Асфальтовий бетон та інші бітумо- і дьогтемінеральні матеріали

Основні заходи щодо охорони праці.

Для охорони від опіків при раптовому викиді розігріваних матеріалів робітники, що обслуговують котли, повинні бути забезпечені спецодягом, а котли обладнані кришкою на завантажувальних люках і спускних лотоках. Для завантаження твердих шматків пеку або бітуму в котлах повинні бути улаштовані положисті лотоки або труби, що усувають розбризкування гарячого матеріалу. Котли для розігріву потрібно забезпечити протипожежним устаткуванням.

При розвантаженні цистерн і транспортуванні по трубах температура розігріву органічних в’яжучих матеріалів може бути прийнята в таких межах: нафтові в’язкі бітуми 90-100°С, дьогті в’язкі 30-60°С, бітуми рідкі 30-50°С.

13.1. Визначення і класифікація

Асфальтовим бетоном називається будівельний матеріал, одержуваний у результаті ущільнення раціонально підібраної і приготовленої при визначеній температурі суміші з щебеню (гравію), піску, мінерального порошку і бітуму (для поліпшення властивостей асфальтобетону до його складу можуть уводитися різноманітні добавки ПАР, полімери, олігомери та ін.). Якщо замість бітуму, що зв'язує кам'яні матеріали в єдиний моноліт, використовувати дьогті або полімери, то, відповідно, матеріал називають дьогтебетоном або полімербетоном. При використанні мінеральних матеріалів зниженої якості утворюються бітумомінеральні суміші. Нижче приведена класифікація асфальто-дьогтебетонів і бітумно-дьогтемінеральних сумішей.

Бетони і суміші на бітумах (дьогтях)

Асфальтові (дьогтеві) бетони	Бітумно-(дьогте)-мінеральні суміші
Щільний	Пористий	Поліпшені	Рядові	Грунтові
Грубозернисті	Дрібнозернистий	Піщаний	Грубозернисті	Дрібнозернисті	Крупнозернисті	Дрібнозернисті	Грубозернисті	Дрібнозернисті	Дрібнозернисті	Рядові

Рис. 15.1. Класифікація бетонів і сумішей, виготовлених на бітумах (дьогтях), що вкладаються в гарячому, теплому і холодному станах

За ДЕРЖСТАНДАРТом 9128-84 асфальтобетонні суміші в залежності від в’язкості бітуму й умов застосування підрозділяються на види:

1) гарячі, приготовлені на в’язких бітумах при температурі 140-180°С і що вкладаються в покриття при температурі не нижче 120°С;

2) теплі, що готуються на бітумах зниженої в’язкості при температурі 90-160°С і що вкладаються в покриття при температурі не нижче 70°С;

3) холодні, що готуються на рідких бітумах при температурі 80-120°С і застосовувані при температурі не нижче 5°С. До холодного відносяться також асфальтобетонні суміші на бітумних емульсіях.

Асфальто-дьогтебетонні суміші підрозділяють на щебеневі, гравійні і піщані.

За крупністю зерен кам'яного матеріалу асфальто-дьогтебетони класифікують на:

- грубозернисті із розмірами зерен до 40 мм;

- дрібнозернисті із розмірами зерен до 20 мм;

- піщані із розмірами зерен до 5 мм.

Асфальтобетони з гарячих і теплих сумішей за розміром залишкової пористості поділяються на щільні (2-7%), пористі (7-12%) і високопористі (12-18%).

Щебеневі і гравійні суміші в залежності від кількісного вмісту щебеню або гравію мають типи: А (50-65%), Б (35-50%), В (2-35%). Піщані суміші типу Г містять подрібнений пісок або відсіви роздрібнення, типу Д - природний пісок. Холодні суміші мають типи Бх, Вх, Гх, Дх. Дьогтебетонні суміші підрозділяються на ті ж типи, що й асфальтобетонні суміші.

13.2. Матеріали для асфальто- і дьогтебетону

Щебінь одержують роздрібненням міцних і морозостійких магматичних, метаморфічних і осадових гірських порід (граніт, сієніт, кварцит, вапняк, доломіт та ін.), а також металургійних шлаків міцністю не нижче 80 МПа.

Марка щебеню за міцністю повинна бути 600-1200 у залежності від типу гранулометрії і марки асфальто-дьогтебетону. У багатощебенистих бетонах до щебеню пред'являють більш високі вимоги.

