Распределение битума в асфальтобетоне и его взаимодействие с минеральными материалами.

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

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

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

k- коэффициент формы зерен

А- линейные размеры зерен

g_m- плотность минерального материала

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

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

d- толщина битумной пленки на минеральных зернах.

а- переводной коэффициент.

Б- количество битума в % от массы минеральной части.

S- удельная поверхность зерен минерального материала м²/кг.

g_б- плотность битума (0,991-1,07).

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

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

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

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

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

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

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

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

13. Структура А/Б.

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

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

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

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

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

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

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

14. Взаимосвязь структур в а/б.

Получение а/б с заданной структурой и св-вами достигается путем устанавливания количественного соотношения между микро, мезо и макро структурой и выдерживание этих соотношений при производственных работах.

Наиболее высокий показатель прочности при содержании менее 35% (базальная структура) достигается с содержанием песка более 45% и мин. порошка более 15%. При содержании щебня 50-60% (базально паровая). Лучшие показатели достигаются 35% песка и до 10% мин. порошка. При содержании щебня 65% (паровая и парово контактная структура) содержание песка около 30%, мин. порошок около 5%.

Отношение битума к мин. порошку в а/б с базальной структурой должно быть в пределах 0,5-0,6; с базально паровой 0,6-0,9; с паровой 0,9-1,1.

Назначение состава а/б с определенной структурой зависит прежде всего от условий работы для грузо напряженных участков дорог с большими уклонами и пересечение водном уровнем необходим а/б с содержанием высокопрочного щебня 50-60% с жестким минеральным каркасом или при наличии щебня средней прочности необходимо приготовлять а/б базальной структуры поскольку св-ва его обуславливаются св-вами асфальтного раствора, качеством песка и мин. порошка.

15. Щебеночно-мастичный а/б. Требования к ЩМА.

Щебеночно-мастичный а/б – это смесь минеральных материалов, вязких битумов и стабилизированной добавки, взятых в определенной пропорции и перемешенных в нагретом состоянии. ЩМА – уплотненная щебеночно-мастичная а/б смесь.

Одним из преимуществ ЩМА: считается его много щебенистость в количестве до 80%. Большое содержание щебня по предположению должно существенно улучшить шероховатость покрытия отсюда следует хорошее сцепление колеса с поверхностью. Износостойкость к покрытию за счет содержания щебня с высокой маркой по дробимости и истераемости.

Недостаток ЩМА возможность образования коллейности при большой интенсивности движения в жаркий период года из-за малой однородности структуры и небольшого содержания мелкого заполнителя.

ЩМА в зависимости от крупности применяемого щебня подразделяется на виды ЩМА 20 с крупностью щебня до 20мм и содержание щебня 70-80%; ЩМА 15 с крупностью щебня до 15мм и содержанием щебня 65-75%; ЩМА 10 с крупностью до10мм и содержанием 60-70%.

Для оценки качества ЩМА определяются следующие физико-механические показатели:

- пористость минеральной части от 15 до 19%

- остаточная пористость в зависимости от дорожно климатической зоны от 1,5-4,5%.

- водонасыщение образцов в зависимости от ДКЗ от 1-4%.

- предел прочности при сжатии при температуре 20 градусов.

- предел прочности при сжатии при температуре 50 градусов.

- сдвигоустойчивость

а) по коэффициенту внутреннего трения.

б) по сцеплении при сдвиге при температуре 50 градусов.

- трещеностойкость.

- водостойкость при длительном воданасыщении.

Кроме того смеси должны выдерживать испытания на сцеплении минеральной вяжущей с поверхности минеральной части смеси. Устойчивость к расслаиванию определяется по показателю стекания вяжущего который должен быть не более 0,2%. Температура смеси на выпуске должна быть несколько выше чем температура обычного а/б. Для битума БНД 90-130 температура ЩМА 155-170 градусов, для обычного а/б 140-150.

Требования к ЩМА.

Щебень 5-10, 10-15,15-20 или смесь фр. от 5-15 и 5-20 марка по дробимости щебня изверженных пород не менее 1200, щебня из осадочных пород не менее 1000. Марка по истераемости И1. Марка по морозостойкости не ниже F50. Содержание зерен лещадной и игловатой формы не более 15%. Песок применяется только из отсева дробления, при этом прочность песка должна быть не ниже 1000, а содержание глинистых частиц определяется методом набухания не более 0,5%. Мин. порошок должен соответствовать ГОСТ. При этом допускается применять пыль из системы пыле улавливающей установки в количестве не более 50% от массы используемого мин. порошка, при этом содержание глинистых частиц определяется методом набухания пылеулавл. не должно превышать 5%.

Стабилизирующие добавки в качестве таких добавок применяются целлюлозные волокна или специальные гранулы. Целлюлозное волокно должно иметь ленточную структуру длина 0,1-0,2мм.

А также отвечать следующим физико-механическим св-вам:

1) влажность в % по массе.

2) термостойкость при температуре 220 градусов по изменению массы при прогреве не более 7%.

3) содержание волокон от 0,1-2мм не менее 80%.

Допускается применять другие стабилизирующие добавки способные удерживаться при технологических температурах, при этом не оказывается отрицательное влияние на вяжущее и смесь.

Битум используется вязкий, а также модифицированные битумы и полимерно битумные вяжущие.

16. Литые А/Б смеси.

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

17. Материалы для приготовления литых А/Б смесей. Контроль качества.

Щебень. Марка по дробимости не менее 1000. Марка по истираемости не менее 12. Марка по морозостойкости F50. Щебень должен иметь кубовидную форму. Содержание пылевидных и глинистых частиц не более 1%. Содержание зёрн слабых пород не более 5%. Песок. Допускается применять песок из отсевов дробления и природной по модулю крупности отвечающей песком средним содержанием пылевидно глинистых частиц не более 5%. Допускается для смесей, предназначенных для текущего ремонта. Вяжущие. Применяют вязкие дорожные битумы. Показатели качества: 1) пористость минерального остова. В зависимости от типа смеси не должна превышать 20-22%. 2) водонасыщении в зависимости от типа смеси не более 1-7%. 3) предел прочности при сжатии при t⁰C=50⁰С. 4) подвижность смеси при 200⁰С нормируется 1,2,5 смеси и не должна быть не менее 30. 5) глубина вдавливания штампа при t⁰C=40⁰С. Для типа 1 в пределах от 1-6, для типа 2 в пределах от1-4, для типа 5 1-10 мм. 6) предел прочности на растяжение при изгибе при t⁰C=0⁰С для 1,2 и 3 марки должен быть не менее 6,5; 6; 5,5 МПа.

Литые асфальтобетонные смеси можно изготавливать в любых асфальтобетонных смесителях принудительного перемешивания порционного действия. При этом производительность снижается из-за более высоких температур смеси. Транспортирование производится в специальных котлах, оборудованных подогревом. При этом температура смеси должна поддерживаться в пределах рабочей температуры. Для придания поверхности шероховатости осуществляется втапливание чёрного щебня в свежеуложенную литую смесь. Движение открывается после достижения покрытия температуры дорожного воздуха, но не ранее, чем через 5 часов после завершения работ.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: