Теплый асфальтобетон. Материалы для его приготовления. Свойства

В теплом асфальтобетоне применяют битумы с меньшей вязкостью, чем в го­рячих асфальтобетонных смесях. Если теплый асфальтобетон приготавливают на битумах марок БНД 130/200, БНД 200/300, БНД 40/60 и БНД 60/90,сме­шанных с тяжелыми разжижителями неф­тяного или каменноугольного происхож­дения, формирование структуры происхо­дит за счет упрочнения микроструктур­ных связей при уплотнении и охлажде­нии материала в покрытии. Асфальтобе­тон после уплотнения и охлаждения об­ладает проектной плотностью и проч­ностью. Если же теплый асфальтобетон приготавливают на битумах марок С Г 130/200. БНД 40/60 и БНД 60/90, сме­шанных с легкими разжижителями (на­чало кипения 160... 180°С, конец ки­пения 260... 300°С) до глубины прони­кания иглы при 25°С 300... 400°, про­исходит относительно длительное форми­рование структуры асфальтобетона. Ас­фальтобетон после уплотнения и охлажде­ния смеси набирает до 80 % проектной плотности и прочности. Испарение лег­ких фракций с одновременным доуплотнением транспортными средствами при водит к окончательному формированию покрытия.

Минеральные материалы для теплого асфальтобетона должны быть чистыми, зерна угловатыми и шероховатыми. Проч­ность при сжатии исходной горной породы должна быть не ниже 100... 120 МПа. Осадочные карбонатные породы и ме­таллургические шлаки могут быть исполь­зованы с прочностью не ниже 80...100 МПа.

В теплом асфальтобетоне не реко­мендуется применять природный, песок и гравий. В крайнем случае содержание крупнозернистого окатанного песка мо­жет быть не более 30 % массы дроблено­го песка. Искусственный песок, получа­емый при дроблении магматических гор­ных пород и металлургических шла­ков, должен содержать зерен фракции 5... 1,25 мм не менее 25 %.

Применение в теплом асфальтобетоне битумов с меньшей вязкостью определя­ет особенности структурообразования и структурно-механические свойства мате­риала — способность смесей приобре­тать плотность в покрытии при более низких температурах воздуха по сравне­нию с горячими смесями. Теплый асфаль­тобетон обладает большей трещиностойкостью при низких отрицательных тем­пературах.

Адгезионная и когезионная прочности битума в общем случае понижаются с понижением вязкости битума. Поэтому подо- и морозостойкость теплого асфаль­тобетона приготовленного на обычных материалах по принятой технологии, в на­чальный период эксплуатации ниже, чем у горячего асфальтобетона. Следовательно, для повышения долговечности теплого асфальтобетона необходимы специальные мероприятия, заключающиеся во введе­нии в смесь поверхностно-активных ве­ществ и активаторов, в активации ми­неральных материалов и др.

Процессы структурообразования в смесях, приготовленных на битумах ма­рок БНД 130/200 и БНД 200/300, про­текают так же, как и в горячих смесях, но с некоторым замедлением. Изменяя порядок введения минеральных материа­лов, разжижителя и битума, можно нап­равленно регулировать структурообразование.

Введение в мешалку пластификатора с ПАВ непосредственно после минераль­ных материалов обеспечивает предвари­тельную гидрофобизацию зерен, что соз­дает условия для более равномерного распределения вяжущего по поверхности минеральных материалов, снижает работу перемешивания.

При введении пластификатора с ПАВ в смесь после битума размягчается внеш­няя оболочка битумной пленки на ми­неральных зернах, снижается вязкость свободного битума, уменьшается вероятность самослипания покрытых вяжущим зерен при снижении температуры смеси. Такой порядок введения материалов наиболее целесообразен для работ в осенне-зим­ний период

При формировании структуры тепло­го асфальтобетона на битумах марок СГ 130/200 и БНД 40/60, БНД 60/90, смешанных с легкими разжижителями (лигроин, сланцевое масло, каменноуголь­ное масло), процессы структурообразо­вания протекают по типу формирова­ния структуры холодного асфальтобето­на, но за гораздо меньший период (до 20сут).

