Состав асфальтобетонной смеси: Состав асфальтобетонной смеси: пропорции материалов

Содержание

Приготовление асфальтобетонной смеси, расчет

Для того чтобы обеспечить получение доброкачественного асфальтобетона, необходимо установить правильное количественное соотношение составляющих его материалов. Одним из условий, обеспечивающих механическую прочность асфальтобетона, является плотность его каменного остова.

Существует несколько методов подбора или проектирования состава асфальтобетона. В настоящее время чаще всего пользуются методом подбора по кривым плотных смесей.

На основании теоретических расчетов установлено, что плотные минеральные смеси получаются при определенном весовом соотношении частиц, диаметры которых относятся как 2 : 1 (например, фракции 16—8 мм, 8—4 мм, 4—2 мм и т. д.).

На рис. 1.  Кривые оптимальных смесей.

При подборе состава определяется прежде всего гранулометрический (зерновой) состав всех составляющих: щебня (или гравия), песка и минерального порошка.

Так как особенно важное значение имеет содержание в смеси наиболее мелкой фракции (размером 0,074 мм), то прежде всего устанавливается соотношение исходных материалов, обеспечивающее нужное количество этой фракции.

Предположим, что требуется подобрать мелкозернистый асфальтобетон из материалов, имеющих следующий гранулометрический состав:
Таблица 1.

№№ Наименование материалов Частные остатки на ситах, %
5 2 1 0,5 0,25 0,15 0,074 меньше 0,074 мм
1 Щебень 60 20 10 5 3 2
2 Песок 1,5 50 30 15 3,5
3 Минеральный порошок 40 60

Расчет состава каменных материалов для асфальтобетона состоит в нахождении такого весового соотношения имеющихся каменных материалов, при котором одноразмерные фракции в сумме дают требуемое количество данной фракции в смеси, согласно кривым наиболее плотных составов (график 3, рис. 1).

Назначение необходимого количества материалов производится из следующих соображений.

1) Фракция мельче 0,074 мм содержится только в минеральном порошке. Поэтому мы должны взять такое количество минерального порошка, чтобы данной фракции было около 15%:
15X100/ 60 =  25%.
2) Так же рассчитаем количество щебня. Фракция 5 мм содержится в щебне в количестве 60%. В смеси ее должно быть около 25%. Следовательно, для этого потребуется щебня:
25 х 100/ 60 =  42%.

Далее подсчитывается содержание каждой фракции щебня в этой доле, т. е. в 42%.

Содержание этих фракций определяется делением 42% пропорционально частным остаткам:

42/100 Х 60=25,2%; 42/100 X 20 = 8,4%;

42/100 Х 10 ==4,2%;  42/100 Х 5=2,1 % и т, д.

3) Следовательно, песка потребуется:

100—25 — 42 = 33%.

Для проверки правильности произведенного подбора суммируем одноразмерные фракции и наносим на график 3 рис. 1.

Если кривая при этом получается плавная и не выходит за пределы кривых плотных смесей, то при полученном соотношении будем иметь наилучшую смесь. Если кривая получается ломаная и отдельные точки ее выходят за пределы кривых, это указывает на недостаток или избыток соответствующей фракции. Изменив соотношение исходных материалов (но так, чтобы количество фракций 0,074 мм не выходило за пределы плотных смесей), можно улучшить состав. Если же отклонение слишком большое, следует добавить другого материала.

При подборе необходимо учитывать, что при применении гравийного материала и щебня мягких пород следует придерживаться верхнего предела кривых. При твердом и хорошо уплотняющемся дробленом каменном материале можно брать меньшее количество фракций размером 0,074 мм. Оптимальное количество битума определяется по величине временного сопротивления сжатию с проверкой процента объемного водонасыщения.

Для этого изготовляют несколько пробных смесей с различным содержанием битума и определяют временное сопротивление сжатию. При недостаточном количестве битума асфальтобетон получается малосвязный, с низким сопротивлением сжатию вследствие слабого сцепления частиц.

С увеличением количества битума сопротивление сжатию возрастает до известного предела. При избытке битума асфальтобетон становится излишне пластичным и сопротивление сжатию снова уменьшается. За оптимальное количество битума принимается то, при котором получается наибольшее сопротивление сжатию.

Расчет асфальтобетонной смеси

Правильное дозирование материалов имеет большое значение для получения доброкачественного асфальтобетона. Дозирование может производиться по весу (у смесителей типа Д-152 и Д-225) и по объему (у смесителя типа Г-1).

Во втором случае должны быть определены объемные веса всех материалов, входящих в состав асфальтобетона. Зная объемный вес материалов, легко перейти к нужным соотношениям, отвечающим запроектированным в процентах по весу Приведем пример: запроектирован следующий состав асфальтобетонной смеси для приготовления в смесителе Г-1: 50% щебня, 30% песка, 20% минерального порошка, 7% битума.

Полная загрузка смесителя 3 т.

При подборе состава количество каменных материалов принимается за 100%, а битум берется сверх 100%. Следовательно, в 3 т смеси битума должно быть:
3000 X7 / 100 +7 = 196,2 кг.
Общее количество каменных материалов 3000 — 196 = 2804 кг.

Запроектированное количество щебня

50 X 2804/ 100 = 1402 кг.
Объем щебня будет равняться 1402/ объемный вес

Так же производится расчет и остальных материалов.

При весовой дозировке необходимо учитывать влажность материала.

Расчет производится следующим образом: предположим, что влажность песка 5%.

Весовое количество сухого песка подсчитывается так же, как и в приведенном выше примере, т. е.

25 X 2804 /100 = 701 кг.

Так как во влажном песке содержится 95% сухого песка и 5% воды, т. е 701 х 5/ 95 = 37,9, или, округляя, 38 кг.

Следовательно, влажного песка нужно взять 701 кг+38 кг=739 кг.

При объемном способе получается менее точная дозировка, поэтому предпочтение следует отдавать весовому способу.

Асфальтовое вяжущее вещество и мастика

Асфальтовая мастика представляет собой твердое вещество темно-бурого или черного цвета

Асфальтовый порошок

Асфальтовый порошок получается в результате тонкого помола асфальтовых известняков или доломитов, содержащих обычно от 4 до 8% твердого тугоплавкого битума. Из-за низкого содержания битума порошок без добавки битума в строительствe не применяется; его смешивают с битумом на заводе или на стройке и получают асфальтовое вяжущее вещество.

Асфальтовая мастика

Асфальтовая мастика представляет собой (при нормальной температуре) твердое вещество темно-бурого или черного цвета. Она выпускается заводами в виде квадратных плит толщиной 10-12 см и весом 32 кг. Изготовляют ее, смешивая в определенном соотношении молотую асфальтовую породу с расплавленным нефтяным битумом. Однородную расплавленную смесь разливают в формы, где она и застывает.
Мастика должна удовлетворять следующим требованиям:

  1. быть однородной;
  2. содержать битума не менее 13% от общего веса;
  3. обладать водонепроницаемостью: при слое толщиной 2 см не пропускать воду под давлением в 3 ати в течении час;
  4. предел прочности при растяжении трамбования образцов — восьмерок — должен быть не менее 30 кг/см2.

Альтовая мастика называется также асфальтовым вяжущим веществом и применяется для изготовления литых асфальтовых растворов.

Классификация и состав асфальта: Основные типы битумных смесей

Дата публикации: 07.10.2016 15:16

Состав и классификация асфальта (по содержанию основных элементов)

Асфальтобетон — вещество, имеющее много разновидностей, отличающихся друг от друга в первую очередь составом. Состав асфальта определяет в том числе сферу его применения: дороги, которые используются с различной степенью интенсивности, имеют различные покрытия.

Общеизвестно, что в состав асфальта (битумной смеси) входят песок, щебень, битум и минеральные порошки.  Песок может быть природным и дробленым. Первая разновидность добывается из песчаных карьеров, вторая — путем размельчения камней и шлаков.

Щебень и гравий могут состоять из частичек различного диаметра, быть однородными и неоднородными. Возможно изготовление асфальтовой битумной смеси без крупного заполнителя из щебня или гравия — так называемая песчано-битумная смесь.

Битум бывает натуральным и искусственным. В производстве асфальта используется искусственный битум, который получают при нефтепереработке.

Наконец, минеральные порошки в мелкозернистом асфальтобетоне — это продукт помола карбонатных горных пород (известняк, доломит и др.) Эти добавки используются для повышения прочности асфальтобетона, так как увеличивают вязкость. Вместе с тем, стоит отметить, что  если минеральных порошков будет слишком много, асфальтобетон будет хрупким. Максимально допустимый процент порошков — 12% от общей массы, чаще встречаются смеси с 6-10 процентами минеральных элементов состава асфальта.

Кроме того, асфальтобетон часто включает в себя добавки:

вещества естественного и  искусственного происхождения и различных свойств. К естественным добавкам могут относиться сера или сажа, к добавкам искусственного происхождения —  к примеру, латексы на основе синтетического каучука.

Добавки улучшают полезные свойства материалов:

могут делать асфальтболее шероховатым (и, соответственно, более безопасным для езды, благодаря улучшению сцепления с шинами), более морозостойким, способствовать тому, что езда по асфальту будет сопровождаться меньшим шумом.

Классификация

По составу асфальта (наличию битума и минеральной составляющей) выделяют следующие группы:

  1. Песчаные. Самая непрочная смесь, может использоваться для пешеходной дорожки либо тротуара.
  2. Резиново-битумные. Основная сфера их использования — строительство спортивных сооружений.
  3. Мелкозернистый асфальтобетон. Используется для производства междугородних трасс, а также проезжей части в городе.

  4. Крупнозернистый. В отличие от мелкозернистого асфальтобетона, используется как нижний слой в двуслойном покрытии.
  5. Полимерно битумные смеси. Достаточно долговечны. Широко применяются при устройстве мостовых конструкций, стоянок, паркингов.
  6. Щебёночно-мастичные. Особенно долговечны и прочны. Активно используются при строительстве городских дорог (с интенсивным движением), могут использоваться в строительстве аэродромов.

Мы перечислили основные типы асфальтобетона по содержанию основных компонентов. Узнать, по какому принципу асфальтобетон делится на марки, можно из соответствующей статьи Асфальт: марки и типы.

Все об асфальтобетоне: состав, использование, ГОСТы

От дорожного покрытия требуется прочность и надежность, оно должно выдерживать многотонную нагрузку и не деформироваться под воздействием природных явлений. Асфальтобетон обладает именно такими свойствами и поэтому используется при строительстве дорог. Асфальтобетонная смесь различается по составу, каждый вид предназначен для определенных дорожно-строительных работ. “Все об асфальтобетоне: состав, использование, ГОСТы” – так звучит тема данной статьи.

Общие сведения об асфальтобетонной смеси

Во всем мире асфальтобетон является самым оптимальным материалом для создания и ремонта пешеходных и проезжих зон, территорий при аэродромах и взлетных полос. Качество покрытия зависит от многих факторов: соблюдены ли технологии укладки и состава смеси, добавляются ли в нее дополнительные компоненты, повышающие стойкость и пластичность материала. Основу асфальтобетонной смеси составляют измельченный в крошку гравий (или щебень) и песок, связывает эти компоненты битум. Подбор компонентов неслучаен, каждый отвечает за определенные задачи:

  1. Битум исполняет роль «клея», связывающего твердые и сыпучие компоненты. Получить битум можно при разработке природных асфальтовых залежей или путем химического синтеза нефтепродуктов.
  1. Щебень и песок заполняют пустоты, усиливая конструкцию и обеспечивая ее долговечность. Если данных компонентов в смеси недостаточно, асфальт не держит форму уже на этапе укладки, а в дальнейшем механическая прочность становится еще меньше.

Внимание! Слишком большое количество щебня и песка также пагубно для состава асфальтобетона. В этом случае покрытие крошится и быстро изнашивается.

  1. Минеральный порошок получают при размалывании известняка, шлаков и доломитов. Он необходим для придания битуму меньшей текучести. Кроме того, порошок позволяет существенно сократить расход битума.

Нужно отметить, что асфальтобетонные смеси используются не только для создания нового дорожного полотна, литой асфальт подходит для ремонта – он не требует уплотнения и выравнивания и не создает перепадов с уровнем старого покрытия.

Современные технологии изменили асфальтобетон

Современный мир диктует свои правила. Ремонт дорог (или укладка новых) желательно проводить быстро, без погрешностей и делать это в любую погоду. Литой асфальтобетон отвечает всем требованиям. Соответствующий ГОСТ Р 54401-2011 регламентирует технологию укладки без уплотнения.

Пластичность смеси обеспечивается ее высокой температурой – 190 и повышается за счет еще большего нагревания.

Состав включает большее количество полимерных добавок и битума, но при этом уменьшается доля минералов, что минимизирует зернистость. Повышенная тягучесть позволяет не уплотнять смесь.

Для связки всех компонентов литого асфальта применяется полимерно-битумная смесь. Она также усиливает покрытие, наделяя его повышенной износостойкостью, не допуская быстрого появления трещин в течение эксплуатации.

Важно! Только неукоснительное соблюдение технологии производства литого асфальтобетона позволит получить прочное покрытие. Любое нарушение состава ведет к изменению свойств.

Декорирование дорожных покрытий, тротуаров, площадок

Асфальтобетон может использоваться не только для стандартных типов покрытий, но и при создании особого дизайна пешеходных зон. С помощью цветного асфальта наносится разметка на проезжей части.

Нестандартный вид покрытия получается путем тиснения или рифления, цвет придают минералы и цветные инертные материалы. Яркость оттенков регулируется осветлением битума или использованием искусственного.

Главным недостатком данной технологии является ее высокая стоимость. Для сокращения расходов цветные гранулы не добавляются в основную смесь на стадии изготовления. Крошку втирают в верхний слой уже положенного, но не застывшего асфальта.

Физико-механические характеристики

ГОСТ 9128-97 фиксирует нормативы физических параметров, соблюдение которых влияет на качество полученной асфальтобетонной смеси:

  1. Плотность состава варьируется в зависимости от типа песка. Шлаковый дает плотность 2300 кг/м3, а кварцевый – 2100 кг/м3. Как видно, шлаковый песок лучше уплотняет смесь. Данные показатели важны при количественных расчетах материала перед его изготовлением.
  2. Нормы расхода материала при укладке прописаны в СНиПе 3.06.06-88.

ГОСТ 9128-97 регулирует вес смеси, он не должен превышать 2000-2200 кг/м3.

Важно! Возможны погрешности ввиду геодезических особенностей участка и используемой марки асфальта.

Расход дорожной смеси

При выведении средней величины расхода материала учитываются толщина слоя и площадь участка, структура исходной и конечной поверхностей.

Основная формула для горячего материала выглядит так:2 участка требует 25 кг асфальтобетона для укатки слоя толщиной 1 см.

Расход холодного асфальтобетона выше в 4 раза, но это компенсируется его эксплуатационными характеристиками и особенностями укладки.

Несмотря на наличие формулы и регулирующих стандартов, расчеты объемов производятся специалистами после тщательного изучения участка. Нередко требуется лично посетить место будущей стройки, чтобы учесть все геодезические нюансы.

Прочный асфальтобетон с низкой себестоимостью

Продлить срок службы часто используемого дорожного покрытия (например, трасса между городами) можно путем долевого изменения состава классической асфальтобетонной смеси. Увеличение количества измельченного щебня повышает износостойкость полотна и усиливает сцепление. ГОСТ 31015-2002 определяет пропорциональную составляющую щебня, она может доходить до 80%. Также в состав добавляется мастика, ее доля составляет до 7,5%. Для снижения расхода материала используются целлюлозосодержащие добавки.

Основные составляющие заявлены в названии: «щебеночно-мастичный асфальтобетон», укладка производится в горячем виде. Высокое качество дорожного полотна из ЩМА является причиной приоритетного использования именно этой смеси для укладки международных трасс и взлетных площадок аэропортов.

Что входит в состав асфальтобетона?

Состав смеси предусматривает пропорциональные изменения в зависимости от характеристик строящегося участка и используемого на нем асфальтобетона.

Вяжущее вещество

Для связки сыпучих компонентов применяется смолоподобный продукт – битум. Каждая марка асфальта предусматривает свою величину, но не более 6% битума на всю смесь. Задача битума в обеспечении прочности, пластичности и влагостойкости дорожного покрытия.

Использование битума в разных пропорциях приводит к получению асфальтобетонной смеси с различными характеристиками. Делается это для облегчения работы с материалом в разных климатических зонах, а также для повышения прочности готового дорожного полотна.

Битум может быть вязким или жидким. При нагревании материала вязкость уменьшается. Жидкий битум используется в зимнее время. Добавляются растворители и присадки, которые возвращают битум в вязкое состояние при затвердевании.

Каменный наполнитель

Основа любой асфальтобетонной смеси – это различный по фракциям щебень и гравий. На консистенцию влияет каждая мелочь: размер и форма камней, их происхождение, характеристики сопротивляемости. Не последняя роль у процентного соотношения компонентов.

  • Осадочные и метаморфические породы подходят для производства материалов высокой плотности.
  • Щебень из шлака или гравия невозможно использовать для высокоплотного слоя покрытия.

Зерновой состав тщательно проверяется. Соотношение зерен по диаметру, процент пыли и глины в составе влияет на качество покрытия. Недопустимо чрезмерное количество пластинчатых или игольчатых зерен. Согласно ГОСТу 8267, а также ГОСТу 3344 процентное содержание таких зерен не должно превышать 15% для плотной смеси, 25% для типа Б и 35% для типа А.

Песок

Нормативные данные прописаны в ГОСТ 8736. Песок обязательно входит в состав любой разновидности асфальтобетонной смеси. При том одинаково возможно использование отсева или карьерного материала.

  • В зависимости от необходимой пористости используется материал разного класса прочности, чем выше пористость, тем ниже класс: от 800 или 1000, до 400.
  • Глина в смеси влияет на морозостойкость, поэтому диаметр таких частиц не превышает 0,16 мм. Плотные смеси допускают содержание до 0,5 %, а пористые 1%.

Минеральный порошок

Цементная пыль применяется для заполнения мельчайших пустот в асфальтобетоне для обеспечения прочности покрытия. Зерна в размере не превышают 0,074 мм. Основные производители этого компонента –  цементные и металлургические предприятия. Материал собирается при помощи системы пылеуловителей. ГОСТ 16557 регламентирует основные характеристики.

Дополнительные компоненты

Изменение классического состава возможно для придания асфальтобетону специфических особенностей. В этом случае добавляются компоненты, которые можно разделить на 2 типа:

  1. Специально разработанные для стабилизации или продления срока эксплуатации, пластификаторы. Этот тип компонентов дороже.
  2. Вторичное сырье, например, переработанные покрышки и сера. Стоимость таких компонентов ниже.

Как проходит производство асфальтобетонных смесей?

Прежде, чем приступить к производству смеси, проводится анализ будущего покрытия согласно его основному назначению. Состав асфальтобетонной смеси для тротуара будет существенно различаться от смеси для автобана.

Технологический процесс состоит из следующих этапов:

  1. Подготовка минеральных материалов, в нее входит сушка и нагрев.
  2. Подготовка битума. При подаче вяжущее вещество распыляется для равномерного обволакивания каждой фракции.
  3. Порционное деление всех компонентов.
  4. Смешивание всех компонентов, длительность варьируется в зависимости от зернистости. Очередность добавления компонентов влияет на качество смеси. Лучший эффект достигается единовременным смешиванием всех составляющих.
  5. Погрузка смеси в специальные бункеры или сразу в кузова самосвалов.

Асфальтобетон: описание,виды,применение,свойства,фото,видео. | Строительные материалы

Асфальтобетонное покрытие — подходящий стройматериал для дорог. Его техническая характеристика позволяет обеспечить гладкость и нужную шероховатость поверхности при помощи выравнивающего асфальтоукладчика. Еще одним преимуществом асфальтобетонной смеси является возможность использования дорожного полотна сразу после укладки. В свою очередь, цементобетон приобретает необходимую структуру только через двадцать восемь дней. Кроме того, теплые асфальтобетонные смеси распределяются равномерным выравнивающим слоем. Такие поверхности легко ремонтировать, мыть, на них долго держится краска.

Типы и предназначение асфальтобетона

Универсальный асфальтобетон — это смесь, которая содержит не более 15% асфальта. В ее состав входят дополнительные инертные вещества (тонкодисперсные минеральные добавки), улучшающие показатели и эксплуатационные характеристики состава. Асфальтобетонные смеси используют при строительстве дорог, так как они выдерживают значительные механические нагрузки, отличаются прочностью и долговечностью. Благодаря составляющим компонентам, этот стройматериал может подвергаться укатке и уплотнению с целью повышения прочности. Асфальтобетон разделяют на крупнозернистый, среднезернистый и мелкозернистый. Разные типы дорожного асфальтобетона отличаются между собой количеством основного заполнителя (гравия, щебня, песка). Для создания крупнозернистого используют щебень размером до 40 мм, среднезернистого — до 25 мм, мелкозернистого — до 20 мм.

Невозможно точно определить, какой асфальтобетон лучше. Каждый тип имеет свое предназначение в дорожном строительстве: Крупнозернистый асфальтобетон обычно используется для обустройства нижнего слоя дороги. В составе смеси имеется щебень размером до 0,4 см. Среднезернистый асфальтобетон применяется для укладки однослойных дорожных покрытий или для создания верхнего слоя двухслойного полотна. Один из основных компонентов асфальтобетонной смеси этого типа — щебень размером до 0,25 см. Мелкозернистый асфальтобетон отличается высокой сопротивляемостью к атмосферным и механическим воздействиям. Поэтому его часто используют для устройства автомобильных трасс с интенсивным движением и укладки верхнего слоя в двухслойных дорожных покрытиях. Щебень, содержащийся в составе смеси, имеет размеры 0,5-2 см.

Применение

Плотные пористые стройматериалы применяют при укладке слоев дорожного полотна, взлетно-посадочных полос, площадок и других поверхностей. Для этого специалисты используют смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон.

Виды

Растворы классифицируют, согласно нескольким параметрам. Классификация зависит от особенностей компонентов, содержащихся в асфальтобетонных смесях. Различают четыре типа растворов. Классификация асфальтобетонных смесей выглядит так:

  1. По наличию минеральной составляющей. Растворы классифицируют в зависимости от того, какой тип составляющей используется при изготовлении. Существуют разные типы компонентов, входящих в состав асфальтобетонной смеси. Например, для типа А характерно пятидесятипроцентное содержание щебня в растворе.
  2. По размеру минеральных зерен составы бывают трех типов: песчаная (зерна для песчаной смеси должны быть менее пяти миллиметров), крупнозернистая (зерна менее сорока миллиметров) и мелкозернистая асфальтобетонная смесь (зерна размером менее двадцати миллиметров).
  3. В зависимости от используемого стройматериала, смесь бывает песчаная, гравийная и щебеночная.
  4. Температура также влияет на технические характеристики растворов. Классификация производится согласно температуре, которая зафиксирована в то время, когда происходила укладка смеси. Различают две разновидности: горячие асфальтобетонные смеси и теплые асфальтобетонные смеси. В частности, при распределении холодная асфальтобетонная смесь должна иметь температуру около 5°С, горячая – не ниже 120°С.

Марки растворов

На рынке строительных материалов представлены две марки. Первая марка предполагает использование щебня 1000-1200. Для второй марки — применяют щебенку 800-1000. Перед тем как воспользоваться той или иной смесью, необходимо определить ее марку. Горячие составы, которые укладываются при определенной температуре, имеют следующую маркировку (i):

  • раствор марка;
  • высокоплотные; i;
  • плотные;
  • А; i, ii;
  • Б, В; i, ii, iii;
  • Г, Д. ii, iii;
  • пористые i, ii.

Органоминеральные составы

Кроме перечисленных выше классификаций, существуют органоминеральные растворы. Их изготавливают за счет смешивания битума и известняка. Применение плотных составов заключается в ремонте асфальтобетонного дорожного полотна.

Требования к смесям

В соответствии с государственным стандартом, содержание зерен пластинчатой формы в гравии, щебенке не должно превышать следующие значения:

  • пятнадцать процентов — для высокоплотных составов и растворов «А»;
  • двадцать пять процентов — для материалов Б и Бх;
  • тридцать пять процентов — для растворов В и Вх.

Свойства асфальтовых эмульсий

Асфальтовые эмульсии – это дисперсии из очень тонко измельченного битума, находящегося в водной среде. Такие эмульсии характеризуются низкой вязкостью – их используют при температуре окружающей среды, то есть этот материал идеален для строительной отрасли и применяется очень широко. Существует два класса асфальтовых эмульсий: химические (эмульсии со щелочным эмульгатором) и глинистые.

Асфальтовые эмульсии чаще всего применяют при строительстве дорожных покрытий для автострад, устройстве кровельных покрытий, а также в качестве адгезивных и герметизирующих соединений в строительной отрасли.

Одно из главных преимуществ адгезивов и герметиков на битумной основе – их низкая себестоимость. Битум в разы дешевле, чем синтетические полимеры и каучуки, поэтому выгода его применения как в качестве самостоятельного материала, так и в смесях с прочими полимерами, не вызывает никаких сомнений.

При помощи эмульсий осуществляется склеивание, создание покрытий, пропитка поверхностей, создание влагонепроницаемых покрытий, изоляция поверхностей. Используют битумные эмульсии и как адгезивы при укладке кровли,

создании строительных оболочек, изоляции зданий, а также других операциях, требующих осуществление быстрого испарения воды из мест соединений.

Вязкость эмульсии — основной критерий для ее применения. Как правило, при создании покрытия или осуществлении герметизации поверхности необходимо придать эмульсии большую вязкость, чтобы получить пленку необходимой толщины. Асфальтовая эмульсия, которую используют при склеивании слоев оболочки, должна обладать достаточной текучестью, чтобы слой был максимально однородным. Поэтому для получения нужных свойств может быть необходимо разбавить эмульсию водой.

Особенности и основные характеристики асфальта

Чтобы ответить на вопрос, чем отличается асфальт от асфальтобетона, необходимо в отдельности разобраться с каждым из этих материалов.

Люди ассоциируют асфальт с автомобильной дорогой или тротуаром. Материал может быть искусственным или натуральным. Параметр определяется в зависимости от содержания битума который находится в диапазоне от 13 до 75%.

Асфальт – это смесь битума, гравия и песка, которая применяется в строительстве чаще всего. В искусственный вариант добавляют минеральный порошок.

Главное отличие асфальта от асфальтобетона состоит в том, что в последний вариант принято добавлять искусственные компоненты.

Сфера использования асфальта:

  • Основное покрытие дорог со средне нагрузкой.
  • Благоустройство тротуаров и детских площадок.
  • Выравнивание площади дома.

Асфальт может применяться и не по назначению. К примеру, из него делают лавки, печати гравюр и лаков.

Преимущества использования асфальта:

  • Влага остается на поверхности. Она не мигрирует по ней, поэтому не может уменьшить плотность. Для уплотняемых асфальтобетонов данное свойство не характерно.
  • Асфальт отличается большей адгезией. Асфальтобетон получают посредством воздействия высокой температуры, приводящей к нежелательному спеканию. Дополнительно приходится использовать рулонный материал для повышения гидроизоляции. Асфальт функционирует как системное покрытие. В нем нет пролетов. Она также применяется для мостовых сооружений.
  • Материал прослужит долго даже при условии постоянной нагрузки. Асфальт не пострадает от воздействия частот разного уровня. Жизненный цикл конструкции напрямую зависит от толщины слоя.
  • Демпфирование – колебания автоматически гасятся в поверхности.
  • Материал не подвержен коррозии. На его поверхности не могут размножаться бактерии. Он состоит из экологически чистых материалов.

Если стоит выбор асфальтобетон или асфальт, то выбирать нужно после тщательного анализа требований к будущей поверхности. К примеру, первый вариант материала водонепроницаем и более долговечен. Он получил такие свойства благодаря добавлению модифицированных термоэластопластов. Материал по устойчивости в несколько раз превышает битум.

