Расчет состава асфальтобетонной смеси

Расчет заключается в подборе рационального соотношения между составляющими асфальтобетонную смесь материалами.

Широкое распространение получил метод расчета по кривым плотных смесей. Наибольшая прочность асфальтобетона достигается при максимальной плотности минерального остова, оптимального количества битума и минерального порошка.

Между зерновым составом минерального материала и плотностью существует прямая зависимость. Оптимальными будут составы, содержащие зерна различного размера, диаметры которых уменьшаются в два раза.

(6.6.1)

где d ₁ - наибольший диаметр зерна, устанавливаемый в зависимости от типа смеси;

d ₂ - наименьший диаметр зерна, соответствующий пылеватой фракции, и минерального порошка (0, 004...0, 005 мм).

Размеры зерен, согласно предыдущему уровню

(6.6.2)

Число размеров определяют по формуле

(6.6.3)

Число фракций п на единицу меньше числа размеров т

(6.6.4)

Соотношение соседних фракций по массе

(6.6.5)

где К - коэффициент сбега.

Величина, показывающая, во сколько раз количество последующей фракции меньше предыдущей, называется коэффициентом сбега. Наиболее плотная смесь получается при коэффициенте сбега 0, 8, но такую смесь трудно подобрать, поэтому, по предложению Н.Н. Иванова, коэффициент сбега К принят от 0, 7 до 0, 9.

Зная размеры фракций, их количество и принятый коэффициент сбега (например 0, 7), составляют уравнения такого вида:

Сумма всех фракций (по массе) равна 100 %, то есть:

у ₁ + у ₁ к + у ₁ к ² + у ₁ к ³ +...+ у ₁ к ^n-1 = 100 (6.6.6)

или

у ₁(1 + к + к ² + к ³ +... + к ^n-1) = 100 (6.6.7)

В скобках указана сумма геометрической прогрессии и, следовательно, количество первой фракции в смеси

(6.6.8)

Аналогично определяем процентное содержание первой фракции у ₁, для коэффициента сбега к = 0, 9. Зная количество первой фракции у ₁, легко определить у ₂, у ₃ и так далее.

На основании полученных данных строят предельные кривые, соответствующие принятым коэффициентам сбега. Составы, рассчитанные по коэффициенту сбега 0, 9, содержат повышенное количество минерального порошка, а при к < 0, 7 - уменьшенное количество минерального порошка.

Кривая зернового состава рассчитываемой смеси должна располагаться между предельными кривыми (рис. 6.6.1).

Рис. 6.6.1. Зерновые составы:
А - мелкозернистой асфальтобетонной смеси с непрерывной гранулометрией типов А, Б, В; Б - минеральной части песчаных смесей типов Г и Д

Высокие эксплуатационные показатели дают смеси с повышенным содержанием щебня и уменьшенным содержанием минерального порошка. Предпочтение следует отдавать смесям с коэффициентом сбега 0, 70...0, 80.

В случае невозможности расчета плотной минеральной смеси по предельным кривым (отсутствие крупнозернистых песков и невозможности их замены высевными) необходимая плотность может быть подобрана по принципу прерывистой гранулометрии. Смеси с прерывистой гранулометрией более сдвигоустойчивы за счет жесткого каркаса.

Для определения расхода битума формуют пробные образцы из смеси с заведомо малым содержанием битума, затем определяют объем пустот в минеральном остове

(6.6.9)

где g - объемная масса асфальтобетонного образца;

Б_пр - содержание битума в пробной смеси, %;

r_м - средняя плотность минерального материала:

(6.6.10)

где у_щ, у_п, у_мп - содержание щебня, песка, минерального порошка в % по массе;

r_щ, r_п, r_мп - плотность щебня, песка, минерального порошка.

Расчетная формула для определения оптимального содержания битума будет иметь вид

(6.6.11)

где r_б - плотность битума;

j - коэффициент заполнения пустот минеральной смеси битумом, зависящий от заданной остаточной пористости

(6.6.12)

где П_о - пористость минерального остова асфальтобетона, % объема;

П - заданная остаточная пористость асфальтобетона при 20°С, % объема.