Показник міцності при зношуванні в полочному барабані для щебеню з вивержених гірських порід має бути не більш 25-35%, а осадових порід і шлаків - не більш 45%.

Щебінь повинен бути чистим (вміст пилувато-глинистих часток повинен бути не більш 2%). Найкращої для щебеню є форма, що наближається до кубічної і тетраедричної, а поверхня - шорсткувата, що обумовлює підвищення внутрішнього тертя в мінеральному каркасі бетону.

Вміст пластинчатих і голкуватих зерен припускається до 15-20%. Щебінь повинен витримувати без руйнування не менше 50 циклів поперемінного заморожування й відтавання.

При використанні гравію для готування асфальто-дьогтебетонних сумішей у ньому повинно бути подрібнених зерен не менше 80%.

Пісок в асфальто-дьогтебетонах використовується природний і подрібнений, застосовуються відсіви роздрібнення гірських порід, гравію, кристалічних металургійних шлаків, відходи промисловості. Пісок не повинен містити пилувато-глинистих часток більш 3%. Природні піски можуть бути з різноманітним хіміко-мінералогічним складом: кварцові, аркозові, глауконітові й ін. Подрібнений пісок має дві марки (800 і 400) у залежності від міцності при стиску вихідної гірської породи (відповідно не нижче 80 і 40 МПа). Відсіви, одержувані як відходи роздрібнення порушених вивітрюванням вивержених і слабких осадових гірських порід (міцністю нижче 60 МПа) підвищують витрату бітуму, знижують зносостійкість і довговічність бетону.

Зерновий склад піску повинен забезпечити з іншими кам'яними матеріалами одержання бетонної суміші з максимальною щільністю. Для цього застосовують крупні і середньозернисті піски (М_к - 2,4-3,5 і 1,9-2,5).

Мінеральний порошок одержують розмелом карбонатних гірських порід (вапняків, доломітів, доломітизованих вапняків) із міцністю не менше 20 МПа, бітумінозних карбонатних гірських порід. Ці породи не повинні містити глинистих домішок більше 5%. Тонкість помелу повинна забезпечити при мокрому розсіюванні вміст часток дрібніше 1,25 мм - 100 %, дрібніше 0,315 мм - 90%, дрібніше 0,071 мм-70%, а пустотність порошку після ущільнення навантаженням 40 МПа повинна бути не більш 35%.

Як мінеральний порошок використовують також пиловидні відходи промисловості: пил виносу цементних заводів, зола виносу ТЕС, доломітовий пил та інші, а також подрібнені основні металургійні шлаки. Для характеристики відношення мінерального порошку до дії води використовують ступінь набухання у воді суміші порошку з бітумом, коефіцієнт водостійкості, вміст водорозчинних сполук, вологість. Показник бітумоємності характеризує витрату бітуму. Обмежується вміст оксидів лужних металів (Na₂O+K₂O) (не більш 6% для пилу виносу цементних заводів), утрати при прожарюванні (% за масою), вміст вільного оксиду кальцію (% за масою) та ін. У кожному випадку застосування нових мінеральних порошків із відходів промисловості перевіряють властивості їх і виготовлених сумішей, витрату бітуму, технологічні властивості сумішей і довговічність асфальто-дьогтебетону.

Бітуми для готування асфальтобетонних сумішей використовують нафтові, сланцеві і природні, що підрозділяються на марки (рідкі на класи і марки). Марка бітуму вибирається в залежності від виду і типу асфальтобетону, категорії дороги, кліматичних умов районів будівництва (для холодного асфальтобетону враховуються також умови і терміни збереження суміші на складі).

Для виготовлення гарячих сумішей використовуються в’язкі дорожні нафтові бітуми марок БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БH 60/90, БН 90/130.

Як добавки використовують для поліпшення асфальто-дьогтебетонних сумішей і бетонів поверхнево-активні речовини (ПАР) і активатори. ПАВ поліпшують змочування і розтікання бітуму по поверхні кам'яних матеріалів, посилюють зчеплення бітуму і мінеральних часток, знижують витрату в’яжучого, скорочують час перемішування, поліпшують легкоукладальність і ущільнювальність сумішей, зменшують енергоємність виробництва бетону та ін.