Недостатки использования обычного асфальта:

  • Состав прослужит долго только в случае правильного замешивания.
  • Для укладки требуется специальная тяжелая техника.
  • Высокая себестоимость доставки, погрузки и разгрузки материала.
  • Отсутствие сопротивления пластического колебанию. Такая характеристика фиксируется при технических ошибках или отсутствии опыта работы в данной области у строителей.
  • Повышенный риск образования трещин в поверхности в холодное время года.
  • Повышается хрупкость материала при увеличении температуры воздуха.

Особенности и основные характеристики асфальтобетона

Материал имеет широкую сферу применения. Он ориентирован не только на создание покрытий дорог. Асфальтобетон получают посредством тщательного перемешивания битума и химических компонентов.

Для укрепления смеси добавляют инертные вещества. Они позволяют поверхности не деформироваться даже в случае сильной нагрузки. Асфальтобетон характеризуется твердостью и прочностью. Для повышения данных свойств используется щебень, гравий и песок.

Если рассматривать асфальтобетон, то его главное отличие от асфальта – возможность тщательного уплотнения. Характеристика достигается посредством искусственных добавок. Материал уже полностью уплотнен перед началом работ. Отличие между материалами также заключается в способе укладки и необходимом оборудовании. Без их наличия невозможно начать дорожные работы.

Существуют холодные смеси. Они набирают прочность при остывании поверхности. Затвердевание получается посредством устранения их состава углевода. Он входит в немедленную связь с воздухом и начинает испаряться. Химическая реакция происходит между добавками и битумов. Благодаря этому удается получить прочное покрытие. Оно обладает следующими преимуществами:

  • Ремонтные работы производятся в любое время года.
  • Ремонт ям не требует наличия специальной тяжелой техники или оборудования.
  • Дороге не нужно время для сушки. После окончания работ по ней сразу же пускают транспорт.
  • Широкое распространение и ассортимент материала. Для удобства использования производитель фасует смесь в пластиковые мешки. Вес составляет 25 и 30 кг. Это очень удобно, комфортно и выгодно.
  • Максимальный срок годности составляет год.

Асфальтобетон характеризуется также рядом недостатков:

  • У холодного варианта смеси повышена водонепроницаемость. При использовании горячего варианта показатель снижается в три раза.
  • Покрытие страдает от сдвиговых нагрузок. От воздействия образуются волны.
  • Высокая стоимость в сравнении с обычным асфальтом.

Что входит в состав асфальтобетона?

Различают несколько типов асфальтобетона, состав которых заметно отличается. В отдельных случаях состав и качества исходных ингредиентов оказываются связанными с методом производства.

В общем виде АБ состоит из трех основных частей: вяжущего, минерального компонента и каменного. Последнее, однако, не касается песчаных модификаций асфальта, где каменная составляющая исключена.

О том, что входит по ГОСТУ в состав холодного, теплого и горячего, мелкозернистого и крупнозернистого асфальтобетона, а также песчаного и пористого, расскажем вам далее.

Вяжущее вещество

В производстве АБ в качестве вяжущего применяют битум. Несколько ранее использовался также деготь, но сегодня от его применения отказались.

Главная особенность этого ингредиента – вязкость. Она должна быть достаточной, чтобы при смешении покрывать щебень или гравий, но недостаточной, чтобы стекать с них. Вяжущее должно обладать приличной стойкостью, чтобы противостоять деформации, но при этом оставаться пластичным и не формировать трещины. Битум рекомендованных марок вполне подходит для этой задачи.

Может использоваться разжиженный битум – праймер, или эмульсия. В первом случае вещество разводят растворителем, во втором – смешивают с водой и эмульгатором. Цель такой операции – обеспечить высокую текучесть битума, что требуется при работе в морозы. Вода и растворитель по мере охлаждения состава испаряются, а битум сохраняет свои качества.

При получении АБ применяют вязкие битумы, свойства которых регулирует ГОСТ 22245, и жидкие – по ГОСТ 11955. Марки битума подбирают исходя из марки, класса асфальта и метода получения – холодная, горячая смесь.

Кроме того, используют и специальные разработки – полимерно-битумные вяжущие, повышающие коэффициент упругости готового покрытия, модифицированные битумы и так далее. Эти варианты регламентирует не ГОСТ, а ТУ.

Количество битума по массе или объему занимает разную долю в разных АБ.

Вид и тип АБ  Содержание битума, % по массе
Горячие  
Высокоплотные и плотные 4,0–6,0
А 4,5–6,0
Б 5,0–6,5
В 6,0–7,0
Г, Д 6,0–9,0
Пористые 3,5–5,5
Высокопористые щебеночные 2,5–4,5
Высокопористые песчаные 4,0–6,0
Холодные Б 3,5–5,5
Холодные В 4,0–6.0
Холодные Г, Д 4.5–6,5

В щебеночно-мастичных асфальтах и литом асфальтобетоне содержание его выше: 5,5–7,5 в первом случае и до 9,5% во втором.

Состав минеральной части асфальтобетона, а также щебень и гравий рассмотрены ниже.

Видео ниже посвящено гранулированному резинобитумному вяжущему веществу для модификации битумов в составе асфальтобетонов:

Каменный наполнитель

Под ним подразумевают не только собственно камень – гравий или щебень, но и любые минеральные ингредиенты, в том числе и песок, и отсев. Важным здесь является буквально все: процентное содержание, форма , размер камня, происхождение, собственное сопротивление износу и много другое.

Для каменного материала значимым является зерновой состав. Причем именно соотношение зерен разного диаметра, количество пылевых частиц, глины и так далее определяет дальнейшее использование наполнителя.

Наиболее губительными для качества готового покрытия выступают пластинчатые и игольчатые зерна. Содержание подобных регулирует ГОСТ 8267 и ГОСТ 3344:

  • не более 15 % по массе для АБ типа. А и АБ высокой плотности:
  • не более 25% для типа Б горячего и холодного;
  • не более 35% для типа. А горячего и холодного.

Зерновой состав гравия и песка регулирует ГОСТ 23735. Происхождение его в немалой степени влияет на твердость и прочность асфальта, а также не износостойкость и морозостойкость.

  • Так, для получения высокоплотных типов материала, применяют щебень из метаморфических горных пород и из изверженных – базальт, диабаз, перидотит, серпентин, габбро. Также допускается камень из осадочных пород – известняк, доломит, марка дробимости которого должна быть не менее 1200.
  • Материал с меньшими параметрами используют для всех остальных типов АБ. Щебень из металлургического шлака для получения высокоплотного слоя не используется, но для плотного холодного типа и других применяют камень марки 1200, 1000 и ниже.
  • Щебень из гравия тоже неприменим для изготовления высокоплотного АБ.

Этот же материал проходит проверку на соответствие параметров по морозостойкости.

  • Так, для 1–3 климатического пояса плотные и высокоплотные АБ изготавливают из щебня, чей класс морозостойкости равен F50. Пористые и высокопористые – из камня классом F 15 и F25.
  • Для зон 4 и 5 только высокоплотный горячий асфальт выполняют на основе щебня классом F 50

Про роль песка в составе асфальтобетона поговорим ниже.

Песок

Добавляется в любые виды АБ, но в некоторых – песчаный асфальтобетон, он выступает как единственная минеральная часть. Песок применяют как природный – из карьеров, так и получаемый отсевом при дроблении. Требования к материалу диктует ГОСТ 8736.

  • Так, для плотных и высокоплотных подходит песок с классом прочности в 800 и 1000. Для пористых — уменьшается до 400.
  • Число глинистых частиц – в диаметре менее 0,16 мм, тоже регулируется: для плотных – 0,5%. Для пористых – 1%.
  • Глина увеличивает способность АБ к набуханию и снижает морозостойкость, поэтому за этим фактором следят особо.

Минеральный порошок

Эта часть формирует вместе с битумом вяжущее вещество. Также порошок заполняет поры между крупными каменными частицами, что снижает внутреннее трение. Размеры зерна крайне малы – 0, 074 мм. Получают их из системы пылеуловителей.

По сути дела, минеральный порошок производят из отходов цементных предприятий и металлургических – это пыль-унос цемента, золошлаковые смеси, отходы переработки металлургических шлаков. Зерновой состав, количество водорастворимых соединений, водостойкость и прочее регулирует ГОСТ 16557.

Дополнительные компоненты

Для улучшения состава или придания каких-то определенных свойств в исходную смесь вводят различные добавки. Разделяют их на 2 основные группы:

  • компоненты, разработанные и изготавливаемые специально для улучшения свойств – пластификаторы, стабилизаторы, вещества, препятствующие старению и прочее;
  • отходы или вторичное сырье – сера, гранулированная резина и так далее. Стоимость таких добавок, конечно, намного меньше.

Особенности изготовления

Мелкозернистые асфальтные смеси изготавливаются на специализированных заводах, а их укладка выполняется при помощи техники, с использованием специальных способов. Этот стройматериал обычно доставляется на объект при помощи спецтранспорта, так как некоторые асфальтобетонные смеси требуют непрерывного подогрева. Важная информация! Объемный вес готового мелкозернистого асфальтобетона зависит от пропорций составляющих элементов. Стройматериал представлен производителями в нескольких вариантах, которые отличаются комбинацией смеси или наличием дополнительных компонентов.

Главная задача производителя — при изготовлении мелкозернистого асфальтобетона надо определиться с фракцией наполнителя. Обычно для этого используется определенное количество щебенки, диаметр которой не превышает 20 мм. Правильно подобранные пропорции позволяют обеспечить требуемый удельный вес готового мелкозернистого асфальтобетона.
Также в асфальтобетонную смесь добавляют нужное количество сыпучих веществ, например, шлак или песок. От этого компонента зависит густота и тягучесть состава. Инструкция, по которой изготавливают асфальтобетон, содержит этап добавления связывающего вещества. Им является гудрон, получаемый в результате перегонки нефти. Полезный совет! Обычно производители изготавливают на специализированном предприятии 2-3 вида асфальта, которые оптимально подходят для конкретных климатических условий. При крупном заказе они могут внести изменения в состав асфальтобетонной смеси.

Проектирование

Состав устройства покрытия из асфальтобетона подбирают исходя из назначения: улица в небольшом городе, скоростное шоссе и велосипедная дорожка требуют разного асфальта.Чтобы получить лучшее покрытие, но при этом не перерасходовать материалы, используют следующие принципы подбора.

Основные принципы

  • Зерновой состав минерального ингредиента, то есть, камня, песка и порошка, является базовым для обеспечения плотности и шероховатости покрытия. Чаще всего используют принцип непрерывной гранулометрии, и только в отсутствие крупного песка – метод прерывистой гранулометрии. Зерновой состав – диаметры частиц и правильное их соотношение, должны полностью соответствовать ТУ.

Смесь подбирают таким образом, чтобы кривая, помещалась на участке между предельными значениями и не включала переломов: последнее означает, что наблюдается избыток или недостаток какой-то фракции.

  • Различные типы асфальта могут формировать каркасную и бескаркасную структуру минеральной составляющей. В первом случае щебня достаточно, чтобы камни соприкасались друг с другом и в готовом продукте образовывали четко выраженную структуру асфальтобетона. Во втором случае камни и зерна крупного песка не соприкасаются. Несколько условной границей между двумя структурами выступает содержание щебня в пределах 40–45%. При подборе это нюанс нужно учитывать.
  • Максимальную прочность гарантирует щебень кубовидной или тетраэдральной формы. Такой камень наиболее износостоек.
  • Шероховатость поверхности сообщает 50–60% щебня из труднополируемых горных пород или песка из них. Такой камень сохраняет шероховатость естественного скола, а это важно для обеспечения сдвигоустойчивости асфальта.
  • В общем случае асфальт на основе дробленного песка более сдвигоустойчив, чем на основе карьерного благодаря гладкой поверхности последнего. По тем же причинам долговечность и стойкость материала на основе гравия, особенно морского меньше.
  • Избыточное измельчение минпорошка ведет к повышению пористости, а, значит, к расходу битума. А таким свойством обладает большинство промышленных отходов . Чтобы снизить параметр, минеральный порошок активируют – обрабатывают ПАВ и битумом. Такая модификация не только снижает содержани
  • е битума, но и повышает водо- и морозостойкость.
  • При подборе битума следует ориентироваться не только на его абсолютную вязкость – чем она выше, тем выше плотность асфальт, но и на погодные условия. Так, в засушливых районах подбирают состав, обеспечивающий минимально возможную пористость. В холодных смесях, наоборот, снижают объем битума на 10–15%, чтобы снизить уровень слеживаемости.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ:

  • Стеклоизол: виды, свойства, характеристики, марки, изготовление, способы укладки, фото, видео
  • Самые покупаемые сварочные аппараты с алиэкспресс
  • Какой клей выбрать для плитки в ванную?
  • Как изготавливают текилу — 18 фото
  • Герметик полиуретановый: виды и производители, расход, цвета, фото, видео, применение
  • Преимущества металлического сайдинга
  • Доводчик дверной:виды,монтаж,фото,видео,принцип работы,производители,отзывы
  • Штукатурка для наружных стен: виды, свойства, цены,фото
  • Качественный и недорогой забор
  • Как быстро и эффективно улучшить маленькую ванну?
  • Что такое штукатурка и для чего она нужна?
  • Согласование перепланировок: услуги специалистов

Асфальтобетон ➤ состав, свойства, требования к асфальтобетонной смеси

Дата публикации: 08.04.2020

На самом деле асфальт и асфальтобетон – разные вещи, которые часто путают. Асфальтобетон – это скорее модифицированный вариант асфальта, несмотря на то, что у них много схожих характеристик, сфер применения и свойств.

Разница в том, что асфальт – более природный материал, который получается смешением битумов, песка и гравия. А асфальтобетонная смесь – это микс из битумов, дополнительных компонентов (которые мы знаем, как обычный асфальт) и различных веществ, в том числе химических, для получения совершенно других, улучшенных, свойств.

Состав асфальтобетона позволяет получить более высокую прочность, твердость, увеличенные показатели по износостойкости, термостойкости и нагрузке. Физико механические свойства асфальтобетона позволяют применять его для покрытия дорог с повышенным трафиком, аэродромов, полов хозяйственных и производственных помещений.

 

Классификация асфальтобетона

Тип асфальтобетона полностью зависит от его характеристик и компонентов, которые применяются в его составе. В первую очередь от размера наполнителя.

Так, асфальтобетон бывает:

  • Крупнозернистым составом, с размерами фракций элементов наполнителя до 40 мм
  • Мелкозернистым асфальтобетоном, если размер фракции не превышает 20 мм
  • Песчаный асфальтобетон – с фракциями до 5 мм.

Кроме того, разновидности асфальтобетона делятся по проценту минерального наполнителя (щебня/гравия) в нем:

  • Высокоплотный асфальтобетон с % наполнителя от 60%
  • Асфальтобетон А-категории с 50-60% минерального наполнителя
  • Асфальтобетон Б-категории – когда процент наполнителя составляет 40-50%
  • Асфальтобетон В-категории, если процент наполнителя не больше 40%

Различают так же асфальтобетоны по типу основного каменного составляющего элемента (минерального заполнителя):

  • Гравийные
  • Щебеночные
  • Песчаные

И еще одна классификация асфальтобетонных смесей зависит от остаточной его пористости:

  • Высокоплотные, когда остаточная пористость не превышает 2%
  • Плотные, с пористостью от 2 до 7%
  • Пористые, если пористость превышает 7% и до 12%
  • Высокопористые смеси – с пористостью 12-18%

Кроме того, бывает холодный, теплый и горячий асфальтобетон, который различают по типу вяжущего битумного компонента и температуре, которая требуется для укладки смеси.

  • Горячий асфальтобетон укладывается при 120 °С (важно – не ниже этой температуры), сразу же после приготовления
  • Теплый асфальтобетон изготавливают и сразу укладывают при температуре от 70 °С
  • Холодный асфальтобетон может использоваться для укладки при температуре от -5 °С

 

Из чего состоит асфальтобетон

Состав асфальтобетонной смеси чаще всего самый стандартный, когда для основы берется битум (его используют в качестве вяжущего вещества) и минеральный заполнитель. В качестве заполнителя используется песок, минеральные порошки и гравий или щебень.

Задача гравия служить наикрупнейшим заполнителем, создать остов будущего покрытия, а минеральные порошки заполняют получившиеся пустоты, созданные щебнем и песком. Помимо чистых фракций щебня в производстве асфальтобетона часто используются смеси различных фракций – можно встретить комплекс и асфальтобетона категории В, и категории Б, и асфальтобетона высокоплотного. Так обычно получается самый распространенный асфальтобетон. Состав обязательно дополняется минеральными порошками, которые получают при дроблении горной породы, например, доломита или известняка.

Так же асфальтобетон состоит из смеси битума и различных компонентов, которые улучают свойства битума и улучшают общие физические и механические свойства асфальтобетона. Это могут быть как специально изготовленные добавки, так и различное сырье, например, резина в гранулах.

Чаще всего состав смеси определяется индивидуально для каждой задачи, так как для изготовления смеси асфальтобетона требуется понимать условия его будущей эксплуатации и различные погодные и нагрузочные характеристики места укладки покрытия.

 

Требования к асфальтобетону

Основные требования, которые выдвигают к асфальтобетону, зависят от его прочности. Так, предел прочности асфальтобетонной смеси к усилию его сжатия должен составлять не меньше 10 при температуре +50°.

Коэффициент теплоустойчивости асфальтобетона должен не превышать 3,0. Водостойкость (или отношение предела прочности смеси к усилию сжатия водонасыщенного и сухого образца конкретной смеси асфальтобетона) – не меньше 0,9. А водонасыщение по объему – 1-3% и не больше.

Все эти свойства асфальтобетона напрямую зависят от качества вяжущего составляющего и различных заполнителей, которые влияют на прочность, плотность, водо- и термостойкость асфальтобетона.

 

Механические свойства асфальтобетона

Основные механические и физические свойства асфальтобетона зависят от условий, в которых он будет эксплуатироваться. Кроме механического воздействия от проезжающих автомобилей, асфальтобетон подвергается воздействию атмосферных осадков, талых вод, солевых смесей от наледи, смене температуры окружающей среды.

Основное свойство асфальтобетона, на которое обращают внимание при проектировании смеси – это его прочность. Это прочность при сжатии при температуре +50°С, прочность при сжатии при температуре +20°С, прочность при сжатии при температуре в 0 градусов. Для каждого из этих температурных режимов асфальтобетон должен показывать определенную прочность.

Кроме того, для асфальтобетона важны:

  • Сдвигоустойчивость, которая влияет на долговечность уложенного покрытия. Должна составлять от 0,66 до 0,91 при оценке по коэффициенту трения
  • Сцепление при сдвиге, которое указывает на плотность, с которой будет сцепляться колесо и дорожное покрытие (показатели должны варьироваться в пределах 0,6 – 0,95)
  • Водостойкость – это соотношение между прочностями сухого образца и такого же, но напитавшегося водой.
  • Износостойкость – она же долговечность. Для асфальтобетонных смесей стандарт износа не должен превышать 0,3-1,0 мм в год.

 

Средняя плотность асфальтобетона

Для выполнения укладочных работ нужно понимать, какой расход потребует асфальтобетон. Вес смеси в килограммах необходимо разделить на асфальтобетон удельный вес. Так мы сможем узнать цифру расхода асфальтобетонной смеси. Показатели смеси для расчета можно узнать у производителя или из технических таблиц.

Эти расчеты позволят составить смету расходов.

Плотность асфальтобетонной смеси рассчитывается из его остаточной пористости. Типы пористости мы уже описывали ранее. Средняя плотность смеси зависит от фракции, которая используется в его составе: крупнозернистый асфальтобетон 2100 кг/м³, асфальтобетон на шлаковом и кварцевом песке 2350 кг/м³ и 2200 кг/м³ соответственно.

Подбор рецепта асфальтобетонной смеси. Расчет состава асфальтобетонной смеси

Его во многом зависят от свойств ингредиентов смеси и их соотношением.

Различают несколько типов асфальтобетона, состав которых заметно отличается. В отдельных случаях состав и качества исходных ингредиентов оказываются связанными с методом производства.

  • Так, для 1–3 климатического пояса плотные и высокоплотные АБ изготавливают из щебня, чей класс морозостойкости равен F50. Пористые и высокопористые – из камня классом F 15 и F25.
  • Для зон 4 и 5 только высокоплотный горячий асфальт выполняют на основе щебня классом F 50

Про роль песка в составе асфальтобетона поговорим ниже.

Песок

Добавляется в любые виды АБ, но в некоторых – песчаный асфальтобетон, он выступает как единственная минеральная часть. применяют как природный – из карьеров, так и получаемый отсевом при дроблении. Требования к материалу диктует ГОСТ 8736.

  • Так, для плотных и высокоплотных подходит песок с классом прочности в 800 и 1000. Для пористых — уменьшается до 400.
  • Число глинистых частиц – в диаметре менее 0,16 мм, тоже регулируется: для плотных – 0,5%. Для пористых – 1%.
  • увеличивает способность АБ к набуханию и снижает морозостойкость, поэтому за этим фактором следят особо.

Минеральный порошок

Эта часть формирует вместе с битумом вяжущее вещество. Также порошок заполняет поры между крупными каменными частицами, что снижает внутреннее трение. Размеры зерна крайне малы – 0, 074 мм. Получают их из системы пылеуловителей.

По сути дела, минеральный порошок производят из отходов цементных предприятий и металлургических – это пыль-унос цемента, золошлаковые смеси, отходы переработки металлургических шлаков.
Зерновой состав, количество водорастворимых соединений, водостойкость и прочее регулирует ГОСТ 16557.

Дополнительные компоненты

Для улучшения состава или придания каких-то определенных свойств в исходную смесь вводят различные добавки. Разделяют их на 2 основные группы:

  • компоненты, разработанные и изготавливаемые специально для улучшения свойств – пластификаторы, стабилизаторы, вещества, препятствующие старению и прочее;
  • отходы или вторичное сырье – сера, гранулированная резина и так далее. Стоимость таких добавок, конечно, намного меньше.

Подбор и проектирование состава дорожного и аэродромного асфальтобетона рассмотрены ниже.

Про отбор проб для оценки состава и качества асфальтобетона расскажет видео ниже:

Проектирование

Состав устройства покрытия из асфальтобетона подбирают исходя из назначения: улица в небольшом городе, скоростное шоссе и велосипедная дорожка требуют разного асфальта.
Чтобы получить лучшее покрытие, но при этом не перерасходовать материалы, используют следующие принципы подбора.

Основные принципы

  • Зерновой состав минерального ингредиента, то есть, камня, песка и порошка, является базовым для обеспечения плотности и шероховатости покрытия. Чаще всего используют принцип непрерывной гранулометрии, и только в отсутствие крупного песка – метод прерывистой гранулометрии. Зерновой состав – диаметры частиц и правильное их соотношение, должны полностью соответствовать ТУ.

Смесь подбирают таким образом, чтобы кривая, помещалась на участке между предельными значениями и не включала переломов: последнее означает, что наблюдается избыток или недостаток какой-то фракции.

  • Различные типы асфальта могут формировать каркасную и бескаркасную структуру минеральной составляющей. В первом случае щебня достаточно, чтобы камни соприкасались друг с другом и в готовом продукте образовывали четко выраженную структуру асфальтобетона. Во втором случае камни и зерна крупного песка не соприкасаются. Несколько условной границей между двумя структурами выступает содержание щебня в пределах 40–45%. При подборе это нюанс нужно учитывать.
  • Максимальную прочность гарантирует щебень кубовидной или тетраэдральной формы. Такой камень наиболее износостоек.
  • Шероховатость поверхности сообщает 50–60% щебня из труднополируемых горных пород или песка из них. Такой камень сохраняет шероховатость естественного скола, а это важно для обеспечения сдвигоустойчивости асфальта.
  • В общем случае асфальт на основе дробленного песка более сдвигоустойчив, чем на основе карьерного благодаря гладкой поверхности последнего. По тем же причинам долговечность и стойкость материала на основе гравия, особенно морского меньше.
  • Избыточное измельчение минпорошка ведет к повышению пористости, а, значит, к расходу битума. А таким свойством обладает большинство промышленных отходов. Чтобы снизить параметр, минеральный порошок активируют – обрабатывают ПАВ и битумом. Такая модификация не только снижает содержание битума, но и повышает водо- и морозостойкость.
  • При подборе битума следует ориентироваться не только на его абсолютную вязкость – чем она выше, тем выше плотность асфальт, но и на погодные условия. Так, в засушливых районах подбирают состав, обеспечивающий минимально возможную пористость. В холодных смесях, наоборот, снижают объем битума на 10–15%, чтобы снизить уровень слеживаемости.

Подбор состава

Процедура подбора в общем виде одинакова:

  • оценка свойств минеральных ингредиентов и битума. Имеется в виду не только абсолютные показатели, но их соответствие конечной цели;
  • вычисляют такое соотношение камня, песка и порошка, чтобы эта часть асфальта обретала максимально возможную плотность;
  • в последнюю очередь вычисляют количество битума: достаточное, чтобы на базе выбранных материалов, обеспечить нужные технические свойства готового продукта.

Сначала проводят теоретические расчеты, а затем – лабораторные испытания. В первую очередь, проверяют остаточную пористость, а затем – соответствие всех остальных характеристик предполагаемым. Расчеты и испытания проводят до тех пор, пока не будет получена смесь, полностью удовлетворяющая тех заданию.

Как и всякой сложный строительный материал АБ не имеет однозначных качеств – плотности, удельного веса, прочности и так далее. Его параметры определяют состав и метод приготовления.

О том, как происходит проектирование асфальтобетонного состава в США, расскажет следующий познавательный видеосюжет:

Расчет заключается в подборе рационального соотношения между составляющими асфальтобетонную смесь материалами.

Широкое распространение получил метод расчета по кривым плотных смесей. Наибольшая прочность асфальтобетона достигается при максимальной плотности минерального остова, оптимального количества битума и минерального порошка.

Между зерновым составом минерального материала и плотностью существует прямая зависимость. Оптимальными будут составы, содержащие зерна различного размера, диаметры которых уменьшаются в два раза.

где d
1 — наибольший диаметр зерна, устанавливаемый в зависимости от типа смеси;

d
2 — наименьший диаметр зерна, соответствующий пылеватой фракции, и минерального порошка (0,004…0,005 мм).

Размеры зерен, согласно предыдущему уровню

(6.6.2)

Число размеров определяют по формуле

(6.6.3)

Число фракций п
на единицу меньше числа размеров т

(6.6.4)

Соотношение соседних фракций по массе

(6.6.5)

где К
— коэффициент сбега.

Величина, показывающая, во сколько раз количество последующей фракции меньше предыдущей, называется коэффициентом сбега. Наиболее плотная смесь получается при коэффициенте сбега 0,8, но такую смесь трудно подобрать, поэтому, по предложению Н.Н. Иванова, коэффициент сбега К
принят от 0,7 до 0,9.

Зная размеры фракций, их количество и принятый коэффициент сбега (например 0,7), составляют уравнения такого вида:

Сумма всех фракций (по массе) равна 100 %, то есть:

у
1 + у
1 к
+ у
1 к
2 + у
1 к
3 +…+ у
1 к
n -1 = 100 (6.6.6)

у
1 (1 + к
+ к
2 + к
3 +… + к
n -1) = 100 (6.6.7)

В скобках указана сумма геометрической прогрессии и, следовательно, количество первой фракции в смеси

(6.6.8)

Аналогично определяем процентное содержание первой фракции у
1 , для коэффициента сбега к
= 0,9. Зная количество первой фракции у
1 , легко определитьу
2 , у
3 и так далее.

На основании полученных данных строят предельные кривые, соответствующие принятым коэффициентам сбега. Составы, рассчитанные по коэффициенту сбега 0,9, содержат повышенное количество минерального порошка, а при к

Кривая зернового состава рассчитываемой смеси должна располагаться между предельными кривыми (рис. 6.6.1).

Рис. 6.6.1
. Зерновые составы:
А — мелкозернистой асфальтобетонной смеси с непрерывной гранулометрией типов А, Б, В; Б — минеральной части песчаных смесей типов Г и Д

Высокие эксплуатационные показатели дают смеси с повышенным содержанием щебня и уменьшенным содержанием минерального порошка. Предпочтение следует отдавать смесям с коэффициентом сбега 0,70…0,80.

