большими уклонами и интенсивным движением.
Водостойкость покрытия, несмотря на большое водонасыщение (до 7 %), вполне удовлетворительна, что объясняется малым количеством осадков. Через 2 ... 3 мес эксплуатации покрытия из битумоминеральной смеси водонасыщение его снижается до 3 ... 5 %.
Органоминеральные смеси представляют собой материалы, приготовленные путем смешения разнокрупных минеральных материалов и органических вяжущих, превращенные в монолит при уплотнении. В качестве минеральных материалов применяют щебеночные, гравийные, песчаные смеси, пески и различные побочные продукты промышленности шлаки, отходы обогатительных фабрик и т. п. В качестве органических вяжущих применяют битумы, нефтяные гудроны, каменноугольные дегти и смолы, битумные эмульсии, сланцевые и другие продукты, обладающие свойствами органических вяжущих. Показатели физико-механических свойств щебеночно-песчаных, гравийно-песчаных и щебеночно-гравийно-песчаных пористых смесей оптимальных зерновых составов приведены в табл. 11.33.. Водонасыщение пористых смесей должно быть 7 . . . 12 % по объему.
40. Черный щебень
Черный щебень - щебень, обработанный органическим вяжущим. Его применяют для устройства покрытий на дорогах II ... IV категорий, а также для устройства оснований.
По вязкости битума и способу укладки черный щебень разделяют на три вида: горячий, изготавливаемый на битумах БНД 60/90, БНД 90/130 и дегте Д-6 и укладываемый в горячем состоянии при г«гмп&ретуре 120 . . . 140° С; теплый, изготавливаемый на битумах БНД 130/200, ВИД 200/300, СГ 130/200 и дегте Д-5 и укладываемый в теплом состоянии при 50 . . .80° С; холодный, изготавливаемый на жидких битумах МГ 70/130 и дегте Д4, укладываемый в холодном состоянии в сухую погоду при температуре воздуха 10 .. . 25°С. Для приготовления черного щебня применяют щебень, полученный из горных пород с прочностью не ниже 80 МПа
Обработанный вяжущим щебень по крупности делят на крупный размером 40 ... 25 мм, средний - 25 ... 15 мм; мелкий - 15 ... 5 мм, высевки мельче 5 мм. Количество вяжущего в смеси в зависимости от крупности щебня и свойств (плотности, характера поверхности) принимают в пределах 2 ... 4 % по массе.
Черный щебень приготавливают в смесительных установках с принудительным или свободным перемешиванием. Технология устройства слоев одежды из черного щебня включает: подготовку основания, распределение щебня фракции 40 ... 25 мм, уплотнение, россыпь щебня фракции 25 ... 15 мм, уплотнение, расклинцовку поверхности мелким щебнем 15 ... 5 мм и уплотнение.
41. ТОНКОСЛОЙНЫЕ АСФАЛЬТОБЕТОННЫЕ ПОКРЫТИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ, РЕСПУБЛИКАНСКИХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Тонкослойные покрытия применяются в качестве фрикционных слоев, слоев гидроизоляции и слоев износа на асфальтобетонных и цементобетонных покрытиях, а также для устранения колейности асфальтобетонных покрытий глубиной до 25 мм.
Устраиваются из специальных горячих асфальтобетонных смесей с использованием модифицированных битумов, укладываемых на слои проклеивания и герметизации из катионной модифицированной битумной эмульсии, которая наносится непосредственно перед укладкой асфальтобетонной смеси. Комбинация горячей и холодной эмульсионной технологий позволяет укладывать указанные покрытия толщиной 10-15 мм, что невозможно при укладке горячих асфальтобетонов по традиционной технологии.
Укладка тонкослойных покрытий осуществляется комбайном (накопитель -укладчик) непрерывного действия на специальном автомобильном шасси. При отсутствии комбайна допускается укладка тонкослойных покрытий специально оборудованными для распределения эмульсии асфальтоукладчиками или комплектом машин, включающим специальный автогудронатор с мгновенной остановкой и стартом выдачи эмульсии и автоматическим контролем расхода и самоходный или прицепной распределитель щебня с ячейковым дозатором.
Движение на устроенном участке тонкослойного асфальтобетонного покрытия открывается сразу после окончания уплотнения.
ГИДРОИЗОЛЯЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ МОСТОВОГО ПОЛОТНА ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ
Разработана технология устройства покрытия и одновременно гидроизоляции мостового полотна искусственных сооружений. Гидроизоляционное покрытие устраивается из специального состава жесткой литой асфальтобетонной смеси, приготовленной на основе битумополимерного вяжущего.
Асфальтобетонная смесь гидроизоляционного покрытия с большим содержанием щебня выполняет роль несущего слоя и обладает повышенной сдвигоустой-чивостью, а наличие в ней достаточного количества битумополимерного вяжущего придает 100-процентную водонепроницаемость, повышенную деформативность и высокую трещиностойкость покрытию.
Состав асфальтобетонной смеси Щебень фракции 5-20 мм 65 - 70 %
Песок из отсева дробления 10-15 %
Песок природный 8-12 %
Минеральный порошок 15 - 20 %
Битумополимерное вяжущее 7,5 - 8 %
Межремонтный срок службы такого покрытия увеличивается более чем в 2 раза.
АКТИВИРУЮЩАЯ ДОБАВКА ДЛЯ МИНЕРАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Активирующая добавка (активатор) представляет собой водный раствор солей поливалентных металлов.
Активатор предназначен для производства активированных минеральных материалов.
Активированные минеральные материалы могут быть использованы для получения асфальтобетонных смесей и устройства поверхностной обработки с применением горячего битума.
Активатор обеспечивает прочное сцепление органических вяжущих с кислыми минеральными материалами (щебень и песок из отсева дробления) и применяется при температуре не ниже 0°С.
Обработка минерального материала активирующими добавками приводит к увеличению адгезии органического вяжущего к поверхности минеральных частиц более чем на 25% (ГОСТ 11508-74).
Использование активированного минерального материала (щебня и песка из отсева дробления) при приготовлении асфальтобетона дает существенное улучшение физико-механических показателей по сравнению с традиционным асфальтобетоном. Так, коэффициент водостойкости увеличивается на 35,8%, водонасыщение уменьшается на 43,0 %.
Предполагаемая стоимость активатора 1-1,5 дол. США за килограмм. При расходе на 1 т минерального материала - 250 г активатора, удорожание 1 т асфальтобетона составляет 0,25 - 0,4 дол. США.
Разработаны ТУ РБ 600036270.005-2004 «Добавка активирующая».
ГИДРОИЗОЛЯЦИОННОЕ АСФАЛЬТОБЕТОННОЕ ПОКРЫТИЕ ИЗ ЛИТОЙ СМЕСИ НА ОСНОВЕ РЕЗИНОВОЙ КРОШКИ
Разработан состав литой асфальтобетонной смеси с использованием мелкоиз-мельченной резиновой крошки, который позволяет получать асфальтобетонные покрытия, обладающие абсолютной водонепроницаемостью, повышенной дефор-мативностью, способствующей повышению трещиностойкости. Наличие насыщенного щебеночного каркаса (до 65 %) обеспечивает такому асфальтобетону высокие прочностные характеристики и, прежде всего, высокую степень сдвиго-устойчивых свойств в широком температурном диапазоне.
Состав
Щебень фр. 5-10 мм - 65 %
Отсев дробления - 15 %
Минеральный порошок - 20 %
Резиновая крошка - 2 %
Битум - 8%
Физико-механические характеристики
Водонасыщение, % по объему Набухание, % по объему
Предел прочности при сжатии при t= 50°С, МПа Глубина вдавливания штампа при t= 40°С, мм Остаточная пористость, % по объему не более
Использование резиновой крошки позволяет снизить стоимость асфальтобетона без снижения его качественных показателей. Применение такого состава для асфальтобетонных покрытий мостового полотна искусственных сооружений решает две проблемы:
- проблему гидроизоляции мостового полотна;
- проблему материала основного покрытия, который, в отличие от традиционного асфальтобетона, увеличивает срок службы покрытия в 2 - 3 раза, что в конечном итоге увеличивает срок службы искусственного сооружения в 2 и более раза.
Экономический эффект от использования таких покрытий складывается за счет снижения стоимости материала и увеличения срока службы покрытия.
42. МЕМБРАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ РЕМОНТА ЖЕСТКИХ ПОКРЫТИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И МОСТОВОГО ПОЛОТНА ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ
В филиале «Институт дорожных исследований» РУП "Белорусский дорожный инженерно-технический центр" разработана мембранная технология устройства защитных и защитно-гидроизоляционных слоев, позволяющая снизить стоимость ремонтных работ, увеличить срок службы защитных и защитно-гидроизоляционных слоев в 2-3 раза, обеспечить защиту несущих конструкций пролетных строений искусственных сооружений от влаги при утрате своих свойств существующей гидроизоляцией.
Защитные и защитно-гидроизоляционные покрытия, устроенные по мембранной технологии, отличаются от традиционных асфальтобетонов следующим:
а) в качестве вяжущего используется модифицированный битум с заданными свойствами;
б) вяжущее распределено неравномерно по толщине покрытия.
В нижней части защитного покрытия на контакте со старым, защищаемым, содержание вяжущего в 2,5-3 раза больше, чем в верхней его части. Такое перераспределение вяжущего достигается за счет применения специального состава асфальтобетонной смеси, укладываемого на предварительно распределенную по основанию мембрану из модифицированного битума. Норма распределения мембраны в зависимости от ее назначения - защитное или защитно-гидроизоляционное покрытие - составляет 2,5-3,5 л/м2.
Защитный слой имеет высокую деформативность при отрицательных температурах и не подвержен трещинообразованию. Структура покрытия способствует водоотводу.
При устройстве защитного слоя на цементобетонных покрытиях автомобильных дорог стоимость ремонта 1 м2 составила 2,1 USD против 2,4 USD при ремонте по традиционной технологии. При этом существенно снизилась материалоемкость ремонтных работ. Экономия щебня составила 44%, битума - 59%, минерального порошка - 100%. Защитный слой на протяжении 4 лет находится в хорошем состоянии, отсутствуют температурные и отраженные трещины. Шероховатость защитного слоя составляет 0,52-0,56.
По данной технологии устроены защитно-гидроизоляционные покрытия на мостах через реки: Сож (г. Ветка), Березина (г. Борисов), Неман (пос. Луна) и на трех путепроводах. Кроме этого, устроен защитный слой на цементобетонном покрытии протяженностью 14 км.
43. ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНЫЕ АСФАЛЬТОБЕТОННЫЕ СМЕСИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ВОЛОКНА
Отличительными особенностями разработанного состава щебеночно-мастичного асфальтобетона являются высокое содержание фракционированного щебня, неструктурированного битума, в качестве стабилизирующей добавки использовано целлюлозное волокно.
Высокие прочностные свойства обеспечиваются контактной структурой асфальтобетона.
Введение целлюлозного волокна предотвращает сегрегацию асфальтобетонной смеси в процессе приготовления, транспортировки и укладки.
Щебеночно-мастичный асфальтобетон обладает высокой сдвигоустойчиво-стью при высоких температурах, коррозионной стойкостью, устойчив к трещино-образованию при отрицательных температурах и увеличивает межремонтный срок службы дорожного покрытия в 2 раза по сравнению с традиционным асфальтобетоном.
Уложенное покрытие обеспечивает высокий коэффициент сцепления колеса с покрытием, способствует отводу воды с покрытия.
КАТИОНАКТИВНЫЕ АДГЕЗИОННЫЕ ДОБАВКИ «АДДИБИТ»
Добавки «Аддибит» аминного типа применяются для повышения сцепления битума к минеральным материалам (даже увлажненным) из основных и особенно кислых пород.
Добавки представляют собой вязкие жидкости, которые можно легко дозировать в емкости с разогретым битумом. Добавки выпускают двух видов:
для битумов, выпускаемых на НПЗ; - для полимермодифицированных битумов.
Во втором случае добавка является более термостойкой (выдерживает нагрев до 180°С в течение 72 часов).
Количество вводимой добавки колеблется от 0,4 до 1,2% в зависимости от исходного битума и качества минерального материала.
Введение добавок способствует улучшению подвижности, пластичности, лучшему перемешиванию асфальтобетонной смеси в смесителе, лучшему уплотнению при более низких температурах, а также повышению водостойкости асфальтобетонных покрытий, что в итоге приводит к повышению долговечности асфальтобетонных покрытий.
