Проектирование асфальтобетона по битумоемкости минеральных компонентов
Сбор данных и их анализ закапчивается 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 асфальтобетопа. В случае их несоответствия требованиям выбирают наиболее дешевые привозные материалы.
Состав минеральной части асфальтобетонной смеси рассчитывают по кривым плотных смесей и в результате получают минеральную смесь с минимумом пустот.
На следующем этапе определяют оптимальное количество битума в асфальтобетоне. Наиболее широко применяют метод, основанный на расчете количества битума по фактической пустотности минерального остова и заданной остаточной пористости асфальтобетона. Перспективен расчет количества битума в смеси по методу, основанному на битумоемкости минеральных компонентов асфальтобетона. Этот метод вытекает из физико-химической сущности распределения вяжущего в минеральной смеси и позволяет указать пути экономии битума при проектировании асфальтобетона. Поэтому необходимо подробно остановиться на его описании и сравнении с методом расчета количества битума по пустотности минеральной части.
Оптимальное количество битума
При расчете оптимального количества битума по пористости минерального остова исходят из того, что поры остова еле- I дует заполнять битумом до определенной остаточной пористости. В асфальтобетоне в соответствии с ГОСТ 9128-84 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон» остаточная пористость должна быть в пределах 7-2% по объему, при этом пористость минерального остова должна быть в пределах 15-22%. Следовательно, требуемое количество битума для минерального остова с пористостью 22% должно быть больше, чем для минерального остова с пористостью 15%. Это означает, что в асфальтобетоне с большей пористостью» минерального остова толщина битумных пленок на зернах значительно больше, чем у асфальтобетонов с меньшей пористостью минерального остова. Снижение пористости минерального остова может быть достигнуто за счет увеличения количества минерального порошка. Для такой смеси потребуется битума меньше, чем в смеси с меньшим содержанием минерального порошка.
Однако это противоречит данным исследований, в которых показано, что при возрастающем количестве минерального порошка и увеличивающейся при этом поверхности оптимальное количество битума должно также возрастать. Наиболее компрометирующими этот метод являются показатели, полученные при расчете количества битума на полное заполнение пор в минеральном остове асфальтобетона. Нулевой пористости асфальтобетона практически невозможно достигнуть вследствие включения воздуха. Остаточная пористость будет составлять 1-2%. Таким образом, при расчете количества битума по пористости минерального остова и остаточной пористости асфальтобетона не гарантирована точность назначения количества битума.
Необходимо отметить, что определить оптимальное количество битума для крупнозернистого пористого асфальтобетона невозможно из-за большого различия п структуре материала. Практически оптимальное количество битума для этого асфальтобетона определяется визуально по степени покрытия битумом зерен минеральной смеси.
Кроме этого прочность асфальтобетона определяется свойствами битумной пленки на минеральных зернах, а не остаточной пористостью. Следовательно, при определении количества битума основная задача заключается в том, чтобы минеральные зерна были покрыты битумной пленкой оптимальной толщины. Естественно, что расчет количества битума, в котором учитывалась бы поверхность минеральных компонентов, в большей степени приближается к действительности. Поэтому более прогрессивным является расчет количества битума в асфальтобетоне, в основу которого принята величина и характер поверхности минеральных материалов. Ранее установили, что на зернах формируется битумная пленка, толщина которой взаимосвязана с размером зерен, химико-минералогическим составом исходной породы и вязкостью битума. На основании этих данных разработан расчет оптимального количества битума в асфальтобетоне, базирующийся на следующих положениях.
Для каждой фракции минеральной части асфальтобетонной смеси можно установить оптимальное количество битума, которое должно являться исходным для расчета.
Поверхность зерен асфальтобетонной смеси определяется опытным путем методами, основанными на воздухопроницаемости елся материала -или расчетом.
Расчет оптимального количества битума
Расчет оптимального количества битума по битумоемкости минеральных материалов. Расчет производится в два этапа: определение битумоемкости каждой фракции минеральной части смеси и расчет количества битума.