В случае невозможности расчета плотной минеральной смеси по предельным кривым (отсутствие крупнозернистых песков и невозможности их замены высевными) необходимая плотность может быть подобрана по принципу прерывистой гранулометрии. Смеси с прерывистой гранулометрией более сдвигоустойчивы за счет жесткого каркаса.

Для определения расхода битума формуют пробные образцы из смеси с заведомо малым содержанием битума, затем определяют объем пустот в минеральном остове

(6.6.9)

где g
— объемная масса асфальтобетонного образца;

Б пр
— содержание битума в пробной смеси, %;

r м
— средняя плотность минерального материала:

(6.6.10)

где у щ
, у п
, у мп
— содержание щебня, песка, минерального порошка в % по массе;

r щ
, r п
, r мп
— плотность щебня, песка, минерального порошка.

Расчетная формула для определения оптимального содержания битума будет иметь вид

(6.6.11)

где r б
— плотность битума;

j
— коэффициент заполнения пустот минеральной смеси битумом, зависящий от заданной остаточной пористости

где П о
— пористость минерального остова асфальтобетона, % объема;

П
— заданная остаточная пористость асфальтобетона при 20°С, % объема.

Холодный асфальтобетон

Состав холодного асфальтобетона можно рассчитать по типовым составам или по методике, применяемой для расчета горячих смесей, с обязательной проверкой физико-механических свойств в лаборатории. Количество жидкого битума снижают на 10…15 % против оптимального, чтобы уменьшить слеживаемость.

Характерной чертой холодного асфальтобетона, отличающей его от горячего, является способность оставаться длительное время после приготовления в рыхлом состоянии. Эта способность 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 транспортировке не слеживаются. Смеси в течение длительного времени (до 12 месяцев) остаются в рыхлом состоянии. Их сравнительно легко можно перегружать в транспортные средства и распределять тонким слоем при устройстве дорожных покрытий.

Зерновые составы холодных асфальтобетонных смесей отличаются от составов горячих смесей в сторону повышенного содержания минерального порошка (до 20 %) — частиц мельче 0,071 мм и пониженного содержания щебня (до 50 %). Повышенное количество минерального порошка вызвано применением жидкого битума, требующего для структурообразования большего количества порошка, а при содержании щебня более 50 % ухудшаются условия формирования покрытия. Наибольший размер зерен в холодном асфальтобетоне составляет 20 мм. Более крупный щебень ухудшает условия формирования покрытия.

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.

Для приготовления холодного асфальтобетона применяют такой же минеральный порошок и песок, что и для горячих смесей.

Жидкие битумы должны иметь вязкость в пределах что соответствует маркам СГ 70/130, МГ 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. Холодные асфальтобетонные смеси используют для устройства дорожных покрытий при интенсивности движения до 2000 автомобилей в сутки.

Литой асфальтобетон

Литой асфальтобетон представляет собой специально запроектированную смесь щебня, песка, минерального порошка и вязкого битума, приготовленную и уложенную в горячем состоянии без дополнительного уплотнения. От горячего асфальтобетона литой отличается большим содержанием минерального порошка и битума, технологией приготовления и методом укладки. Литой асфальтобетон применяют в качестве дорожного покрытия на автомобильных дорогах, на проезжей части мостов, а также для устройства полов в производственных зданиях. Ремонтные работы с использованием литых смесей можно выполнять при температуре воздуха до -10°С. Особенностью производства работ является необходимость непрерывного перемешивания литой смеси при ее транспортировке к месту укладки.

Для приготовления литого асфальтобетона применяют щебень (крупностью до 40 мм), природный или дробленый песок. Щебень, высевки и песок должны быть высокосортными, как и для обычного горячего асфальтобетона. В качестве вяжущего применяют битумы БНД 40/60. В соответствии с ТУ 400-24-158-89 литые смеси подразделяют на пять типов (табл. 6.6.11).

Таблица 6.6.11

Классификация литых асфальтобетонных смесей

К положительным свойствам литого асфальтобетона относят долговечность, небольшие затраты работы на уплотнение, водонепроницаемость. При реконструкции дороги существующее покрытие из литого асфальтобетона может быть снова использовано в полном объеме и почти без добавления новых материалов.

Дегтебетон

Дегтебетон в зависимости от вязкости дегтя и температуры смесей при укладке подразделяют на горячий и холодный. По физико-механическим свойствам дегтебетон уступает асфальтобетону, так как обладает меньшей прочностью и теплоустойчивостью.

Дегтебетон в зависимости от вида каменного материала подразделяют на щебеночный, гравийный и песчаный. Для приготовления дегтебетона применяют те же минеральные материалы, что и для асфальтобетона, требования к ним аналогичные. В качестве вяжущего применяют дорожный каменноугольный деготь: для горячего дегтебетона — Д-6, для холодного — Д-4 и Д-5. Дегти применяют как промышленного изготовления, так и приготовленные непосредственно на асфальтобетонном заводе путем окисления или смешения песка с разжижителем (антраценовым маслом, каменноугольной смолой и др.).

Расчет состава дегтебетона может быть выполнен так же, как и асфальтобетона, при этом основное внимание должно быть обращено на тщательный подбор количества дегтя, так как небольшое отклонение содержания его в смеси заметно влияет на свойства дегтебетона.

Для приготовления горячего дегтебетона применяют дегти с вязкостью, значительно меньшей, чем вязкость битума для соответствующего вида асфальтобетона. Пониженная вязкость дегтя обуславливает ослабление внутренних структурных связей, что может быть компенсировано повышением внутреннего трения минеральной части. Для этого необходимо применять каменные материалы с зернами угловатой формы и шероховатой поверхностью, а также заменять часть или весь природный песок с окатанными зернами на высевки. Для приготовления дегтебетонных смесей можно применять щебень из более кислых пород (кварцевые песчаники, богатые кварцем граниты и др.).

Плотный дегтебетон применяют для устройства покрытий на дорогах II… IV категорий. По санитарно-гигиеническим условиям устройство верхних слоев покрытий из дегтебетона разрешено только вне населенных пунктов. При приготовлении дегтебетонных смесей необходимо соблюдать специальные правила техники безопасности.

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 уложенной смеси до уплотнения к толщине уплотненного покрытия, может быть 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 (табл. 6.6.12).

Таблица 6.6.12

Температурный режим при приготовлении и укладке дегтебетона

По физико-механическим свойствам дегтебетон уступает асфальтобетону: он обладает меньшей прочностью, теплостойкостью. Но при этом отличается повышенной износостойкостью. Дегтебетонное 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, которые образуют более жесткие структурные связи в вяжущих материалах и при пониженных температурах плохо деформируются, вследствие чего в покрытиях образуются трещины.

Контроль за изготовлением дегтебетонной смеси на заводе и при устройстве дегтебетонного покрытия, а также методы испытания дегтебетона такие же, как и асфальтобетона.

Самый используемый дорожно-строительный материал в 20 веке — асфальт — разделяется на множество видов, марок и типов. Основанием для разделения служит не только и не столько перечень входящих в асфальтобетонную смесь исходных компонентов, сколько соотношение их массовых долей в составе, а также некоторые характеристики составляющих — в частности, размер фракций песка и щебня, степень очистки минерального порошка и все того же песка.

Состав асфальта

В асфальте любого типа и марки есть песок, щебень или гравий, минеральный порошок и битум.
Впрочем, что касается щебня, то при приготовлении некоторых видов дорожного покрытия он не используется — но если асфальтирование территорий производится с учетом высокого трафика и сильных кратковременных нагрузок на покрытие, то щебень (или гравий) необходим — в качестве каркасообразующего защитного элемента.

Минеральный порошок
— обязательный исходный элемент для приготовления асфальта любых марок и типов. Как правило, массовая доля порошка — а он получается путем дробления пород, в которых высокое содержание соединений углерода (проще говоря — из известняков и прочих органических закаменевших отложений) — определяется исходя из задач и требований к вязкости материала. Большой процент минеральных порошков позволяет использовать его в таких работах как асфальтирование дорог и площадок: вязкий (то есть прочный) материал будет успешно гасить внутренние колебания мостовых конструкций, не трескаясь.

В большинстве типов и марок асфальта используется песок
— исключение, как мы говорили, составляют типы дорожного покрытия, где велика массовая доля гравия
. Качество песка определяется не только степенью его очистки, но и способом получения: добытый открытым способом песок нуждается, как правило, в тщательной очистке, а вот песок искусственный, получаемый при дроблении скальных пород, считается уже готовым «к работе».

Наконец, битум
— краеугольный камень индустрии производства дорожного покрытия. Продукт переработки нефти, битум содержится в смеси любой марки в очень небольшом количестве — его массовая доля в большинстве сортов едва ли достигает 4-5 процентов. Хотя, широко использующийся при таких работах как асфальтирование территорий со сложным рельефов и ремонте дорог, литой асфальт может похвастаться содержанием битума в 10 и более процентов. Битум придает такому полотну изрядную упругость после затвердевания и текучесть, позволяющую легко распределять готовую смесь по площадке.

Марки и типы асфальта

В зависимости от процентного содержания в составе перечисленных компонентов, выделяют три марки асфальта
. Технические характеристики, область применения и состав смеси различных марок описываются в ГОСТ 9128-2009, в котором, помимо всего прочего, учтена и возможность добавления дополнительных присадок, увеличивающих морозостойкость, гидрофобность, гибкость или износостойкость покрытия.

В зависимости от процентного содержания наполнителя, находящегося в составе дорожно-строительной смеси, ее подразделяют на следующие типы:

  • А — 50-60% щебня;
  • Б — 40-50% щебня или гравия;
  • В — 30-40% щебня или гравия;
  • Г — до 30% песка из отсева дробления;
  • Д — до 70% песка или смеси с отсевами дробления.

Асфальт марки 1

Под этой маркой изготавливается широкий диапазон различных типов покрытий — от плотных до высокопористых, со значительным содержанием щебня. Область их использования
— дорожное строительство и благоустройство: вот только пористые материалы совсем не годятся на роль собственно покрытия, верхнего слоя дорожного полотна. Куда лучше применять их для устройства оснований, выравнивания базы под укладку более плотных типов материала.

Асфальт марки 2

Диапазон плотности примерно тот же, однако содержание и процентное соотношение песка и гравия могут варьироваться в весьма широких пределах. Этот тот самый «среднестатистический» асфальт, с весьма обширной сферой применения:
и строительство автомобильных дорог, и ремонт их, и обустройство территорий под паркинги и площади не обходятся без него.

Асфальты марки 3

Покрытия марки 3 отличаются тем, что при их изготовлении не используется щебень или гравий — их заменяют минеральные порошки и особо качественный песок, получаемый путем дробления твердых горных пород.

Соотношение песка и щебня (гравия)

Соотношение содержания песка и гравия — один из важнейших показателей, который определяет область применения того или иного типа покрытия. В зависимости от превалирования того или иного материала его обозначают буквами от А до Д:
А — более чем наполовину состоит из мелкофракционного щебня или гравия, а Д — примерно на 70 процентов состоит из песка (правда, песок используется по большей части из дробленых горных пород).

Соотношение битума и минеральных составляющих

Не менее важное — ведь именно оно определяет прочностные характеристики дорожного полотна. Высокое содержание минеральных порошков существенно увеличивает его хрупкость. Поэтому песчаные асфальты могут применяться лишь ограниченно:
благоустройство территорий парков или тротуаров. А вот покрытия с большим содержанием битума — желанный гость на любых работах: особенно если это дорожное строительство в суровых климатических условиях, при минусовых температурах, если скорость работ такова, что уже спустя сутки по новенькому полотну пойдет дорожная техника, а после сдачи готовой дороги — ринутся большегрузные автомобили.

Магистратура

О.А. КИСЕЛЕВА

РАСЧЕТ СОСТАВА асфальтоБЕТОННОЙ СМЕСИ

Для магистрантов, обучающихся по направлению 270100

«Строительство», методические указания к расчетно-графической работе

по дисциплине «Физические основы проектирования новых строительных

материалов»

Утверждено Редакционно-издательским советом ТГТУ

Печатный вариант электронного издания

Тамбов

РИС ТГТУ

УДК 625.855.3(076)

ББК 0311-033я73-5

Составители: к.т.н., доц. О. А. Киселева

Рецензент: д.т.н., проф. Леденев В.И.

Расчет состава асфальтобетонной смеси: Метод.указ. / Сост.: О.А. Киселева. Тамбов: ТГТУ, 2010 – 16 с.

Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по дисциплине «Физические основы проектирования новых строительных материалов» для магистрантов, обучающихся по направлению 270100 «Строительство».

Утверждено редакционно — издательским советом Тамбовского государственного технического университета

© ГОУ ВПО «Тамбовский государственный

технический университет» (ТГТУ), 2010

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания посвящены подбору состава асфальтобетона.

Для проектирования состава асфальтобетона необходимо знать следующее:

– зерновой состав заполнителей,

– марку битума,

– марку асфальтобетона.

Расчет состава асфальтобетона заключается в выборе рационального соотношения между составляющими материалами, обеспечивающего оптимальную плотность минерального остова при требуемом количестве битума и получение бетона с заданными техническими свойствами при определенной технологии производства работ.

МЕТОДЫ РАСЧЕТА СОСТАВА АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ

Наиболее широкое распространение получил метод расчета по кривым плотных смесей . Он гласит, что наибольшая прочность бетона достигается при условии максимальной плотности минерального состава путем расчета гранулометрического состава и определения содержания оптимального количества битума и минерального порошка.

Расчет состава асфальтобетона включает в себя следующие этапы :

– расчет гранулометрического состава минеральной смеси по принципу минимума пустот,

– определение оптимального количества битума,

– определение физико-механических свойств рассчитанных смесей,

– внесение корректив в полученные составы смесей.

1.Расчет гранулометрического состава минеральной смеси

. С этой целью для мелкого и крупного заполнителя по данным о частных остатков на ситах находят остатки А i , % равные сумме частных остатков (а i) на данном сите и на всех ситах мельче данного . Полученные результаты с учетом марки асфальтобетона по крупности заполнителя вносятся в таблице 1.

2.Определяем количество заполнителя по фракциям.

Расчет выполняется по предельным кривым, соответствующим выбранным коэффициентам сбега (рис. 1) . 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.

С этой целью в зависимости от марки асфальтобетона определяется требуемое количество песка на сите с разметом ячейки 1,25 или щебня на сите с размером ячейки 5 мм (для мелкозернистого асфальтобетона). Например, для крупнозернистого асфальтобетона количество частиц песка мельче 1,25 мм находится в пределах от 23 до 46 %. Принимаем 40 %. После этого определяем коэффициент для корректировки зернового состава песка

Т а б л и ц а 1

Гранулометрический состав минеральной смеси

Вид заполнителя Остатки Размеры отверстий сит
2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 0,07
Щебень а i а 20 щ а 10 щ а 5 щ
А i А 20 щ А 10 щ А 5 щ
Песок а i а 2,5 п а 1,25 п а 0,63 п а 0,315 п а 0,14 п
А i А 2,5 п А 1,25 п А 0,63 п А 0,315 п А 0,14 п
Минеральный порошок а i а 0,63 м а 0,315 м а 0,14 м а 0,07 м
А i А 0,63 м А 0,315 м А 0,14 м А 0,07 м

Определяется требуемое количество минерального порошка на сите с разметом ячейки 0,071. Для крупнозернистого асфальтобетона количество частиц мельче 0,071 мм находится в пределах от 4 до 18 %. Принимаем 10 %. После этого определяем коэффициент для корректировки зернового состава минерального порошка .

Определяем коэффициент для корректировки зернового состава щебня (или песка) . И уточняем зерновой состав заполнителей (таблица 2).

Т а б л и ц а 2

Расчетный состав заполнителей

Вид заполнителя Остатки Размеры отверстий сит
2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 0,07
Щебень а i К щ × а 20 щ К щ ×
а 10 щ
К щ ×
а 5 щ
А i
Песок а i К п ×
а 2,5 п
К п ×
а 1,25 п
К п ×
а 0,63 п
К п ×
а 0,315 п
К п ×
а 0,14 п
А i
Минеральный порошок а i К м ×
а 0,63 м
К м ×
а 0,315 м
К м ×
а 0,14 м
К м ×
а 0,07 м
А i
∑А

По полученным данным строится кривая гранулометрического состава конкретной рассчитанной смеси, которая должна располагаться между предельными кривыми сбега. Уточняем количество компонентов наполнителя по фракциям с учетом типа асфальтобетона по таблица 3.

Т а б л и ц а 3

Оптимальный гранулометрический состав минеральной смеси

Тип смеси Содержание зерен минерального материала, %, мельче данного размера, мм Примерный расход битума, % по массе
2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 0,071
Смеси непрерывной гранолуметрии
Среднезернистые типов:А
Б
В
95-100
95-100
95-100
78-85
85-91
91-96
60-70
70-80
81-90
35-50
50-65
65-80
26-40
40-55
55-70
17-28
28-39
39-53
12-20
20-29
29-40
9-15
14-22
20-28
6-10
9-15
12-19
4-8
6-10
8-12
5-6,5
5-6,5
6,5-7
Мелкозернистые типов:А
Б
В
95-100
95-100
95-100
63-75
75-85
85-93
35-50
50-65
65-80
26-40
40-55
57-70
17-28
29-39
39-53
12-20
20-29
29-40
9-15
14-22
20-28
6-10
9-15
12-19
4-8
6-10
8-12
5-6,5
5,5-7
6-7,5
Песчаные типов:Г
Д
95-100
95-100
75-88
80-95
45-67
53-86
28-60
37-75
18-35
27-55
11-23
17-55
8-14
10-16
7,5-9
7-9
Смеси прерывистой гранулометрии
Среднезернистые типов:А
Б
95-100
95-100
78-85
85-91
60-70
70-80
35-50
50-65
35-50
50-65
35-50
50-65
35-50
50-65
17-28
28-40
8-14
14-22
4-8
6-10
5-6,5
5-6,5

П р о д о л ж е н и е т а б л и ц ы 3

3.Определяем расход битума.

Перспективным является расчет количества битума в смеси по методу, разработанному ХАДИ и основанному на битумоемкости минеральных компонентов. Расчет производится в два этапа: определение битумоемкости каждой фракции минеральной части смеси и расчет содержания битума. Для определения битумоемкости просушенные материалы рассеивают на фракции менее 0,071, 0,071-0,14, 0,14-0,315, 0,315-0,63, 0,63-1,25, 1,25-3, 3-5, 5-10 мм и т.д. до наибольшей крупности щебня. Битумоемкость каждой фракции представлена в таблица 4 . Определяем содержание битума для каждой фракции (таблица 5).

Т а б л и ц а 4

Битумоемкость наполнителя

Размер фракций, мм Битумоемкость, %
Гранитный материал Диоритовый материал Материал из плотного, прочного известняка Чистый окатанный кварцевый песок и гравий
20-40 3,9 3,3 2,9
10-20 4,7 3,5
5-10 5,4 4,5 4,1 2,8
2,5-5 5,6 5,6 4,6 3,3
1,25-2,5 5,7 5,9 5,3 3,8
0,63-1,25 5,9 6,0 4,6
0,315-0,63 6,4 7,9 7,0 4,8
0,14-0,315 7,4 7,3 6,1
0,071-0,14 8,4 9,4
0,071 16,5

Т а б л и ц а 5

Определение содержания битума

Т а б л и ц а 6

Физико-механические характеристики асфальтобетонов

Показатели Нормы на смеси для верхнего слоя Нормы на смеси для нижнего слоя
I марка II марка
Пористость минерального остова, % по объему для смесей типов:
А (многощебеночные, щебня 50-65 %)
Б (среднещебеночные, щебня 35-50 %)
В (малощебеночные, щебня 20-35 %)
Г (песчаные из дробленого песка с содержанием фракции 1,25-5 мм >33 %)
Д (песчаные из природного песка)
15-19
15-19
18-22

15-19
15-19
18-22
18-22
16-22
Остаточная пористость, % по объему 3-5 3-5 5-10
Водонасыщение, % по объему для смесей: А
Б и Г
В и Д
2-5
2-3,5
1,5-3
2-5
2-3,5
1,5-3
3-8
Набухание, % по объему, не более 0,5 1,5
Предел прочности при сжатии, кгс/см 2 для смесей типов при температурах 20-50 0 С: А
Б и Г
В и Д
при температуре 0 0 С
Коэффициент водостойкости, не менее 0,9 0,85
Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении, не менее 0,8 0,75

Оптимальное содержание битума в смеси определяется по следующей формуле

где К – коэффициент, зависящий от марки битума (при БНД 60/90 – 1,05; БНД 90/130 – 1; БНД 130/200 – 0,95; БНД 200/300 – 0,9) ; Б i – битумоемкость фракции i; Р i – содержание фракции i в смеси в частях от целого.

4. Из таблицы 6 выписываем физико-механические показатели, характерные данному асфальтобетону
.

ПРИМЕР РАСЧЕТА

Подобрать состав мелкозернистого асфальтобетона типа А. Наполнители: гранитный щебень, кварцевый песок, минеральный порошок полученный путем измельчения диорита.

Расчет полных остатков представлен в таблице 7.

Т а б л и ц а 7

Частные остатки

Вид заполнителя Остатки Размеры отверстий сит
2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 0,071
Щебень а i
А i
Песок а i
А i
Минеральный порошок а i
А i

Так как щебень мелкозернистый, то он просеивается через сито с размером ячейки 5 мм, и более крупные фракции удаляются.

Определяем количество заполнителя по фракциям. Для мелкозернистого асфальтобетона количество частиц щебня мельче 5 мм находится в пределах от 84 до 70 %. Принимаем требуемое содержание щебня крупнее 5 мм 25 %. Определяем коэффициент для корректировки зернового состава щебня К щ =25*100/(100-28)=34,7.

Требуемое количество минерального порошка на сите с разметом ячейки 0,071 находится в пределах от 10 до 25 %. Принимаем 15 %. Коэффициент для корректировки зернового состава минерального порошка равен К м =15*100/74=27,7.

Определяем коэффициент для корректировки зернового состава песка К п =100-35-28=37.

Уточняем зерновой состав заполнителей с учетом марки асфальтобетона по крупности заполнителя (таблица 8).

Т а б л и ц а 8

Зерновой состав заполнителей

Вид заполнителя Остатки Размеры отверстий сит
2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 0,071
Щебень а i 28*0,35=9,8
А i 9,8
Песок а i 16*0,37=5,9 22*0,37=8,2 20*0,37=7,4 30*0,37=11,1 12*0,37=4,4
А i 31,1 22,9 15,5 4,4
Минеральный порошок а i 7*0,28=2 10*0,28=2,8 9*0,28=
2,5
74*0,28=20,7
А i 23,2 20,7
∑А 74,8 59,1 50,9 41,5 27,6 20,7

Проверяем правильность выбора зернового состава минеральной смеси. Для этого строим график гранулометрического состава и наносим его на кривые сбега (рис. 5). Из рисунка видно, что график входит в допустимую область. Расчет выполнен правильно.

Зная битумоемкость отдельных фракций, определяем расход битума (таблица 9).

Определяем расчетное содержание битума марки БНД 90/130 Б=1*6,71=6,71 %. Проверяем содержание битума по табл. 3. Так как количество битума по расчету больше нормативного 5-6,5 % принимаем Б=6,71 % .

Выписываем физико-механические показатели, характерные данному асфальтобетону:

– пористость минерального остова –18-22 %,

– остаточная пористость – 3-5 %,

– водонасыщение – 1,5-3 %,

– набухание – 0,5 %,

– предел прочности при сжатии – 10 кгс/см 2 ,

– коэффициент водостойкости – 0,9,

– коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении – 0,8.

Т а б л и ц а 9

Определение содержания битума

Размер фракций Частные остатки (в долях единицы) Битумоемкость, %
(из табл.4)
Общая битумоемкость, %
Щебень Песок Минеральный порошок Щебень Песок Минеральный порошок
2,5-5 0,098 4,6 0,45
1,25-2,5 0,059 3,8 0,22
0,63-1,25 0,082 4,6 0,38
0,315-0,63 0,074 0,02 4,8 7,9 0,36+0,16
0,14-0,315 0,111 0,028 6,1 9,0 0,68+0,25
0,071-0,14 0,044 0,025 19,0 0,31+0,48
0,071 0,207 16,5 3,42
Содержание битума=∑ 6,71

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Глушко И.М. Дорожно-строительные материалы. Учебник для автомобильно-дорожных институтов / Глушко И.М., Королев И.В., Борщ И.М. и др.. – М. 1983.

2. Горелышев Н.В. Материалы и изделия для строительства дорог. Справочник. / Горелышев Н.В., Гурячков И.Л., Пинус Э.Р. и др. – М.: Транспорт, 1986. – 288 с.

3. Корчагина О.А. Расчет состава бетонных смесей: Метод. указ./Корчагина О.А., Однолько В.Г. – Тамбов: ТГТУ, 1996. – 28 с.

Т а б л и ц а П 1

Данные к заданию

Вариант Вид асфальтобетона Тип асфальтобетона Вид асфальтобетона по методу производства Назначение асфальтобетона Марка битума
БНД
крупнозернистый А горячий Верхнее покрытие 60/90
среднезернистый Б теплый Нижнее покрытие 90/130
мелкозернистый В горячий Верхнее покрытие 130/200
песчаный Г холодный Нижнее покрытие 200/300
крупнозернистый Б теплый Верхнее покрытие 60/90
среднезернистый В холодный Нижнее покрытие 130/200
мелкозернистый А теплый Нижнее покрытие 90/130
песчаный Д горячий Верхнее покрытие 60/90
крупнозернистый В горячий Нижнее покрытие 90/130
среднезернистый А теплый Верхнее покрытие 60/90
мелкозернистый Б холодный Нижнее покрытие 200/300
крупнозернистый А теплый Нижнее покрытие 90/130
среднезернистый Б горячий Верхнее покрытие 60/90
мелкозернистый В холодный Верхнее покрытие 130/200
песчаный Г теплый Нижнее покрытие 90/130
крупнозернистый Б холодный Верхнее покрытие 200/300
среднезернистый В горячий Нижнее покрытие 90/130
мелкозернистый А теплый Нижнее покрытие 60/90
песчаный Д холодный Верхнее покрытие 130/200
крупнозернистый В холодный Верхнее покрытие 200/300
среднезернистый А теплый Нижнее покрытие 90/130
мелкозернистый Б горячий Верхнее покрытие 60/90
песчаный Д теплый Нижнее покрытие 90/130
крупнозернистый А горячий Нижнее покрытие 60/90
среднезернистый Б холодный Верхнее покрытие 130/200

Т а б л и ц а П 2

Данные к заданию

Вариант Гранулометрия Материал наполнителя
щебень песок минеральный порошок
Непрерывная гранит кварцевый диорит
Непрерывная диорит кварцевый диорит
Непрерывная гравий из известняка гранит
Непрерывная из известняка из известняка
Прерывистая диорит из известняка гранит
Непрерывная гранит кварцевый из известняка
Непрерывная гравий кварцевый диорит
Непрерывная из известняка диорит
Непрерывная гравий кварцевый из известняка
Непрерывная диорит из известняка из известняка
Непрерывная гранит кварцевый гранит
Прерывистая диорит кварцевый из известняка
Непрерывная гравий из известняка из известняка
Непрерывная гранит из известняка из известняка
Непрерывная кварцевый диорит
Непрерывная гравий кварцевый гранит
Непрерывная гранит из известняка диорит
Непрерывная диорит из известняка диорит
Непрерывная кварцевый гранит
Прерывистая гранит из известняка гранит
Непрерывная гравий кварцевый диорит
Непрерывная диорит кварцевый гранит
Непрерывная кварцевый из известняка
Непрерывная гравий из известняка диорит
Прерывистая диорит кварцевый гранит

Расчет заключается в подборе рационального соотношения между составляющими асфальтобетонную смесь материалами.

Широкое распространение получил метод расчета по кривым плотных смесей. Наибольшая прочность асфальтобетона достигается при максимальной плотности минерального остова, оптимального количества битума и минерального порошка.