Опытная партия выпушена на дочернем унитарном предприятии «МАДИКОР».
44. СКЛАДИРУЕМЫЕ ЭМУЛЬСИОННО-МИНЕРАЛЬНЫЕ СМЕСИ
Складируемые эмульсионно-минеральные смеси (СЭМС) отличаются от эмульсионно-минеральных смесей, укладываемых непосредственно после приготовления, возможностью длительного хранения для:
создания запаса материала;
сокращения сроков формирования конструктивных слоев дорожных одежд за счет протекания большей части процессов формирования в период нахождения смеси в штабеле.
Подвижность (живучесть) смесей обеспечивается применением эмульсий из битумов с малой вязкостью, а также спецификой технологии приготовления смеси. СЭМС, приготовленные на битумной катионной эмульсии, по качеству не уступают битумно-минеральным смесям, приготовленным горячим способом, и имеют, по сравнению с ними, ряд преимуществ:
исключаются сушка и подогрев минеральных материалов, что упрощает технологический процесс и улучшает условия работы персонала;
уплотняется и удлиняется строительный сезон за счет возможности приготовления смеси в любую погоду при температуре окружающей среды до +5 °С;
ремонт покрытий осуществляется при температуре воздуха до минус 8°С;
смеси можно фасовать в тару^ что позволяет качественно выполнять ямочный ремонт дорог даже в сырую погоду.
Разработаны технологические карты на приготовление СЭМС и на выполнение ямочного ремонта покрытий с применением СЭМС.
45. ХОЛОДНЫЕ ЛИТЫЕ АСФАЛЬТОБЕТОННЫЕ СМЕСИ
Холодные литые асфальтобетонные смеси представляют собой смесь щебня, дробленого песка, цемента, воды, регулятора скорости распада и битумной эмульсии. Соотношение компонентов определяется специализированной дорожной лабораторией.
Холодные литые асфальтобетонные смеси применяются в качестве слоев износа, гидроизоляции и фрикционных слоев.
Для производства и укладки литого холодного асфальтобетона применяется специализированный асфальтобетонный завод, смонтированный на шасси трех-четырехосного грузовика или двух-трехосного полуприцепа. В Беларуси используются установки HD-10 фирмы «AKZO NOBEL», «Braining»> смонтированные на автомобиле МАЗ, полуприцепная установка SOM 1000-3/10 фирмы «Weiro».
В стандартный комплект оборудования для производства и укладки холодного асфальтобетона входят следующие узлы и агрегаты:
емкость и дозатор для готовой минеральной части; емкость и дозатор для эмульсии; емкость и дозатор для водной фазы; емкость и дозатор для цемента;
автономный двигатель для бесступенчатого гидропривода всех систем; смесительная установка;
блок управления, позволяющий осуществлять дозирование минеральных материалов, эмульсии, водной фазы, регулятора скорости распада, цемента; ящичный распределитель, оснащенный системой гидропривода.
При устройстве защитного слоя толщина укладываемой в один проход смеси составляет 10 мм при ее расходе 14-15 кг на 1 квадратный метр.
При ремонте колей расход смеси должен соответствовать требованиям:
Колеи глубиной до 25 мм заполняются литой холодной смесью за один проход. При глубине колеи более 25 мм применяется двухслойное заполнение. Величина плюсового допуска на уплотнение должна составлять 15-25% от глубины обрабатываемой колеи.
При приемке устроенного защитного слоя из холодного литого асфальтобетона определяется шероховатость покрытия методом «песчаное пятно» и коэффициент сцепления с помощью динамического прибора ПКРС-2 согласно РД 0219.1.07 и ГОСТ 30413.
Коэффициент сцепления составляет 0,45-0,63.
46. АСФАЛЬТОВЯЖУЩЕЕ ГРАНУЛИРОВАННОЕ
Как известно, многократный разогрев и охлаждение битумов в процессе транспортировки и производства горячих асфальтобетонных смесей ухудшает их физико-химические свойства. В особенности это касается модифицированных битумов, нагрев которых до рабочей температуры более двух раз недопустим.
Одним из решений этой проблемы может стать производство и применение асфальтовяжущего гранулированного. Асфальтовяжущее гранулированное получают путем предварительного смешения битума, минерального порошка и структурирующей добавки и продавливанием полученного асфальтовяжущего через гранулятор. После охлаждения полученные гранулы затариваются в полиэтиленовые мешки и доставляются к месту дислокации асфальтобетонного завода.
