 |
Раздел IV. Долговечность асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог
|
|
|
|
4.1. Требования к материалам для асфальтобетона
Асфальтобетоны изготавливаются из асфальтового вяжущего, представляющего собой смесь битума с тонкомолотым минеральным порошком, крупного заполнителя – гравия или щебня и мелкого заполнителя – песка.
По назначению асфальтобетоны подразделяются на дорожные, аэродромные, гидротехнические, асфальтобетоны для устройства полов в промышленных зданиях.
Основные свойства асфальтового бетона зависят от примененного асфальтового вяжущего, состава бетона и его пористости. Пористость асфальтового бетона составляет 1…18%. Плотные бетоны (с пористостью не более 5%) обычно водонепроницаемы. Чем выше пористость асфальтового бетона, тем хуже его долговечность в связи с возрастанием водопоглощения, снижением морозостойкости, а также понижением стойкости к химической коррозии.
В отличие от цементного бетона, на показатели прочности асфальтобетона сильно влияет температура. Например, если предел прочности при сжатии асфальтобетона при 20оС составляет ~ 2…2,5 МПа, то при 50оС ~1 МПа.
Асфальтобетоны укладывают в горячем или холодном состоянии. Наиболее распространены горячие асфальтобетонные смеси, имеющие при укладке температуру от 140 до 170 оС. Для их приготовления предварительно высушенные и подогретые до 180-200 оС минеральные составляющие бетона (тонкомолотый минеральный порошок, песок, щебень) загружают в смеситель, в котором их перемешивают с расплавленным битумом. Готовые асфальтобетонные смеси укладывают и уплотняют катками. Через 1…2 часа асфальтобетон отвердевает, приобретая прочность камня.
Асфальтобетоны, укладываемые в холодном состоянии, приготовляют на жидких битумах и битумных эмульсиях. Жидкий битум подогревают до 110-120 оС и смешивают с высушенными и подогретыми до той же температуры заполнителями. Асфальтобетонную смесь с температурой 60 оС развозят на места и укладывают при температуре окружающей среды не ниже +5 оС.
|
|
|
Качество асфальтобетона зависит от его состава, технологии приготовления смеси, укладки и уплотнения. Изучение физико-химических процессов на границе минеральный материал - битумное вяжущее дает возможность обоснованно выбрать состав асфальтобетонной смеси, который при определенном режиме приготовления обеспечивает требуемые физико-механические свойства асфальтобетона. Природа, прочность, пористость, гранулометрический состав минеральной части оказывает влияние на особенности взаимодействия с различными вяжущими материалами.
Классификация асфальтобетона
ГОСТ 9128-97 «Cмеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия» устанавливает следующие классификационные признаки асфальтобетона.
1) Асфальтобетонные смеси на вязких битумах называются горячими, на жидких – холодными.
2) По наибольшей крупности минеральных зерен асфальтобетон может быть крупнозернистым – до 40 мм, мелкозернистым – до 20 мм и песчаным до 5 мм.
3) По пористости асфальтобетон из горячих смесей подразделяется на разновидности:
- высокоплотные 1…2,5% пор по объему;
- плотные 2,5…5,0% пор;
- пористые 5…10% пор;
- высокопористые 10…18% пор.
4) В зависимости от содержания щебня плотный асфальтобетон подразделяется на типы:
А – 50..60%;
Б – 40…50%;
В – 30…40%;
Г – песчаный с искусственным (дробленым) песком;
Д – песчаный с природным песком.
Для обозначения холодных смесей добавляется индекс х, например, Бх, Вх и т.д.
5) По качеству составляющих материалов и физико-механическим свойствам асфальтобетон подразделяется на марки:
I – для горячего высокоплотного асфальтобетона;
|
|
|
I-II-III – для горячего плотного асфальтобетона;
I-II – для горячего пористого и высокопористого и для холодного асфальтобетона.
Тип асфальтобетона и его марку назначают в зависимости от характера движения автомобилей, конструкции дорожной одежды, имеющихся материалов, климатических условий района строительства и условий производства работ. Если выбранный асфальтобетон не соответствует условиям эксплуатации, на покрытии возникают и развиваются деформации и разрушения, а именно:
- пластические сдвиги, волны, колея при высокой летней температуре;
- трещины зимой;
- шелушение поверхности и выбоины при знакопеременной температуре весной.
Минеральные материалы для асфальтобетона
Щебень (ГОСТ 8267-93) – дробленый и разделенный на фракции материал из монолитных горных пород, или получаемый дроблением гравия. Для дробления используют в основном граниты и известняки и применяют различные по конструкции и мощности камнедробильные машины, от которых зависит качество получаемой продукции. Лучшей формой зерен щебня считается кубовидная или тетраэдрическая.
Производство щебня включает следующие этапы: добычу камня, дробление, сортировку (грохочение). Добыча камня производится в карьерах в основном буровзрывным способом, затем сырье доставляется на дробильно-сортировочный завод.
Содержание зерен щебня лещадной (ширина их в 3 раза превышает толщину) и игловатой (длина в 3 и более раза превышает толщину и ширину) формы не должно быть больше допустимых стандартов, приведенных в табл. 7.
Таблица 7 - Нормируемый показатель содержания в щебне зерен пластинчатой и игловатой формы
| Группа щебня | Содержание зерен в щебне, % по массе |
| До 15 включительно | |
| 15-25 | |
| 25-35 | |
| 35-50 |
Для дорожного строительства щебень применяют в основном четырех фракций: с размером зерна 5-10; 10-20; 20-40; 40-70(80) мм.
Гравий (ГОСТ 8267-93) получают делением (разгрохоткой) на фракции песчано-гравийных смесей.
Природный гравий представляет собой рыхлую смесь окатанных обломков горных пород размером от 5(3) до 70(80) мм. По происхождению он может быть горным, речным, морским и ледниковым. Горный гравий имеет более угловатую форму зерен, что благоприятно сказывается на сцеплении с вяжущим, но более загрязнен пылевато-глинистыми примесями. Речной и морской гравий имеет гладкую поверхность, что ухудшает сцепление с вяжущим. Лучшей разновидностью гравия считается ледниковый, который менее окатан и имеет более равномерный зерновой состав.
|
|
|
Обработка гравия заключается в его сортировке по фракциям и промывке. При содержании в гравии природного песка от 25 до 40% материал называют гравийно-песчаной смесью.
Гравий для асфальтобетонов должен соответствовать требованиям ГОСТ8267-93. Для асфальтобетонов применяют гравий фракций 5-10, 10-20(15), 20(15)- 40, а также смеси указанных фракций.
Качество щебня и гравия характеризуется показателями:
- прочности (маркой по раздавливанию в цилиндре, по сопротивлению износу в полочном барабане, по морозостойкости);
- крупностью и формой зерен (фракции 5…40 мм. форма зерен- кубовидная, количество лещадных зерен для смеси А до 15%, для смеси Б 25% и В -35% по массе);
- степенью загрязненности пылевато-глинистыми частицами (не более 1,5% по массе);
- петрографическим составом, который влияет на шероховатость покрытия. Чем выше шероховатость, тем лучше сцепление колес автотранспорта с дорогой. Шероховатость для гранита сохраняется до 5 лет эксплуатации дороги, а для известняка – один сезон, хотя адгезия битума к поверхности известняка больше, чем к граниту.
Песок (ГОСТ 8736). Песком называют рыхлую смесь зерен материала природного или искусственного происхождения размером от 0,16 до 5 мм.
По минерало- петрографическому составу различают кварцевые, полевошпатные, карбонатные и другие пески. Как правило, лучшие по качеству пески – кварцевые, и они чаще других используются. Однако при производстве бетонов и асфальтобетонов их можно заменять на другие пески.
По происхождению пески подразделяются на горные (овражные), речные, морские, барханные, дюнные и др. Каждый из них имеет положительные и отрицательные свойства: горные пески содержат повышенное содержание глины, но обладают неокатанной формой зерен, более благоприятно влияющей на прочность сцепления с цементным камнем в бетоне. Морские могут содержать обломки раковин, снижающих прочность бетонов и асфальтобетонов. Кроме того, речные и морские пески имеют гладкую поверхность зерен, не обеспечивающую достаточного сцепления с вяжущим веществом, но они более чистые. Дюнные и барханные сложены очень мелкими частицами, не отвечающими требованиям стандартов.
|
|
|
Показателями, характеризующими пески, являются:
- зерновой состав и модуль крупности;
- содержание пылеватых и глинистых частиц;
- минерало-петрографический состав.