Между зерновым составом минерального материала и плотностью существует прямая зависимость. Оптимальными будут составы, содержащие зерна различного размера, диаметры которых уменьшаются в два раза.

где d
1 — наибольший диаметр зерна, устанавливаемый в зависимости от типа смеси;

d
2 — наименьший диаметр зерна, соответствующий пылеватой фракции, и минерального порошка (0,004…0,005 мм).

Размеры зерен, согласно предыдущему уровню

(6.6.2)

Число размеров определяют по формуле

(6.6.3)

Число фракций п
на единицу меньше числа размеров т

(6.6.4)

Соотношение соседних фракций по массе

(6.6.5)

где К
— коэффициент сбега.

Величина, показывающая, во сколько раз количество последующей фракции меньше предыдущей, называется коэффициентом сбега. Наиболее плотная смесь получается при коэффициенте сбега 0,8, но такую смесь трудно подобрать, поэтому, по предложению Н.Н. Иванова, коэффициент сбега К
принят от 0,7 до 0,9.

Разработка состава высокопрочного, качественного асфальтобетона

Постоянно приходится слышать, что дороги во многом определяют имидж территории, в том числе и инвестиционную привлекательность. Именно они негласно демонстрируют отношение к делу в регионе: либо оно делается по безответственному принципу «лишь бы сделать», либо со всей ответственностью — качественно и основательно.

В условиях современного движения, особенно городах, сочетающих интенсивное потоки легковых автомобилей и тяжелого грузового транспорта, используемый при массовом жилищном строительстве, реконструкции и ремонте улиц и дорог асфальтобетон как материал конструктивных слоев должен обладать высокими прочностью, плотностью, водо- и морозостойкостью, необходимым коэффициента сцепления.

Для достижения этих качеств возможно за счет: использования качественных исходных материалов, обеспечивающие требуемые свойства асфальтобетона, в том числе поставок минеральных порошков, поставок битумов, соответствующих стандарту и рекомендациям для условий Узбекистана.

Асфальтобетонные покрытия представляют собой верхнюю часть дорожной конструкции, состоящую из одного или нескольких слоев, укладываемых на подготовленное дорожное основание в соответствии со КМК.

В процессе эксплуатации дорожной конструкции под воздействием разрушающих факторов происходит постепенное уменьшение ее прочности, связанное с внутренними необратимыми изменениями в отдельных конструктивных элементах и в том числе — дорожном покрытии. Наиболее часто встречаются разрушения, обусловленные недоуплотнением горячего асфальтобетонного покрытия, связанным с ограниченными температурными режимами укладки и как следствие — повышенной пористостью и высокими значениями водонасыщения. Высокая пористость асфальтобетона приводит к более быстрому его термоокислительному старению, разрушению адгезионных связей при действии атмосферных осадков, преждевременному выкрашиванию, шелушению, выбоинам, ослаблению прочности в целом и повышению температуры растрескивания асфальтобетона. В связи с этими на покрытиях начинаются проявлять разные трещины, которые дальнейшему приводящий к снижению транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог.

Трещины — главный вирус для дорожной одежды, а значит, и для дороги в целом. С появлением их начинается разрушение автомобильных трасс. Образуются они, главным образом, по объективным причинам: к примеру, температурные трещины возникают при недостаточной прочности асфальтобетона на растяжение и низкой его деформации при пониженных температурах, силовые — из-за недостаточной несущей способности основания дорожных одежд, а отраженные — из-за различных характеристик материалов, используемых в основании дорожных одежд. Также влияют и субъективные причины: например, причиной образования технологических трещин является нарушение технологии производства работ при устройстве сопряжений существующих покрытий с укладываемым асфальтобетоном. В результате влага от дождей и снега проникает в основание дороги, вымывая материалы из дорожной одежды, а колеса автотранспорта, в свою очередь, разрушают кромки трещин, расширяя их.

Эффективный методом улучшения качества автодорожных покрытий является использование в их составе минеральных порошков. За счет дефицита этого материала по всей республике при приготовлении асфальтобетонных смесей не применяется минеральный порошок. Из-за этого пригатавляемая смесь ухудшается и не отвечает требованиям ГОСТ 9128–2009.

Минеральный порошок — важный структурообразующий компонент, оказывающий вместе с органическим вяжущим существенное влияние на физико-механические и технологические свойства асфальтобетона. Отечественный и зарубежный опыт показал, что в качестве исходного сырья для получения минерального порошка с минимальным содержанием глинистый примесей и прочностью менее 40 МПа, особенно для асфальтобетонных смесей, используемых в верхних слоях дорожных покрытий.

Привзаимодействие битума с минеральными частицами менее 0,071 мм в процессе получения асфальтобетонных смесей формируется микроструктура асфальтобетонной смеси и в дальнейшем асфальтобетона.

В основной период, когда асфальтобетонная смесь приготавливается, хранится в накопительном бункере, а затем транспортируется к месту укладки и уплотнения, происходит формирование микроструктурных связей. Завершающий период технологического процесса включает операции укладки и уплотнения асфальтобетонного слоя, в течения которых имеет место дальнейшее формирование микроструктурных связей, а вследствие сближения минеральных зерен образуется микроструктура материала.

В лаборатории Джизакском Политехническом Институте проводилась научно — исследовательская работа по применению сланца для приготовления асфальтобетонной смеси.

Решения о целесообразности использования асфальтобетонных смесей на основе сланца принималось на основе анализа эффективности по техническим, технологическим.

Техническая эффективность определялась тем, в какой степени подобранный состав асфальтобетонной смеси обеспечивает реальное улучшения свойств и достижения необходимых показателей качества, несколько предлагаемое решения соответствует реальным возможностям производства без введения дополнительных технологических операций и использования специального технологического оборудования.

Общеизвестно, что асфальтобетонная покрытия особенно интенсивно разрушается в период длительного увлажнения, а также во время оттепелей, которым предшествовало значительное количество знакопеременных колебаний температуры. Обычно разрушение проявляется в виде усиленного выкрашивания минеральных частиц, приводящего к большому износу покрытия и к образованию значительного количество отдельных разрушенных участков. Подобные разрушения, наблюдаемые обычно в весеннее время, связаны с недостаточной водо- и морозоустойчивостью асфальтобетона.

Минеральный порошок, предоставляющий собой полидисперсный материал, является важнейшим структурообразующим компонентом асфальтобетона. В места с битумом образует структурированную дисперсную систему, выполняющую роль вяжущего материала в асфальтобетона.

Учитывая вышеизложенное и на основании имеющейся информации о свойствах сланца, одним из возможных направлений применения в дорожном строительстве было выбрано использование его в качестве минерального порошка для приготовления асфальтобетонных смесей.

Для строительства автомобильных дорог I-III технических категорий нормативные документы рекомендуют использовать мелкозернистый асфальтобетон, по этому были проведены исследования асфальтобетонных смесей типа «Б» с целью применения сланца в качестве активированный минерального порошка для асфальтобетона.

Гранулометрический состав минеральной части асфальтобетона с минеральным порошком из сланца удовлетворяет требованиям плотных смесей типа «Б» по ГОСТ 9128–2009.

Для изучения влияния минерального порошка на свойства асфальтобетона провели несколько испытаний. Во время приведения испытаний использовали битум марки БНД 90/130 от 3 до 6 % сверх 100 % минеральной части с интервалом 1 %, и 5 % минерального порошка из сланца. Результаты исследование приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Свойства асфальтобетонной смеси без минерального порошка







Номера образца (количество битума)

Водонасыщения

Прочность при сжатия, 500С

Прочность при сжатия, 200С

Коэффициент водостойкости

по ГОСТ 9128

образец

по ГОСТ 9128

образец

по ГОСТ 9128

образец

по ГОСТ 9128

образец

№ 1(3 %)

1,5–4,0

4,36

1,1

0,85

2,5

2,3

Не менее 0,85

0,96

№ 2(4 %)

3,78

1,10

2,4

0,98

№ 3(5 %)

1,52

1,14

3,3

1,40

№ 4(6 %)

1,20

1,14

3,2

0,99

 

Таблица 2

Свойства асфальтобетонной смеси с минеральным порошком







Номера образца (количество битума)

Водонасыщения

Прочность при сжатия, 500С

Прочность при сжатия, 200С

Коэффициент водостойкости

по ГОСТ 9128

образец

по ГОСТ 9128

образец

по ГОСТ 9128

образец

по ГОСТ 9128

образец

№ 1(3 %)

1,5–4,0

3,85

1,1

1,1

2,5

2,9

Не менее 0,85

1,35

№ 2(4 %)

2,51

1,53

4,2

1,23

№ 3(5 %)

1,98

1,58

4,6

1,08

№ 4(6 %)

1,86

1,56

4,2

1,10

 

Из табл.1 и 2 видно, что образцы с минеральным порошком имеет лучшее показатели водостойкости и водонасыщением по сравнению без минеральных порошков. Наличие минерального порошка из сланца также влияло на прочности сжатия при 20 и 500С.

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что оптимальное содержания битума в исследуемое смеси с использованием минерального порошка из сланца можно принять в приделе 4–5 %, так как при этом содержании битума асфальтобетонная смесь отвечает всем требованиям ГОСТ 9128–2009. Это приводит к экономию расходуемого битума до 20 %.

Введение в составе асфальтобетонных смесей минерального порошка из сланца, позволяет повышать транспортно — эксплуатационные качеств дорожных одежд, в том числе прочность, ровность, сцепные качества. Кроме того, прочность на сжатии асфальтобетонных смесей увеличивается при 200С на 35 %, при 500С на 40 %, а водостойкость на 30 %.

 

Литература:

 

1.                  ГОСТ 9128–2009 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон» Технические условия.

2.                  ГОСТ 12801–98 «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства» Методы испытаний.

3.                  ГОСТ 16557–2005 «Порошок минеральный для асфальтобетонных

4.                  и органоминеральных смесей» Технические условия.

5.                  Л. Б. Гезенцвея. «Дорожный асфальтобетон» Москва «Транспорт». 1976.

6.                  «Испытания дорожно-строительных материалов лабораторный практикум» Москва «Транспорт». 1985.

7.                  П. Н. Попов. Лабораторный практикум по предмету «Строительные материалы и детали» Москва. «Стройиздат» 1988.

8.                  И. М. Грушко и другие. «Дорожно-строительные материалы» Москва, «Транспорт» 1991.

 

HMA Mix Основы дизайна — интерактивное покрытие

HMA состоит из двух основных ингредиентов: заполнителя и асфальтового связующего. Разработка смеси HMA — это процесс определения того, какой заполнитель использовать, какое асфальтовое вяжущее использовать и какой должна быть оптимальная комбинация этих двух ингредиентов.

Когда заполнитель и асфальтовое связующее объединяют для получения однородного вещества, это вещество, HMA, приобретает новые физические свойства, которые связаны, но не идентичны физическим свойствам его компонентов.Механические лабораторные испытания могут использоваться для характеристики основной смеси или прогнозирования свойств смеси. Дизайн смеси HMA развился как лабораторная процедура, которая использует несколько критических тестов для определения ключевых характеристик каждой пробной смеси HMA. Хотя эти характеристики не являются исчерпывающими, они могут дать разработчику смеси хорошее представление о том, как конкретная смесь будет работать в полевых условиях во время строительства и при последующей загрузке трафика.

В этом разделе рассматриваются основы проектирования смесей, общие для всех методов проектирования смесей.Во-первых, обсуждаются две основные концепции (дизайн смеси как моделирование, а также термины и отношения веса и объема), которые задают основу для последующего обсуждения. Во-вторых, представлены переменные, которыми может манипулировать дизайн микса. В-третьих, представлены основные цели дизайна миксов. Наконец, представлена ​​общая процедура расчета смеси (которую используют все методы Hveem, Marshall и Superpave).

Концепции

Перед тем, как обсуждать какие-либо особенности проектирования смесей, важно понять пару основных концепций проектирования смесей:

  • Смесь — симуляция
  • Термины и отношения массы и объема HMA

Mix Design — это моделирование

Прежде всего, дизайн смеси — это лабораторное моделирование.Дизайн смеси предназначен для имитации фактического производства, конструкции и производительности HMA в максимально возможной степени. Затем на основе этого моделирования мы можем предсказать (с достаточной уверенностью), какой тип дизайна смеси лучше всего подходит для конкретного рассматриваемого приложения и как он будет работать.

Поскольку это моделирование, микширование имеет свои ограничения. В частности, существуют существенные различия между лабораторными и полевыми условиями. Конечно, небольшая лабораторная установка, состоящая из нескольких образцов размером 100–150 мм (4–6 дюймов), машины для уплотнения и пары испытательных устройств, не может полностью воссоздать фактические условия производства, конструкции и производительности.Например, уплотнение конструкции смеси должно создавать такую ​​же общую плотность (пустотное содержимое), до которой трафик окончательно уплотняет смесь в полевых условиях в условиях эксплуатации (Roberts et al., 1996 [1] ). Однако трудно откалибровать количество тамперных ударов (лабораторное уплотнение) для конкретного уплотнения конструкции и последующей нагрузки от движения (уплотнение в полевых условиях). Используемые в настоящее время корреляции между этими плотностями носят эмпирический характер и крайне приблизительны (например, категории высокого, среднего и низкого трафика).Однако, несмотря на ограничения, такие как предыдущие, процедуры проектирования смесей могут обеспечить рентабельное и достаточно точное моделирование, которое полезно при принятии решений по проектированию смесей.

Термины и взаимосвязи веса и объема HMA

Конструкция смеси

, в частности конструкция смеси Superpave, по своей природе является объемной. То есть он стремится объединить заполнитель и асфальт на основе объема (в отличие от веса). Измерения объема обычно производятся косвенно, путем определения веса и удельного веса материала, а затем вычисления его объема.Таким образом, конструкция смеси включает в себя несколько различных измерений пустот и удельного веса. Прежде чем продолжить, важно четко понимать эти термины.

Переменные

HMA — довольно сложный материал, к которому предъявляется множество различных, а иногда и противоречивых требований к производительности. Он должен противостоять деформации и растрескиванию, быть долговечным, устойчивым к повреждениям водой, обеспечивать хорошее сцепление с поверхностью и при этом быть недорогим, легко производимым и легко размещаемым.Чтобы удовлетворить эти требования, разработчик микса может управлять всеми тремя переменными:

  1. Совокупность . Такие параметры, как тип (источник), градация и размер, прочность и сопротивление истиранию, долговечность и надежность, форма и текстура, а также чистота могут быть измерены, оценены и в некоторой степени изменены.
  2. Вяжущее асфальтовое . Такие параметры, как тип, долговечность, реология, чистота, а также дополнительные модифицирующие агенты могут быть измерены, оценены и в некоторой степени изменены.
  3. Отношение битумного вяжущего к заполнителю . Обычно выражаемое в процентах асфальтового вяжущего от общей массы HMA, это соотношение оказывает сильное влияние на характеристики дорожного покрытия HMA. Из-за значительных различий в удельном весе заполнителя доля асфальтового вяжущего , выраженная в процентах от общего веса , может широко варьироваться, даже если объем асфальтового вяжущего в процентах от общего объема остается довольно постоянным.

Цели

Перед тем, как приступить к процедуре составления смеси, важно понять, каковы ее цели.В этом разделе представлены типичные качества хорошо сделанной смеси HMA. Манипулируя переменными заполнителя, битумного вяжущего и соотношением между ними, дизайн смеси стремится достичь следующих качеств в конечном продукте HMA (Roberts et al., 1996 [1] ):

  1. Сопротивление деформации (устойчивость) . HMA не должен искажаться (рутиться) или деформироваться (пихаться) под нагрузкой трафика. Деформация HMA связана с одним или несколькими из следующих факторов:
    • Агрегатная поверхность и характеристики истирания .Округлые частицы имеют тенденцию скользить друг относительно друга, вызывая деформацию HMA под нагрузкой, в то время как угловатые частицы сцепляются друг с другом, обеспечивая хорошую стойкость к деформации. Хрупкие частицы вызывают искажение смеси, потому что они имеют тенденцию разламываться при перемешивании или нагрузке. Тесты на форму и текстуру частиц, а также на прочность и надежность могут выявить источники проблемных агрегатов. Этих источников можно избежать или, как минимум, можно смешать заполнитель с хорошей поверхностью и абразивными характеристиками, чтобы обеспечить лучшие общие характеристики.
    • Агрегированная градация . Градации с чрезмерной мелкостью (естественной или вызванной чрезмерным истиранием) вызывают деформацию, потому что большое количество мелких частиц имеет тенденцию раздвигать более крупные частицы и действовать как смазка шарикоподшипников между этими более крупными частицами. Такой же эффект может иметь градация, приводящая к низкому VMA или чрезмерному содержанию битумного вяжущего. Спецификации градации используются для обеспечения приемлемой градации агрегатов.
    • Содержание битумного вяжущего .Избыточное содержание битумного вяжущего имеет тенденцию смазывать и раздвигать частицы заполнителя, облегчая их перегруппировку под нагрузкой. Оптимальное содержание битумного вяжущего, определяемое конструкцией смеси, должно предотвратить это.
    • Вязкость битумного вяжущего при высоких температурах . В жаркие летние месяцы вязкость асфальтового вяжущего минимальна, и дорожное покрытие легче деформируется под нагрузкой. Указание асфальтового вяжущего с минимальной высокотемпературной вязкостью (как это можно сделать в процессе выбора битумного вяжущего Superpave) обеспечивает адекватную высокотемпературную вязкость.
  2. Сопротивление усталости . HMA не должен трескаться при многократных нагрузках с течением времени. Усталостное растрескивание HMA связано с содержанием и жесткостью битумного вяжущего. Более высокое содержание битумного вяжущего приведет к тому, что смесь будет иметь большую тенденцию к упругой деформации (или, по крайней мере, к деформации), а не к разрушению при повторяющейся нагрузке. Оптимальное содержание битумного вяжущего, определяемое конструкцией смеси, должно быть достаточно высоким, чтобы предотвратить чрезмерное усталостное растрескивание. Использование битумного вяжущего с более низкой жесткостью увеличит усталостную долговечность смеси за счет большей гибкости.Однако при выборе асфальтового вяжущего необходимо также учитывать возможность образования колей. Обратите внимание, что сопротивление усталости также сильно зависит от соотношения между толщиной структурного слоя и нагрузкой. Однако в этом разделе рассматриваются только проблемы дизайна смеси.
  3. Устойчивость к низкотемпературному растрескиванию . HMA не должен давать трещин при воздействии низких температур окружающей среды. Низкотемпературное растрескивание в первую очередь является функцией низкотемпературной жесткости битумного вяжущего.Определение асфальтового вяжущего с адекватными низкотемпературными свойствами (как это можно сделать в процессе выбора битумного вяжущего Superpave) должно предотвратить или, по крайней мере, ограничить низкотемпературное растрескивание.
  4. Прочность . HMA не должен подвергаться чрезмерному старению в процессе производства и эксплуатации. Долговечность HMA связана с одним или несколькими из следующих факторов:
    • Толщина пленки асфальтового вяжущего вокруг каждой частицы заполнителя . Если толщина пленки, окружающей частицы заполнителя, недостаточна, возможно, что заполнитель станет доступным для воды через отверстия в пленке.Если заполнитель является гидрофильным, вода вытесняет асфальтовую пленку, и сцепление асфальта с заполнителем будет потеряно. Этот процесс обычно называют зачисткой. Оптимальное содержание битумного вяжущего, определяемое конструкцией смеси, должно обеспечивать адекватную толщину пленки.
    • Воздушные пустоты . Избыточные воздушные пустоты (порядка 8 процентов или более) увеличивают проницаемость HMA и обеспечивают более легкий доступ кислорода к большему количеству битумного вяжущего, что ускоряет окисление и улетучивание. Чтобы решить эту проблему, конструкция смеси HMA стремится отрегулировать такие элементы, как содержание асфальта и градацию агрегатов, чтобы создать расчетные воздушные пустоты около 4 процентов.Избыточные воздушные пустоты могут быть либо проблемой конструкции смеси, либо проблемой конструкции, и в этом разделе рассматривается только проблема конструкции смеси.
  5. Устойчивость к повреждениям от влаги . HMA не должен существенно разлагаться из-за попадания влаги в смесь. Устойчивость к повреждениям от влаги связана с одним или несколькими из следующих факторов:
    • Сводные минеральные и химические свойства . Некоторые заполнители притягивают влагу к своим поверхностям, что может вызвать их отслоение.Чтобы решить эту проблему, можно либо избежать отслаивания заполнителей, либо использовать модификатор асфальтового связующего, препятствующий отслаиванию.
    • Воздушные пустоты . Когда воздушные пустоты HMA превышают примерно 8 процентов по объему, они могут стать взаимосвязанными и позволить воде легко проникнуть в HMA и вызвать повреждение влаги из-за порового давления или расширения льда. Чтобы решить эту проблему, конструкция смеси HMA регулирует содержание битумного вяжущего и градацию заполнителя для создания проектных воздушных пустот около 4 процентов.Избыточные воздушные пустоты могут быть либо проблемой конструкции смеси, либо проблемой конструкции, и в этом разделе рассматривается только проблема конструкции смеси.
  6. Сопротивление скольжению . HMA, размещенный в качестве поверхностного слоя, должен обеспечивать достаточное трение при контакте с шиной транспортного средства. Низкое сопротивление скольжению обычно связано с одним или несколькими из следующих факторов:
    • Совокупные характеристики, такие как текстура, форма, размер и стойкость к полировке . Гладкие, округлые или полируемые заполнители менее устойчивы к скольжению.Тесты формы и текстуры частиц могут выявить источники проблемных агрегатов. Этих источников можно избежать или, как минимум, можно смешать заполнитель с хорошей поверхностью и абразивными характеристиками, чтобы обеспечить лучшие общие характеристики.
    • Содержание битумного вяжущего . Чрезмерное количество битумного вяжущего может вызвать кровотечение HMA. Использование оптимального содержания битумного вяжущего, определенного конструкцией смеси, должно предотвратить просачивание.
  7. Технологичность . HMA должен быть уложен и уплотнен с разумными усилиями.Работоспособность обычно связана с одним или обоими из следующих факторов:
    • Текстура, форма и размер заполнителя . Плоские, удлиненные или угловатые частицы имеют тенденцию сцепляться друг с другом, а не соскальзывать друг с другом, что затрудняет их размещение и уплотнение (обратите внимание, что это почти прямо противоречит желаемым свойствам агрегата для сопротивления деформации). Несмотря на то, что для количественной оценки удобоукладываемости не существует специальных тестов на дизайн смеси, тесты на форму и текстуру частиц могут выявить возможные проблемы с удобоукладываемостью.
    • Агрегированная градация . Градации с избытком мелочи (особенно в диапазоне размеров от 0,60 до 0,30 мм (№ 30–50) при использовании натурального окатанного песка) могут привести к тому, что смесь станет нежной. Такой же эффект может иметь градация, приводящая к низкому VMA или избыточному содержанию битумного вяжущего. Спецификации градации используются для обеспечения приемлемой градации агрегатов.
    • Содержание битумного вяжущего . При температуре укладки (выше примерно 120 ° C (250 ° F)) асфальтовое вяжущее действует как смазка между частицами заполнителя, когда они уплотняются.Следовательно, низкое содержание битумного вяжущего снижает эту смазку, что приводит к менее технологичной смеси. Обратите внимание, что более высокое содержание битумного вяжущего обычно хорошо для удобоукладываемости, но, как правило, плохо для сопротивления деформации.
    • Вязкость битумного вяжущего при температурах смешивания / укладки . Если вязкость битумного вяжущего слишком высока при температурах перемешивания и укладки, HMA становится трудно выгружать, растекать и уплотнять. Ротационный вискозиметр Superpave специально проверяет вязкость асфальтового вяжущего при температуре перемешивания / укладки.

Зная эти цели, задача при проектировании смеси состоит в том, чтобы разработать относительно простую процедуру с минимальным количеством тестов и образцов, которая позволит получить смесь со всеми вышеуказанными качествами HMA.

Основная процедура

Разработка смеси

HMA — это процесс определения того, какой заполнитель использовать, какое асфальтовое вяжущее использовать и какой должна быть оптимальная комбинация этих двух ингредиентов. Чтобы удовлетворить требования, предъявляемые к предыдущим желаемым свойствам HMA, все процессы проектирования смесей включают три основных этапа:

  1. Совокупный выбор .Независимо от конкретного метода, общая процедура проектирования смеси начинается с оценки и выбора источников заполнителя и асфальтового вяжущего. Разные органы определяют разные методы приема агрегатов. Обычно группа совокупных физических тестов периодически запускается на каждом конкретном совокупном источнике. Затем для каждого дизайна смеси проверяются требования к градации и размеру. Обычно для соответствия требованиям градации требуется агрегат из более чем одного источника.
  2. Выбор битумного вяжущего .Несмотря на то, что разные органы власти могут и действительно определяют разные методы оценки асфальтового вяжущего, спецификация на асфальтовое вяжущее Superpave была или будет принята большинством Государственных DOT в качестве стандарта (NHI, 2000 [2] ).
  3. Определение оптимального содержания битумного вяжущего . Методы проектирования смесей обычно различаются по методу, с помощью которого они определяют оптимальное содержание асфальтового вяжущего. Этот процесс можно подразделить следующим образом:
    • Сделайте несколько пробных смесей с разным содержанием битумного вяжущего.
    • Уплотните эти пробные смеси в лаборатории. Важно понимать, что этот шаг в лучшем случае является грубым моделированием полевых условий.
    • Проведите несколько лабораторных тестов для определения основных характеристик образца. Эти испытания представляют собой отправную точку для определения свойств смеси, но они не являются исчерпывающими и не являются точным воспроизведением реальных полевых условий.
    • Выберите содержание битумного вяжущего, которое наилучшим образом соответствует целям конструкции смеси.

Формула смешивания рабочих мест

Конечным результатом удачного дизайна смеси является рекомендуемая смесь заполнителя и асфальтового вяжущего. Эту рекомендуемую смесь, которая также включает градацию заполнителя и тип асфальтового вяжущего, часто называют формулой рабочей смеси (JMF) или рецептом.

Сводка

Разработка смеси

HMA — это лабораторный процесс, используемый для определения подходящего заполнителя, асфальтового вяжущего и их пропорций для использования в HMA. Конструирование смеси — это процесс управления тремя переменными: (1) заполнителем, (2) содержанием асфальтового связующего и (3) соотношением заполнителя к асфальтовому вяжущему с целью получения HMA, устойчивого к деформации, усталости, низкотемпературного растрескивания. прочный, прочный, устойчивый к влаге, противоскользящий и работоспособный.Хотя конструкция смеси имеет множество ограничений, она оказалась экономически эффективным методом предоставления важной информации, которая может быть использована для создания высокопроизводительного HMA.

Как делают асфальт? | Санленд Асфальт

Как производится асфальт?

10 января, 18 /
Ремонт асфальта

Люди ездят и ходят по асфальту каждый день, даже не задумываясь об этом. Асфальтовое покрытие покрывает дороги, взлетно-посадочные полосы и парковки, чтобы люди во всем мире могли добраться туда, куда им нужно.Это один из наиболее часто используемых материалов для дорожного покрытия, потому что он прочный, его можно быстро отремонтировать и повторно использовать в других проектах по укладке дорожного покрытия.

Какие ингредиенты входят в асфальтовое покрытие?

Два основных ингредиента, смешанных вместе, чтобы сделать асфальтовое покрытие, — это асфальтовый цемент и заполнитель. Асфальтовый цемент — это высоковязкая жидкая форма нефти. Он действует как клей, который связывает совокупность (небольшие камни) вместе, чтобы создать жесткий и гибкий материал.Асфальтовое покрытие обычно состоит из 5% асфальтобетона и 95% заполнителя. Обычно на нижних уровнях слоя дорожного покрытия частицы заполнителя более крупные и немного менее угловатые; на поверхностных уровнях частицы более мелкие и более угловатые. Для продления срока службы дорожного покрытия могут быть добавлены очень мелкие частицы заполнителя, называемые «мелкими частицами». Помимо асфальтового цемента и заполнителя, компании-производители могут добавлять в смесь определенные химические вещества, такие как гашеная известь для более плотного сцепления или полимеры для повышения гибкости.Состав может несколько отличаться в зависимости от климата места, где будет укладываться асфальтовое покрытие. Асфальт для участков с более теплым климатом становится более твердым, чтобы выдерживать более высокие температуры, а асфальт для участков с более холодным климатом — более мягким.

