Распределение битума в асфальтобетоне и его взаимодействие с минеральными материалами.

Процесс приготовления а/б смеси рассчитан на равномерное распределение вяжущего и полное покрытие каждого минерального зерна пленкой битума, при неполном покрытии из-за недостатка битума а/б разрушается во влажной среде в следствии проникания воды через открытые места под битумную пленку и вытеснение ее с поверхности.

Избыток битума ухудшает равномерное распределение вяжущего за счет миграции части битума при уплотнении смеси из зоны повышенного напряжения в зоны малого напряжения. Равномерное распределение битума в а/б решающим образом влияет на прочность, устойчивость и долговечность покрытия.

Удельную поверхность зерен можно выразить в следующем виде S=k/Ag_m

k- коэффициент формы зерен

А- линейные размеры зерен

g_m- плотность минерального материала

Общая поверхность минеральной части а/б складывается из поверхности мин. порошка, песка, щебня. S_см=S_мп+S_п+S_щ Чем меньше размер минеральных частиц тем больше поверхность минеральной части. При содержании мин. порошка в смеси в количестве от 5 до 10% на его долю приходится от 60 до 80% от общей поверхности минеральной части.

Распределение битума в а/б взаимосвязано с удельной поверхностью минеральных зерен следующей зависимостью d=аБ/Sg_б

d- толщина битумной пленки на минеральных зернах.

а- переводной коэффициент.

Б- количество битума в % от массы минеральной части.

S- удельная поверхность зерен минерального материала м²/кг.

g_б- плотность битума (0, 991-1, 07).

d=АаБg_m/кg_б из полученной зависимости следует что толщина пленки прямо пропорционально количеству битума и величины зерен смеси. Толщина битумной пленки также взаимосвязана с вязкостью исходного битума. С изменением вязкости битума от марки БНД 90-130 до БНД 200-300 толщина пленки на зернах уменьшается на 10%.

Взаимодействие битума с минеральными компонентами в а/б явл. определяющим в получении материала с заданными св-вами, под взаимодействием подразумевается весь комплекс процессов происходящих при длительном контакте этих матерьялов, к ним относятся:

1. Физические процессы или физические взаимодействия которые обуславливают способность вяжущего отсорбироваться на поверхности минеральных зерен в результате формируется слои повышенной концентрации высокомолекулярных составляющих битума, кроме того на границе раздела битум минерального матерьяла проявляет свои действия мешь молекулярные силы минерального материала, попадая в зону действия которых битум претерпевает структурные изменения образуя цепочки высоко молкулярных соединений перпендикулярных к поверхности зерна.

По мере удаления от зерна прочность падает и вяжущие приобретает св-ва свободного битума. В ориентировочном слое битума выделяют 3 зоны с характерной структурной и физико-механическими св-вами: твердообразную, структурированную, дифоризную.

2. Хемосорбционные процессы или химическое взаимодействие приводит к образованию на границе раздела фаз новых химических соединений. Обычно эти процессы возникают при объединении минеральных материалов с битумом.

Происходит реакция с образованием соединений не растворимых в воде поэтому битумные пленки на поверхности минеральных частиц устойчивы к воздействию воды. Данный процесс в основном наблюдается при перемешивании битума с основными или карбонатными породами. Если в качестве заполнителя используется кислые минеральные матерьялы такие соединения необразуют прочное сцепление битумной пленки пониженное особенно в пресудствии воды. Для образования в этом случае химических соединений в битум вводя катионо активные ПАВ которые увеличивают отгезионные свойства (АМДОР 9 АД1).

3. Фильтрация битума и его компонентов в нутрии минеральных зерен зависит главным образом от пористости материала. По макро порам внутрь зерен фильтруется объемный битум. Наиболее подвижный компонент битума масла проникают по капелярам во внутрь зерна на наибольшую глубину. Поверхностный слой битума на таких зернах обогащен осфальтенами в следствии чего битумные пленки становятся более жесткими и менее эластичными. В конечном итоге это приводит к переходу а/б в хрупкое состояние.

При применении таких минеральных материалов стараются увеличивать вязкость битума на 10-15% по сравнению с плотными породами.

13. Структура А/Б.

Структуру а/б целесообразно рассматривать как трех компонентную систему состоящую из микро, мезо и макро структур.

