Материалы на основе битумов и дегтей.

Асфальтовые и дегтевые бетоны и растворы.

Это искусственные каменные материалы, получаемые при затвердевании ра-ционально подобранной и качественно изго­товленной смеси вяжущего (битума или дегтя), минерального порошка и рыхлых каменных материалов — песка или от-сева, щебня или гравия (в бетоны) или только мелкого заполнителя (в растворах). Если в качестве связующего использован би­тум, материал называют асфальтобе-тоном или асфальтовым раствором, а при использовании дегтей — дегтебето-ном или дегтераствором.

Вследствие большого разнообразия получаемых материа­лов конгломератно-го строения их классифицируют по различ­ным признакам. Прежде всего, по произ-водственному назна­чению выделяют дорожные, аэродромные, гидротехнические, промышленные и декоративные бетоны и растворы.

По крупности зерна заполнителя различают крупнозерни­стые (с размером зерна до 40 мм), среднезернистые (до 25 мм) и мелкозернистые (до 15 мм) асфа-льтобетоны и песчаные (с ча­стицами до 5, реже до 3 мм) растворы.

В структурообразовании бетонов и на их свойства решаю­щие влияние оказы-вает содержание щебня и песка. Различают следующие типы структур асфальтобе-тонных смесей: А —мно­гощебенистые с содержанием щебня 50-60%; Б — сред-нещебенистые — 40-50%; В — малощебенистые — 30-40%; Г — песчаные из дробленого песка; Д — песчаные из при­родного песка. Высокоплотные горячие смеси и соответству­ющие им асфальтобетоны содержат щебень до 70%.

При классификации по пористости асфальтобетоны под­разделяют неплот-ные (с пористостью 3-5%) и пористые (с по­ристостью 5-10%). Наличие остато-чной пористости в асфаль­тобетонах решающим образом зависит от вида применя-емого битума и технологических особенностей приготовления асфаль­тобетонных смесей.

По температуре применения различают горячие и холод­ные асфальтобетон-ные смеси. Горячие смеси готовят с ис­пользованием вязких и жидких нефтяных до-рожных битумов и укладывают с температурой не ниже 120 °С. После укатки они набирают достаточную структурную прочность для по­следующей малоинтен-сивной эксплуатации в течение 2-3 су­ток. Холодные смеси готовят с использова-нием жидких не­фтяных битумов и укладывают с температурой не ниже 5°С. После укладки и укатки их структурообразование продолжа­ется 20-30 суток, в течение которых дорожное полотно не дол­жно эксплуатироваться.

В зависимости от величины остаточной пористости асфаль­тобетоны из горячих смесей делят на высокоплотные (остаточ­ная пористость от 1 до 2, 5%), плотные (2, 5-5%), пористые (5-10%) и высокопористые (10-18%). Асфальтобетоны из холод­ных смесей должны иметь остаточную пористость от 6 до 10%.

Асфальтобетонные смеси условно разделяют на жесткие, пластичные и ли-тые. Жесткие смеси легче распределяются по поверхности покрытия, но требуют значительного уплот­нения. Снижение вязкости смеси затрудняет ее распределе­ние, но облегчает уплотнение. Если для уплотнения жестких и пластичных асфальтобе-тонных смесей уплотнение осуще­ствляют катками тяжелого и среднего веса, то для литых до­пускается даже ручное уплотнение.

Минеральный порошок в асфальтобетоне играет структу­рообразующую роль. Совмещаясь с органическим веществом, он формирует асфальтовяжущее, которое во многом обусловли­вает плотность, прочность и теплоустойчивость асфальтобе­тона. Лучшими свойствами обладают минеральные порошки из карбонатных горных по-род (известняков, доломитов и пр.) и основных доменных шлаков. Основные свойства — тонкость помола и гидрофильность минеральных порошков. Степень измельчения порошка должна быть такой, чтобы при мокром рассеве он полнос-тью проходил через сито 1, 25 мм, а содер­жание частиц менее 0, 071 мм было не менее 70% (по массе). Коэффициент гидрофильности представляет собой отноше-ние объема исследуемого порошка после набухания в воде в тече­ние 3 суток к объему при набухании порошка в керосине. До­пускаются к использованию поро-шки с коэффициентом гид­рофильности менее единицы.

В качестве мелкого заполнителя применяют как природ­ный, так и искусст-венный песок, полученный в виде отсева от дробления горных пород. Предпочтение отдают песку с моду­лем крупности 2 и более. При использовании мелких песков эффективно его обогащение отсевами. В песках ограничивает­ся содержание пыле-ватых и глинистых частиц (в природном — не более 3%, в искусственном — не более 5%).

Щебень для асфальтобетона получают дроблением массив­ных горных пород и металлургических шлаков. Щебень из основных горных пород (известняка, доло-мита, базальта, ди­абаза и т.п.) обладает повышенной адгезией к битуму (дег­тю), тогда как щебень из кислых пород (гранит, андезит и др.) уступает по этому свойст-ву основным породам. Кроме того, в щебне нормы ограничивают содержание зерен пластинчатой и игловатой формы, а также содержание пылеватых и глини­стых час-тиц (до 2%). Оптимальная структура минеральной ча­сти асфальтобетонной сме-си может быть обеспечена при ис­пользовании фракционированного щебня.