Как производится смесь для асфальтового покрытия?

Смеси для асфальтовых покрытий обычно производятся на заводе. Все ингредиенты должны быть точно отмерены, чтобы соответствовать типу проекта и климату на месте проекта.Затем толстый битумный цемент необходимо сделать более жидким, чтобы его можно было смешать с заполнителем и другими компонентами. Методы разбавления асфальта включают разбавление путем применения растворителя, эмульгирование в воде или нагревание. Отопление — самый распространенный метод. Заполнитель необходимо очистить, просушить и прогреть. Когда и заполнитель, и асфальт нагреваются до нужной температуры, они смешиваются вместе в барабане или толкательной мельнице, которые представляют собой разные типы смесительных машин, которые производят гомогенную смесь.Выбор правильной температуры для процесса имеет решающее значение — производители должны регулировать температуру в зависимости от времени, которое потребуется для транспортировки смеси для дорожного покрытия с завода на строительную площадку, от толщины асфальтового цемента в начале и того, сколько времени потребуется на уплотните смесь после нанесения.

В чем разница между горячим асфальтом и теплым асфальтом?

Горячий асфальт в настоящее время является наиболее часто используемой формой асфальтового покрытия, но теплый асфальт все чаще используется в строительных проектах.HMA требует, чтобы заполнитель был высушен и нагрет, а битумный цемент был нагрет до очень высокой температуры перед их смешиванием. Кроме того, HMA необходимо поддерживать при высоких температурах во время его нанесения и уплотнения. Чтобы сделать WMA, определенные эмульсии, цеолиты, воски или вода добавляются в асфальтовый цемент перед его смешиванием с заполнителем. Этот метод позволяет производить продукцию при гораздо более низких температурах, что снижает потребление энергии, использование нефти и выбросы вредных газов.

Производство асфальта — это разнообразный, но точный процесс.При применении обученными профессионалами и надлежащем обслуживании он может прослужить десятилетия.

ГОРЯЧИЙ СМЕСИТЕЛЬ АСФАЛЬТА — McAsphalt

Комбинация однородно смешанного заполнителя, покрытого асфальтовым цементом.

Горячий асфальт (HMA) состоит из смеси заполнителя, равномерно перемешанного и покрытого асфальтовым цементом. Чтобы высушить заполнители и получить достаточную текучесть асфальтобетона для надлежащего перемешивания и удобоукладываемости, и заполнитель, и асфальт должны быть нагреты перед смешиванием — отсюда и термин «горячая смесь».”

Заполнители и асфальт смешиваются в смесительной установке, в которой все составляющие материалы нагреваются, дозируются и смешиваются для получения желаемой смеси для дорожного покрытия. После того, как смешивание растений завершено, горячая смесь транспортируется к месту мощения и распределяется асфальтоукладчиком рыхлым слоем до однородной, ровной поверхности. Пока смесь для дорожного покрытия еще горячая, материал дополнительно уплотняется тяжелыми роликами с приводом от двигателя для получения гладкого, хорошо уплотненного слоя дорожного покрытия.

Горячие асфальтовые смеси для дорожного покрытия могут производиться из широкого диапазона комбинаций заполнителей, каждая из которых имеет свои особые характеристики, подходящие для конкретных целей проектирования и строительства. В дополнение к количеству и качеству используемого асфальта, основные характеристики смеси определяются относительными количествами заполнителя, мелкого заполнителя и минерального наполнителя.

Основы дизайна 101

Горячая асфальтовая смесь (HMA) состоит из двух основных ингредиентов: заполнителя и асфальтового связующего.Дизайн HMA — это процесс определения того, какой заполнитель использовать, какое асфальтовое вяжущее использовать и какой должна быть оптимальная комбинация этих двух ингредиентов.

Асфальтовые цементы

Асфальтовый цемент — это прочный, универсальный и устойчивый к атмосферным воздействиям и химическим веществам вяжущий материал, который адаптируется к множеству применений, возможно, чаще всего для связывания щебня и агрегатирования в твердую, прочную поверхность на дорогах, улицах и взлетно-посадочных полосах аэропортов.

Адгезионные / липкие покрытия и грунтовки

Связующее покрытие — это нанесение битумной эмульсии распылением.Он наносится на существующую асфальтовую или портландцементную бетонную поверхность перед новым асфальтовым покрытием или ямочным ремонтом.

Добавки и модификаторы для асфальта

McAsphalt обеспечивает дорожно-строительную промышленность высококачественными добавками для асфальта, которые увеличивают адгезию между асфальтовым вяжущим и заполнителями и улучшают характеристики покрытия за счет уменьшения образования колей и повреждений, вызванных влажностью.

Ремонт дорожного покрытия

Сохранение дорожного покрытия — это стратегия, в которой используется «правильное обращение, правильная дорога, в нужное время».«Консервация тротуаров позволяет использовать скудные доллары еще больше — каждый потраченный доллар сводит к минимуму дорогостоящие затраты на восстановление и реконструкцию в будущем.

границ | Оптимизация состава и практическое применение цветной эмульгированной асфальтовой смеси

Введение

Цветное покрытие имеет широкие перспективы применения, например, для стимулирования движения, повышения безопасности вождения и плавности движения (Ando et al., 2011; Xu et al., 2012). Такое покрытие может служить разделителем дорог, украшать окружающую среду и способствовать уменьшению тепловых островов (Synnefa et al., 2011). Кроме того, окрашенное дорожное покрытие, приготовленное с использованием эмульгированного асфальта в качестве связующего, имеет ряд преимуществ, таких как низкая стоимость, удобная конструкция, а также широкая доступность сырья и диапазон применения. Тем не менее, воздействие окружающей среды и движущих нагрузок приводит к потере цвета и появлению трещин в первоначальных или недавних проектах цветного покрытия (Zhang et al., 2019a, b, c). Недостатки цветного покрытия, такие как низкая стойкость цвета, сложность контроля цвета покрытия и серьезное загрязнение цвета, ограничивают его продвижение и применение.Кроме того, не были эффективно решены начальные проблемы цветного покрытия, такие как его плохие характеристики противоскольжения и недостаточная устойчивость к высоким температурам. Наконец, для ухода за цветным покрытием можно использовать несколько материалов. Поэтому содержание и ремонт цветных тротуаров постепенно становятся актуальными проблемами, требующими решения.

Несколько исследователей провели соответствующие исследования цветного покрытия в связи с его все более широким применением в дорожном строительстве.Bocci et al. (2012) изучили механические и фотометрические свойства цветных дорожных покрытий и показали, что они обладают хорошей износостойкостью, но плохой стойкостью к остаточной деформации при высоких температурах. Его замечательные фотометрические свойства могут улучшить дизайн освещения туннелей, что снижает затраты на осветительное оборудование и потребление энергии. Сдвиг, колейность, рыхлое отслаивание и плохая стойкость окраски цветного покрытия по-прежнему являются основными типами проблем при длительном использовании (Lee and Kim, 2007).Tang et al. (2015) смешали ароматическое масло с нефтяной смолой и функциональными полимерами для получения цветного связующего. Затем окрашенное связующее смешивали с пигментом, заполнителями и добавками для приготовления цветных асфальтовых смесей. Светлоокрашенные синтетические асфальтовые (LCSA) связующие были приготовлены с использованием ароматического масла, нефтяной смолы и различных модификаторов полимеров. Результаты испытаний изгибающей балки (BBR) показывают, что связующее, приготовленное с использованием SBS, EVA и SBS + EVA, имело лучшие характеристики при низких температурах с лучшей устойчивостью к старению в уплотненном покрытии (Sengoz and Isikyakar, 2008; Tang et al., 2018; Чжоу и др., 2020). He (2013) и Jin (2015) указали, что сетчатая структура может быть сформирована полимерными модификаторами в связующем LCSA, что значительно влияет на характеристики как при высоких, так и при низких температурах. Линь и Луо (2004) обнаружили, что выцветание цветного асфальта зависит от типа и дозировки красителя, а также от продолжительности выдержки. Результаты также показали, что красные красители всегда имели лучшую стойкость к выцветанию, чем зеленые при воздействии ультрафиолетового света. Gao et al. (2005) обнаружили, что состаренный цветной асфальт с повышенным содержанием асфальтенов снижает содержание коллоидов, ароматического фенола и насыщенного фенола, а исходная сбалансированная система коллоидов асфальта разрушается, что приводит к ухудшению характеристик асфальта.

Как уже упоминалось, болезни цветного асфальтового покрытия и приготовление цветного асфальтового вяжущего широко изучены. Однако сложные компоненты и различное сырье цветного асфальта оставили несколько проблем, которые необходимо решить для подготовленных цветных асфальтов и их смесей, особенно в отношении его низкой стойкости к окраске и стабильности при хранении. Поэтому здесь был принят единый метод проектирования. Эмульгированный асфальт был модифицирован добавлением неорганических материалов, таких как глина и микрокремнезем.Пропорции его смеси и характеристики дорожного покрытия были изучены в сочетании с соответствующими испытаниями для получения CEASM с хорошей стойкостью окраски и высокой стабильностью при хранении.

Материалы и испытания

Сырье

В данном исследовании использовался самодельный светлый эмульгированный асфальт, его конкретные технические показатели показаны в таблице 1. Как было предложено Ouyang et al. (2006) и Sasanipour et al. (2019), в качестве функциональных наполнителей были выбраны глина с размером ячеек 325 меш и полузамещенный микрокремнезем D920.Технические показатели микрокремнезема приведены в таблице 2. Был выбран композитный неорганический пигмент титанового красного, технические показатели которого показаны в таблице 3. Используемые минеральные компоненты и пропорции смеси приведены в таблице 4.

Таблица 1. Условные технические показатели светлого эмульгированного асфальта.

Таблица 2. Технические показатели микрокремнезема.

Таблица 3. Технические показатели техники композитного красного пигмента титана.

Таблица 4. Процент каждого компонента минерального заполнителя, проходящего через отверстие сита, и пропорция каждой смеси.

Процесс подготовки

Процесс подготовки CEASM выглядит следующим образом:

(1) Взвесьте 1000 г глины, 1000 г микрокремнезема, 100 г пигмента, 2000 г минерального заполнителя и 1500 г эмульгированного асфальта для использования.

(2) Добавьте водопроводную воду в резервуар с мешалкой в ​​количестве 11% от общей массы глины, микрокремнезема, пигментов и минерального заполнителя.

(3) Поместите перемешиваемый резервуар с добавленной водой под разбрасыватель и постепенно увеличивайте скорость отлаженного разбрасывателя до 500–800 об / мин.

(4) Взвесьте глину, микрокремнезем и пигмент, добавьте их в емкость с мешалкой и равномерно перемешайте со скоростью 500–800 об / мин в течение 3–4 минут.

(5) Взвесьте пигмент, добавьте его в емкость с мешалкой и равномерно перемешайте при 500–800 об / мин в течение 3–4 мин.

(6) Взвесьте эмульгированный асфальт и добавьте его в резервуар с мешалкой. Установите скорость 1500–1600 об / мин (конкретная скорость зависит от мощности машины и размера разбрасывателя) и перемешивайте в течение 10–15 минут.

(7) Взвесьте минеральные агрегаты и порциями добавьте их в резервуар с мешалкой. Установите скорость 1500–2500 об / мин и перемешивайте в течение 5 минут.

(8) Поместите произведенные материалы в маркированный контейнер для хранения.

Методы испытаний

Учитывая, что CEASM имеет множество компонентов с различными диапазонами содержания, изучение его характеристик дорожного покрытия отнимает много времени и средств. Поэтому для исследования влияния дозировки каждого компонента, в том числе глины, микрокремнезема, пигмента, минерального заполнителя и эмульгированного асфальта, был использован единый метод дизайна испытаний, предложенный Кайтаем и Юань.Этот метод рассматривает равномерно разнесенные значения по всему диапазону испытаний и представляет собой приложение квази-метода Монте-Карло из нескольких теоретических подходов (Fang, 1994; Fang and Wang, 1994). По сравнению с «всесторонними испытаниями» и «ортогональным дизайном» количество испытаний унифицированного дизайна значительно сокращается.

Таблица U 10 (10 8 ) использовалась для единого дизайна (см. Таблицу 5). Согласно правилам таблицы, факторы были помещены в столбцы 1, 2, 4, 5 и 7.После проведения нескольких экспериментов было обнаружено, что при содержании глины 65 г содержание микрокремнезема, пигмента, минерального заполнителя и эмульгированного асфальта составляло 50 г, 50 г, 110 г и 110 г соответственно. Приготовленная уплотнительная смесь имела преимущества простоты хранения и стабильности. Таким образом, исходя из инженерного опыта, было принято 10 уровней для каждого фактора в верхнем и нижнем интервалах этих пяти значений. Конкретный план приведен в таблице 6. Количество каждого компонента выражается в процентах от общей массы.Повторяемые тесты были выполнены для каждого номера теста, включенного в Таблицу 6. Если ошибка для каждого повторного результата теста не превышала ± 5%, результаты теста принимались, поскольку они считались надежными.

Таблица 5. U 10 (10 8 ) единый дизайн теста.

Таблица 6. Единый проектный план испытаний.

Стабильность при хранении, износостойкость, противоскользящие свойства и стойкость цвета являются ключевыми показателями, которые можно использовать для оценки эффективности CEASM (Fu et al., 2007; Лян и др., 2015; Ю. и др., 2018). Здесь были проведены лабораторные испытания, испытания на стабильность при хранении и износостойкость для изучения свойств CEASM. Характеристики противоскольжения и стойкость цвета были исследованы на пробном участке дороги, проложенном в провинции Гуандун.

Тесты на стабильность при хранении в течение 5 дней

Примерно 300 мл однородной пробы CEASM фильтруют через сетчатый фильтр 1,18 мм в пробирку для определения стабильности асфальтовой эмульсии. Хранится 5 суток при комнатной температуре.Для каждого образца проводят три параллельных теста, чтобы проверить стабильность CEASM при хранении в течение 5 дней.

Тесты на остатки грохота

Образец CEASM хранится в течение 10 дней, а затем 500 г однородного образца CEASM фильтруют через сетчатый фильтр 1,18 мм при комнатной температуре. Тест используется для определения остатка CEASM на экране.

Испытания на износостойкость

Износостойкость смеси может быть определена с помощью испытания на истирание на мокрой дорожке (WTAT). Индексы оценки — это значения WTAT за 1 час и 6 дней.Инструмент, используемый в этом испытании, представляет собой тестер на истирание мокрых дорожек.

Тесты против скольжения

Маятниковый тестер для определения коэффициента трения дорожного покрытия используется в качестве метода проверки антискользящих характеристик. Это полевые испытания. Индекс оценки — это значение коэффициента трения маятника BPN. Каждое тестовое положение необходимо измерять параллельно в 3 точках, и в качестве результата теста принимается среднее значение результатов измерения в 3 тестовых точках.

Тесты на стойкость цвета

На ослабление цвета окрашенного покрытия влияет множество факторов.Трудно точно смоделировать скорость затухания цвета и изменение условий эксплуатации окрашенного покрытия в лаборатории. Таким образом, при укладке пробного участка дороги Хуандао в городе Чжуншань, провинция Гуандун, стойкость цвета оценивается путем наблюдения за изменением цвета покрытия после открытия для движения в течение 6 месяцев.

Результаты и обсуждение

Стабильность при хранении

5-дневная стабильность при хранении

В соответствии с требованиями Технических условий для строительства асфальтовых покрытий для автомагистралей (JTG F40-2004) в Китае, индекс стабильности при 5-дневном хранении не должен превышать 5%.Чем выше значение 5-дневной стабильности при хранении, тем хуже 5-дневная стабильность. На рисунке 1 показано влияние различных факторов испытаний на стабильность смеси при хранении в течение 5 дней. Из Фиг.1А видно, что с повышенным содержанием глины 5-дневная стабильность при хранении постепенно увеличивалась до стабильного значения, но имела тенденцию к снижению, когда содержание глины достигало приблизительно 21%. Поэтому предпочтительное количество глины для смешивания было в пределах 15–20%. Как показано на Рисунке 1B, содержание микрокремнезема мало повлияло на 5-дневную стабильность при хранении, поэтому рекомендуется содержание 12–20%.Как показано на Рисунке 1C, дополнительное количество эмульгированного асфальта привело к лучшей стабильности при хранении в течение 5 дней с предпочтительным количеством смеси более 20%. Рисунки 1D, E показывают, что с увеличением количества пигмента и минерального агрегата 5-дневная стабильность при хранении имела тенденцию к снижению. Содержание пигмента должно соответствовать требованиям к цвету после формования с предпочтительным диапазоном смешивания 10–14%. Кроме того, в соответствии с требованиями к характеристикам противоскольжения дорожного покрытия после формования предпочтительное количество смешанного минерального заполнителя составляет от 28 до 38%.

Рис. 1. Влияние различных факторов испытаний на 5-дневную стабильность смесей при хранении. (A) Количество смешанной глины. (B) Количество смешанного микрокремнезема. (C) Количество смешанного эмульгированного асфальта. (D) Количество смешанного пигмента. (E) Количество смешанного минерального заполнителя.

Остаток экрана

Для CEASM важно убедиться, что частицы эмульгированного асфальта не сильно конденсируются с функциональными наполнителями после длительного хранения.Остатки грохота являются ключевым фактором, позволяющим оценить стабильность асфальтобетонных смесей при хранении.

В соответствии с требованиями Технических условий для строительства дорожных асфальтовых покрытий (JTG F40-2004), остаточное количество модифицированного эмульгированного асфальта на сите не должно превышать 0,1%. Как показано на рисунке 2, остаток сита в смеси для каждого плана испытаний составлял менее 0,1%, и агломерированные частицы эмульгированного асфальта не образовывались. Таким образом, приготовленная эмульгированная асфальтобетонная смесь имеет хорошую стабильность при хранении.

Рис. 2. Количество остатков на экране CEASM после хранения в течение 10 дней.

Показатели износостойкости

Мощеный CEASM подвергается непосредственно различным нагрузкам, поэтому он должен обладать хорошей износостойкостью. На рисунке 3 показано влияние различных факторов испытаний на значение WTAT смесей. Как показано на Фигуре 3A, по мере увеличения глины значения WTAT за 1 час и 6 дней не менялись регулярно, а результаты испытаний имели большой разброс. Влияние содержания глины на значения WTAT было незаметным, что указывало на то, что эмульсия с высоким коэффициентом вязкости, образованная из глины, и эмульгированный асфальт имели ограниченное влияние на сформированную структуру смеси.Учитывая характеристики износостойкости, предпочтительное содержание глины в смеси составляло от 9 до 17%.

Рис. 3. Влияние различных факторов испытаний на значение WTAT смесей. (A) Количество смешанной глины. (B) Количество смешанного микрокремнезема. (C) Количество смешанного пигмента. (D) Количество смешанного минерального заполнителя. (E) Количество смешанного эмульгированного асфальта.

Из рисунка 3B видно, что существует хорошая корреляция между количеством смешанного микрокремнезема и значениями WTAT.При более высоком содержании микрокремнезема значения WTAT в течение 1 часа и 6 дней увеличивались, в то время как характеристики износостойкости смеси значительно снижались. В сочетании с требованиями индексов испытаний предпочтительное содержание в смеси микрокремнезема составляло от 10 до 16%.

Рисунок 3C показывает, что по мере увеличения пигмента значения 1-часового и 6-дневного WTAT сначала увеличивались, а затем постепенно стабилизировались. Когда количество смешанного пигмента составляло более 15%, эти значения быстро увеличивались. Это указывает на то, что пигмент является не только источником цвета, но и увеличивает компактность смеси после формования.Кроме того, когда содержание пигмента было менее 8%, цвет после формования немного светелся. В сочетании с приведенным выше анализом предпочтительное количество смешанного пигмента составляло от 8 до 15%.

Рисунок 3D показывает, что по мере увеличения содержания минеральных заполнителей значения WTAT за 1 и 6 дней сильно различались. Значительные изменения значений WTAT были вызваны смешанными пропорциями минерального заполнителя и эмульгированного асфальта, что отражает влияние эмульгированного асфальта на устойчивость смеси к повреждениям от влаги.Это также указывает на то, что качество структурной системы минерального заполнителя может сильно зависеть от количества смешанного эмульгированного асфальта. Согласно комплексному анализу, предпочтительное количество смешанного минерального заполнителя составляло от 28 до 32%.

Как показано на рисунке 3E, эмульгированный асфальт сильно влиял на значения WTAT за 1 и 6 дней. С повышенным содержанием эмульгированного асфальта, значения WTAT, очевидно, снизились, что указывает на то, что эмульгированный асфальт влияет на сопротивление влагостойкости и износостойкость CEASM.Поэтому предпочтительное количество смешанного светлого эмульгированного асфальта было в пределах 25–32%.

Противоскользящие характеристики

CEASM, проложенный на оригинальной дороге, уменьшает глубину конструкции дорожного покрытия. Чтобы изучить влияние различных методов обработки дорожного покрытия и количества смешанного заполнителя на фрикционный маятник, был выбран план испытаний № 7 в единой расчетной таблице, где содержание всех компонентов было в пределах предложенных диапазонов, а также противоскользящие характеристики. были проведены тесты.В качестве заполнителя для асфальтобетонной смеси была выбрана базальтовая порода с размером отдельных зерен 1,18 мм.

Как видно на рисунке 4, значение маятника трения CEASM было больше, чем требуется в спецификации (BPN ≥ 32). Следовательно, можно сделать вывод, что антискользящие характеристики исходной дороги могут быть восстановлены, что улучшается за счет увеличения совокупного содержания. При увеличении содержания заполнителя BPN начал быстро увеличиваться, но замедлился, когда количество смешанного заполнителя стало более 10%.Поэтому предлагается, чтобы на пробном участке дороги был установлен строгий индекс противоскольжения, количество смешанного заполнителя должно составлять 10%.

Рис. 4. Влияние количества смешанного заполнителя на величину маятника трения уплотнительного покрытия.

Стойкость цвета

Цвет дорожного покрытия быстро тускнеет через некоторое время. Поскольку на ослабление цвета влияют несколько сложных факторов, таких как взаимодействие с солнечным светом, мытье под дождем, вождение автомобиля и наземная пыль, трудно точно смоделировать скорость ослабления цвета и изменения цветного покрытия с помощью лабораторных испытаний (Autelitano and Giuliani, 2019).

Исследование дорожного покрытия из пробного раздела седьмого плана единого дизайна было выполнено для дальнейшего изучения стойкости цвета CEASM. Выцветание дорожного покрытия является значительным из-за жаркой погоды и обильных дождей в провинции Гуандун. Поэтому был выбран пробный участок дороги на Хуандао-роуд, Чжуншань, Китай, как показано на Рисунке 5. После того, как пробный участок находился под воздействием окружающей среды и вождения в течение более 6 месяцев, на тротуаре почти не было выцветания и заполнитель сохранил хорошую структуру и форму, как показано на Рисунке 6.Таким образом, CEASM, приготовленный в этом исследовании, показал хорошую стойкость цвета.

Рис. 5. CEASM после формования.

Рис. 6. CEASM после использования в течение 6 месяцев.

План приложения

В инженерных приложениях для CEASM требуются хорошая конструкционная технологичность и стабильность при хранении (Zani et al., 2017). В сочетании с результатами по стабильности при хранении и износостойкости состав смеси, удовлетворяющий требованиям технических приложений, показан в таблице 7.Когда к дорожному покрытию предъявляются строгие требования против скольжения, могут быть добавлены базальтовые горные породы с размером зерна от 0,6 до 1,18 мм. Общее правило добавления составляет 10%, которое было записано от массового процента CEASM.

Таблица 7. План применения CEASM.

Заключение

CEASM был приготовлен путем смешивания глины, микрокремнезема, пигмента и минерального заполнителя. Было изучено влияние содержания каждого компонента на стабильность при хранении, характеристики износостойкости, противоскользящие свойства и стойкость цвета.Противоскользящие свойства и стойкость цвета CEASM были протестированы на пробном участке дороги в Чжуншане. Эти результаты показали, что существует оптимальный состав смеси. Основные выводы сводятся к следующему.

(1) Учитывая стабильность при хранении, износостойкость, противоскользящие свойства и стойкость цвета, рекомендуется, чтобы содержание глины, микрокремнезема, пигмента, минерального заполнителя и эмульгированного асфальта в приготовленной смеси находилось в пределах 15 –17, 12–16, 10–14, 28–32 и 25–32% соответственно.

(2) Учитывая, что CEASM может уменьшить структурную глубину покрытия, антискользящие характеристики покрытия были протестированы после укладки с помощью CEASM. Было обнаружено, что значение маятникового трения покрытия с CEASM было больше 32 (выше требований спецификации). Следовательно, добавление заполнителей может улучшить значение маятника трения для покрытий с цветным уплотнением. Кроме того, тест на ходовые качества с CEASM показал, что он обладает хорошими антискользящими характеристиками и стойкостью окраски.

(3) Когда к дорожному покрытию предъявлялись строгие требования против скольжения, рекомендуется использовать базальтовые горные породы с размером зерна от 0,6 до 1,18 мм. Было зарегистрировано общее добавление 10% в расчете на массовый процент CEASM.

Заявление о доступности данных

Необработанные данные, подтверждающие выводы этой статьи, будут предоставлены авторами без излишних оговорок.

Взносы авторов

ZS организовал исследование.ZZ и CW выполнили все тесты. З.С. и З.З. написали рукопись. ZS, ZZ и JZ проверили рукопись. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Финансирование

Авторы выражают признательность за финансовую поддержку, предложенную Национальным фондом естественных наук Китая (№№ 51878078 и 51

0215), Генеральным проектом Департамента образования провинции Хунань (17C0049) и Ключевым проектом Фонда открытых исследований ключевой лаборатории Особые экологические дорожные работы провинции Хунань (kfj150501).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

Андо Р., Инагаки Т. и Мимура Ю. (2011). Делает ли цветное покрытие безопаснее несигнализованные перекрестки? Пример из Японии. Procedure Soc. Behav. Sci. 20, 741–751. DOI: 10.1016 / j.sbspro.2011.08.082

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Autelitano, F., и Джулиани, Ф. (2019). Внешний вид окрашенного асфальтового покрытия в дневное и ночное время суток. Констр. Строить. Матер. 207, 98–107. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2019.02.100

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Боччи М., Грилли А., Кардоне Ф. и Вирджили А. (2012). Бесцветная асфальтовая смесь для покрытия туннелей: экспериментальное применение в провинции Больцано. Procedure Soc. Behav. Sci. 53, 115–124. DOI: 10.1016 / j.sbspro.2012.09.865

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фанг, К. Т. (1994). Единый дизайн и таблица унифицированного дизайна. Пекин: Science Press. (на китайском языке).

Google Scholar

Фанг, К. Т., и Ван, Ю. (1994). Теоретико-числовые методы в статистике. Лондон: Чепмен и Холл.

Google Scholar

Fu, H. Y., Xie, L. D., Dou, D. Y., Li, L. F., Yu, M., and Yao, S. D. (2007). Стабильность при хранении и совместимость битумного вяжущего, модифицированного привитым сополимером SBS. Констр. Строить. Матер. 21, 1528–1533. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2006.03.008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гао, М., Сяо, Б., Ляо, К., и Дай, Ю. (2005). Исследование старения цветного асфальта. Sci. Tech. Engng. 5, 401–405. (на китайском языке) doi: 10.3969 / j.issn.1671-1815.2005.07.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

He, X. (2013). Исследование экономичного цветного асфальтового вяжущего и характеристик дорожной смеси. Магистерская работа, Университет Чанъань, Шэньси. DOI: 10.7666 / d.D407999.

