Состав асфальтобетонной смеси: компоненты, проектирование

Асфальтобетон — строительный материал, формируемый путем укладки и уплотнения готовой асфальтобетонной смеси. Состав асфальтобетонной смеси — это рационально подобранная группа компонентов, состоящая из щебня различной крупности, дробленого или природного кварцевого песка, дорожного битума, специального минерального порошка, и перемешанная в нагретом состоянии в определенных пропорциях.

Свойства и виды асфальтобетона

Основным вяжущим компонентом асфальтобетонных смесей является битум. Его характеристики оказывают существенное влияние на качество материала.

Чрезмерная вязкость продукта, при низких температурах, может привести к образованию трещин, а недостаточная вязкость, в жаркую погоду, будет способствовать пластическим деформациям покрытия. Подбор состава асфальтобетонной смеси начинается с определения эксплуатационных свойств покрытия и характеристик используемых материалов.

Свойства

В зависимости от типа вяжущих, и условий эксплуатации, дорожные бетоны подразделяются на следующие виды:

1. Классические асфальтобетонные смеси служат для устройства дорожных одежд автомобильных дорог и различных городских дорожных и тротуарных покрытий;
2. Полимерасфальтобетонные — это бетоны на основе битума и других классических компонентов с добавлением сополимеров, и пластификаторов. Применяются для оборудования проезжей части промышленных предприятий, устройства дорожных покрытий мостов и аэродромов.
3. Щебеночно-мастичные смеси. Состав асфальтобетонной смеси ЩМА отличается от представленных видов бетона наличием в структуре раствора стабилизирующей волокнистой добавки (целлюлоза и др.). Применяется для строительства магистралей с высокой пропускной способностью.

По виду заполнителей смеси бывают:

• щебеночные;
• гравийные;
• песчаные (без щебня и гравия).

Учитывая температуру укладки и вязкость вяжущих, разделяются на:

1. Горячие, изготовленные на основе жидких и вязких битумов, с температурой укладки >110°С.
2. Холодные, приготовленные с применением жидких дорожных битумов, с температурой использования не ниже 5°С.

В зависимости от величины зерен заполнителей различают:

1. крупнозернистые (до 40 мм);
2. мелкозернистые (до 20 мм);
3. песчаные (до 10 мм).

По суммарному объему содержания щебня делятся на следующие категории:

1. А — 50%—60%;
2. Б — 40%—50%;
3. В — 30%—40%.
4. Г и Д — без щебня (песчаные).

Помимо этих видов, существуют еще высокоплотные горячие асфальтобетонные смеси — это растворы с содержанием щебня или гравия более 50%.

Для асфальтобетонов предусмотрены следующие марки (см. таблицу).

Для технологически верного проектирования структуры асфальтобетонной смеси нужно досконально знать состав асфальтобетона. Кроме того, рецепт асфальтобетонной смеси зависит от экономической составляющей (это цена материалов), а на основании этого — целесообразность использования той или иной марки бетона для конкретного покрытия и для конкретных условий эксплуатации.

Материалы

Проектирование состава асфальтобетона проводят с учетом нормативных требований и физико-химических характеристик следующих материалов:

• песок;
• гравий или щебень;
• минеральный порошок;
• битум.

Гравий или щебень

Для повышения долговечности асфальтобетонных покрытий, снижения ползучести важно, чтобы вяжущее имело прочное сцепление с зернами заполнителя. Для асфальтобетонных дорожных смесей, в качестве крупных заполнителей, используют щебень, полученный путем измельчения горных пород, крупного гравия или плотных металлургических шлаков.

Наиболее распространенный щебень метаморфических основных и горных карбонатных пород (доломиты, известняки), так как кислые виды плохо схватываются с битумом. Предпочтительней щебень в форме куба и с минимальным содержанием, по массе, зерен лещадной (плоской) фактуры.

По маркам, количество пластинчатых зерен не должно быть больше:

• А — 15%;
• Б — 25%;
• В — 35%.

Также строго ограничивается количество глинистых и пылеватых включений. Их объем в заполнителях не должен превышать 1–2%.