Процесс приготовления асфальтобетонной смеси на асфальтобетонном заводе отличается от традиционной технологии тем, что асфальтовяжущее гранулированное дозируется в смеситель при температуре окружающего воздуха. В смесителе происходит перемешивание асфальтовяжущего с нагретыми в сушильном барабане минеральными материалами. Расход асфальтовяжущего зависит от конкретного состава асфальтобетонной смеси. В процессе перемешивания происходит распределение битума между частицами минерального материала и получение горячей асфальтобетонной смеси.
Разработаны составы асфальтовяжущего гранулированного с применением дорожных и модифицированных битумов разных марок. Важным достижением явилось то, что удалось довести соотношение "битум - минеральный порошок" в составе гранул до 1:1, что соответствует количеству этих компонентов в составе асфальтобетонных смесей. При приготовлении асфальтовяжущего гранулированного соотношение "битум - минеральный порошок" можно корректировать в зависимости от конкретного состава асфальтобетонной смеси.
Разработаны Временные рекомендации по технологии приготовления и применения асфальтовяжущего гранулированного. Экономия энергоресурсов в процессе приготовления 1 тонны асфальтобетонной смеси достигает 20%, т.к. из технологического процесса приготовления асфальтобетонной смеси исключается сложное и энергоемкое оборудование для хранения и подготовки органического вяжущего.
Кроме того, уменьшаются затраты на транспортирование гранулированного вяжущего. Транспортные расходы на перевозку асфальтовяжущего гранулированного в сравнении с битумом и минеральным порошком составляют до 35%, т.к. при этом используется не специальный, а обычный грузовой автомобильный или железнодорожный транспорт.
Немаловажным моментом является улучшение экологической обстановки в районе асфальтобетонного завода за счет отсутствия вредных выбросов, возникающих при хранении и подготовке органических вяжущих.
47. СКЛАДИРУЕМАЯ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНАЯ СМЕСЬ
Складируемая органо-минеральная смесь предназначена для ямочного ремонта асфальтовых покрытий дорог, мостов, городских улиц, дворовых территорий, мест парковок автомобилей. Представляет собой смесь минерального заполнителя подобранного состава и специального битумно-полимерного вяжущего.
Работы по ремонту покрытий такой смесью производятся в сухую погоду при температуре воздуха не ниже минус 10°С.
Процесс производства работ включает следующие этапы: подготовку ремонтной «карты», ее очистку, укладку смеси с учетом запаса на уплотнение, уплотнение виброплитой или катком.
При глубине повреждений более 5 см смесь укладывается последовательно в 2 слоя с послойным уплотнением. Движение открывается сразу после уплотнения смеси, тем самым ускоряя процесс ее формирования.
Складируемая органо-минеральная смесь может храниться в штабеле на открытом воздухе либо упакованной в тару (ведра, мешки, короба).
В 2004-2006 годах были проведены опытно-технологические работы на а/д М1/Е30.
Разработаны и согласованы Временные рекомендации по приготовлению и применению складируемых органо-минеральных смесей.
48. ГРАВИЙНО-ЭМУЛЬСИОННАЯ СМЕСЬ
Гравийно-эмульсионная композиция представляет собой приготовленную в установке (циклического или непрерывного действия) смесь гравия (щебня), песка и битумной катионной эмульсии, воды, дозированной в определенных пропорциях. В отдельных случаях в смесь вводят стабилизатор скорости распада и минеральный порошок (при недостатке мелких фракций).
В зависимости от типа битумной эмульсии гравийно-эмульсионная смесь может приготавливаться либо складируемой, либо немедленной укладки. Складируемая гравийно-эмульсионная смесь может храниться в штабелях или в таре (в мешках, емкостях). Гравийно-эмульсионная смесь применяется на дорогах Ш-V категорий. На автомобильных дорогах Ш категории гравийно-эмульсионные смеси применяются в качестве верхнего несущего слоя основания и нижнего слоя покрытия.