Поліпшують властивості асфальто-дьогтебетону волокнисті відходи промисловості: азбесту, скловолокна, лавсану й ін.

Дьогтебетонні суміші підрозділяються на щебеневі, гравелисті і піщані, а за в’язкістю кам'яновугільного дьогтю- на гарячі з в’язкістю дьогтю більш 150 с і холодні з в’язкістю менше 150 с. Для гарячих сумішей використовують дьогті марки Д-6 (ДЕРЖСТАНДАРТ 4641-80), окислені дьогті марки ДО-6, ДО-7, дьогтеполімерні в'яжучі марок ВДП-6 і вДП-7, а також дьогті марок Д-5 і Д-6 із додаванням 10-15% дорожніх в’язких бітумів.

13.3. Структура і властивості асфальто- і дьогтебетону

Властивості асфальто- і дьогтебетону залежать від їх складу, структури і стану. Структура визначається кількістю і якістю всіх складових компонентів бетону, їхнім взаємним розташуванням і характером зв'язків між ними.

Щебінь (гравій) утворюють кам'яний каркас (макроструктуру бетону). Із збільшенням кількості щебеню зростає внутрішнє тертя, міцність і зсувостійкість бетону. В багатощебеневих бетонах (зерен крупніше 5 мм більш 50% за масою) утворюється каркас із зерен щебеню, що стикаються одне з одним через тонкі прошарки бітуму.

Властивості асфальто-дьогтебетону залежать від властивостей його макро-, мезо- і мікроструктур, але особливо від останньої, тому що мінеральний порошок має найбільшу поверхню (90% від усіх мінеральних складових), найбільшу адсорбційну спроможність до бітуму. На поверхні поділу фаз "мінеральний матеріал-бітум" найбільше інтенсивно проходять складні фізико-хімічні процеси взаємодії, характер яких визначається властивостями мінеральних часток (їхнім хіміко-мінералогічним складом і структурою) бітуму, їх кількісним співвідношенням.

Структура дьогтебетону аналогічна структурі асфальтобетону, проте, відмінність її обумовлена властивостями дьогтю. За своїми властивостями дьогтебетон поступається асфальтовому бетону: він має меншу водостійкість, зносо- і теплостійкість, меншу пластичність, більшу крихкість, у більшій мірі "старіє" та ін.

Властивості асфальто-дьогтебетонів залежать від температури: із підвищенням її міцність знижується, а пластичність збільшується. Тому в літню пору на бетонному покритті під дією автомобільного транспорту можуть з'явитися зсуви (напливи, хвилі і т.д.), а при низьких температурах - тріщини.

Асфальто-дьогтебетон схильний також до дії атмосферних чинників, найважливішим із яких є дія води. Вона проникає в пори бетону, послаблює зв'язок в’яжучого з кам'яними матеріалами. А тому міцність асфальто-дьогтебетонів визначається при різноманітних температурах: підвищених (50ºС), низьких (-10ºС і -20ºС) і середніх (20ºС), при яких бетон у найбільшій мірі схильний до дії води.

У асфальто-дьогтебетонів визначаються показники міцності на стиск, вигин, розтяг, зсув при різноманітних температурах. Міцність характеризує спроможність бетону сприймати навантаження від транспорту, що проїжджає, і надійно працювати під їх впливом. При виборі необхідного різновиду бетону основним критерієм є якість, що виражається в конкретних показниках його технічних властивостей (технологічних і будівельно-експлуатаційних).

Найважливішими є показники міцності на стиск і вигин при різноманітних температурах (50, 20, 0 і -10°С). Міцність на стиск визначається при одноосьовому стиску на механічних і гідравлічних пресах, а також при тривісному стиску. Останні точніше відтворюють схему напруженого стану бетону при стиску.

Міцність на стиск визначається на зразках у сухому і водонасиченому станах. Циліндричні зразки можуть піддаватися стиску по твірній - "бразильський" метод випробування. Він характеризує міцність асфальто-дьогтебетону на розтяг.

Із зниженням температури міцність бетону різко збільшується. На розтяг міцність у 6-8 разів менше, ніж міцність при стиску.

Асфальто-дьогтебетон має спроможність до тривалого в’язкого опору і навантаженнях ударної дії, що істотно відрізняє його від пружно-крихких матеріалів із цементного бетону.