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джин, Н. С. (2015). Исследование характеристик дорожного покрытия из цветного асфальта и его смеси. Петр. Асфальт. 29, 48–51. (на китайском языке), Google Scholar

Ли, Х. и Ким, Ю. (2007). Лабораторная оценка покрытия из цветного полимербетона со связующим из синтетической смолы для эксклюзивных автобусных полос. Транспорт. Res. Рек. 1991, 124–132.DOI: 10.3141 / 1991-15

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лян, М., Синь, X., Фань, В., Ло, Х., Ван, X., и Син, Б. (2015). Исследование реологических свойств и стабильности при хранении модифицированного битума CR / SBS. Констр. Строить. Матер. 74, 235–240. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2014.10.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лин, Д. Ф., и Луо, Х. Л. (2004). Выцветание и изменение цвета цветного асфальта количественно определено методом анализа изображений. Констр. Строить. Матер. 18, 255–261. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2004.01.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Оуян, К. Ф., Ван, С. Ф., Чжан, Ю. и Чжан, Ю. Х (2006). Термореологические свойства и стабильность при хранении битумов, модифицированных SEBS / каолинитовой глиной. Eur. Polym. J. 42, 446–457. DOI: 10.1016 / j.eurpolymj.2005.07.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сасанипур, Х., Аслани, Ф., и Тахеринежад, Дж.(2019). Влияние микрокремнезема на долговечность самоуплотняющегося бетона из переработанных заполнителей бетона. Констр. Строить. Матер. 227, 116598. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2019.07.324

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сенгоз Б., Исикьякар Г. (2008). Оценка свойств и микроструктуры асфальта, модифицированного полимерами SBS и EVA. Констр. Строить. Матер. 22, 1897–1905. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2007.07.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Синнефа, А., Карлесси Т., Гайтани Н., Сантамурис М., Ассимакопулос Д. Н. и Папакацикас К. (2011). Экспериментальные испытания тонкослойного асфальта холодного цвета и оценка его возможностей для улучшения городского микроклимата. Сборка. Environ. 46, 38–44. DOI: 10.1016 / j.buildenv.2010.06.014

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тан П., Мо, Л. Т., Пан, К. Л., Фанг, Х., Хавилла, Б., и Риара, М. (2018). Исследование реологических свойств светлых синтетических битумных вяжущих, содержащих различные полимерные модификаторы. Констр. Строить. Матер. 161, 175–185. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2017.11.098

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тан X. Д., Конг, К., Тиан, Дж., Ли, Ю., Цзинь, З. Т., и Бай, Х. Ю. (2015). Подготовка и укладка цветного асфальта. Заявл. Мех. Матер. 727–728, 362–365. DOI: 10.4028 / 727-728.362

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сюй, М., Пан, X., и Дэн, Q. (2012). «Метод укладки тонкослойного цветного противоскользящего покрытия в тоннеле, основанный на увеличении яркости покрытия».in Proceedings of the 25th COTA International Conference of Transportation Professionals , Columbus, OH: COTA), 3073–3083. DOI: 10.1061 / 9780784412442.313

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Yu, R. E., Zhu, X.J., Zhou, X., Kou, Y. F., Zhang, M. R., and Fang, C. Q. (2018). Реологические свойства и стабильность при хранении асфальта, модифицированного наноразмерной полиуретановой эмульсией. Бензин. Sci. Technol. 36, 85–90. DOI: 10.1080 / 10

6.2017.1405028

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Зани Л., Джустоцци Ф. и Харви Дж. (2017). Влияние стабильности при хранении на химические и реологические свойства полимерно-модифицированных асфальтовых вяжущих для строительства дорожных покрытий. Констр. Строить. Матер. 145, 326–335. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2017.04.014

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан, Дж. Х., Пэн, Дж. Х., Лю, В. З. и Лу, В. Х. (2019a). Прогнозирование модуля упругости мелкозернистых грунтов земляного полотна с учетом относительного уплотнения и механического всасывания. Road Mater. Тротуар Des. 1–13. DOI: 10.1080 / 14680629.2019.1651756

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан, Дж. Х., Пэн, Дж. Х., Цзэн, Л., Ли, Дж. И Ли, Ф. (2019b). Быстрая оценка модуля упругости грунтов земляного полотна с использованием свойств грунта, связанных с эксплуатационными характеристиками. Внутр. J. Pavement Eng. 1–8. DOI: 10.1080 / 10298436.2019.1643022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан, Дж. П., Тан, Х. К., Пей, Дж. З., Цюй, Т., и Лю, В.Л. (2019c). Оценка трещиностойкости асфальтобетонной смеси на основе существенной энергии разрушения и вязкости разрушения. Внутр. J. Geomech . 19: 06019005. DOI: 10.1061 / (ASCE) GM.1943-5622.0001390

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhou, Y., Cai, J. S., Chen, R. X., Hou, D. S., Xu, J., Lv, K., et al. (2020). Разработка и оценка интеллектуального ингибитора переноса жидкостей на полимерной основе. J. Clean. Prod. 257: 120528. DOI: 10.1016 / j.jclepro.2020.120528

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Современное исследование старения асфальтовых смесей и использования антиоксидантных добавок

Пагубные последствия твердения асфальтовых покрытий были впервые признаны первопроходцами в области дорожных покрытий в 1900-х годах и широко изучались в течение последних 70 лет. Этот процесс твердения, называемый старением асфальта, обычно определяется как изменение реологических свойств битумных вяжущих / смесей из-за изменений химического состава во время строительства и в течение срока службы.Старение приводит к тому, что асфальтовый материал становится жестким и хрупким, что влияет на его долговечность и приводит к высокому потенциалу растрескивания. В данной статье представлены современные достижения в области старения асфальта и асфальтобетонных смесей и использования антиоксидантных добавок для замедления старения. Обсуждаются также картина сложной молекулярной структуры асфальта и ее изменений из-за атмосферных условий и различные протоколы, используемые для моделирования старения в лабораторных условиях. Особое внимание уделяется недавним исследованиям моделирования старения асфальтовых смесей, поскольку исследования смесей по сравнению с асфальтовым вяжущим были ограничены.Наконец, в этой статье представлено применение методов защиты от старения и его механизм, использование различных типов антиоксидантных добавок для замедления старения асфальта и, следовательно, улучшения характеристик асфальтовых покрытий.

1. Введение

Асфальт является наиболее широко используемым вяжущим материалом для дорожных покрытий во всем мире. Приблизительно 95% асфальта, который производится во всем мире каждый год, используется в дорожной промышленности [1]. Асфальт, по сути, действует как связующее для минеральных заполнителей с образованием асфальтобетонных смесей, также называемых асфальтобетонными или битумными смесями.Первое использование асфальта в строительстве дорог в эпоху Набопаласара, царя Вавилона (625–604 гг. До н.э.), было упомянуто Авраамом [2]. Однако битум практически исчез с тротуаров до тех пор, пока не были обнаружены европейские источники природного битума, что привело к развитию современных применений этого материала [1]. Дороги с асфальтовым покрытием эксплуатируются в Европе с 1850-х годов [3] и в США около 125 лет [4]. Инженеры-первопроходцы в области дорожного покрытия [2, 5] наблюдали сильное влияние температуры на его консистенцию и вскоре поняли, что твердение или старение асфальта происходит во время смешивания, строительства и эксплуатации, что влияет на характеристики асфальтового покрытия [6].

Термин «старение» может применяться для описания нескольких механизмов в битумном вяжущем / смеси. Следовательно, представляется необходимым уточнить терминологию, используемую инженерами по дорожным покрытиям. В дорожном строительстве изменение реологических свойств асфальтобетонных вяжущих / смесей связано с изменениями химического состава в процессе строительства и в течение срока его службы.

Старение асфальтобетонных вяжущих происходит во время производства асфальтобетонных смесей и в процессе эксплуатации под воздействием окружающей среды.Первая стадия старения происходит очень быстро, когда асфальтобетонная смесь производится при очень высокой температуре. Этот этап часто называют кратковременным старением. На этом этапе очень тонкая пленка асфальта подвергается воздействию воздуха при повышенных температурах, что приводит к значительному изменению реологических свойств битумных вяжущих. Такие изменения проявляются в повышенной вязкости и повышенной жесткости [7]. Вторая стадия старения происходит, когда асфальт подвергается воздействию окружающей среды в качестве дорожного покрытия в процессе эксплуатации при относительно более низкой температуре в течение длительного времени.Скорость затвердевания зависит от содержания воздушных пустот и окружающей среды.

На рис. 1 показан типичный отклик отверждения немодифицированного битумного вяжущего. Наблюдается скачок вязкости битумного вяжущего из-за кратковременного старения (Фаза 1), в то время как наблюдается линейное увеличение с более низкой постоянной скоростью со временем (Фаза 2). Фаза 2 представляет собой упрочнение из-за длительного старения.

Есть несколько факторов, которые влияют на старение асфальта. К внешним факторам относятся тип установки, температура смешивания и время хранения в бункере при кратковременном старении, а также полевые условия (т.е., температура, ультрафиолетовые (УФ) лучи и осадки) и время при длительном старении. Скорость и степень старения также зависят от свойств смеси, таких как источник и тип асфальта, градация и абсорбция заполнителя, содержание пустот / проницаемость и толщина пленки асфальтового связующего на заполнителе. В таблице 1 приведены различные факторы и их влияние на кратковременное и долгосрочное старение асфальта. Недавнее исследование Morian et al. [9] сообщили, что эффективное содержание связующего в смесях является самым надежным индикатором характеристик старения асфальтовой смеси, независимо от типа гранулированного заполнителя.

9064 10 Основное влияние

9065 и другие. [15]


Ag650


изменения свойств асфальтовой смеси, которые отражаются на характеристиках асфальтового покрытия.Результаты экспериментальных исследований [33] показали, что пластичность и проницаемость асфальтового вяжущего снижаются, в то время как температура размягчения и температура воспламенения повышаются в результате старения. В конечном итоге вязкость асфальта увеличивается и он становится более жесткой асфальтовой смесью. Увеличение вязкости до 10 раз из-за 5-летнего старения месторождения в условиях Ближнего Востока наблюдалось, как показано на Рисунке 2 [34].

Что касается механических свойств, модуль жесткости также увеличивается из-за старения (рис. 3), и это увеличение может быть до 4 раз в зависимости от типа асфальта [35].Это может привести к тому, что смесь станет чрезмерно твердой и хрупкой, а также подверженной разрушению и усталостному растрескиванию при низких температурах [36–38]. Старение также может сделать смесь менее прочной, чем исходная смесь, с точки зрения износостойкости и восприимчивости к влаге [39]. В результате снижается устойчивость асфальтового слоя к повреждению, и многие эксплуатируемые дорожные покрытия и покрытия аэродромов выходят из строя преждевременно. Однако старение не обязательно является отрицательным явлением, поскольку сопротивление асфальтовой смеси остаточной деформации и несущая способность улучшаются за счет повышенной жесткости и когезии.В некоторых случаях старение также может помочь смеси достичь оптимальных свойств [6].

В этой статье представлен всесторонний обзор старения асфальтобетонных покрытий со следующими ключевыми направлениями: (1) Всестороннее определение старения асфальта и обзор химического состава асфальта (2) Критическое обсуждение механизмов старения, соответствующих изменений в молекулярной структуре структура и ее влияние на свойства асфальтовых материалов (3) Существующие методы испытаний, протоколы и методы оценки старения асфальтовых материалов дорожного покрытия с акцентом на недавние исследования старения асфальтовых смесей (4) Методы защиты от старения и различные типы добавки и их механизм для замедления старения асфальта с целью улучшения характеристик асфальтового покрытия.

2. Химический состав асфальта и механизмы старения

Асфальт получают либо из природных отложений, либо в виде остатка сырой нефти или продукта экстракции нефти растворителем. Он имеет переменный и сложный элементный состав, который в первую очередь зависит от его исходного сырья. Асфальт в основном состоит из углерода (обычно 80–88%) и атомов водорода (10–12%), что дает содержание углеводородов около 90% [41, 42]. Остальная часть состоит из двух типов атомов: гетероатомов и металлов.Гетероатомы включают азот (0–2%), кислород (0–2%) и серу (0–9%). Атомы металлов представляют собой ванадий, никель и железо, и эти атомы присутствуют в следовых количествах, обычно намного меньше 1% [43, 44]. В таблице 2 показан элементный анализ 8 различных керновых битумов различного происхождения.


Факторы Выводы Ссылки

Тип и источник связующего Значительное влияние на старение в полевых условиях Лунд и Уилсон [11, 12]
Тип и источник связующего Значительное влияние на старение в лаборатории; снижение старения с помощью полимера Topal and Sengoz [13], Zhao et al.[14], Morian et al. [15]
Толщина асфальтовой вяжущей пленки Значительный эффект Кандхал и Чакраборти [16]
Градация агрегатов Нет эффекта Чипперфилд и Велч [17]
Агрегатное поглощение Главный эффект Traxler [10]
Важный эффект Aschenbrener and Far [18], Morian et al.[15]
Включение переработанных материалов и повторный нагрев Значительный эффект Mogawer et al. [19]
Тип растения Значительный эффект Terrel and Holen [20], Chollar et al. [21]
Производственная температура и хранение в бункере Значительное влияние Mogawer et al. [19], Daniel et al. [22]

Длительное старение Совокупный источник Не влияет на старение в лаборатории Morian et al.[15]
Общая пористость Значительный эффект Кемп и Предоэль [23]
Источник связующего Значительный эффект Morian et al. [15]
Содержание асфальта Значительное влияние Кари [24]
Нет эффекта Ролт [25]
Воздушные пустоты Значительное влияние Haroeh [26], Houston et al.[27]
Нет эффекта Rolt [25]
Проницаемость дорожного покрытия Значительное влияние Кари [24]
Глубина покрытия Полевое старение не ограничено верхом тротуар; наблюдаемый градиент старения в поле Farrar et al. [28]
Старение уменьшается с глубиной Sirin et al. [29]
10-летнее старение в полевых условиях может привести к ухудшению качества 2-го слоя Wu et al.[30]
Рабочая температура Существенное влияние Кемп и Предел [23], Ролт [25], Эппс Мартин и др. [31], Сирин и др. [28]
Время воздействия Значительный эффект Ролт [25]
Ультрафиолетовые лучи Значительный эффект Ли [32]

1 90 США

9064 %)

0,7

8


Код асфальта и источник сырой нефти AAA-1 Канада AAB-1 США AAC-1 Канада AAD-1 США AAF -1 США AAK-1 Венесуэла AAM-1 США

Элементный анализ 83.9 82,3 86,5 81,6 84,5 85,6 83,7 86,8
H (%) 10,0 1064 11,0 10,2 11,2
H + C (%) 93,9 92,9 97,8 92,4 94,9 96,1 93,9 98,0 98,0 6 0,8 0,9 0,9 1,1 1,1 1,0 0,5
N (%) 0,5 0,5 0,7 0,8 0,7 0,8 0,7 0,8 0,6
S (%) 5,5 4,7 1,9 6,9 3,4 1,3 6,4 1,2
9064 902
220 146 310 87 37 1480 58
Ni (частей на миллион) 86 56 63 145 63 145
Fe (частей на миллион) <1 16 13 100 48 24 255
Компонент nt анализ
Асфальтены (%) 18.3 18,2 11,0 23,0 14,1 5,8 21,1 3,9
Насыщения (%) 10,6 8,6 8,6 8,6 8,6 5,1 1,9
Полярные ароматические соединения (%) 37,3 38,3 37,4 41,3 38,3 51,2 41,8 50,3 41,8 50,3 33,4 37,1 25,1 37,7 32,5 30,0 41,9

атомы основной структуры, в то время как углеводороды образуют структуру асфальтного сырца. Гетероатомы вносят свой вклад во многие уникальные химические и физические свойства асфальта, взаимодействуя с молекулами. Например, сера реагирует легче, чем углерод и водород, с включением кислорода в структуру асфальта, что приводит к окислительному старению асфальта [45].

Согласно методу Корбетса [46], эти химические элементы объединяются, чтобы сформировать четыре основных компонента или фракции асфальтового цемента: асфальтены, насыщенные углеводороды, нафталиновые ароматические углеводороды и полярные ароматические углеводороды (или смолы), каждый из которых придает асфальту различные характеристики. Асфальтены и насыщенные углеводороды обычно несовместимы и объединяются ароматическими соединениями. Асфальтены в основном ответственны за вязкость (т. Е. За эффекты упрочнения), тогда как обилие ароматических углеводородов и насыщенных веществ снижает пластичность (т.е.е., упругие эффекты). Некоторые исследователи разделяют асфальт на две широкие химические группы в соответствии с методами осаждения Ростлера [47], а именно асфальтены и мальтены с низким молекулярным весом. Мальтены представляют собой вязкие жидкости, состоящие из смол и масел [48]. При химическом и физическом взаимодействии между этими фракциями образуется сложная смесительная система асфальта [49–52]. Компонентный анализ различных типов асфальта представлен в таблице 1.

Исследователи [53, 54] использовали гель-проникающую хроматографию высокого давления (HP-GPC) для разделения асфальта на различные фракции и независимо изучили влияние процесса старения на асфальт. компоненты.Исследования химического состава асфальта в результате старения показывают, что содержание асфальтенов увеличивается, а содержание смол и ароматических углеводородов снижается. В результате увеличения содержания асфальтенов асфальт становится более твердым (то есть более жестким), что может легко проявляться в уменьшении проникновения и повышении температуры размягчения и вязкости [55]. На рис. 4 показано влияние старения на химический состав типичного асфальтового вяжущего. Исследователи также указали, что из-за старения соотношение асфальтенов / мальтенов изменяется, вызывая увеличение вязкости битума, становясь более твердым и хрупким [1].

Физические и химические свойства битумов со временем меняются из-за воздействия различных условий окружающей среды в полевых условиях в течение срока их службы. С 1930-х годов исследования продолжали развивать понимание механизмов, способствующих краткосрочному и долгосрочному старению [56]. Механизмы, вызывающие старение связующего, включают окисление, улетучивание, тиксотропию (или стерическое упрочнение), полимеризацию под действием актиничного света и конденсационную полимеризацию под воздействием тепла [6, 10, 51, 57].Среди них окисление, улетучивание и стерическое упрочнение считаются основными механизмами, связанными с процессом старения асфальтобетонных смесей [51, 57–59]. Во время производства, укладки и уплотнения асфальтобетонная смесь подвергается воздействию более высоких температур, что вызывает старение из-за окисления и потери летучих соединений. Напротив, длительное старение во время эксплуатации происходит при более низкой температуре, в первую очередь из-за механизма окисления [60].

2.1. Окисление

Многие исследователи занимались химией окисления связующего [8, 52, 61–63].Окисление — это необратимая химическая реакция между молекулами кислорода и компонентами сыпучего асфальта, приводящая к значительным изменениям желаемых физических и / или механических свойств асфальта. Окислительное старение асфальта, как полагают, вызвано образованием кислородсодержащих полярных химических функциональных групп на молекулах асфальта, что, в свою очередь, может вызывать агломерацию между молекулами из-за увеличения химиофизических связей, таких как водородные связи, сила Ван-дер-Ваальса и кулоновская сила [ 41, 64, 65].

Влияние окисления вяжущего в дорожной одежде на ее характеристики весьма противоречиво. Сложные органические компоненты асфальта вступают в реакцию с кислородом воздуха и ультрафиолетовым (УФ) излучением, и, как следствие, поверхность дорожного покрытия становится твердой, что приводит к образованию трещин. Кунс и Райт [66] сообщили, что окисление связующего происходит только в верхнем дюйме дорожного покрытия и ниже верхнего дюйма; на связующее практически не влияют годы использования и годы воздействия окружающей среды. Недавно разработанное «Механистическое эмпирическое руководство по проектированию дорожной одежды» [67] также предполагает в своих расчетах, что связующие окисляются только в верхнем дюйме.Как следствие, окисление вяжущего и связанное с этим увеличение жесткости покрытия на самом деле может иметь положительное и благоприятное влияние на усталостную долговечность покрытия [8].

Однако Walubita et al. [68] и Валубита [69] указали, что окисление вяжущего в дорожных покрытиях может иметь очень значительное негативное влияние на усталостную долговечность дорожного покрытия. Более веские доказательства твердения дорожного покрытия глубоко под поверхностью были получены на основе обширных данных Glover et al. [70] и Аль-Азри и др. [71], где на большом количестве тротуаров в Техасе был нанесен сердечник, вяжущее было извлечено и восстановлено, а затем испытано для определения жесткости вяжущего в зависимости от возраста покрытия.Сообщается о повышении жесткости и снижении пластичности асфальтовых смесей из-за окисления, которое может снизить их сопротивление усталостному растрескиванию [72].

Окисление асфальта вызывает изменения химического состава асфальта. Насыщенные вещества остаются практически неизменными из-за их низкой химической активности, тогда как другие три фракции демонстрируют значительные вариации [73, 74]. В результате в молекулах асфальта образуются функциональные группы (т.е. карбонильные и сульфоксидные группы), что приводит к уменьшению ароматических фракций и увеличению фракций асфальтенов [1].Было предпринято множество попыток количественной оценки окисления для лучшего понимания старения асфальта. Лю и др. [75] указали, что площадь карбонильной области (CA) в ИК-Фурье спектрах является прямой мерой окисления связующего, и процент карбонильных соединений можно использовать для оценки изменений, вызванных окислительным старением [8]. Содержание карбонила зависит от температуры и парциального давления кислорода.

Скорость реакции карбонила описывается формулой [8], где = скорость реакции карбонила, = коэффициент частоты, = давление, = порядок реакции, = энергия активации, = газовая постоянная, и = абсолютная температура.Исследования показывают, что значения, и различаются для разных типов асфальта.

2.2. Улетучивание

Улетучивание — еще один важный механизм, который происходит во время горячего перемешивания и изготовления асфальтобетона. При высоких температурах более легкие молекулярные массы могут испаряться и улетучиваться в атмосферу [1, 10]. Это может иметь большее значение при приготовлении модифицированных битумных вяжущих, когда маслоподобные соединения испаряются из асфальта. Когда тонкая асфальтовая пленка вступает в контакт с заполнителями при температуре 150 ° C или выше, ароматические фракции быстро испаряются, а фракции асфальтенов обычно увеличиваются между 1 и 4% [76].В результате этой реакции образуются пары и пары в зависимости от площади поверхности контакта между асфальтовой пленкой и заполнителями [77]. В результате потери веса свойства текучести асфальта ухудшаются, то есть на вязкость влияет улетучивание, особенно с учетом скорости, с которой происходит улетучивание [78, 79]. Исследователи [6, 80] обнаружили, что вязкость увеличивается от 150 до 400%. Значительное увеличение модуля и уменьшение фазового угла наблюдались из-за улетучивания [81].Андерсон и Бонаквист [60] предположили, что количественная оценка потери летучих соединений имеет важное значение для лучшего понимания твердения асфальта во время кратковременного старения.

2.3. Стерическое упрочнение

Стерическое упрочнение, также известное как физическое упрочнение, происходит со временем, когда асфальтовые цементы подвергаются воздействию низкой температуры. В этом процессе молекулярная структура асфальта реорганизуется, что влияет на его асфальтеновые фракции [82]. Последствиями стерического твердения являются повышенная вязкость, небольшое сокращение объема и, в конечном итоге, твердение асфальта [10, 83].Стерическое упрочнение более выражено при температурах, близких к 0 ° C, и его следует учитывать при испытании асфальта при очень низкой температуре. Поскольку это упрочнение является результатом структурной перестройки молекулы при низких температурах [51], оно может быть обращено вспять посредством нагрева или механической работы [84].

3. Лабораторное ускоренное старение и методы оценки

Асфальт выдерживается в лабораторных условиях более быстрыми темпами за счет применения тепла и воздуха для моделирования старения в полевых условиях и, следовательно, для прогнозирования характеристик асфальтового покрытия.Самая ранняя работа по моделированию старения в лаборатории была сделана Доу [5], который использовал расширенный тест на нагрев. С тех пор множество исследований [6, 10, 27, 50, 57, 85–99] было посвящено оценке влияния старения на характеристики асфальтовых материалов. После обработки для ускорения старения образцы обычно изучаются для количественной оценки изменений свойств битумного вяжущего / смеси до и после обработки старением (обычно известного как индекс старения). Свойства, исследуемые в ходе исследований старения, как правило, включают потерю веса, вязкость, пенетрацию, пластичность, предел прочности на разрыв и модуль жесткости.

Обработку асфальта или испытания, связанные со старением асфальтовых материалов, можно условно разделить на две категории, а именно: испытания, проводимые на асфальтовом вяжущем, и испытания, проводимые на асфальтовых смесях. Поэтому обсуждение работы представлено в следующих двух разделах: исследования вяжущего и исследования смесей.

3.1. Binder Studies

Исследователи разработали несколько методов испытаний для определения свойств асфальтовых вяжущих путем моделирования старения асфальта на заводе по производству горячей смеси и в течение срока службы дорожного покрытия.В большинстве этих исследований использовались тонкопленочные печи для старения асфальта с применением процедуры длительного нагрева и продувки воздухом (или окисления). Наиболее часто используемыми и стандартными испытаниями для моделирования старения горячей смеси асфальта являются испытание в тонкопленочной печи с прокаткой ((RTFOT) ASTM D2872 [100], AASHTO T240 [101]) и испытание в тонкопленочной печи ((TFOT) ASTM D1754 [102], AASHTO T179 [103]). Сосуд для выдерживания под давлением (PAV) используется для моделирования длительного старения битумного вяжущего, которое наблюдается в полевых условиях [104]. В текущих спецификациях вяжущего Superpave, оцениваемое асфальтовое вяжущее должно быть подвергнуто RTFOT для кратковременного старения при 163 ° C в течение 85 минут с последующим процессом PAV для имитации старения в полевых условиях в течение нескольких лет.

TFOT был впервые введен Льюисом и Велборном [105] для моделирования кратковременного старения путем воздействия температуры 163 ° C на асфальт с толщиной пленки 3,2 мм в течение 5 часов. Однако исследователи подвергли критике TFOT из-за того, что толщина пленки намного больше, чем обычно наблюдается в полевых условиях, и за неравномерное старение по всей глубине асфальта [58]. Многие исследователи пытались разработать или улучшить методы испытаний для выдерживания асфальта с более репрезентативной толщиной пленки. Одной из таких попыток было испытание модифицированной тонкопленочной печи, проведенное Эдлером и др.[106], которые использовали толщину пленки 100 µ мкм с дополнительным увеличенным временем воздействия на 24 часа. Исследователи также предложили некоторые другие методы тестирования, такие как тест на микропленку Shell [107], испытание на прокатной микропленке в печи [108], испытание на долговечность в наклонной печи [23] и испытание на ускоренное старение тонкой пленки [92] для лучшего моделирования старения битумного вяжущего.

Наиболее значительной модификацией TFOT был RTFOT, разработанный Калифорнийским отделением шоссе [109], где восемь стеклянных бутылок, каждая из которых содержит 35 г асфальта, выдерживаются путем нагревания и окисления тонких пленок 1.25 мм. Этот метод обеспечивает равномерное старение асфальта без образования корки и достаточно хорошо коррелирует с затвердеванием асфальта с наблюдаемым в процессе горячего перемешивания [110]. Однако несколько исследователей [111–113] выявили ряд недостатков (например, просыпание из бутылок с RTFOT) в RTFOT, особенно при тестировании модифицированных битумных вяжущих. Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи разработали усовершенствованные методы испытаний, такие как испытание в модифицированной тонкопленочной печи с прокаткой ((RTFOTM), Bahia et al. [96]), модифицированная немецкая вращающаяся колба [111, 114] (MGRF) и испытание на поток перемешиваемого воздуха [ 115] (SAFT) для оценки кратковременного старения чистого и модифицированного битумного вяжущего.

