Материалы. Выбор материалов и технические требования к ним обусловлены их ролью в асфальтобетоне и его назначением в дорожной одежде.

Выбор материалов и технические требования к ним обусловлены их ролью в асфальтобетоне и его назначением в дорожной одежде.

Щебень васфальтобетоне создает каркас, воспринимающий основные нагрузки в покрытии.Для приготовления щебня используют прочные морозостойкие магматические, метаморфические и осадочные горные породы, а также прочные и морозостойкие медленноохлажденные металлургические шлаки. Прочность при сжатии горных пород должна быть не менее 100-120 МПа, а осадочных карбонатных пород и металлургических шлаков – не менее 80-100 МПа. Несколько пониженные требования к прочности известняков, доломитов и шлаков компенсируются повышенной прочностью асфальтобетона в связи с хорошей адгезией битума к этим материалам. Для нижнего слоя асфальтобетонного покрытия можно применять щебень из горных пород прочностью не менее 60 МПа. Показатель прочности при износе в полочном барабане из горных пород установлен не более 25-35 %. Щебень для асфальтобетонных смесей должен быть чистым, количество допускаемых глинистых и пылевидных частиц не должно превышать 2 %. Устойчивость щебня, стабильность его гранулометрического состава при воздействии на него механических усилий в процессе уплотнения и эксплуатации в значительной степени зависит от формы его зерен. Она должна приближаться к тетраэдной и кубовидной, а поверхность – к шероховатой, что повышает внутреннее трение и прилипание вяжущего. Содержание лещадных и игловатых зерен ограничивается 15-25 %, а при использовании современных дорожных покрытий – менее 10 %. Щебень для асфальтобетона должен выдерживать без разрушения не менее 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания, а для нижнего слоя покрытия – не менее 25 циклов.

В качестве крупного заполнителя можно использовать дробленый гравий с количеством дробленых зерен не менее 80 %. К нему предъявляют те же требования, что и к щебню из скальных пород.

Чтобы минеральная часть асфальтобетонной смеси была достаточно плотной, должен применяться фракционный щебень.

Песок является активной структурообразующей составляющей песчаного асфальтобетона. При его введении в щебенистые смеси повышается удобоукладываемость смеси, более плотно заполняется пространство между зернами крупного заполнителя (щебня, гравия): повышается плотность и прочность материала. Применяют природные и дробленые пески (высевки). Наиболее широко используют природный кварцевый песок, состоящий из окатанных зерен кварца. Песок должен быть чистым, допускается содержание пылевато-глинистых частиц не более 3 % по массе. Для Уральского региона характерно использование в широком масштабе отсевов дробления как побочного продукта производства щебня. В зависимости от прочности исходной горной породы дробленый песок делят на две марки: 600 и 400. Для первого из них применяют горные породы с прочностью при сжатии не ниже 60, для второго – не ниже 40 МПа. Гранулометрический состав песка должен обеспечивать получение смеси с другими минеральными материалами, с наибольшей плотностью.

Минеральный порошок для асфальтобетона представляет собой продукт тонкого измельчения известняков, доломитов, доломитизированных известняков и других карбонатных горных пород прочностью не менее 20 МПа или основных доменных шлаков. Основой минерального порошка являются карбонаты кальция СаСО₃ и магния МgСО₃. Используют активированные порошки, которые получают путем помола горных пород в присутствии активирующей смеси битума и поверхностно-активного вещества. Минеральный порошок в асфальтобетоне структурирует битум и образует с ним асфальтовяжущее вещество, которое во многом определяет прочность асфальтобетона, его плотность и теплоустойчивость. Качество минерального порошка характеризуется минералогическим составом, тонкостью помола, удельной поверхностью, степенью набухания смеси порошка с битумом, битумоемкостью, влажностью. Показатели свойств порошка по ГОСТ Р 521293-2003 приведены в табл.5.1 Порошки неактивированные и активированные МП-1 получают из карбонатных горных пород; порошки МП-2 – из некарбонатных горных пород, твердых техногенных отходов и порошкообразных техногенных материалов.

Таблица 5.1

Тонкость помола минерального порошка считается удовлетворительной, если на сите с размером отверстий 1, 25 мм частицы не задержались, на сите с размером отверстий 0, 315 мм полный остаток неактивированного и активированного порошка не превышал 10 %, на сите с размером отверстий 0, 071 мм полный остаток неактивированного порошка составлял от 20 до 30 %, а активированного не более 20 %.