В асфальтобетонах могут применяться различные пески. Крупные пески оцениваются модулем крупности Мкр > 2,5 и содержанием в них зерен крупнее 0,63 более 50%. Пески средние оцениваются модулем крупности Мкр = 2 – 2,5 и содержанием в них зерен крупнее 0,315 в пределах 35- 50%.
Применяемый для асфальтобетонов песок природный и из отсевов дробления горных пород должен соответствовать требованиям ГОСТ 8736, согласно которому cодержание глинистых частиц не должно превышать 0,5% для асфальтобетона марок I и II, и не более 1% для марки III.
Прочность песков оценивается по прочности горных пород, при естественном разрушении которых они образуются (природные пески), или из которых получаются при дроблении (дробленые пески).
Минеральный порошок (ГОСТ 52129-2003). Он представляет собой полидисперсный материал и является важнейшим структурообразующим компонентом асфальтобетона. На его долю приходится до 95% суммарной поверхности минеральных зерен асфальтобетона.
Основное назначение минерального порошка – переводить объемный битум в пленочное состояние. При этом повышается вязкость и прочность битума. Вместе с битумом минеральный порошок образует структурированную дисперсную систему, которая выполняет роль вяжущего материала в асфальтобетоне. Кроме того, минеральный порошок заполняет поры между частицами песка, что способствует повышению плотности асфальтобетона и снижению расхода битума.
Лучшими для асфальтобетонов являются минеральные порошки, получаемые в результате тонкого измельчения известняков и доломитов. Также широкое применение нашли минеральные порошки из отходов промышленности: цементной пыли, золы-уноса ТЭЦ, молотых основных доменных шлаков, шламов доменного и конверторного производства и др. В Башкортостане проведены исследования и показана возможность применения отходов содового и сахарного производства для этой цели.
Активность минерального порошка объясняется его высокоразвитой поверхностью, которая составляет 2500…5000 см2/г. Чем выше этот показатель, тем выше активность минерального порошка. Однако очень высокая дисперсность порошков приводит к слипанию наиболее мелких частиц. По ГОСТ 52129-2003 в минеральном порошке должно содержаться частиц меньше 0,071 мм не менее 70% в неактивированном и не менее 80% в активированном порошке. При этом все остальные зерна минерального порошка должны проходить через сито с отверстиями 1,25 мм.
|
|
|
Битум. Вяжущим в асфальтобетоне могут быть жидкий и вязкий нефтяные битумы.
По своему строению битум – коллоидная система, в которой диспергированы асфальтены (дисперсная фаза), а дисперсионной средой являются смолы и масла. Асфальтены битума в виде частиц размером 18…20 мкм являются ядрами (или мицеллами), каждое из которых окружено оболочкой убывающей плотности от тяжелых смол к маслам. Свойства битума как коллоидной системы определяются соотношением входящих в него составных частей: масел, смол и асфальтенов. Повышение содержания асфальтенов ведет за собой возрастание твердости, температуры размягчения и хрупкости битума. Наоборот, масла, частично растворяющие смолы, делают битум мягким и легкоплавким. Увеличение содержания смол повышает растяжимость битума, т.е он становится более эластичным.
Комплексные частицы дисперсной системы, называемые мицеллами, разрушаются при нагревании битума за счет усиления броуновского движения и частичного растворения асфальтенов, но при охлаждении структура битума самопроизвольно восстанавливается.
По классификации А.С. Колбановской различают битумы I, II и III структурных типов, которые можно отождествлять с коллоидными системами гель, золь, золь-гель.
Золями называются свободнодисперсные системы, в которых частицы дисперсной фазы не связаны друг с другом в одну сплошную сетку и свободно перемещаются в дисперсионной среде под влиянием броуновского движения или силы тяжести.
Гелями называются связнодисперсные системы, частицы которых связаны друг с другом межмолекулярными силами, образуя в дисперсионной среде пространственные сетки или каркасы (структуры).