Хотя испытания в тонкопленочной печи могут адекватно имитировать кратковременное старение асфальтового вяжущего, они не дают точного прогноза долговременного старения в течение срока службы дорожного покрытия. Для прогнозирования долговременного старения был предпринят ряд попыток сочетания испытаний в тонкопленочной печи с окислительным старением, таких как испытание на долговечность в Айове [32], окислительная бомба под давлением [106], устройство для испытания на ускоренное старение [116], PAV [80] , 117] и испытание на старение под высоким давлением [118]. Среди них лечение ПАВ считается наиболее надежным методом имитации длительного старения.В этом процессе асфальт, выдержанный методом RTFOT, подвергается воздействию температуры 100 ° C в течение 20 часов при давлении 2,07 МПа для воспроизведения эффектов старения в полевых условиях. Как правило, он моделирует старение за 8–10 лет службы дорожного покрытия в соответствии со стандартами США [79]. Однако 20 часов кондиционирования в PAV может быть недостаточно для суровых погодных условий, таких как на Ближнем Востоке, где может потребоваться до 70 часов кондиционирования для имитации полевого старения 5-летнего асфальтового покрытия (Рисунок 5).

В недавнем исследовании NCHRP (номер проекта 9-36) Андерсон и Бонаквист [60] попытались разработать улучшенную процедуру для замены RTFOT и PAV одним устройством для моделирования кратковременного и длительного старения.Они исследовали как MGRF, так и SAFT, но с разными условиями эксплуатации. Попытки использовать MGRF не увенчались успехом, однако SAFT с модифицированным рабочим колесом оказался в некоторой степени успешным для моделирования как краткосрочного, так и длительного старения асфальтового вяжущего.

Атомно-силовая микроскопия (АСМ) часто используется для изучения старения битумного вяжущего на микроскопическом уровне и оценки изменения микромеханических и микрореологических свойств. АСМ — это инструмент неразрушающей визуализации, который может предоставить информацию о топографии поверхности, жесткости, липкости и молекулярном взаимодействии на микроуровне материалов [119, 120].На изображениях АСМ заметна пчелиная структура (черные и желтые полосы), которая указывает на асфальтеновую фазу в битуме [121, 122]. Наличие таких микроструктур отчасти определяет макроуровневые свойства битума, такие как жесткость, вязкоупругость, пластичность, адгезия, излом и характеристики заживления. Эволюция этих микроструктур по мере старения и связанная с результирующей механической реакцией находится в центре внимания, чтобы лучше понять долгосрочные свойства битумов.

В последние дни АСМ стал популярным методом и используется многими исследователями [123–126] для характеристики влияния кратковременного, длительного старения и ультрафиолетового (УФ) излучения на морфологию асфальтовых вяжущих.Об увеличении микроструктуры в форме пчелы при старении ПАВ сообщили Huang и Pauli [127], Wu et al. [128] и Zhang et al. [123]. Zhang et al. [123] показали, что моделируемое в лаборатории старение значительно влияет на морфологию битума, и эти изменения морфологии сильно коррелируют с физическими свойствами, а также химическим составом связующих до и после старения. Общая поверхностная жесткость увеличилась, и поверхность битума стала более твердой [123]. Как содержание асфальтенов, так и размер микроструктур играют роль в определении микромеханических свойств асфальта [129].О важной взаимосвязи между микроструктурными изменениями, отображаемыми на изображениях АСМ, и изменениями вязкоупругих свойств композита, полученными в результате измерений, сообщили Allen et al. [124]. Das et al. [126] обнаружили снижение липкости вяжущего при старении, и в результате адгезия образцов асфальтового вяжущего подверглась отрицательному воздействию, что привело к разрыву адгезионного соединения между вяжущим и заполнителями. Исследователи сообщили, что модуль микроструктуры всегда выше модуля матрицы при измеренной температуре, как показано на рисунке 6.Также было отмечено, что увеличение модуля из-за воздействия УФ-излучения выше, чем при окислении, и наивысшее значение всегда получалось после комбинированного воздействия УФ-излучения и окисления. Аналогичное наблюдение было обнаружено для 3 разных связующих из разных источников. АСМ также использовался для исследования влияния старения на модифицированные битумные вяжущие по сравнению с контрольными вяжущими [127, 128, 130].

3.2. Исследования смесей

По сравнению с исследованиями асфальтового вяжущего, исследований старения асфальтовых смесей было сравнительно мало.Большая часть ранних работ по старению асфальта проводилась исключительно на связующих, без использования смесей [6, 131]. В конце концов, были предприняты попытки проанализировать старение системы смеси асфальт-заполнитель путем измерения изменений проницаемости и вязкости извлеченных и восстановленных связующих [91, 132–134]. Исследования, представленные в NCHRP Project 9-6 [134], включали измерения и сравнение вязкости и проницаемости связующих, извлеченных и извлеченных из смесей, выдержанных в лаборатории в различных условиях, с таковыми из смесей, произведенных в полевых условиях.Испытания на ограниченный модуль упругости были также проведены на прессованных в лаборатории образцах. Однако характеристики длительного старения, имитирующие 5-10 лет эксплуатации, пришлось экстраполировать из имеющихся данных за 2 года. Более реалистичный подход к моделированию старения асфальтовой смеси состоит в том, чтобы подвергнуть асфальтовые смеси различным условиям старения, измерить физические свойства состаренных смесей и затем сравнить их с образцами, подвергнутыми старению в полевых условиях [57, 135, 136].

В недавних исследованиях асфальтовых смесей исследователи показали, что старение асфальтобетонных смесей в условиях неравномерного поля по глубине и поверхность асфальтового покрытия стареют быстрее, чем дно [34, 137].О охрупчивании асфальтовой смеси из-за старения сообщили Rahmani et al. [38] и Elwardany et al. [138]. Хрупкость увеличивается с периодом выдержки при всех режимах старения и со временем в полевых условиях эксплуатации [139]. В результате снижается сопротивление усталостному растрескиванию и долговечность асфальтобетонных смесей, что становится более заметным при повышении температуры [140]. Gao et al. [141] показали, что деградация модуля упругости асфальтобетонной смеси увеличивается с увеличением периода старения.Азри и Мохсени [142] показали, что разные асфальтовые смеси стареют по-разному, и это существенно влияет на их краткосрочные и долгосрочные характеристики колейности. Старение увеличивает сопротивление остаточной деформации с точки зрения потока, как сообщает Islam et al. [139] и Бабадопулос и др. [143].

3.2.1. Протокол моделирования старения асфальтовой смеси

Текущая практика, рекомендованная Американской ассоциацией государственных служащих автомобильных дорог и транспорта (AASHTO), заключается в отверждении асфальтовых смесей в течение нескольких часов и дней для краткосрочного и длительного старения соответственно.Процедура тестирования, основанная на работе, проделанной Von Quintus et al. [90] охватывает три типа кондиционирования и представлено в стандартной процедуре AASHTO R30 [144]: ) Долгосрочное кондиционирование для имитации старения, которое происходит после процесса строительства и в течение всего срока службы дорожного покрытия

В соответствии с этой стандартной практикой смесь выдерживают в печи с наддувом в течение различных периодов времени и при разных температурах, как показано на Таблица 3.

135 ° C


Тип кондиционирования Температура Время

Кондиционирование для конструкции смеси
Кратковременное 4 часа
Длительное старение 85 ° C 5 дней

Заданная температура уплотнения смеси и тип смеси, полученной на заводе , так далее.).
3.2.2. Протокол краткосрочного старения

Были проведены исследования по оценке протокола краткосрочного старения для моделирования старения асфальтовой смеси во время производства, укладки и строительства слоя асфальтового покрытия. Хотя результаты испытаний смесей, произведенных в лаборатории и на заводе, не полностью совпадали, в прошлом существовало общее мнение, что лабораторное старение является репрезентативным для полевого старения [145]. Однако в связи с недавними разработками в технологии асфальта и изменениями в компонентах смеси, обработке смеси и конструкции установки, обоснованность текущих методов проектирования смеси для удовлетворения ожиданий в отношении производительности подвергается сомнению.

В комплексном исследовании Bell et al. [57] оценили старение асфальтовой смеси и обнаружили, что протокол краткосрочного старения AASHTO достаточно хорошо моделирует старение асфальтовой смеси, за исключением нескольких консервативных прогнозов. Исследования, проведенные Калифорнийским университетом в Беркли совместно с Университетом штата Орегон и Austin Research Engineers, Inc. [57], также показали, что протокол является адекватным на основании модуля упругости и результатов испытаний на непрямое растяжение. Ашенбренер и Фар [18] провели обширное исследование по всему Колорадо, кондиционировали смеси при температуре уплотнения в полевых условиях в течение различной продолжительности (0–8 часов) и обнаружили, что протокол краткосрочного старения эквивалентен 2–4 часам на основе теоретической максимальной плотности и асфальта. абсорбция и 1–3 часа на основе результатов гамбургского теста на отслеживание колес.Исследователи рекомендовали кондиционировать смеси, полученные в лаборатории, в течение 2 часов при температуре уплотнения в полевых условиях, чтобы имитировать старение и абсорбцию асфальта в процессе производства. Эппс Мартин и др. [31] также оценили различные протоколы краткосрочного старения, и окончательная рекомендация заключалась в том, чтобы выдержать лабораторную смесь при 135 ° C в течение 2 часов перед уплотнением.

3.2.3. Протокол долговременного старения

Исследователи использовали различные процедуры кондиционирования (длительный нагрев, окисление и УФ / инфракрасная обработка) для исследования долговременного старения асфальтового покрытия.Кондиционирование также можно проводить как на рыхлой смеси, так и на уплотненном образце. Старение в печи уплотненного образца обычно используется для моделирования длительного старения асфальтобетонных смесей. Однако в уплотненном образце сообщалось о существовании градиента окисления в радиальном направлении и по высоте образца [27]. Поэтому исследователи [90, 138, 146–149] иногда предпочитали кондиционирование рыхлой смеси при повышенной температуре из-за однородности и эффективности старения. Однако уплотнение кондиционированного образца рыхлой смеси часто оказывалось проблематичным, поскольку смесь становилась слишком жесткой из-за потери летучести связующего [148].Значительно большое число вращений, поэтому требовалось более высокое напряжение сдвига для уплотнения образца сыпучих смесей, что приводило к деградации агрегатных структур, следовательно, меняло свойства смеси [148, 150]. Температура, при которой происходит старение, также важна. Более высокая температура (> 95 ° C) может вызвать оседание / деформацию и повлиять на распределение воздуха в уплотненном образце [148]. Температура старения сыпучей смеси более 135 ° C приводит к значительному изменению взаимосвязи между реологией и химическим составом битумного вяжущего и влияет на характеристики смеси [151].Оптимальная температура старения сыпучей смеси 95 ° C предложена исследователями [138].

Ряд исследований [90, 138, 146, 147, 149, 152] показали, что протокол длительного старения может варьироваться в зависимости от климатических условий, метода лабораторного старения, температуры лабораторного старения или типа асфальта. Более того, большинство этих исследований оценивают только долгосрочное старение асфальтовой смеси без надлежащей проверки полевых результатов, особенно на уровне компонентов. Стандартный протокол для моделирования старения в полевых условиях — это кондиционирование уплотненного образца при 85 ° C в течение 5 дней в соответствии с AASHTO R30.

В протоколе используется одна температура и не учитываются различные условия окружающей среды или свойства смеси. Таким образом, применимость протокола к различным климатическим условиям (например, как на Ближнем Востоке) сомнительна без полевой проверки. Асфальтовое покрытие испытывает тяжелые погодные условия при высоких температурах (часто превышающих 40 ° C в летние месяцы) в регионе Персидского залива. Кроме того, летом здесь нет осадков, а в остальное время года их очень мало.Эти повышенные температуры значительно увеличивают окисление вяжущего, что может привести к усталостному растрескиванию и, в конечном итоге, к разрушению дорожного покрытия при большой и повторяющейся нагрузке от движения транспорта. Предыдущие исследования также демонстрируют необходимость разработки протокола старения, учитывающего климатические условия, объем движения и свойства смеси [27, 57, 136, 153]. Эти исследования рекомендовали учитывать эти изменения еще на стадии проектирования, чтобы улучшить анализ характеристик асфальтовых покрытий.

В таблице 4 представлены ключевые исследования, посвященные протоколу моделирования длительного старения.Bell et al. [57] включили различные климатические зоны для оценки протокола длительного старения асфальтовых смесей. Экспериментальные результаты предполагают кондиционирование уплотненного образца в течение 2 дней при 85 ° C или 1 дня при 100 ° C для моделирования длительного старения новых покрытий (возрастом от 1 до 3 лет). Смесь необходимо выдерживать в течение более длительного времени (от 4 до 8 дней при 85 ° C или от 2 до 4 дней при 100 ° C), чтобы прогнозировать старение на 9-10 лет полевого старения. Однако авторы предложили избегать более высокой температуры 100 ° C, поскольку кондиционирование смесей при этой температуре может привести к повреждению образцов.Что еще более важно, исследователи рекомендовали дальнейшие исследования для достижения лучшей проверки и моделирования для более широкого диапазона климатических зон. Исследователи также рекомендовали разработать модель для моделирования старения полей с использованием входных данных, описывающих климатические зоны и движение транспорта. Возможные исходные данные могут включать интенсивность движения, максимальную и минимальную температуру воздуха, среднее количество осадков, возраст тротуаров и возраст лабораторных смесей.


Ссылки Старение Результаты

Bell et al.[57] 0, 2, 4 и 8 дней при 85 ° C 1, 2 и 4 дня при 100 ° C 2 дня при 85 ° C или 1 день при 100 ° C = 1–3 года старение 8 дней при 85 ° C или 4 дня при 100 ° C = 9 лет старения в полевых условиях
Brown and Scholz [154] 4 и 5 дней при 85 ° C 5 дней при 85 ° C имитирует длительный -временное старение дорожных покрытий UK; 4 дня при 85 ° C имитирует 15-летнее дорожное покрытие в США
Harrigan [26] и Houston et al. [27] 5 дней при 80, 85 и 90 ° C 5 дней при 85 ° C = 7–10 лет полевого старения
Epps Martin et al.[31] 1–16 недель при 60 ° C 4–8 недель при 60 ° C = первое лето полевой выдержки
Islam et al. [139] 1, 5, 10, 15, 20 и 25 дней выдержки в печи при 85 ° C Однодневная выдержка в лабораторных условиях близка к 1 году выдержки в полевых условиях
Yin et al. [155] 2 недели при 60 ° C, 3 дня при 85 ° C и 5 дней при 85 ° C 2 недели при 60 ° C = 7–12 месяцев Полевое старение 5 дней при 60 ° C = 12–23 месяцев выдержки в полевых условиях
Sirin et al.[29] 0, 3, 7, 15, 30, 45, 60, 90 и 120 дней при 85 ° C на уплотненном образце 45 и 75 дней при 85 ° C = 5 лет полевой выдержки в условиях Ближнего Востока для ношения и основного слоя, соответственно
0, 1, 2 и 3 дня при 135 ° C для сыпучих смесей 2-3 и 1-2 дня при 135 ° C = 5 лет полевого старения в условиях Ближнего Востока для ношения и основного слоя, соответственно

Ромеро и Роке [156] указали, что использование процедур длительного старения с использованием уплотненных смесей может быть не лучше, чем используемые в настоящее время краткосрочные Следует прекратить процедуры выдержки в печи и, следовательно, длительную выдержку в печи с использованием образцов уплотненного асфальта.Хьюстон и др. [27] выполнили долгосрочное исследование старения для разных участков в Соединенных Штатах, а также для разных агрегатов и связующих. Исследователи рассматривали возможность кондиционирования образца при различных температурах (80 ° C, 85 ° C и 90 ° C) в течение 5 дней. Сообщалось о высокой вариабельности данных с выбранных участков, и из-за этой вариабельности и неспособности учесть различные переменные, такие как условия окружающей среды и свойства смеси, исследователи не смогли разработать новую процедуру или пересмотреть существующую в течение длительного времени. срок кондиционирования асфальтобетонных смесей.Был сделан вывод, что текущая стандартная процедура недостаточна для реального моделирования и прогнозирования длительного старения асфальтобетонных смесей в полевых условиях. Весьма желательна разработка новой процедуры, учитывающей различные условия окружающей среды и свойства смеси, такие как содержание пустот в воздухе. Кроме того, они рекомендовали включать различные типы материалов: немодифицированные вяжущие, модифицированные вяжущие, резиновые вяжущие и восстановленное асфальтовое покрытие. В недавнем исследовании Yin et al. [156] предложили протоколы долгосрочного старения: 2 недели при 60 ° C и 5 дней при 85 ° C. Получили смеси с эквивалентным старением в полевых условиях в течение 7–12 месяцев и 12–23 месяцев, соответственно, с учетом технологии WMA, переработанных. материалы, абсорбция заполнителя, связующее, модифицированное полимером, и температура производства.Сирин и др. [29] указали на сильное старение асфальтовых покрытий в регионе Ближнего Востока из-за суровых условий окружающей среды. Для таких условий потребуется 45 и 75 дней при 85 ° C на уплотненном образце, чтобы смоделировать 5-летнее старение в полевых условиях для износа и основного слоя, соответственно. Чтобы избежать такого длительного периода кондиционирования, исследователи предложили в качестве альтернативы кондиционирование рыхлой смеси и обнаружили, что потребуется 2-3 и 1-2 дня при 135 ° C, чтобы смоделировать одинаковый уровень старения для ношения и основного курса. соответственно.

4. Антиоксидантные добавки

Контроль старения асфальта важен, потому что старение вызывает жесткость и хрупкость, которые могут привести к растрескиванию и преждевременному разрушению асфальтового покрытия. Как обсуждалось в предыдущих разделах, существует несколько механизмов упрочнения асфальта. Окисление во время производства, уплотнения и эксплуатации асфальтобетонной смеси является основным и считается наиболее понятным и наиболее простым для моделирования в лаборатории [157, 158]. Поэтому исследователи попытались уменьшить / минимизировать окислительное твердение с помощью химических добавок, чтобы получить более долговечное покрытие и существенную экономию в стоимости жизненного цикла.

Добавки, которые используются для модификации асфальта и замедления старения, называются антиоксидантами. Когда антиоксиданты добавляются к асфальту в качестве модификаторов, они контролируют окисление, улавливая или удаляя свободные радикалы, которые ответственны за инициирование и / или распространение окисления. Эти антиоксиданты (например, диамилдитиокарбамат свинца (LDADC)) действуют как жертвенные частицы, которые окисляются вместо асфальтовых связующих [158, 159]. Некоторые другие антиоксиданты действуют путем взаимодействия с полярными соединениями и / или катализаторами окисления, такими как металлы, присутствующие в асфальтах.

На рынке имеется множество антиоксидантов для битума асфальта. В зависимости от способа контроля окисления антиоксиданты можно разделить на четыре основные группы: первичные антиоксиданты, вторичные антиоксиданты, хелаторы металлов и светостабилизаторы [158, 160]. Первичные антиоксиданты имеют реактивные группы ОН или NH и действуют как поглотители свободных радикалов, отдавая или принимая электроны от свободных радикалов и тем самым нарушая цепные реакции окисления. Вторичные антиоксиданты включают соединения серы и фосфора, такие как сульфиды, тиоэфиры, дисульфиды и фосфаты.Они действуют как разлагатели пероксида или гидропероксида, восстанавливая их до стабильных соединений. Хелаторы металлов действуют, улавливая следы металлов, таких как ванадий, никель и железо, которые, как полагают, ускоряют образование свободных радикалов, действуя как катализаторы на стадии распространения [160]. Наконец, светостабилизаторы используются для предотвращения деградации за счет поглощения вредной лучистой энергии.

4.1. Исследования антиоксидантных добавок для замедления старения асфальтовой смеси

В нескольких исследованиях сообщалось о преимуществах использования связующих, модифицированных антиоксидантами.Хотя большинство этих исследований довольно старые, некоторые антиоксиданты (например, гашеная известь, свинцовые антиоксиданты и технический углерод) дают многообещающие результаты [50, 88, 160–164]. В этих исследованиях исследователи использовали различные добавки для замедления окислительного твердения асфальтовых вяжущих и оценили антиоксидантные системы, определяя ухудшение физических свойств асфальта, в основном вязкости и пластичности. Однако большинство этих систем для замедления окислительного твердения не работают удовлетворительно в полевых условиях из-за таких проблем, как разложение, летучесть и потеря антиоксиданта из асфальтовой системы.

Несколько недавних исследований были проведены для изучения влияния использования антиоксидантных добавок на характеристики связующего (таблица 5). Мохамед [165] оценил потенциал CRABit (CR30 и CR50) в качестве модификатора антиоксиданта для использования в плотных асфальтовых смесях (ACW14). Исследователь провел исследование в два этапа; Первый этап заключался в испытании реологических характеристик нового продукта с использованием влажной смеси с помощью реометра динамического сдвига (DSR), а второй этап включал приготовление смеси ACW14, содержащей основу и модифицированный битум, путем сухой смеси и их тестирование для определения основных свойств (т.е., модуль упругости, сопротивление непрямому растяжению, ползучести и усталости) до и после старения образца. Исследователь обнаружил улучшение инженерных свойств и производительности с модификацией, особенно с CR30.

предел прочности при растяжении, ползучесть и сопротивление усталости


Литература Антиоксидант Свойства оценены Результаты

CRM

Mohammed Улучшение технических свойств и рабочих характеристик с помощью модификации, особенно с CR30
Apeagyei et al.[166, 167] Фурфурол и DLTDP; AOXADUR Потенциал растрескивания, динамический модуль, податливость и предел прочности на разрыв Асфальтовые смеси, модифицированные антиоксидантами, показали лучшие результаты, чем смеси немодифицированного асфальта
Apeagyei [59] DLTDP / фурфурол, гашеная известь, гашеная известь технический углерод, Irgafos P-EPQ и Irganox 1010 Модуль жесткости, потенциал растрескивания Добавки фурфурола и DLTDP обеспечивали снижение старения на 40% по сравнению с немодифицированными связующими.Связующие, модифицированные антиоксидантами, имели более низкий модуль жесткости и жесткость при изгибе по сравнению с необработанными связующими
Reyes [168] Витамин E в качестве модификатора антиоксиданта; гашеная известь и летучая зола в качестве стабилизаторов Вязкость, жесткость, усталостная прочность, возможность образования колеи Связующее, модифицированное витамином Е, показало лучшую стойкость к усталостному растрескиванию, но есть опасения по поводу стойкости к колейности
Pan et al. [52] Лигнин на основе кониферилового спирта Вязкость и пластичность Лигнин на основе кониферилового спирта может замедлять окисление и твердение
Williams [169] Сельскохозяйственные лигнинсодержащие побочные продукты этанола 3–12% R652 90 из DSR и BBR Лигнинсодержащие побочные продукты проявляли полезную антиоксидантную активность и повышали жесткость связующего на всех этапах старения
Университет штата Иллинойс в Урбана-Шампейн [158] AOXADUR, который состоит из трех добавок: альдегида, тиоэфира, и аналитик. Жесткость, термическое напряжение и потенциал растрескивания Резкое увеличение высокотемпературной жесткости и существенное снижение низкотемпературной жесткости
Дессуки и Диас [170] Раствор сополимеров этилен-бутилен / стирол (SEBS) и раствор стирол-бутадиенового каучука (SSBR) с улучшенными антиоксидантами Хрупкость Сополимеры улучшили колейность и влагостойкость модифицированных асфальтобетонных смесей, но они снизили усталостный ресурс по сравнению с контрольной смесью

Apeagyei et al.[166] оценили потенциал растрескивания асфальтовых смесей, содержащих различные уровни антиоксидантов. Исследователи рассмотрели два уровня старения в печи с принудительной тягой, чтобы моделировать краткосрочные и долгосрочные условия старения в печи (STOA и SLOA, соответственно). Кроме того, использовались два уровня антиоксидантной модификации: фурфурол (ароматический альдегид) и дилаурилтиодипропионат (DLTDP — антиоксидант и термостабилизатор) с асфальтовыми связующими. Процент смешивания варьировался от 0,2% до 10% мас. / Мас. Базового асфальта, который вводили в основной асфальт с использованием смесителя Barnant с 2-дюймовыми лопастями, работающего со скоростью 750 об / мин.Результаты показали, что асфальтовые смеси, модифицированные антиоксидантами, работают лучше, чем смеси немодифицированных битумов. Связующие, модифицированные антиоксидантами, показали, по меньшей мере, примерно на 50% более низкую жесткость на изгиб по сравнению с немодифицированным асфальтовым вяжущим при низкой температуре (от примерно -4 ° C до примерно -58 ° C), что указывает на улучшенное сопротивление усталости. Также было обнаружено, что модификация дает, по меньшей мере, примерно на 18% более высокую жесткость по сравнению с немодифицированным асфальтовым вяжущим при высокой температуре (от примерно 46 ° C до примерно 82 ° C), что указывает на лучшую устойчивость к колейности.В отдельном исследовании Apeagyei [167] оценил AOXADOUR как антиоксидантную добавку с базовым связующим PG 64-22 и обнаружил более высокий динамический модуль, улучшенное сопротивление колееобразованию с точки зрения податливости к ползучести, более высокую прочность на разрыв при низкой температуре (-10 ° C), и меньшее влияние старения на поведение разрушения для образцов, обработанных как STOA, так и LTOA. Асфальтовая смесь, модифицированная AOXADUR, показала меньшее сокращение прогнозируемого срока службы при старении и потребовалось больше времени до критического растрескивания по сравнению с контролем (Рисунок 7).

Комбинации различных антиоксидантов были также оценены Apeagyei [59], чтобы определить, существует ли синергетическое поведение между любыми из антиоксидантов.Эти добавки включали DLTDP / фурфурол, гашеную известь, витамин E, технический углерод, Irgafos P-EPQ и Irganox 1010. DSR использовали для исследования реологических свойств необработанных и модифицированных антиоксидантами связующих. Результаты этого исследования показывают, что комбинация добавок фурфурола и DLTDP имела самый низкий индекс старения по сравнению с другими модификаторами. Эта специфическая комбинация обеспечила 40-процентное снижение старения / затвердевания по сравнению с немодифицированными связующими. В общем, связующие, модифицированные антиоксидантами, имели более низкий модуль жесткости и жесткость при изгибе по сравнению с необработанными связующими, которые, как ожидается, будут иметь лучшее сопротивление растрескиванию.Автор рекомендовал провести дальнейшие исследования для подтверждения результатов с использованием дополнительных вяжущих и для оценки свойств как асфальтобетонных смесей, так и вяжущих.

Рейес [168] оценил потенциал использования витамина Е в качестве модификатора антиоксиданта с двумя типами связующего: немодифицированным (PG 64-22) и модифицированным (PG 70-22). Поскольку витамин Е имеет низкую вязкость, две добавки на основе кальция (гидратированная известь и летучая зола) использовались в качестве стабилизирующих агентов для увеличения жесткости связующего. Исследователь использовал смеситель с высокой скоростью сдвига при 2100 об / мин в течение 1 часа для смешивания каждого образца.Результаты этого исследования показывают, что использование витамина Е снижает вязкость связующих веществ. Кроме того, использование стабилизирующих агентов, таких как летучая зола и гашеная известь, улучшило жесткость связующих, модифицированных антиоксидантом витамином Е. Модифицированные связующие с витамином Е обладали желаемыми характеристиками, которые не допускали бы усталостного растрескивания; однако возникла обеспокоенность по поводу устойчивости к колейности. Связующее, модифицированное антиоксидантом витамином Е, имело пониженный модуль жесткости и увеличенный фазовый угол. Автор предложил провести эксперименты для определения оптимального процентного содержания антиоксидантов и стабилизаторов для достижения лучших показателей при старении.

Pan et al. [52] выполнили химиофизический анализ на атомистической основе, чтобы облегчить фундаментальное понимание механизмов старения и антиокисления и, таким образом, разработать стратегии против старения. В этом исследовании были изучены химические и физические основы окисления асфальта, а также механизм антиокисления лигнина кониферилового спирта. Исследователи разработали химиофизическую среду, основанную на квантовой химии, и изучили различные химические реакции между компонентами асфальта и кислородом и возникающие в результате физические изменения в отличие от традиционного метода оценки ухудшения физических свойств асфальта (т.е. вязкость и пластичность). Были идентифицированы две отдельные стадии старения асфальта; Асфальты изначально демонстрируют высокую тенденцию к разрыву цепи и высокую реакционную способность с кислородом, вызывая быстрый всплеск образования легкомолекулярных алканов, кетонов и сульфоксидов, за которым следует более медленная скорость окисления и твердения. Авторы предположили, что лигнин кониферилового спирта может быть использован в качестве антиоксиданта для нефтяного асфальта с максимальной эффективностью улавливания радикалов, достигаемой в неокислительном состоянии лигнина (например,g., <130 ° C при парциальном давлении кислорода 1 атм).