Набухание смеси битума с минеральным порошком является характеристикой, косвенно определяющей содержание глинистых частиц в порошке и устойчивость асфальтобетона при переменном увлажнении и высыхании. За величину набухания минерального порошка с битумом принимают приращение объема образца из этой смеси после насыщения водой в вакуум-приборе и последующего выдерживания в горячей воде. Набухание качественного неактивированного минерального порошка не должно превышать 2, 5 % по объему, набухание активированного порошка не должно превышать 1, 8 %. Битумоемкость минерального порошка характеризует его адсорбционную способность. За величину битумоемкости принимают массовое количество минерального масла, при котором смесь его с порошком (100 см³ абсолютного объема) имеет определенную консистенцию, измеряемую глубиной погружения металлического пестика цилиндрической формы диаметром 10 ±0, 1 мм.

Влажность характеризует способность порошка поглощать влагу в естественном состоянии. При наличии влаги в порошке повышается его способность к комкованию на стадии хранения и ухудшается прилипание битума к поверхности минеральных составляющих. Влажность неактивированного порошка не должна превышать 1 %.

Битумы. Марку вязкого битума, а также класс и марку жидкого битума выбирают в зависимости от вида асфальтобетона, климатических условий района строительства и категории дороги, а для холодного асфальтобетона – с учетом условий и сроков хранения смеси на складе.

ПАВ для асфальтобетона находят применение при производстве асфальтобетонных смесей. Такие добавки улучшают адгезию битума к поверхности минеральных заполнителей, повышают процесс смачивания битумом частиц заполнителей, в результате чего улучшается удобоукладываемость асфальтобетонных смесей, ускоряются процессы формирования структуры в асфальтобетоне.

Анионактивные ПАВ улучшают прилипание битума к поверхности зерен щебня из основных и известковых пород. Характерными представителями анионных ПАВ являются: госсиполовая смола, окисленный петролатум, синтетические жирные кислоты (СЖК), кубовые остатки СЖК, жировой гудрон, железистые соли высших карбоновых кислот и др. Катионные ПАВ улучшают взаимодействие битума с поверхностью минеральных зерен из кислых пород. Используются такие катионные ПАВ как октадециламин, амины, диамин. ПАВ применяют в качестве добавки к битуму в незначительных количествах: анионные – 2-3 % от массы битума, катионные – 0, 2-2, 0 %.

Из неионогенных ПАВ наиболее эффективным является камид – продукт на основе моноэтаноламина и кубовых кислот. Концентрация неионогенных азотсодержащих ПАВ составляет 1-2 % от массы битума.

При приготовлении асфальтобетонной смеси ПАВ вводят непосредственно в битум, при этом они оказывают специфическое действие в зависимости от структуры битума и типа ПАВ. Мономолекулярный слой ПАВ, адсорбирующийся на минеральной поверхности, в силу своей дифильности обеспечивает прочное прилипание пленки битума к минеральному материалу. В битуме содержатся в небольших количествах анионактивные вещества типа асфальтогенных кислот, поэтому введение катионактивных веществ может нейтрализовать активные группы этих кислот. Добавки ПАВ, вводимые в битум, оказывают влияние на процессы необратимых изменеий, происходящих под действием кислорода воздуха и повышенной температуры. Процесс старения битума под влиянием термоокислительных факторов сводится к процессам возникновения, развития и разрушения жесткой структурной сетки из асфальтенов.

Катионактивные ПАВ типа аминов замедляют старение битума, они препятствуют возникновению структурной сетки из асфальтенов.

Анионактивные ПАВ типа железных мыл, наоборот, повышают вязкость битумов всех типов структуры и интенсифицируют процессы старения, оказывая структурирующее воздействие на битум.

В период активного структурообразования асфальтобетона небольшое количество ПАВ, снижая поверхностное натяжение минерального заполнителя, резко увеличивают адгезию битумов к минеральному материалу, улучшая условия смачивания, и облегчают перемешивание, при этом снижается расход битума.

В период формирования макроструктуры асфальтобетона ПАВ способствуют более быстрому уплотнению асфальтобетона. В период стабилизации структуры при эксплуатации происходит дальнейшая ориентация молекул ПАВ, приводящая к получению водо- и морозостойкого материала.