При плотной упаковке объема битума мицеллами образуется структура типа «гель» и битум отличается высокой вязкостью и твердостью. Битумы I типа не рекомендованы для дорожного строительства в связи с низкой устойчивостью против действия окислительных факторов в процессе технологической переработки при производстве асфальтобетона.
Если есть избыток дисперсионной среды и мицеллы не контактируют между собой и свободно перемещаются, то структура относится к типу «золь». Такая структура характерна для жидких размягченных битумов с малой вязкостью. Преимущества битума II типа: высокая когезия и деформационная устойчивость в упруго-вязком состоянии, повышенная устойчивость против воздействия окислительных факторов, приводящих к старению. Недостатки: отсутствие эластического и упруго-пластического состояний, низкая теплостойкость и плохая водостойкость. Ко II типу относятся битумы марок БН с регламентированными стандартом показателями свойств. Остаточные битумы принадлежат в основном к этому типу.
Для битумной структуры типа «золь-гель» характерна некоторая связность мицелл между собой, но она значительно слабее выражена, чем в битуме I типа - «гель». Структура битумов III типа считается оптимальной для дорожного строительства. Этот тип битумов не имеет явно выраженных недостатков I и II типа. Марки БНД битумов соответствует III структурному типу и могут быть рекомендованы для применения во всех дорожно-климатических зонах.
Для строительства автомобильных дорог высшей категории во многих странах используют компаундированные вяжущие вещества, полученные путем объединения различных нефтяных фракций, высокомолекулярных смол, эластомеров, поверхностно-активных веществ, серы и др. Введение в битум II структурного типа реакционноспособного поверхностно-активного вещества (ПАВ) может привести к преобразованию его структуры в III тип.
Состояние и свойства битума зависят от его фазового состава, изменить который можно регулированием технологических свойств битумных вяжущих: нагреванием и охлаждением, добавлением маслянистых углеводородов (мазута, лигроина, нефти и др.), а также введением тонкодисперсных минеральных наполнителей, разжижением растворителями и переводом в эмульсионное состояние. Строение битумов всех 3 структур представлено на рис. 15.
Рисунок 15 - Схема строения битумов:
1 – сольватные оболочки из смол;
2 – асфальтеновое ядро;
3 – масла.
Достаточно упрощенно можно представить структуру битума как состоящую из ядра, которое составляют асфальтены, окруженного оболочкой из адсорбционно-сольватных слоев смол. Эти агрегатные частицы распределены в масляной среде.
Свойства битумов
При высоких температурах битумы приближаются по свойствам к жидкостям, а при низких температурах приобретают свойства твердых тел. В интервалах температур от (-40оС) до +120 оС битум может находиться в различных состояниях (рис. 16).
В зоне 1 для битума характерно упруго-хрупкое состояние, при котором каркас из асфальтенов фиксирован отвердевшей при отрицательных температурах прослойкой из смол, растворенных в маслах.
В зоне 2 битум имеет эластичное состояние, при котором каркас из асфальтенов фиксирован и может лишь упруго деформироваться во времени, но прослойки между элементами каркаса жидкие.
В зоне 3 битум приобретает упруго-пластическое состояние, при котором частицы асфальтенов взаимодействуют через тонкие прослойки среды, проявляющей при напряжениях, не превышающих предел текучести, упругие свойства.
В зоне 4 в битуме возникает упруго-вязкое состояние, которое характеризуется исчезновением пределов текучести, прослойки среды между твердыми частицами асфальтенов увеличиваются за счет частичного растворения последних.
В зоне 5 битум приобретает истинно-вязкое состояние, при котором дисперсионная среда (смолы и масла) занимает большую часть объема и битум представляет собой суспензию набухших в углеводородах асфальтеновых частиц.
Рисунок 16 – Изменение вязкости битума в зависимости от температуры
К важнейшим свойствам битумов можно отнести следующие.
Вязкость – важнейшая реологическая характеристика, изменяется в широких пределах в зависимости от группового состава и температуры. Наиболее значимое влияние на вязкость битумов оказывает соотношение асфальтенов и масел. С увеличением содержания асфальтенов вязкость повышается.
Вязкость битумов оказывает большое влияние на технологические свойства асфальтобетонной смеси – удобоукладываемость в процессе перемешивания, укладки и уплотнения смеси, т.е. при температуре 70…160оС.
Желательно, чтобы вязкость битума менялась не очень сильно при температурах, при которых протекает работа дорожных покрытий. Тогда покрытие будет долговечным.
Для характеристики вязкости приняты следующие показатели:
- глубина проникновения иглы (пенетрация), определяемая пенетрометром;
- температура размягчения битума, определяемая на приборе “Кольцо и шар”.
Эти показатели широко применяются для оценки вязкости битумов как в России, так и во многих зарубежных странах.
Глубина пенетрации. Показатели глубины погружения иглы определяют по ГОСТ 11501. Они зависят от температуры битума, а также от давления на иглу и времени ее погружения. Испытания проводятся при 25 оС и при 0оС. За единицу пенетрации принята глубина проникания иглы, равная 0,1 мм. В России приняты следующие стандартные условия:
- нагрузка на иглу – 100 г при 25оС и 200 г с при 0оС;
- продолжительность погружения – 5 с при 25оС и 60 с при 0оС.
Достаточно часто для оценки пенетрации используют индекс пенетрации ИП, который рассчитывается по формуле:
ИП = 
(23)
где А = 
;
П25 –глубина проникания иглы (в 0,1 мм) при 25оС;
Тразм – температура размягчения.
Температура размягчения. Она определяется по ГОСТ 11506 на приборе “Кольцо и шар”. Для испытаний готовят образцы битума в латунных кольцах, которые помещают в прибор над отверстиями в подвеске. Прибор заполняют водой, водой с глицерином или глицерином (в зависимости от температуры размягчения). На поверхность битумных образцов помещают стальные шарики, а прибор нагревают до температуры, при которой они продавливают битум и касаются основания прибора. Эта температура называется температурой размягчения.
Большое значение имеет соотношение между глубиной погружения иглы и температурой размягчения. Более ценными являются битумы, у которых при данной температуре размягчения более высокий показатель глубины погружения иглы. Это будет означать относительно меньшую восприимчивость битумов к изменению температуры.
Температура хрупкости. Это характеристика вязкости дорожно-строительных битумов при отрицательных температурах. Она определяется на приборе Фрааса. Определение производится в тонком слое битума, нанесенном на металлическую пластинку. Пластинка подвергается изгибанию при равномерно снижающейся температуре. Температура, замеренная в момент появления излома в испытуемом слое битума, принимается за температуру хрупкости. Температура хрупкости – эта та температура, при которой битум становится хрупким, т.е. теряет свои вязко-пластичные свойства. Хрупкость битума, а естественно и хрупкость асфальтобетона, отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах дорожных покрытий:
- повышается склонность к образованию трещин;
- выкрашивается покрытие.
Поэтому, чем ниже температура хрупкости, тем больший температурный интервал, в котором битум находится в вязко-пластичном состоянии, и тем лучше его дорожно-эксплуатационные свойства.
Растяжимость. Это свойство битумов принято оценивать по их способности растягиваться в нить определенной длины под действием нагрузки. Определение растяжимости (дуктильности) производится по ГОСТ 11505 с помощью дуктилометра, в котором битумный образец в виде восьмерки растягивается с постоянной скоростью. Длина нити в момент разрыва, выраженная в см, является показателем растяжимости. Чем больше вязкость битумов, тем меньше его растяжимость, т.е. чем меньше глубина проникания иглы, тем меньше его растяжимость.
Носителем эластичности битумов являются смолы, чем больше смол, тем больше растяжимость.
С растяжимостью битума при низких температурах связана деформативность асфальтобетона. Это очень важное свойство. Недостаточная деформативность приводит к появлению в дорожных покрытиях трещин и к быстрому разрушению асфальтобетона.
Растяжимость определяется при 25оС и скорости растягивания битумного образца-восьмерки, равной 5см/мин.
Коэффициент стандартных свойств. Расчет коэффициента стандартных свойств проводится для определения структурного типа битума. Его определяют по формуле:
(24)
где Тразм – температура размягчения;
Тхр – температура хрупкости;
Д25 – растяжимость (дуктильность) при 25оС.
Если Кстд составляет ≥ 1,15, то битум имеет структуру геля (I структурный тип), при Кстд ≤ 0,65 – структуру золя (II структурный тип), при Кстд = 0,65…1,15 для битума характерен III структурный тип (золь-гель).
Водостойкость. Она характеризуется содержанием водорастворимых соединений (в битуме их содержится не более 0,2…0,3% по массе). Чем меньше содержание водорастворимых веществ, тем более водостоек битум, что положительно влияет на долговечность асфальтобетонного дорожного покрытия.
Старение битумов. Под старением битумов подразумевают совокупность всех химических и физических процессов, приводящих со временем к изменению их свойств. Обычно на битумы действуют тепло, солнечный свет, кислород воздуха, озон, вода, бактерии, а на битумы в дорожных покрытиях – динамические нагрузки от автомобильного транспорта. Эти факторы вызывают в молекулах битумов разрыв химических связей и образование свободных радикалов. Устойчивость битумов к действию тепла и кислорода зависит от их строения и, прежде всего, от наличия легкоокисляющихся групп и связей в макромолекулах, количество которых устанавливается методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). В результате старения возрастает содержание твердых хрупких составляющих (асфальтенов) за счет уменьшения содержания смолистых веществ и масел.
Оценка интенсивности старения битумов основана на изучении степени изменения свойств в результате нагрева. По ГОСТ 22245-90 изменение их свойств определяют после нагревания образца битума до 160оС в течение 5 часов. Изменение температуры размягчения после прогрева и служит показателем его устойчивости к старению. Битумы, обнаруживающие большие изменения этого показателя, оказываются более склонными к атмосферному старению.
Повышение сопротивления старению битумов обеспечивают добавками ингибиторов, способствующих подавлению окислительных процессов, например, продуктов алкилирования n-крезола изобутиленом. Замедлению старения битума способствует введение в состав асфальтобетона сажи или технического углерода. Добавки алифатических аминов стабилизируют асфальтены битума, предотвращая их агрегирование, что также замедляет старение.
Химические свойства. Наиболее важным свойством является химическая стойкость битумов к воздействию агрессивных веществ. Битумы хорошо сопротивляются воздействию щелочей (с концентрацией до 50%), соляной кислоты (до концентрации 25%) и уксусной кислоты (до концентрации 10%). Менее стойки битумы в атмосфере, содержащей оксиды азота а также при действии концентрированных растворов кислот. Битум растворяется в большинстве органических растворителей. Благодаря своей химической стойкости битумные материалы широко применяются для защиты от коррозии бетонных и железобетонных конструкций, а также стальных труб и других металлических изделий.
Марка битума. Марку битума определяют твердостью, температурой размягчения и растяжимостью. Буквенные обозначения отражают назначение битума. Например, БН – битум нефтяной, БНК – битум нефтяной кровельный, БНД – битум нефтяной дорожный и т.д.
Для битумов кровельных цифровые показатели выражаются дробью, в которой числитель представляет собой среднее значение показателя температуры размягчения в оС, а знаменатель – среднее значение показателя глубины проникания иглы при 25 оС в 10-1мм. Например, битум БНК 45/190 – это битум нефтяной кровельный с температурой размягчения 45 оС и глубиной проникания иглы 190 10-1мм.
Для вязких дорожных битумов цифры в обозначении марки по ГОСТ 22245-90 указывают на допустимые для марки пределы показателей глубины проникания иглы при 25оС. Вязкие нефтяные дорожные битумы выпускаются следующих марок: БНД 40/60; БНД 60/90; БНД 90/130; БНД 130/200, БНД 200/300.
Битумы нефтяные типа БН маркируются также, как и битумы дорожные. Битумы БН выпускаются 4 следующих марок: БН 60/90; БН 90/130; БН 130/200; БН 200/300.
Для определения структурного типа битума (гель, золь, золь-гель) можно использовать стандартные показатели его свойств в соответствии с данными табл. 8.
Таблица 8 - Сравнительные характеристики битумов различных структурных типов при равном значении проникания иглы
| Показатели свойств | Тенденция изменения показателей свойств для битумов типа | ||
| гель | золь | золь-гель | |
| Коэффициент стандартных свойств | ≥ 1,15 | ≤ 0,65 | 0,65…1,15 |
| Индекс пенетрации | ≥ 1,0 | ≤ - 1,0 | -1,0…1,0 |
| Когезия | низкая | высокая | промежуточные свойства |
| Растяжимость при 25оС при 0оС | низкая высокая | высокая низкая | промежуточные свойства |
| Температура размягчения хрупкости | высокая низкая | низкая высокая | промежуточные свойства |
| Склонность к изменению свойств при старении | большая | малая | промежуточные свойства |
Требования к битумам
Битумы нефтяные дорожные вязкие (ГОСТ 22245-90)– полутвердые нефтяные битумы, разделяемые на марки по вязкости, определяемой пенетрометром и по комплексу показателей. Применяют для получения «горячего» асфальтобетона, применяемого при строительстве всех типов усовершенствованных дорожных покрытий и оснований.
Вязкие нефтяные дорожные битумы изготовляют окислением продуктов прямой перегонки нефти и селективного разделения нефтепродуктов, а также компаундированием окисленных и неокисленных продуктов или в виде остатка прямой перегонки нефти.
Вязкие нефтяные дорожные битумы изготовляют следующих марок: БНД 200/300, БНД 130/200, БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60, БН 200/300, БН 130/200, БН 90/130, БН 60/90.
Свойства вязких нефтяных дорожных битумов должны соответствовать следующим показателям (табл. 9):
Таблица 9 -Показатели свойств вязких нефтяных дорожных битумов
| Наименова-ние показателя | Норма для битума марки | Метод испытания по ГОСТ | ||||||||
| БНД 200/300 | БНД 130/200 | БНД 90/130 | БНД 60/90 | БНД 40/60 | БН 200/300 | БН 130/200 | БН 90/130 | БН 60/ | ||
| 1.Глубина проникания иглы, 0,1мм: при 25оС при 0оС 2.Темпера-тура раз-мягчения по кольцу и шару, оС, не ниже 3.Растяжи-мость, см, не менее: при 25оС при 0оС 4.Темпера-тура хруп-кости, оС, не выше 5.Темпера-тура вспышки, оС, не ниже 6.Измене-ние темпе-ратуры размягче-ния после прогрева, 0оС, не более | 201- - -20 | 131- 6,0 -18 | 91- 4,0 -17 | 3,5 -15 | 40-60 - -12 | 201- - - -14 | 131- - -12 | 91- - -10 | 60-90 - -6 | |
| 7.Индекс пенетра-ции | От -1,0 до + 1,0 | От -1,5 до + 1,0 | По приложению 2 |
Битумы нефтяные дорожные жидкие (разжиженные) (ГОСТ 11955-82)
Битумы нефтяные дорожные жидкие (разжиженные) (ГОСТ 11955-82) – битумы, приготовленные разжижением вязких битумов жидкими нефтяными продуктами установленного фракционного состава с добавлением ПАВ, разделяемые на марки по вязкости, определяемой вискозиметром и по комплексу показателей. Применяют для производства «холодных» асфальтобетонов при строительстве всех типов усовершенствованных дорожных покрытий и оснований, а также при укреплении грунтов.
Жидкие битумы в зависимости от скорости формирования структуры подразделяются на:
- густеющие со средней скоростью (СГ);
- медленногустеющие (МГ);
- медленногустеющие из остаточных нефтепродуктов (МГО).
В зависимости от условной вязкости, определяемой по вискозиметру временем в секундах, за которое 50 мл битума с температурой 60оС выливается через отверстие вискозиметра диаметром 5 мм, жидкие битумы подразделяются на следующие марки:
СГ 40/70 СГ 70/130 СГ 130/200
МГ 40/70 МГ 70/130 МГ 130/200
МГО 40/70 МГО 70/130 МГО 130/200
Для разжижения вязких битумов с целью получения жидких (разжиженных) битумов используют жидкие нефтепродукты (керосин, бензин, мазут и др.).
Битумы нефтяные дорожные жидкие (разжиженные) должны иметь следующие показатели свойств по ГОСТ11955-82 (табл. 10).