Стабільність міцнісних характеристик оцінюється за зміною при циклічному заморожуванні й відтаванні водонасичених зразків. Одержувана характеристика показує морозостійкість асфальто-дьогтебетону.

Стабільність міцності при зміні температури визначається коефіцієнтом теплостійкості (К_т), як відношення міцності при 20 і 50°С (К_т повинний знаходитися в межах 2,5-3,0).

Деформаційні властивості бетону виражаються низкою показників або коефіцієнтом - пластичність, текучість, рухливість і ін. Для характеристики пластичності при позитивних температурах, коли можливо утворення на дорожньому покритті хвиль, напливів та інших пластичних деформацій використовується показник пластичності К_пл.

Асфальтобетон вважається непластичним, якщо ДО=0,10, нормальної пластичності при ДО=0,15-0,24 і пластичним при ДО=0,25.

Зносостійкість характеризує опір асфальто-дьогтебетону стираючим зусиллям, із боку шин автомобілів (у дорожньому покритті). Вона характеризується втратою в масі зразків площею 1 см².

Велику і важливу групу складають фізичні властивості асфальто-дьогтебетону: середня густина мінерального остова і бетону, пористість кам'яного каркаса, залишкова пористість бетону, водонасичення, набухання, морозостійкість і ін. Пористість дуже впливає на довговічність матеріалу. Якщо пори замкнуті (у них затиснене повітря), то навіть при пористості 4-5% бетон може бути практично водонепроникним. Якщо пори відкриті, то в них проникає вода, відшаровуючи плівки бітуму або дьогтю від мінеральних часток, а також проникає повітря, кисень якого окислює в'яжуче, викликаючи старіння асфальто-дьогтебетону.

Для дорожніх покриттів важливе значення має звукопоглинальність, що характеризує спроможність матеріалу поглинати частину звукових коливань, що має істотне значення при боротьбі із шумом у містах і населених пунктах. Коефіцієнт звукопоглинання показує частку звукової енергії хвилі, поглиненою поверхнею матеріалу на площі I м². У залежності від пористості бетону і частоти звука коефіцієнт звукопоглинання знаходиться в межах 0,4-0,5 що в багато разів більше, ніж у цементних бетонів (0,06-0,01).

Хімічні властивості асфальтобетону характеризують спроможність його зберігати постійним груповий хімічний склад бітуму і характеризуються хімічною стійкістю, біостійкістю і стійкістю в’яжучого до синерезису. Хімічна стійкість характеризує також спроможність бітуму і дьогтю опиратися процесам старіння. Основним чинником старіння є окислювальна дія кисню повітря. Тепло, світло (особливо його ультрафіолетова частина спектра), вода є чинниками, що прискорюють окислювання. Старіння перевіряється випробуванням зразків бетону в лабораторних і. натурних умовах. Лабораторні випробування проводяться при тривалому впливі підвищеної температури (60-70°С), нагрівання і періодичного зрошення водою з одночасним впливом ультрафіолетових променів від кварцових, ксенонових та інших ламп. Натурні випробування на старіння допускають тривале витримування зразків бетону під дією атмосферних чинників.

При застосуванні асфальто-дьогтебетонів у гідротехнічному будівництві для улаштування облицювань, екранів, гідроізоляційних обмазок і штукатурок враховується вплив мінералізованої води. Ця вода завжди агресивна до асфальтових і дьогтьових матеріалів. Найагресивнішими до бітумних матеріалів солями, розчиненими у воді, є сульфати магнію і натрію. Їхня присутність у воді до 1% може порівняно швидко зруйнувати структуру асфальтового матеріалу. Знижену агресивність мають хлористий натрій, хлористий магній та інші солі. За ступенем агресивності до бітумних матеріалів солі можна розташувати в ряд:

Біохімічна стійкість характеризує спроможність асфальто-дьогтебетону протидіяти біологічним процесам під впливом нижчих організмів (мікробів і бактерій). Це важливо для гідроізоляції, що схильна до органічного вивітрювання. Мікроби і бактерії розкладають складні органічні сполуки бітумів і дьогтів із виділенням кислот, що викликає появу мікропористості і передчасного старіння.

Важливими технологічними властивостями асфальто-дьогтебетонної маси є їх легкооброблюваність і ущільнювальність.

Дата добавления: 2014-01-07