Увеличение объема щебня снижает ползучесть и повышает трещиностойкость покрытий.

С учетом конструктивных особенностей проектируемых покрытий, щебень изготавливается с размерами зерен равными 10–40 мм. Причем, величина зерен для нижних слоев не должна превышать значения коэффициента 0,75 (оптимальная толщина слоя в плотном состоянии), а в верхних — соответственно 0,6.

Оценку пригодности и качества заданного вида крупного заполнителя определяют испытаниями, учитывая при этом, категорию дороги и конструкцию дорожной одежды.

Песок

Для приготовления асфальтобетона применяют природные пески или отсев дробления щебня.

Желательно использовать песок разной зернистости, так как одноразмерные фракции увеличивают пористость асфальтового покрытия. Речной песок использовать не рекомендуется.

Подсказки: отсев дробления щебня способствует повышению внутреннего трения за счет большого содержания в структуре частиц остроугольной формы.

По величине зерен (модуль крупности) различают следующие виды песков:

• Мк 2,5 — крупнозернистые;
• Мк 2,0–2,5 — средней зернистости;
• Мк 1,0–2,0 — мелкозернистые.

Марка по прочности мелких заполнителей не должна быть ниже 1000, а объем глинистых частиц, определяемых способом набухания — <0,5 %. Количество зерен фракции мельче 0,16 мм —

Подсказки: требования, предъявляемые к марке II дорожного бетона, допускают применение шлаковых песков и песков из отсева дробления карбонатных и других осадочных пород со значением прочности 600–1000.

Мелкозернистый песок допускается к применению только в случае его обогащения добавками крупного.

Объем глинистых и пылеватых включений ограничен:

• для природного песка — 3 %;
• искусственного — 5 %.

Использование износостойкого высокопрочного щебня и дробленого природного песка обеспечивает требуемую шероховатость асфальтового покрытия.

Минеральный структурирующий порошок

Минеральный порошок выполняет роль лигатуры, структурирующей битум и создающей вместе с ним асфальтобетонное вяжущее, которое существенно влияет на плотность, теплоустойчивость и прочность асфальтобетона. Тонкомолотый минеральный порошок производят методом дробления и помола доломитов, известняков, доменных шлаков и др.

Важными характеристиками данной добавки являются коэффициент гидрофильности и уровень измельчения. Тонкость помола должна быть такой, чтобы при влажном рассеве минеральный порошок свободно проходил через специальное сито с величиной отверстий 1,25 мм. Значение коэффициента гидрофильности не должно быть более единицы.

При должной технико-экономической аргументации допускается использование вместо минеральной смеси пыль из пылеуловителей смесительных установок.

Подсказки: содержание в минеральной пудре мелких глинистых включений усиливает набухание асфальтового бетона при увлажнении, увеличивает расход битума и усложняет приготовление и укладку смесей.

Качество и количество порошка, при одной и той же марке битума, существенно влияет на структуру вяжущего. Избыточное количество минерального порошка приводит к снижению прочности покрытия, особенно при отрицательных температурах.

Для более глубокого ознакомления с видами различных заполнителей рекомендован просмотр видео в этой статье.

Дорожный битум

Битум представляет собой продукт переработки нефти и совместно с порошком выполняет функции вяжущего. Он склеивает в единую композицию зерна песка и щебня. Кроме того, заполняя собой промежутки между частицами заполнителя, придает асфальтобетону необходимую прочность и водостойкость.

В целях максимального снижения сезонных разрушений дорожного покрытия заводы, выпускающие асфальтобетонные смеси, в разных климатических условиях применяют различные виды материалов, отличающиеся:

• вязкостью;
• температурой размягчения;
• пластичностью;
• хрупкостью.

По своему аморфному состоянию, битум может быть двух видов — жидкий и вязкий.

Значение вязкости указывает на физико-механические качества битума и зависит от состава компонентов и температуры. При увеличении температуры этот показатель снижается, а с понижением возрастает. При отрицательной температуре воздуха битум застывает и становится хрупким.

