Пути снижения расхода битума при расчете состава асфальтобетонной смеси
Количество битума в асфальтобетоне должно быть оптимальным, обеспечивающим максимальную прочность, заданную пластичность и оптимальную остаточную пористость. Избыток битума снижает прочность, сдвигоустойчивость и повышает пластичность асфальтобетона. Недостаток битума снижает прочность, водо- и морозостойкость асфальтобетона.
Оптимальное количество битума в асфальтобетоне взаимосвязано со свойствами минеральных компонентов и их соотношением в смеси. Заменяя один материал другим и изменяя их соотношение, можно уменьшить или увеличить оптимальное содержание битума. Но так как битум наиболее дорогой и дефицитный компонент асфальтобетона, проектирование его состава ведут по принципу минимального расхода битума.
Для получения асфальтобетона с минимальным расходом битума необходимо подобрать минеральную часть с минимальным количеством пустот. Это достигается расчетом минеральной части по кривым плотных смесей с выбором такого соотношения между отдельными фракциями, при котором пористость приближалась бы к минимальному значению допустимой пористости минерального остова асфальтобетона. Для асфальтобетонных смесей типов А и Б пористость минерального остова не должна превышать 19%, типов В, Г и Д - 22%.
Эти пределы вполне достигаемы. При тщательном (многократном) подборе соотношения между минеральными композитами были получены следующие величины пористости Минерального остова асфальтобетона: для типа Б - 14%, типа Г - 16,5 и типа Д - 17,5%. Запроектированные асфальтобетоны обладали повышенными свойствами по сравнению с требованиями действующего стандарта.
Опыт английских дорожников показал, что при особом подборе соотношения между узкими фракциями минерального материала можно получить минеральный остов асфальтобетона с пористостью до 12%.
Расчеты по данным, приведенным в «Руководстве по строительству дорожных асфальтобетонных покрытий», показывают, что снижение пористости минерального остова на 1% приводит к уменьшению требуемого количества битума на 0,46%.
Снижение вязкости битума
На расход битума в асфальтобетоне также влияет степень развитости поверхности минеральных компонентов. Чем более угловаты и шероховаты минеральные зерна, чем больше на зернах углублений и выступов, тем больше их поверхность и больше потребуется битума для обволакивания. В действующих нормативных документах нет сведений об изменении удельной поверхности минеральной части асфальтобетонных смесей рекомендуемых типов. Для восполнения этого приводим расчеты, выполненные Г. Р. Фоменко для всех типов смесей. От среднезернистой смеси до песчаной удельная поверхность минеральных компонентов возрастает в 2-2,5 раза. В пределах одной крупности от типа А до В удельная поверхность минеральной части асфальтобетона увеличивается в 1,4-1,8 раза. В наибольшей степени на величину удельной поверхности смеси влияет количество минерального порошка. Расчеты показали, что на долю минерального порошка приходится 88-91% всей поверхности. Замена дробленого песка на природный, окатанный, снижает удельную поверхность всей смеси на 5-8%. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению расхода битума. Так, замена гранитных высевок на кварцевый окатанный песок в песчаном асфальтобетоне приводит к уменьшению расхода битума с 7 до 6%.
Снижение вязкости применяемого битума неизбежно приводит к уменьшению требуемого количества вяжущего. Если принять расход битума марки БНД 40/60 за единицу для данного состава асфальтобетона, то расход битума марки БНД 60/90 составит 0,98, БНД 90/130 - 0,96, БНД 130/200 - 0,93, БНД 200/300 - 0,91, а СГ 130/200 - 0,88.
В наибольшей степени на расход битума в асфальтобетоне влияет битумоемкость минеральных компонентов. Минеральные материалы, обладающие высокой битумоемкостью, требуют повышенного расхода вяжущего. Поэтому при выборе минеральных материалов для приготовления асфальтобетона следует обязательно учитывать их битумоемкость.
Эталонный минеральный порошок (частицы мельче 0,071 мм) из плотного известняка марки «1000» имеет битумоемкость 16%. В этом порошке практически нет внутреннего поглощения битума. Весь битум расходуется на обволакивание минеральных зерен. Па них формируется развитый ориентированный слой, способный обеспечить высокие адгезионно-когезнонные свойства асфальтовяжущего. Порошки, обладающие меньшей битумоемкостью при одинаковой с эталоном удельной поверхностью, плохо структурируют битум, и считать их порошком не следует. Если они попадают в смесь вместе с высевками, то их количество необходимо ограничивать.
Необходимо отметить, что минеральный порошок из известняков-ракушечников обладает такой же битумоемкостью, как и порошок из плотного известняка. Это объясняется тем, что при дроблении известняков-ракушечников почти полностью разрушаются поры. Частицы мельче 0,071 мм практически плотные. А вот песчаные фракции известняка-ракушечника обладают большей битумоемкостью, чем аналогичные фракции дробленого плотного известняка.
Минеральные порошки, обладающие высокой битумоемкостью, например, широко применяемая в Донецкой обл. обожженная доломитовая пыль, вследствие развитой внутренней: поверхности поглощают значительное количество битума. Применение этого порошка приведет к повышенному расходу битума в асфальтобетоне.
Порошок из дробленых основных шлаков, содержащий около 50% продуктов силикатного распада, также обладает очень большой битумоемкостью из-за развитой внутренней поверхности. Асфальтобетон на этом материале требует повышенного расхода битума (до 12%).
Битумоемкость песчаных фракций также в значительной степени зависит от исходной породы и формы частиц. Наименьшей битумоемкостью обладает окатанный кварцевый песок. С точки зрения расхода битума, окатанный чистый песок наиболее пригоден для приготовления асфальтобетона.
Наибольшей битумоемкостью обладает щебень из металлургических шлаков. Его битумоемкость превышает битумоемкость известнякового щебня в 1,5-2 раза. Необходимо отметить, что битумоемкость гранитного щебня также выше, чем щебня из плотного известняка, в 1,3-1,5 раза.
Для одних и тех же смесей по гранулометрическому составу (мелкозернистые, тип Б), но различных по минеральным материалам, оптимальное количество битума изменяется от 5 до 12,5%. Состав №1 из смеси известнякового щебня, высевок, порошка и кварцевого песка требует 5% битума. Состав №2 на гранитном щебне, кварцевом песке и известняковом порошке требует 6% битума. Больший расход битума объясняется большей битумоемкостью гранитного щебня, чем известнякового. Асфальтобетон на шлаковом материале (состав №4) требует наибольшего количества битума (12,5%). Такой расход битума связан с большой битумоемкостью щебня, высевок и порошка из доменных основных шлаков. Эти шлаки содержат и продукты силикатного распада, представляющие собой частицы с высокоразвитой внутренней поверхностью, вследствие чего поглощается до 50% битума.
| << ПРЕДЫДУЩАЯ ГЛАВА Проектирование асфальтобетона по битумоемкости минеральных компонентов | СЛЕДУЮЩАЯ ГЛАВА >> Интенсификация производства асфальтобетона с целью повышения качества и снижения расхода битума | |
| << Содержание >> | ||