Для повышения качества асфальтобетона используют до­бавки ПАВ (поверх-ностно-активных веществ) и минеральные активаторы поверхности заполнителей (например, известь-пушонку), введение которых улучшает прилипание битума к поверхности минеральных материалов, его прочность и дол­говечность. Наиболее эффективно использование активирован­ного минерального порошка, в состав кото-рого при помоле добавляют до 0, 5% ЛСТ. В этом случае улучшается удобоукла-дываемость асфальтобетонных смесей, повышается про­изводительность смесите-льных установок, замедляются про­цессы «старения» высоковязких битумов.

В зависимости от назначения структура асфальтобетона может быть: порфи-ровой, контактной или законтактной. Для асфальтобетонов в верхних покрытиях до-рог оптимальной счи­тается такая структура, при которой минеральные зерна щеб­ня и песка контактируют через прослойки асфальтовяжущего вещества. При этом со-держание битума должно быть мини­мальным, но в то же время достаточным для создания сплош­ной пространственной сетки в уплотненном монолите и обес­пече-ния необходимой удобоукладываемости асфальтобетонной смеси, особенно на ста-дии ее уплотнения.

Определение состава асфальтобетона начинают с выбора оптимального со-отношения компонентов минеральной части, зависящего от его структуры. Затем принимают требуемое ко­личество минерального порошка. Для выбора оптимальной до­зировки битума (обычно от 5 до 10%) проводят опытные фор­мовки.

Холодные асфальтобетонные смеси сначала укладывают в штабели, а затем в удобное время их отправляют к месту непосредственной укладки. Распределение холодных смесей производят слоями, на 50-60% превышающими проектную то-лщину покрытия. Уплотнение осуществляют более легки­ми катками, в частности эффективными вибромоторными.

Структурообразование горячей асфальтобетонной смеси завершается сразу после укладки и остывания. Для формиро­вания структур асфальтобетона из холод-ных смесей его необ­ходимо выдерживать определенное время перед открытием движения автотранспорта.

К основным свойствам асфальтобетона относят прочность, водостойкость, износостойкость, сдвигоустойчивость. Сле­дует отметить, что названные свойства асфальтобетона в зна­чительной мере зависят от температуры. Так, если при темпе­ратуре 20 ° С горячий асфальтобетон имеет предел прочности при сжатии не менее 2, 2 МПа, что вполне достаточно для вос­приятия напряжений, возникающих в эксплуатируемом покры­тии, то с повышением температуры до 50 ° С прочность сни­жается до 1, 0 МПа. Естественно, при снижении температуры сопротивление сжатию возрастает, а при отрицательных тем­пературах 15-25 ^СС его прочность становится соизмеримой с прочностью цементного бетона.

При нормальных температурах асфальтобетон хорошо со­противляется удар-ным и истирающим воздействиям, напри­мер, его годовой износ не превышает 1, 5 мм. Асфальтобетон обладает хорошей водостойкостью, а его коэффициент размяг­чения обычно не менее 0, 9.

Однако по сравнению с цементным бетоном асфальтобе­тон обладает мень-шей сдвигоустойчивостью, особенно (при повышенных температурах вследствие высокой пластичнос­ти). Этот недостаток асфальтобетона приводит к появлению волн и наплывов в покрытии чаще на участке торможения. При отрицательных те-мпературах вследствие весьма низкой пластичности асфальтобетон проявляет хруп-кость, что приво­дит к появлению трещин и выколов в покрытии.

Крупнозернистые асфальтобетоны используют в нижних слоях многослой-ных дорожных покрытий, средне- и мелко­зернистые — для верхнего слоя покры-тий. При интенсивном движении предпочтение отдают мелкозернистым асфальто-бе­тонам. Песчаные асфальтобетоны используют для покрытий тротуаров, полов промышленных зданий, плоских кровель и гидроизоляции.

Холодные асфальтобетоны наряду с меньшей их стоимо­стью и возможнос-тью укладки при повышенной влажности и после длительного хранения смеси усту-пают горячим асфаль­тобетонам по прочности и долговечности, а со временем ста­новятся более скользкими.

Дегтебетоны готовят с использованием тех же сырьевых материалов, а в ка-честве вяжущего применяют каменноуголь­ный деготь, составленный из пека и ка-менноугольного масла. По всем основным показателям (прочности, теплоустойчи-вости, водо- и износостойкости) он уступает асфальтобетонам. Отдельно следует отметить, что в случае эксплуатации при длительном воздействии воды из дегтебе-тона вымываются не­которые растворимые компоненты дегтей. Например, фено­лы, вымытые из дегтя, обладают токсичностью, что может вызвать отравление грун-товых вод и водоемов. Поэтому дег­тебетоны укладывают вне населенных пунктов на второсте­пенных дорогах.

Асфалътополимербетоны применяют для устройства раз­личных узлов гид-ротехнических сооружений, эксплуатиру­емых в условиях очень низких темпера-тур. Для их приго­товления используют гудроны или тяжелые нефти, моди­фици-рованные полимерами (латексами, синтетическими каучуками).