Вязкие дорожные битумы могут быть следующих марок: БНД 130/200, БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60. Данные марки вяжущего отличаются прочным сцеплением с заполнителями и имеют высокую пластичность.

Вязкий продукт применяется для приготовления горячих, холодных и теплых асфальтобетонных смесей, а также используется в качестве основного сырья для получения жидких битумов, используя при этом различные виды растворителей.

Зимой наиболее востребован жидкий битум. В его состав входят специальные присадки и разжижители, которые в момент твердения асфальтобетона испаряются, превращая битум в обычное вязкое состояние.

Основные принципы проектирования структуры дорожного покрытия

Проектирование состава асфальтобетонной смеси заключается в расчете оптимального соотношения компонентов, в результате которого показатели основных характеристик асфальтобетона заданного вида и соответствующей марки будут отвечать техническим нормам и требованиям ГОСТ 9128-13.

Разработаны и используются различные методы проектирования составов асфальтобетона.

В современном строительстве наиболее распространен способ построения предельных кривых зерновой структуры минеральной части дорожных бетонов (см. фото), в основу которого заложена следующая инструкция:

1. С целью обеспечения прочности, экономичности и долговечности покрытия его минеральная составляющая должна обладать достаточной плотностью, которая обеспечивается определенным содержанием зерен крупной и мелкой фракции в общем составе заполнителей.
2. Структура зерновой части ограничивается предельными кривыми допустимого количества заданной фракции зерен.
3. Минимальное содержание битума должно соответствовать физическим и механическим свойствам асфальтобетона необходимой марки с учетом технических требований ГОСТ 9128-13. Оптимальный объем компонента устанавливается экспериментально на основании таблиц и графиков проведенных испытаний.

Процесс проектирования состава состоит из следующих этапов:

• определение характеристик и качества исходных компонентов, оценка их соответствия для заданной марки;
• расчет минеральной части из выбранных материалов;
• определение рационального количества битума;
• спецификация состава смеси по данным детального исследования ее физико-механических качеств.

Необходимым условием проектирования состава является обоснованное и точное техническое задание.

Для составления ТЗ необходимо иметь следующие строительные, проектные и эксплуатационные данные, это:

• проектная конструкция дорожной одежды с указанием толщины слоев всех покрытий;
• техническая категория автомобильной дороги;
• характеристика режима движения автомобильного транспорта на проектируемом участке дороги;
• ожидаемые изменения дорожно-климатических условий в процессе строительства и эксплуатации объекта.
• сбалансированные характеристики всех имеющихся исходных материалов.

Производство и укладка асфальтового бетона

Приготовление асфальтобетона начинают с заводского производства асфальтовой смеси и завершают ее укладкой и уплотнением в дорожное покрытие на строительном объекте.

Технологическая инструкция:

1. Исходные минеральные компоненты сушат и нагревают до рабочей температуры 180—200°С.
2. Затем делят на фракции, дозируют и загружают в смеситель непрерывного или периодического действия, при этом, одновременно заливают, предварительно разогретый до 150–170 °С, битум.
3. Далее, готовую смесь в автосамосвалах отправляют к месту укладки.
4. Укладку асфальтобетона проводят на подготовленное основание при помощи специальных машин — асфальтоукладчиков.

5. Горячую или теплую смесь раскладывают таким образом, чтобы толщина уложенного слоя на 15–20% превышала проектное значение. Для холодных смесей, данный параметр равен 50–60%
6. Уложенные объемы уплотняют статическими моторными (масса 5–14 т) или вибромоторными катками (масса 0,5–4,5 т).

Рассмотрев вышеописанную технологию, можно сделать вывод, что производить асфальтобетон в домашних условиях своими руками просто нецелесообразно, учитывая трудоемкость, связанную с разогревом и смешиванием необходимых компонентов.

Индивидуальные застройщики для обустройства придомовой территории обычно применяют холодные смеси заводского приготовления. Данный состав асфальтобетона позволяет вести укладку даже при отрицательных температурах.