Теоретические положения технологии

Технология асфальтобетона – совокупность методов подготовки щебня, песка, минерального порошка и битума, их смешения, укладки и уплотнения до заданной плотности. Цель технологии асфальтобетона – получение материала с заданными свойствами.

Поставленная цель может быть достигнута при целенаправленном структурообразовании асфальтобетона, определяемом следующими технологическими периодами:

· подготовительный – выбор и подготовка компонентов и определение их соотношения в составе смеси;

· первый – активное структурообразование, которое протекает в момент объединения битума с минеральным материалом. В асфальтобетонной смеси формируются микроструктурные связи;

· второй – сближение структурных компонентов асфальтобетонной смеси при ее укладке и уплотнении. В асфальтобетоне формируется макроструктура;

· третий – стабилизация структуры и свойств асфальтобетона в покрытии под движением транспортных средств. Этот период продолжает технологический процесс и в значительной степени определяет надежность асфальтобетонного покрытия.

Каждый период структурообразования влияет на свойства системы. Чтобы получить материал с заданными свойствами, необходимо прогнозировать поведение всей системы, управлять технологией.

Первый период технологического процесса включает подогрев материалов до заданной температуры, дозирование, смешение исходных компонентов и транспортирование смеси к месту укладки. В этот период основная задача технологии заключается в разрушении первичных конденсационных контактов между частицами, равномерном распределении всех компонентов в смеси и обволакивании минеральных зерен битумом. Нормальное протекание процесса структурообразования обуславливается, прежде всего, хорошим смачиванием битумом минерального материала.

Ухудшает смачивание наличие на поверхности минерального материала воды, адсорбируемой из воздуха, водной пленки вследствие плохого просушивания минерального материала, загрязнения пылью зерен щебня. Улучшение смачивания битумом минерального материала достигается предварительной обработкой его жидкими нефтепродуктами или активацией.

Смачивание минеральных материалов является первым актом физического и химического взаимодействия битума с поверхностью минеральных материалов.

При транспортировании смеси происходит дальнейшее распределение битума в асфальтобетонной смеси, а при длительной перевозке возможно расслоение смеси.

Второй период охватывает укладку и уплотнение асфальтобетонной смеси; происходит дальнейшее формирование микроструктурных связей и вследствие приложения нагрузки – сближение зерен до максимальной плотности. Начинают происходить структурные деформации, заключающиеся во взаимном перемещении зерен. Макрочастицы асфальтобетонной смеси переходят в более устойчивое положение равновесия с более прочной связью между ними.

При сближении частиц происходят физические процессы в пленке битума, приводящие к выжиманию ее из зон повышенного напряжения. Свободный битум заполняет межзерновое пространство, на частицах остается пленка ориентированного битума, при этом коагуляционные связи в асфальтобетоне упрочняются, прочность всей системы возрастает. В асфальтобетоне с содержанием щебня более 50 % при уплотнении тяжелыми катками происходит вырождение коагуляционных контактов в конденсационные. Ориентированный слой битума не выдавливается, а продавливается с разрушением контактной зоны зерен щебня. Во избежании этого необходимо уплотнять асфальтобетонные смеси катками на пневматических шинах или вибрационными.

Прочность и долговечность асфальтобетона, уплотненного до проектной плотности при сравнительно невысоких температурах, как правило, выше, чем асфальтобетона с той же плотностью, но уплотненного при высокой температуре. Это объясняется тем, что с понижением температуры увеличивается величина ориентированного слоя битума за счет уменьшения объемного битума на минеральных частицах.

Уплотняемость связана с природой минерального материала и битума. Так, уплотняемость на известняковом материале лучше, чем на материалах из песчаника. На зернах известняка пленка битума имеет более выраженное адсорбционно-диффузное строение. У поверхности минеральной частицы больше асфальтенов, на периферии больше масел, которые способствуют уплотняемости смеси. Уплотняемость асфальтобетонных смесей связана с формой зерен. Природный окатанный песок улучшает уплотняемость смеси.

При уплотнении битумная пленка выполняет роль смазки, снижающей внутреннее трение в сыпучем материале, при этом работа, необходимая для уплотнения смеси, уменьшается.

Регулировать процессы уплотнения можно за счет изменения температуры асфальтобетонной смеси. С повышением температуры смеси снижается энергоемкость уплотнения. Однако, если когезия битума при высокой температуре снижается, то смесь уплотняется плохо. На практике это приводит к образованию волосных трещин после прохода катка.

Третий период характеризуется дальнейшим формированием структуры асфальтобетона под движением транспортных средств. При этом происходит доуплотнение покрытия в результате увеличения вязкости битума за счет внутренних процессов и упрочнения связей на границе раздела минеральный материал - вяжущее; происходит дальнейшая стабилизация ориентированного слоя битума, а также появления новообразования в зоне контакта.

Если правильно выбраны составы смесей, выдержаны все технологические процессы, то асфальтобетон в покрытии под воздействием автомобилей упрочняется. Если же допущены отклонения от заданного режима, то в заключительный период происходит разупрочнение структуры асфальтобетона. Наиболее распространенным нарушением является недоуплотнение.

Массовые разрушения асфальтобетона в начале эксплуатации связаны с малой водо- и морозостойкостью пористого (недоуплотненного) асфальтобетона. Влияние степени уплотнения на качество асфальтобетона приведены в табл.5.2.

Таблица 5.2

Контрольные вопросы

1. Что такое асфальтобетонная смесь и асфальтобетон?

2. Каковы требования к исходным материалам для асфальтобетона?

3. Каково физическое взаимодействие битума с минеральным материалом? 4. Охарактеризуйте поверхностно-активные материалы для асфальтобетона.

5. Назовите этапы структурообразования асфальтобетона.

6. Охарактеризуйте марки минерального порошка и его основные свойства.

7. Перечислите важнейшие физико-механические свойства асфальтобетона.

8. Как подбирают состав асфальтобетона?