На автомобильных дорогах IV и V категорий гравийно-эмульсионные смеси применяются в качестве верхнего несущего слоя основания, нижнего и верхнего слоев покрытий. Шероховатость и плотность поверхности покрытий из этих смесей обеспечивается устройством поверхностной обработки.
Разработаны технологические карты на приготовление и применение гравийно-эмульсионных смесей, руководящий документ «Дорожные технологии на основе катионных битумных эмульсий» (РД 0219.1.09-99).
49. ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ХОЛОДНОЙ УКЛАДКИ ДЛЯ ЯМОЧНОГО РЕМОНТА ПОКРЫТИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Проблема ямочного ремонта асфальтобетонных покрытий является одной из основных проблем текущего ремонта. Образование ямок, выбоин на покрытии, как правило, происходит в холодное время года. В этот период особенно проявляются хрупкие свойства битума как основного структурообразующего материала асфальтобетона.
Основным и наиболее распространенным материалом для ямочного ремонта служит асфальтобетон. Использование горячей асфальтобетонной смеси для такого вида ремонта является эффективным мероприятием, но высокое качество ремонта может быть достигнуто только при определенных температурных и погодных условиях, что значительно сужает сроки выполнения ремонтных работ.
Использование холодных асфальтобетонных смесей по СТБ 1033-96 расширяет сроки выполнения ямочного ремонта, но не позволяет круглогодично применять этот материал (температура укладки от +5 и выше). Кроме того, фактор слеживаемости таких смесей является определяющим, и при низких температурах использование холодного асфальтобетона становится невозможным.
В РУП «БелдорНИИ» отделом ремонта и содержания автомобильных дорог разработан материал, представляющий собой органоминеральную смесь холодной укладки, позволяющий производить ямочный ремонт при температуре окружающего воздуха до минус 15°С, что дает возможность осуществлять ремонтные работы практически круглогодично. Данный материал упакован в полиэтиленовые мешки, обеспечивающие герметичность упаковки.
Состав материала:
1. Минеральный материал подобранного состава (фр. 15-0 мм)
2. Битум 5-6%
3. Пластификатор (быстроиспаряемый) до 1,5% Масса мешка 25 кг.
Такой материал в упакованном виде сохраняет свои технологические свойства (подвижность) и может храниться в течение 5 месяцев. При вскрытии мешков, которое осуществляется перед непосредственной укладкой смеси в ремонтируемое покрытие, летучие фракции пластификатора испаряются, и в течение 20-24 часов формируется прочная асфальтобетонная смесь, обеспечивающая хорошее адгезионное сцепление с ремонтируемой поверхностью асфальтобетона.
Технологическая линия производительностью до 2000 т в год смонтирована в ДРСУ-136 (г. Барановичи) ПРСО «Брестоблдорстрой». Стоимость материала в 1,5 раза больше стоимости горячего асфальтобетона.
Экономический эффект, обусловленный круглогодичным применением данного материала, составляет до 1$ США при ремонте 10 м2 покрытия.
В РУП «БелдорНИИ» разработаны ТУ РБ «Смесь органоминеральная (холодная) для ремонта покрытий автомобильных дорог», а также «Рекомендации по технологии приготовления и применения органоминеральных смесей холодной укладки для ремонта покрытий автомобильных дорог».
50. ХОЛОДНЫЕ РЕГЕНЕРИРОВАННЫЕ АСФАЛЬТОБЕТОННЫЕ СМЕСИ
Холодные регенерированные асфальтобетонные смеси представляют собой смесь асфальтового гранулята (фрезерованного асфальтобетонного покрытия), специальной катионной битумной эмульсии, цемента, воды, взятых в определенных соотношениях.
Холодные регенерированные асфальтобетонные смеси приготавливаются в стационарных или мобильных установках, специальных смесителях-укладчиках и укладываются в конструктивные слои дорожной одежды в холодном состоянии. В зависимости от категории автомобильной дороги вышеуказанные смеси могут укладываться в верхние слои основания (I-III категории), в нижний (III категория) или верхний слои покрытия (IV-V категории).
В зависимости от состава холодные регенерированные смеси могут приготавливаться либо складируемыми, либо немедленной укладки.
Разработан РД 0219.1.09-99 «Дорожные технологии на основе катионных битумных эмульсий».




Приложенные файлы

  • doc 23771265
    Размер файла: 606 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий