Строительные материалы и изделия : учебное пособие
жүктеу/скачать 1,97 Mb. Pdf көрінісі
|
978-5-7996-2352-4 2018
| 13.4. Асфальтобетоны
Асфальтобетон (до затвердевания — асфальтобетонная смесь) является самым распространенным и поэтому важней- шим строительным материалом для устройства автодорожного полотна, который получают уплотнением при требуемой тем- пературе рационально рассчитанной и приготовленной бетон- ной смеси из битумного вяжущего, минеральных заполнителей и наполнителей. Асфальтобетон изготавливают в промышленных условиях на специализированных асфальтобетонных заводах или мо- бильных установках. Активным веществом в асфальтовых бе- тонах является асфальтовое вяжущее (в большинстве случаев композиция нефтяного битума с тонкомолотым минеральным 13. Органические вяжущие материалы, растворы и бетоны на их основе 111 порошком), которое предназначено для соединения инерт- ных зерен заполнителей в единый монолит. Также принято в бетонную смесь добавлять минеральный наполнитель (тон- коизмельченный известняк, доломит или другие карбонатные породы) для снижения расхода дорогого вяжущего и повыше- ния прочностных характеристик и теплостойкости конечного материала за счет перевода битума из объемного в пленочное состояние. Сырьевые материалы для асфальтобетонов выбирают в за- висимости от условий эксплуатации будущего дорожного по- крытия. Марку асфальтового вяжущего необходимо выбирать в зависимости от проектируемого вида асфальтобетона, кли- матических условий строительства и категорий дороги. При необходимости используют полимерно-битумные или моди- фицированные вяжущие. При изготовлении минерального наполнителя (неактиви- рованного минерального порошка) путем тонкого измельче- ния горных пород к ним предъявляют требование по содержа- нию глинистых примесей, которое не должно превышать 5 %. Также изготавливают активированный минеральный порошок совместным помолом горных пород с активирующей смесью из битума и поверхностно-активного вещества. Тонкость по- мола порошков должна соответствовать указанной в норматив- ном документе — ГОСТ 16557–78 «Порошок минеральный для асфальтобетонных смесей. Технические условия». Активацией минерального порошка добиваются его гидрофобности, за счет чего активированные порошки при хранении не комкуются, легко перемешиваются при изготовлении смесей и уменьшают расход вяжущего при приготовлении асфальтобетона. Наилучшим крупным заполнителем для асфальтобетона яв- ляется щебень с размерами зерен от 5 до 20 мм (в крупнозерни- стых смесях — до 40 мм) из горных пород магматического или метаморфического происхождения, обладающий прочностью 112 СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ не менее 100 МПа в водонасыщенном состоянии. Морозостой- кость щебня для верхнего слоя дорожного покрытия должна быть не менее F50, а для нижнего — не менее F25. Характери- стики гравия в качестве крупного заполнителя асфальтобетон- ной смеси хуже, чем щебня, поэтому в асфальтобетоне более половины зерен гравия должны быть дроблеными. В качестве мелкого заполнителя асфальтобетона с размера- ми зерен 0,14–5 мм используют дробленый песок (отсев при дроблении щебня) или природный (речной, овражный, гор- ный). Требования по качеству заполнителей для изготовления асфальтобетонных смесей указаны в ГОСТ 31015–2002 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия». Существует ряд признаков классификации данного вида бе- тонов: назначение (дорожный, для устройства полов), состав (битумный или дегтевый), температура укладки (аналогично ас- фальтовым растворам — холодный и горячий), вид минерально- го заполнителя (щебеночный, гравийный или песчаный). В зависимости от величины остаточной пористости (после укладки и уплотнения) асфальтобетоны делят на: высокоплот- ные с остаточной пористостью 1–2,5 %; плотные — 2,5–5 %; по- ристые (используют для нижних слоев покрытий и основания) — 5–10 %; высокопористые — 10–18 %. Повышение пористости снижает долговечность асфальтобетона за счет увеличения водо- поглощения и, как следствие, снижения морозостойкости (при замерзании вода распирает и разрушает бетон изнутри). Горячие асфальтобетонные смеси в зависимости от со- держания и вида минерального заполнителя в соответствии с ГОСТ 31015–2002 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобе- тон щебеночно-мастичные. Технические условия» подразделя- ют на типы: — А — многощебенистые — содержат щебня 50–60 %; — Б — среднещебенистые — содержат щебня 40–50 %; 13. Органические вяжущие материалы, растворы и бетоны на их основе 113 — В — малощебенистые — содержат щебня 30–40 %; — Г — песчаные смеси на песках из отсевов дробления или смесях с природным песком (не более 30 %); — Д — песчаные смеси на природных песках или смесях с отсевами дробления (менее 70 %). Горячие асфальтобетонные смеси наиболее распростране- ны, их изготовляют на вязких нефтяных дорожных битумах, а укладывают непосредственно после приготовления при тем- пературе не менее 120 ˚C. У холодных смесей, полученных с применением жидких битумов, температура укладки должна быть более 5 ˚C. Некоторые ученые выделяют дополнитель- ный вид асфальтобетонных смесей — теплые, которые мож- но применять при температуре 70–120 ˚C. В состав холодных асфальтобетонных смесей обязательно входит растворитель, за счет испарения которого происходит твердение, поэтому их необходимо укладывать слоями на сухие поверхности путем легкой укатки катками. Макроструктуру асфальтобетона образует смесь крупного и мелкого заполнителей, скрепленная в монолит асфальтовым вяжущим веществом. Микроструктура асфальтового связу- ющего состоит из равномерно распределенных частиц мине- рального порошка и матричного вещества битума. На каждом уровне структуры можно выделить несколько ее типов. Порфировая (базальная) структура характерна для ли- того асфальтобетона из высокопластичных малощебеночных смесей, отличается на макроуровне относительно большим количеством вяжущего и «плавающим» положением заполни- теля, который практически не оказывает влияния на свойства материала. При контактной структуре, характерной для сред- нещебеночной асфальтобетонной смеси, дискретные частицы заполнителя контактируют между собой через тонкие непре- рывные пленки вяжущего, при этом характеристики структуры зависят от свойств заполнителя и асфальтового связующего. 114 СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ Законтактная структура присуща многощебеночным смесям нижнего слоя асфальтобетонного покрытия с недостаточным для заполнения пор содержанием вяжущего и отсутствием непрерывной пленки на поверхности минеральных компонен- тов, отличается высокой остаточной пористостью и дрениру- ющей способностью пропускать воду. Контактная структура при прочих равных условиях обеспечивает наиболее высокие прочностные и эксплуатационные характеристики материала. Наилучшая структура асфальтобетона зависит от требуемых расчетных параметров и обеспечивает комплекс технологиче- ских (пластичность смесей) и эксплуатационных свойств и до- стигается в результате оптимального совмещения прогнозиру- емых типов структур на каждом уровне. Все виды асфальтобетона с течением времени в той или иной степени подвергаются деструкции под действием температур- ных, влажностных и механических факторов. При этом расша- тывается структура, ухудшаются свойства материала, изменяется концентрация твердой фазы под действием тепловых факторов. При эксплуатации при отрицательных температурах битум ас- фальтового вяжущего становится хрупким и в нем появляются микро- и макротрещины. Ультрафиолетовые лучи приводят к старению асфальтобетона за счет окисления молекул битума и уменьшению его адгезии к минеральным частицам. Влажност- ный фактор влияет за счет полярных молекул воды, вытесняю- щих неполярные молекулы битума с поверхности минеральных компонентов, а при вымерзании воды повышается пористость с одновременным снижением прочности покрытия. Повышение долговечности за счет снижения воздействия перечисленных факторов возможно только путем целесо- образного выбора оптимальной структуры асфальтобетона, ка- чественного уплотнения покрытия, периодической обработки и гидрофобизации поверхности, а также своевременного ре- монта покрытия. |