Сдвигоустойчивость. Главным сдержи­вающим началом широкого применения теплого асфальтобетона для автомобиль­ных дорог является возможность обра­зования наплывов и сдвигов при движе­нии автомобилей в летнее время. Наи­большей прочностью при сдвиге облада­ет асфальтовяжущее, наименьшей - ас­фальтобетон. По мере насыщения асфаль­тового раствора щебнем (до 20 %) проч­ность при сдвиге понижается. Дальней­шее насыщение смеси щебнем приводит к формированию пространственного кар­каса, вследствие чего максимальная проч­ность при сдвиге теплого асфальтобетона достигается при 40 % щебня, а горячего - при 50 %. Такое различие объясняется тем, что вязкий битум образует на щебен­ках пленку большей толщины, чем менее вязкий битум. При этом увеличивается вероятность образования плоскостей скольжения по толстым пленкам и для создания сдвигоустойчивого каркаса в го­рячем асфальтобетоне требуется повы­шенное содержание щебня.

Для асфальтобетона с неизменным гранулометрическим составом минераль­ной части прочность при сдвиге зако­номерно понижается с понижением вяз­кости битума. Однако при переходе к асфальтобетонам, приготовленным на би­тумах той же вязкости, но оптимальной структуры, эта закономерность нарушает­ся. Теплый и горячий асфальтобетоны оптимальных структур имеют практичес­ки одинаковые значения предельного со­противления сдвигу. Это объясняется тем, что падение сдвигоустойчивости асфальто­бетона, которое неизбежно происходит за счет снижения вязкости применяемо­го битума, компенсируется изменением в гранулометрии асфальтобетона, в резуль­тате чего не наблюдается общего падения прочности при сдвиге.

Трещиностойкость. Теплый асфальто­бетон более пластичен при отрицательных температурах, чем горячий. Участок ста­билизации прочности, характеризующий переход теплого асфальтобетона в хруп­кое состояние, смещается в область низ­ких температур. У теплого асфальтобе­тона переход в хрупкое состояние про­исходит при температуре — 40... —25 С, у горячего - при - 10...—20° С (см. рис. 11.12). Прочность теплого асфальтобетона на растяжение при изгибе при 0°С ниже (Rизг - 3,5 МПа), чем горячего (R_кзг — 5 МПа), но горячий асфальтобетон раз­рушается практически как хрупкое тело (е = 0,007), теплый — как упруг овязкое теле (е = 0,025).

Ползучесть. При нагружении теплого асфальтобетона, постоянной нагрузкой в нем возникают обратимые и необратимые деформации, значения которых связаны с уровнем напряжения. При напряжениях, не превышающих 0,03 R_разр, теплый асфальтобетон работает в упругой ста­дии, при напряжениях до 0,4 R_разр - в упруговязкой стадии, при этом часть деформации после снятия нагрузки не восстанавливается; в асфальтобетоне на­капливаются остаточные деформации. В материале устанавливается стационарное течение. При напряжениях, превышающих 0,4 Rразр, деформация асфальтобетона возрастает и приводит через некоторое время к его разрушению.

Релаксация напряжений. Релаксацион­ная способность теплого асфальтобетона так же, как и горячего, взаимосвязана с вязкостью битума и размером минераль­ных зерен. Теплый асфаль­тобетон на битуме БНД 200/300 в наи­меньшей степени релаксирует напряжения при предельной крупности зерен 1,25 мм, на битуме БНД 130/200 - при 5 мм. При температуре 0°С теплые асфальтобетоны релаксируют 6... 7 % первоначального напряжения, в то время как горячий асфальтобетон при этой температуре прак­тически не релаксирует напряжение. Поэ­тому температурные напряжения при понижении температуры в теплом асфаль­тобетоне быстрее рассасываются, чем в го­рячем. Отсюда большая трещиностойкость теплых асфальтобетонов.

Расчет состава теплого асфальтобетона. Состав рассчитывают так же, как и го­рячего. Однако максимальное содержа­ние щебня в мелкозернистом асфальто­бетоне не должно превышать 60 %. Ми­нерального порошка необходимо брать от его количества больше на 15... 20 %, чем для соответствующего типа горяче­го асфальтобетона.

Теплый асфальтобетон с оптимальным грануло­метрическим составом минеральной час­ти по прочности не уступает горячему асфальтобетону.

В обычных условиях при температуре воздуха выше 10 °С структура горячего асфальтобетона в покрытии формируется относительно быстро. При температуре воздуха ниже 10 °С расчетная плотность горячего асфальтобетона, как правило, не достигается, поэтому применяют теплые асфальтобетоны.

Дата добавления: 2014-01-07