По величине поверхности каждой фракции и толщине пленки битума по формуле определяют битумоемкость каждой фракции, входящей в состав асфальтобетона, а сумма произведений битумоемкостсй отдельных фракций на долевое их: содержание в смеси дает количество битума на всю смесь.
Величины битумоемкости, по которым определяется оптимальное содержание битума, пригодны для данного материала, а также для материалов, близких по свойствам. Например, битумоемкость дробленого песка (высевок) и щебня из сиенита, габбро, диабаза, базальта близка к битумоемкости мелкокристаллического гранита марки «1200».
На расчетное содержание битума влияет шероховатость зерен, степень запыленности, содержание глинистых включений, активность минерального материала и битума, плотность смеси. Поэтому оптимальное содержание битума может несколько отклоняться от расчетной величины.
Для проверки свойств асфальтобетонной смеси приготавливают и испытывают контрольные смеси. Как правило, это три состава с различным количеством битума. В первом составе принимают рассчитанное по битумоемкости минеральных компонентов количество битума, во втором - на 0,5% больше, а в третьем на 0,5% меньше. Смеси приготавливают, 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, составе асфальтобетона и его стандартных свойствах, температурном режиме приготовления, укладки и уплотнения смеси.
Пример расчета содержания битума в асфальтобетоне по битумоемкости минеральных компонентов. Требуется рассчитать оптимальное количество битума в мелкозернистом асфальтобетоне, приготовленном на гранитном щебне и высевках, кварцевом песке и известняковом порошке.
Содержание битума в битумоминеральной смеси
Зная битумоемкость каждой фракции принятых материалов и количество фракций в смеси, определяют содержание битума. Например, для определения удельной битумоемкости 0,332 части гранитного щебня фракции 15-5 мм указанную величину умножают на битумоемкость 4.95% и получают 1,64%. Для других фракций и материалов поступают аналогично.
Таким образом определяют, что расчетное содержание битума марки БНД 90/130 в асфальтобетоне составляет 7% от массы минеральной части. При определении количества битума другой марки в этой смеси необходимо полученное содержание умножить на соответствующий коэффициент К.
Асфальтобетон с рассчитанным количеством битума обладает следующими свойствами: прочность на сжатие при 50°С - 1,3 МПа, при 20°С - 4 МПа, водонасыщение - 1,2%, набухание - 0,1%, коэффициент водостойкости - 0,95.
Пример расчета содержания битума в битумоминеральной смеси из однородных по минералогическому составу горных пород. В южных районах (Украина, Северный Кавказ и др.) накоплен значительный опыт применения битумоминеральных смесей из однородных по минералогическому составу горных пород для устройства покрытий на дорогах I и II категорий. Для таких смесей расчет содержания битума в смеси значительно упрощается (по данным Б.И.Дегтярева).
Требуется рассчитать оптимальное количество битума для двух мелкозернистых битумоминеральных смесей, приготовленных на однородных по минералогическому составу материалов - диорита и известняка на битуме БНД.
Зная количество каждой фракции в смеси и битумоемкость зерен фракции, определяют оптимальное количество битума. Для этого величину частных остатков в частях от целого умножают на величину битумоемкости каждой фракции материала. Получают удельную битумоемкость каждой фракции материала. Сумма удельных битумоемкостей и является расчетным количеством битума в заданной смеси.
Для сравнения были приготовлены и испытаны смеси с большим и меньшим количеством битума. По сумме показателей битумоминеральные смеси с рассчитанным количеством битума обладают наилучшими свойствами.
Таким образом, расчетное содержание битума в битумоминеральной смеси на диоритовом материале равно 5,97%, а на известняковом - 5,4%.
| << ПРЕДЫДУЩАЯ ГЛАВА Пути снижения расхода битума при проектировании асфальтобетона | СЛЕДУЮЩАЯ ГЛАВА >> Пути снижения расхода битума при расчете состава асфальтобетонной смеси | |
| << Содержание >> | ||