Williams [169] оценил потенциал сельскохозяйственных лигнинсодержащих побочных продуктов этанола для использования в качестве антиоксиданта в связующем асфальте. Исследователь использовал четыре побочных продукта, смешанных с четырьмя различными типами асфальтовых вяжущих в диапазоне 3–12%, что дало 52 комбинации обработки. Три побочных продукта содержали лигнин, переработанный из кукурузы, из которого из четвертого лигнина был удален и служил контролем для измерения антиоксидантной активности трех других побочных продуктов лигнина.Тестирование производительности каждой комбинации состояло из DSR и реометра изгибающейся балки (BBR), совпадающего с испытаниями на моделирование старения в полевых условиях с использованием RTFOT и PAV. Результаты показали, что лигнинсодержащие побочные продукты обладают полезной антиоксидантной активностью и повышают жесткость связующего на всех этапах старения. Исследователь предложил провести дополнительные испытания на разделение, чтобы оценить влияние таких переменных, как физический размер и химический состав побочных продуктов.

В зависимости от климатических условий в асфальтовом покрытии наблюдаются два различных типа явлений, связанных со старением.При низкой температуре жесткость асфальта увеличивается, и в результате гибкость асфальтобетона снижается, вызывая растрескивание покрытия из-за усталости или термических напряжений. С другой стороны, более высокая температура смягчает асфальт и, следовательно, снижает жесткость асфальтобетона, делая смесь более восприимчивой к образованию колей. Некоторые виды антиоксидантной обработки являются многообещающими для снижения жесткости связующего, но все же склонны к размягчению при более высоких температурах, затвердеванию при более низких температурах или выщелачиванию со временем.

В 2006 году группа исследователей из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне разработала антиоксидантное средство с использованием AOXADUR, которое состоит из трех добавок: альдегида, тиоэфира и кальализатора. Реакция конденсации альдегида с асфальтом с образованием новолаков, которые могут действовать как антиоксиданты, приводит к снижению восприимчивых к старению полярных ароматических соединений в связующем. Тиоэфир служит вторичным антиоксидантом, который очень эффективен против окислительного разложения углеводородов.Лабораторные испытания более 40 связующих в Университете Иллинойса показали, что связующее, модифицированное AOXADUR, дает самый низкий индекс старения и резкое увеличение высокотемпературной жесткости и существенное снижение низкотемпературной жесткости. Исследователи сообщили, что улучшение свойств связующего как при высоких, так и при низких температурах приводит к меньшему термическому напряжению и снижению потенциала растрескивания.

5. Выводы

Ниже приведены основные моменты, обсуждаемые в этой статье.(i) Старение асфальта — сложное явление, которое влияет на характеристики асфальтового покрытия, вызывая функциональное повреждение асфальта. Обычно это определяется как изменение реологических свойств асфальтовых вяжущих / смесей из-за изменений химического состава во время строительства и в течение срока его службы. На старение влияют внутренние и внешние переменные: внутренние переменные включают типы смесей асфальтового вяжущего, заполнитель, пустотность и толщину пленки, а внешние переменные — температуру смешивания и условия окружающей среды.Старение влияет на асфальтовое покрытие по-разному, делая его хрупким, менее устойчивым к повреждениям и менее прочным. В результате дорожное покрытие становится восприимчивым к разрушению и растрескиванию при низких температурах. (Ii) Сложная молекулярная структура асфальта и его химические компоненты изменяются в результате воздействия колебаний температуры и атмосферных условий, что приводит к изменению свойств асфальта. Основными механизмами старения асфальта являются окисление, улетучивание и стерическое упрочнение.Во время строительства битумное вяжущее подвергается воздействию более высоких температур, что вызывает старение из-за окисления и потери летучих соединений. Напротив, длительное старение во время периодов эксплуатации происходит при более низких температурах, в первую очередь из-за механизма окисления. Стерическое упрочнение происходит во время длительного старения при относительно более низкой температуре. (Iii) Продолжительный нагрев в тонкопленочной печи и окисление продувкой воздухом являются основными методами имитации старения битумного вяжущего в лабораторных условиях. Наиболее часто используемые тесты для моделирования старения битумного вяжущего — это тесты RTFOT и PAV.В этом процессе оцениваемое асфальтовое вяжущее должно быть подвергнуто RTFOT для кратковременного старения при 163 ° C в течение 85 минут с последующим процессом PAV при 85 ° C в течение 5 дней для имитации нескольких лет полевого старения. ( iv) Стандартный протокол для моделирования старения асфальтовой смеси заключается в отверждении асфальтовых смесей в течение 4 часов при 135 ° C для кратковременного старения и 5 дней при 85 ° C для длительного старения. Однако эти стандартные протоколы старения имеют ограничения и не могут применяться в различных условиях окружающей среды.Следовательно, крайне желательна разработка и проверка новой процедуры моделирования старения, которая учитывает различные условия окружающей среды и свойства смеси, такие как содержание воздушных пустот. (V) Для замедления старения асфальтового покрытия и, таким образом, улучшения характеристик гибкого дорожное покрытие и существенная экономия стоимости жизненного цикла. Одно из наиболее желательных свойств асфальтовой смеси — хорошо работать при более высоких температурах против образования колеи, а также при более низких температурах против растрескивания из-за усталости.Результаты экспериментальных исследований показали, что некоторые присадки хорошо работают при более высоких температурах, в то же время демонстрируя плохие характеристики при более низких температурах или наоборот. Необходимы дальнейшие исследования различных антиоксидантных добавок для получения более эффективной и устойчивой асфальтовой смеси, которая может одинаково хорошо работать как при высоких, так и при низких температурах.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Эта статья стала возможной благодаря гранту NPRP (NPRP 6-773-2-320) Катарского национального исследовательского фонда (член Катарского фонда).Заявления, сделанные в данном документе, являются исключительной ответственностью авторов.

УГ-Ап-Асфальтобетонное покрытие | Ресурсный центр вторичных материалов

ВВЕДЕНИЕ

Асфальтобетонные покрытия состоят из комбинации слоев, которые включают асфальтобетонное покрытие, построенное на гранулированном или асфальтобетонном основании и основание. Вся конструкция дорожного покрытия, возведенная над земляным полотном, рассчитана на то, чтобы выдерживать транспортную нагрузку и распределять нагрузку по полотну дороги.Тротуары могут быть построены с использованием горячей или холодной асфальтовой смеси. Обработка поверхности иногда используется при строительстве дорожного покрытия. Обработка поверхности действует как водонепроницаемое покрытие для существующей поверхности дорожного покрытия, а также обеспечивает устойчивость к истиранию в результате дорожного движения.

Горячая асфальтовая смесь — это смесь мелкого и крупного заполнителя с асфальтовым вяжущим, которая смешивается, укладывается и уплотняется в нагретом состоянии. Компоненты нагреваются и смешиваются на центральном заводе и укладываются на дорогу с помощью разбрасывателя асфальта.

Холодная асфальтовая смесь — это смесь эмульгированного асфальта и заполнителя, произведенная, размещенная и уплотненная при температуре окружающего воздуха. Использование холодного асфальта обычно ограничивается сельскими дорогами с относительно небольшой протяженностью. Для условий с интенсивным движением асфальтобетонное покрытие с холодной смесью обычно требует наложения горячей асфальтовой смеси или обработки поверхности, чтобы противостоять движению транспорта. Компоненты холодного асфальта можно смешивать на центральном заводе или на месте с помощью передвижного смесителя.

Обработка поверхности состоит из нанесения (а иногда и многократного нанесения) эмульгированного или жидкого асфальта и выбранного заполнителя на подготовленное зернистое основание или существующую поверхность.После укладки заполнителя смесь скатывается и уплотняется, чтобы получить удобную поверхность без пыли. Этот тип дорожного покрытия распространен на дорогах с малой и средней интенсивностью движения, которые могут иметь или не иметь существующее битумное покрытие.

МАТЕРИАЛЫ

В состав асфальтобетона входят асфальтовый заполнитель и асфальтовое вяжущее. В горячий асфальтобетон иногда добавляют минеральный наполнитель.

Асфальтовый заполнитель

Заполнители, используемые в асфальтовых смесях (горячая асфальтовая смесь, холодная асфальтовая смесь, обработка поверхности), составляют примерно 95 процентов смеси по массе.Правильная сортировка заполнителя, прочность, ударная вязкость и форма необходимы для стабильности смеси.

Вяжущее асфальтовое

Асфальтовый вяжущий компонент асфальтового покрытия обычно составляет от 5 до 6 процентов от всей асфальтовой смеси, покрывает и связывает частицы заполнителя. Асфальтовый цемент используется в горячих асфальтовых смесях. Жидкий асфальт, представляющий собой асфальтобетон, диспергированный в воде с помощью эмульгатора или растворителя, используется в качестве вяжущего при обработке поверхностей и асфальтовых покрытиях из холодного асфальта.Свойства связующих часто улучшаются или улучшаются за счет использования добавок или модификаторов для улучшения адгезии (сопротивления отслаиванию), текучести, характеристик окисления и эластичности. Модификаторы включают масло, наполнитель, порошки, волокна, воск, растворители, эмульгаторы, смачиватели, а также другие патентованные добавки.

Минеральный наполнитель

Минеральный наполнитель состоит из очень мелких инертных минеральных веществ, которые добавляются в горячую асфальтовую смесь для улучшения плотности и прочности смеси.Минеральные наполнители составляют менее 6 процентов от массы горячего асфальтобетона и обычно менее 3 процентов. Типичный минеральный наполнитель полностью проходит через сито 0,060 мм (№ 30), при этом не менее 65 процентов частиц проходят через сито 0,075 мм (№ 200).

СВОЙСТВА МАТЕРИАЛА И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

Асфальтовый заполнитель

Поскольку заполнители, используемые в битумных смесях (горячая асфальтовая смесь, холодная асфальтовая смесь, обработка поверхности), составляют примерно 95 процентов смеси по массе и примерно 80 процентов по объему, заполнители, используемые в асфальтобетоне, оказывают сильное влияние на свойства и эксплуатационные качества смеси.Ниже приводится список и краткие комментарии по некоторым из наиболее важных свойств заполнителей, которые используются в асфальтобетонных смесях:

  • Градация — гранулометрический состав частиц заполнителя должен представлять собой комбинацию размеров, которая приводит к оптимальному балансу пустот (плотности) и прочности дорожного покрытия.
  • Форма частиц — частицы заполнителя должны быть угловыми и почти равноразмерными или кубическими по форме, чтобы минимизировать площадь поверхности.Следует избегать плоских или удлиненных частиц.
  • Текстура частиц — частицы должны иметь шероховатую, а не гладкую текстуру, чтобы свести к минимуму отслоение асфальтового цемента.
  • Прочность частиц — частицы должны быть достаточно прочными, чтобы противостоять разложению или разрушению при уплотнении или движении.
  • Прочность — частицы должны быть достаточно прочными, чтобы оставаться неповрежденными при различных климатических условиях и / или химическом воздействии.
  • Удельный вес — удельный вес заполнителя необходим для правильного проектирования и дозирования асфальтовой смеси.
  • Абсорбция — абсорбция заполнителя относится к количеству пустот внутри частицы, которая может быть заполнена асфальтовым вяжущим (или воздухом или водой), и является мерой тенденции заполнителя абсорбировать асфальт. Чем выше поглощение, тем больше потребуется асфальтобетона.
  • Удельный вес — удельный вес заполнителя является показателем плотности уплотненной асфальтовой смеси для дорожного покрытия, содержащей этот заполнитель, и текучести дорожного покрытия (объема дорожного покрытия, который потребуется для данной массы дорожного покрытия).
  • Стабильность объема — некоторые агрегаты могут подвергаться объемному расширению в результате длительного воздействия влаги, противообледенительных солей и т. Д., Что может способствовать выпадению, расслоению и случайному растрескиванию асфальтового покрытия.
  • Вредные компоненты — некоторые агрегаты могут содержать вредные количества потенциально реактивных компонентов (сланец, сланец, сульфаты, щелочи, расширяющиеся силикаты и т. Д.), Которые могут способствовать выпадению, расслоению и растрескиванию дорожного покрытия.

Вяжущее асфальтовое

Хотя асфальтовый вяжущий компонент обычно составляет приблизительно от 5 до 6 процентов по массе асфальтовой смеси для дорожного покрытия, выбор надлежащего сорта асфальта (асфальтовый цемент или эмульсия) для дорожного движения и климатических условий, в которых смесь для дорожного покрытия будет подвергаться воздействию имеет важное значение для производительности микса. Некоторые из наиболее важных свойств асфальтобетона, которые используются для различения различных цементов и оценки их качества, включают:

  • Пенетрация — мера относительной мягкости или твердости асфальтового цемента (или эмульсии) при заданной температуре.
  • Вязкость — мера сопротивления асфальтового цемента течению при заданной температуре.
  • Пластичность — мера способности асфальтового цемента претерпевать удлинение под действием растягивающего напряжения при заданной температуре.
  • Несовместимость — показатель фазового разделения компонентов полимерно-модифицированных битумных вяжущих при хранении и использовании. Такое разделение нежелательно, поскольку приводит к значительному изменению свойств вяжущего и асфальта, в котором оно используется.

В таблице 1 представлен список стандартных методов испытаний, которые используются для оценки пригодности обычных минеральных заполнителей для использования в асфальтовых покрытиях.

Таблица 1. Порядок испытаний заполнителя для асфальта.

Имущество Метод испытаний Номер ссылки
Общие технические условия Грубый заполнитель для битумных смесей для дорожных покрытий ASTM D692
Мелкие заполнители для битумных смесей для дорожных покрытий ASTM D1073 / AASHTO M 29
Агрегаты стального шлака для битумных смесей для дорожных покрытий ASTM D5106
Агрегат для обработки одной или нескольких поверхностей ASTM D1139
Дробленый заполнитель для дорожных покрытий из щебня ASTM D693
Градация Ситовой анализ мелких и крупных заполнителей ASTM C136 / AASHTO T27
Размеры заполнителя для дорожно-мостового строительства ASTM D448 / AASHTO M43
Форма частиц Индекс формы и текстуры агрегированных частиц ASTM D3398
Плоские и удлиненные частицы в крупном заполнителе ASTM D4791
Неуплотненное содержание пустот в мелкозернистом заполнителе (под влиянием формы частиц, текстуры поверхности и гранулометрии)
(Испытание является частью процедуры проектирования SHRP Superpave Level 1 для горячего асфальта)
ASTM C1252 / AASHTO TP33
Текстура частиц Ускоренная полировка заполнителей с помощью британского колеса (не широко распространено в Северной Америке) ASTM D3319 / T279
Нерастворимый остаток в карбонатных агрегатах Непрямая мера сопротивления агрегата износу путем определения количества присутствующей карбонатной породы) ASTM D3042
Центрифужный керозиновый эквивалент (используется только как часть процедуры расчета смеси Hveem) ASTM D5148
Прочность частиц Устойчивость к разрушению крупнозернистого заполнителя в результате истирания и ударов в машине в Лос-Анджелесе ASTM C535
Устойчивость к разрушению мелкозернистого грубого заполнителя в результате истирания и ударов в машине в Лос-Анджелесе ASTM C131 / AASHTO T96
Разложение мелкого заполнителя из-за истирания ASTM C1137
Прочность Совокупный индекс прочности ASTM D3744 / AASHTO T210
Прочность агрегатов при использовании сульфата натрия или сульфата магния ASTM C88 / AASHTO T104
Прочность заполнителей при замораживании и оттаивании AASHTO T103
Удельный вес и абсорбция Удельный вес и абсорбция грубого заполнителя ASTM C127 / AASHTO T85
Удельный вес и абсорбция мелкозернистого заполнителя ASTM C128 / AASHTO T84
Масса устройства Удельный вес и пустоты в совокупности ASTM C29 / C29M / AASHTO T19
Стабильность объема Потенциальное расширение агрегатов в результате реакций гидратации
(Разработано для измерения потенциала расширения агрегатов стального шлака)
ASTM D4792
Вредные компоненты Эквивалентная стоимость песка почв и мелкого заполнителя (Косвенная мера содержания глины в смесях заполнителей) ASTM D2419
Куски глины и рыхлые частицы в агрегатах ASTM C142

В таблице 2 представлен список стандартных методов испытаний, используемых для определения свойств асфальтового вяжущего.

Таблица 2 Процедуры испытаний битумного вяжущего

Имущество Метод испытаний Номер ссылки
Общие технические условия Извлечение асфальта из раствора методом Абсона ASTM D1856
Сортированный асфальтобетон для использования в дорожных покрытиях ASTM D946
Сортированный асфальтобетон для использования в дорожных покрытиях ASTM D3381
Эмульгированный асфальт ASTM D977
Реология Проникновение битумных материалов ASTM D5
Приготовление смесей вязкости для переработанных битумных материалов ASTM D4887
Кинематическая вязкость асфальтов ASTM D2170
Пластичность битумных материалов ASTM D113
Воздействие тепла / воздуха на асфальтовые материалы при испытании в тонкопленочной печи ASTM D1754
Тестирование связующего вещества SHRP уровня 1 Руководство по проектированию смеси SHRP A-407
Несовместимость Тест стабильности при хранении Промышленный справочник по битуму Shell, 1995

Минеральный наполнитель

Минеральные наполнители состоят из мелкодисперсных минеральных веществ, таких как каменная пыль, шлаковая пыль, гашеная известь, гидравлический цемент, летучая зола, лесс или другие подходящие минеральные вещества.

Минеральные наполнители служат двойному назначению при добавлении в асфальтовые смеси. Часть минерального наполнителя, которая мельче, чем толщина асфальтовой пленки, и связующее на основе асфальтобетона образуют строительный раствор или мастику, которые способствуют повышению жесткости смеси. Частицы больше, чем толщина асфальтовой пленки, ведут себя как минеральный заполнитель и, следовательно, вносят свой вклад в точки контакта между отдельными частицами заполнителя. Градация, форма и текстура минерального наполнителя существенно влияют на характеристики горячей асфальтовой смеси.

Некоторые из наиболее важных свойств минерального наполнителя, используемого в асфальтобетонных покрытиях, следующие:

  • Градация — минеральные наполнители должны иметь 100 процентов частиц, проходящих через 0,60 мм (сито № 30), от 95 до 100 процентов, проходящих через 0,30 мм (сито № 40), и 70 процентов частиц, проходящих через 0,075 мм (сито № 200). ).
  • Пластичность — минеральные наполнители не должны быть пластичными, чтобы частицы не связывались друг с другом.
  • Вредные материалы — процент вредных материалов, таких как глина и сланец, в минеральном наполнителе должен быть минимизирован, чтобы предотвратить разрушение частиц.

В таблице 3 приведен список применимых методов испытаний, содержащих критерии, которые используются для характеристики пригодности обычных наполнителей для использования в асфальтовых покрытиях.

Таблица 3. Методика испытаний минерального наполнителя.

Имущество Метод испытаний Номер ссылки
Общие технические условия Минеральный наполнитель для битумных смесей для дорожных покрытий ASTM D242 / AASHTO M 17
Градация Ситовый анализ минерального наполнителя для дорожных и дорожных материалов ASTM D546
Пластичность Предел жидкости, предел пластичности и индекс пластичности грунтов ASTM D4315
Вредные материалы Эквивалентная стоимость песка почв и мелкого заполнителя
(Косвенная мера содержания глины в смесях заполнителя)
ASTM D2419

АСФАЛЬТОБЕТОННЫЙ МАТЕРИАЛ

Пропорции смеси для должным образом уплотненной асфальтобетонной смеси для дорожного покрытия определяются в лаборатории во время испытаний конструкции смеси.Способность правильно подобранной асфальтовой смеси для дорожного покрытия противостоять потенциально разрушающему воздействию отслаивания асфальтового вяжущего от частиц заполнителя также обычно оценивается в лаборатории. Для правильной работы в поле хорошо продуманная асфальтобетонная смесь должна быть помещена в надлежащий температурный диапазон и должна быть надлежащим образом уплотнена. Асфальтобетонные смеси для мощения следует оценивать по следующим свойствам:

  • Устойчивость — нагрузка, которую может выдержать хорошо уплотненная дорожная смесь до разрушения.Требуется достаточная стабильность смеси для удовлетворения требований движения без искажений или смещения.
  • Flow — максимальная диаметральная деформация сжатия, измеренная в момент разрушения. Отношение устойчивости по Маршаллу к текучести приблизительно соответствует нагрузочно-деформационным характеристикам смеси и, следовательно, указывает на устойчивость материала к остаточной деформации при эксплуатации.
  • Воздушные пустоты — процент пустот в матрице заполнителя-связующего, которые не заполнены связующим.Должно быть предусмотрено достаточно пустот, чтобы обеспечить небольшое дополнительное уплотнение при движении и небольшое расширение асфальта из-за повышения температуры без промывки, утечки или потери устойчивости.
  • Сопротивление зачистке — способность смеси для дорожного покрытия сопротивляться потере прочности на разрыв из-за отделения асфальтового цемента от заполнителя. Низкое сопротивление отделению может привести к распаду смеси.
  • Модуль упругости — показатель жесткости хорошо уплотненной смеси для дорожного покрытия при заданных условиях приложения нагрузки.Смесь, имеющая низкий модуль упругости, будет восприимчива к деформации, тогда как высокий модуль упругости указывает на хрупкость смеси.
  • Плотность уплотнения — максимальный удельный вес или плотность правильно разработанной смеси для дорожного покрытия, уплотненной в соответствии с предписанными лабораторными процедурами уплотнения.
  • Удельный вес — показатель плотности дорожной смеси, уплотненной в поле в соответствии с требованиями проекта.

В таблице 4 представлен список стандартных лабораторных тестов, которые в настоящее время используются для оценки состава смеси или ожидаемых характеристик смеси для дорожного покрытия.

Последние разработки в области проектирования асфальтового покрытия, которые проводились в рамках Стратегической программы исследований автомобильных дорог (SHRP), привели к разработке новой процедуры проектирования асфальтовой смеси, называемой Superpave (процедура проектирования высококачественного асфальтового покрытия). В то время как традиционный подход к проектированию смеси (с использованием методов проектирования смеси Маршалла или Хвима) был основан на эмпирических процедурах лабораторного проектирования, подход к проектированию смеси Superpave представляет собой улучшенную систему для определения асфальтового вяжущего и минеральных заполнителей, разработки дизайна асфальтовой смеси, а также анализа и установления Прогнозирование характеристик дорожного покрытия.Система включает в себя спецификацию асфальтового вяжущего (вяжущие с градуированными характеристиками), систему проектирования и анализа горячего асфальта и компьютерное программное обеспечение, которое объединяет компоненты системы. Уникальной особенностью системы Superpave является то, что это подход, основанный на технических характеристиках, при этом тесты и анализы имеют прямое отношение к эксплуатационным характеристикам.

Таблица 4. Порядок испытаний асфальтобетонных покрытий.

Имущество Метод испытаний Номер ссылки
Характеристики стабильности и текучести
(также воздушные пустоты)
Метод Маршалла AASHTO T245
Метод Hveem AASHTO T246, T247
Метод холодного смешивания, рекомендованный Институтом асфальта Руководство по производству холодных смесей института асфальта
Устойчивость к пластическому течению битумных смесей с использованием аппарата Маршалла ASTM D1559
Сопротивление зачистке Погружение — метод Маршалла ASTM D4867
Погружение — метод Маршалла AASHTO T283 (модифицированный метод Лоттмана)
Модуль упругости Дизайн смеси Superpave Институт асфальта, серия Superpave No.1 (СП-1)
Институт асфальта серии Superpave № 2 (SP-2)
Масса устройства Теоретический максимальный удельный вес и плотность битумных смесей для дорожных покрытий ASTM D2041
Плотность в сжатом состоянии Плотность уплотненных битумных смесей для дорожных покрытий на месте ASTM D2950

Проектирование и анализ смеси Superpave выполняется на одном из трех все более строгих уровней производительности.Superpave Level 1 — это улучшенная процедура выбора материалов и объемного расчета смеси; На Уровне 2 в качестве отправной точки используется та же процедура расчета объемной смеси, что и на Уровне 1, в сочетании с набором тестов для прогнозирования характеристик смеси; Уровень 3 включает в себя более полный набор тестов для достижения более надежного уровня прогнозирования производительности. В настоящее время завершены только спецификация на асфальтовое вяжущее с градуированными характеристиками и подход Superpave уровня 1, а модели прогнозирования характеристик, используемые в процедурах уровня 2 и уровня 3, все еще проходят валидацию.

Пользователи могут обратиться к публикациям Asphalt Institute Superpave Series No. 1 и No. 2, перечисленным в справочном разделе, для получения подробной информации об оборудовании для расчета смеси Superpave и методах испытаний, а также о требованиях к асфальтовому вяжущему с различной производительностью.

СПРАВОЧНИКИ ДЛЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ

AASHTO Руководство по проектированию конструкций дорожного покрытия . Американская ассоциация государственных служащих автомобильных дорог и транспорта, Вашингтон, округ Колумбия, 1993.

Базовое руководство по асфальтовой эмульсии .Институт асфальта, серия руководств № 19, Лексингтон, Кентукки.

Методы расчета асфальтобетона и других горячих смесей . Серия руководств № 2 (MS-2), шестое издание, Институт асфальта, Лексингтон, Кентукки, 1994.

Морган П. и А. Малдер. Промышленный справочник по битуму компании Shell . Shell Bitumen, Риверсделл Хаус, Суррей, Великобритания, 1995.

Технические характеристики и испытания асфальтового вяжущего с высокими эксплуатационными характеристиками . Серия Superpave № 1 (SP-1), Институт асфальта, Лексингтон, Кентукки.

Superpave Level 1 Mix Design . Серия Superpave № 2 (SP-2), Институт асфальта, Лексингтон, Кентукки.

Влияние конструкции смеси на прочность асфальтового покрытия

Долговечность асфальтобетонной смеси определяется как способность уплотненного асфальтобетона сохранять свою структурную целостность в течение всего ожидаемого срока службы при разрушающем воздействии окружающей среды и нагрузке от транспорта. В этой статье обсуждается влияние состава смеси на долговечность асфальтового покрытия.Окружающая среда, дренаж, конструкция и состав смеси описаны как основные факторы, влияющие на долговечность асфальтовой смеси. На долговечность асфальтобетонных смесей влияют свойства заполнителей и связующего, используемых в смеси, а также градация и объемные свойства смеси; все они рассматриваются при разработке смеси. Было рекомендовано внести ряд изменений в конструкцию смеси, чтобы повысить долговечность асфальтовой смеси. К наиболее распространенным относятся: 1) повышение эффективного содержания связующего; 2) используйте смесь с меньшим номинальным максимальным размером частиц или смесь с мелкими градациями; 3) использовать связующие, модифицированные полимером; и 4) используйте более мягкий сорт связующего или теплую смесь для смесей с вторичным связующим.Помимо вышеперечисленных подходов, растет интерес к концепции сбалансированной смеси. В конструкции сбалансированной смеси используются эксплуатационные испытания на сопротивление колейности и сопротивление растрескиванию под нагрузкой, чтобы выбрать объемные и связующие свойства, которые обеспечат адекватное сопротивление как колейности, так и растрескиванию под нагрузкой.

  • URL записи:
  • Наличие:
  • Авторов:
  • Конференция:
  • Дата публикации: 2014-9

Язык

Информация для СМИ

Предмет / указатель терминов

Информация для подачи

  • Регистрационный номер: 01539922
  • Тип записи:
    Публикация
  • Файлы: TRIS, TRB, ATRI
  • Дата создания:
    7 октября 2014 г.

    Leave a reply

    Ваш адрес email не будет опубликован.