Таблица 10 - Качественные показатели жидких дорожных битумов, нормируемые ГОСТ 11955-82
| Показатель | Норма для марки | Метод | ||||||||
| СГ 40/ | СГ 70/ | СГ 130/ | МГ 40/ | МГ 70/ | МГ 130/ | МГО 40/ | МГО 70/ | МГО 130/ | ||
| Условная вязкость по вискозиметру, с Количество испарившегося разжижителя, % не менее Температура размягчения остатка после определения количества испарившегося разжижителя, оС, не ниже Температура вспышки, оС, не ниже | 40- | 71-130 | 131-200 | 40-70 | 71-130 | 131-200 | 40- - - | 71-130 - - | 131-200 - - | ГОСТ 11503 ГОСТ 11504 ГОСТ 11506 ГОСТ 4333 ГОСТ 11508 |
| Испытание на сцепление с мрамором или песком | Выдерживает в соответствии с контрольным образцом № 2 |
Основные закономерности твердения битумных вяжущих веществ
Основные закономерности твердения битумных вяжущих веществ в асфальтобетонах связаны с их взаимодействием с минеральным порошком.
Карбонатные и доломитовые горные породы дают лучшее сцепление с битумом. На поверхности минерального порошка из этих материалов битум образует водонерастворимые химические соединения, то есть происходит хемосорбционное взаимодействие. Кислые горные породы (гранит, андезит и другие), содержащие более 65% SiO2, при взаимодействии с битумом не образуют хемосорбционных соединений. Адгезия битума к этим зернам пониженная, а асфальтобетон отличается более низкими показателями прочности, водо- и теплостойкости.
Для повышения гидрофобности и сцепления с битумом минеральный порошок активируют поверхностно-активными веществами либо в процессе помола, либо после помола введением добавок-гидрофобизаторов. В качестве поверхностно-активных веществ в этом случае применяют анионные соединения – смолу госсиполовую (хлопковый гудрон), гудрон жировой и другие.
4.2. Разрушение асфальтобетона в процессе эксплуатации автомобильных дорог и способы повышения его долговечности
Деструкция (разрушение) связана прежде всего с изменением свойств битумного (асфальтового) вяжущего во времени. В процессе эксплуатации происходит окисление битума кислородом воздуха. Изменяется его групповой состав в сторону увеличения тяжелых фракций (асфальтенов и смол). Старение битума и, как следствие, деструкция асфальтобетона проявляется в разрушении поверхностного слоя покрытия в виде постепенного выкрашивания и шелушения с вырыванием отдельных минеральных частиц. Это является результатом снижения адгезии между заполнителями (щебень, песок) и органическим вяжущим.
Асфальтобетон чувствителен к изменению температуры воздуха. Это является источником постоянных структурных изменений. Как уже отмечалось выше, битум представляет собой коллоидную структуру, в которой соотношение дисперсионной среды и дисперсной фазы зависит от температуры. При снижении температуры повышается концентрация твердой (дисперсной) фазы, за счет выделения из системы новых центров структурообразования. При повышении температуры наблюдается обратная закономерность. Концентрация твердой фазы уменьшается вследствие снижения вязкости из-за усиления теплового молекулярного движения. При этом практически непрерывно изменяется пластичность асфальтобетона. При одновременном воздействии циклических механических нагрузок (воздействие колес автомобилей) изменение пластичности приводит к нарушению структуры, к потере деформационной устойчивости покрытия и разрушению материала.
Одним из характерных дефектов асфальтобетонного покрытия является появление и развитие остаточных деформаций в виде наплывов, волн, гребенок, колей. Это необратимые деформации, появлению которых способствует повышение температуры воздуха. Основным условием повышения теплоустойчивости асфальтобетона является выбор соответствующей марки битума, обеспечение оптимального состава асфальтобетона, высокая степень уплотнения смеси.
При отрицательных температурах и одновременном приложении нагрузки из-за температурных напряжений возникают хрупкие микро- и макроразрывы и в конечном итоге трещины в асфальтобетонном покрытии.
Значительное влияние на долговечность покрытий оказывает и воздействие воды. Под влиянием воды также происходит разрушение структуры в результате нарушения сцепления битумных пленок с минеральными частицами. Чем больше воды проникает в материал, тем быстрее разрушается покрытие. Чтобы затормозить этот процесс, необходимо тщательное уплотнение
|
|
|