- Микро структура. Структура асфальтного вяжущего ве-ва который отражает взаимодействие битума с мин. порошком. Прочность микро структуры резко изменяется в зависимости от содержания мин. порошка. Оптимальное количество вяжущего взаимосвязано с его вязкостью.

- Мезо структура асфальтового раствора (песок + асфальто вяжущие). Данная структура в значительной степени определяет прочность, деформативность и плотность а/б. При введении в асфальто вяжущее вещество песка прочность снижается это связано с повышением неоднородности смеси и появление в системе объемного битума.

- Макро структура. Это структура а/б (щебень + асфальтовый раствор) которая характеризуется щебнем как основным структурно-образующим элементом. Структурно-образующая роль щебня значительно отличается от роли мин. порошка, его основное назначение заключается в формировании пространственного каркаса обеспечивающее прочность а/б.

При незначительном содержании щебня св-ва а/б определяются св-вами асфальтного раствора т.к. зерна щебня явл. отдельными вкраплениями «плавающими» в растворной части. Более того введение 10-20% щебня может привести к снижению прочности а/б за счет снижения однородности системы.

При увеличении содержания щебня возникают отдельные контакты между зернами через такие пленки ориентированного битума. Прочность битумных слоев настолько велика что битум под нагрузкой практически не вытесняется.

Если нагрузки при уплотнении велики возможно разрушение зерен от сосредоточенных контактных соединений, при этом разрушается битумная пленка и возникают конденсационные связи в зоне контакта минеральных частиц. Формировании таких связей наступает при содержании щебня более 45%, при увеличении содержания щебня до 60-65% в а/б формируется пространственный каркас межзерновые пустоты данного каркаса заполнены асфальтным раствором.

14. Взаимосвязь структур в а/б.

Получение а/б с заданной структурой и св-вами достигается путем устанавливания количественного соотношения между микро, мезо и макро структурой и выдерживание этих соотношений при производственных работах.

Наиболее высокий показатель прочности при содержании менее 35% (базальная структура) достигается с содержанием песка более 45% и мин. порошка более 15%. При содержании щебня 50-60% (базально паровая). Лучшие показатели достигаются 35% песка и до 10% мин. порошка. При содержании щебня 65% (паровая и парово контактная структура) содержание песка около 30%, мин. порошок около 5%.

Отношение битума к мин. порошку в а/б с базальной структурой должно быть в пределах 0, 5-0, 6; с базально паровой 0, 6-0, 9; с паровой 0, 9-1, 1.

Назначение состава а/б с определенной структурой зависит прежде всего от условий работы для грузо напряженных участков дорог с большими уклонами и пересечение водном уровнем необходим а/б с содержанием высокопрочного щебня 50-60% с жестким минеральным каркасом или при наличии щебня средней прочности необходимо приготовлять а/б базальной структуры поскольку св-ва его обуславливаются св-вами асфальтного раствора, качеством песка и мин. порошка.

15. Щебеночно-мастичный а/б. Требования к ЩМА.

Щебеночно-мастичный а/б – это смесь минеральных материалов, вязких битумов и стабилизированной добавки, взятых в определенной пропорции и перемешенных в нагретом состоянии. ЩМА – уплотненная щебеночно-мастичная а/б смесь.

Одним из преимуществ ЩМА: считается его много щебенистость в количестве до 80%. Большое содержание щебня по предположению должно существенно улучшить шероховатость покрытия отсюда следует хорошее сцепление колеса с поверхностью. Износостойкость к покрытию за счет содержания щебня с высокой маркой по дробимости и истераемости.

Недостаток ЩМА возможность образования коллейности при большой интенсивности движения в жаркий период года из-за малой однородности структуры и небольшого содержания мелкого заполнителя.

ЩМА в зависимости от крупности применяемого щебня подразделяется на виды ЩМА 20 с крупностью щебня до 20мм и содержание щебня 70-80%; ЩМА 15 с крупностью щебня до 15мм и содержанием щебня 65-75%; ЩМА 10 с крупностью до10мм и содержанием 60-70%.

Для оценки качества ЩМА определяются следующие физико-механические показатели:

- пористость минеральной части от 15 до 19%

- остаточная пористость в зависимости от дорожно климатической зоны от 1, 5-4, 5%.

- водонасыщение образцов в зависимости от ДКЗ от 1-4%.

- предел прочности при сжатии при температуре 20 градусов.

- предел прочности при сжатии при температуре 50 градусов.

- сдвигоустойчивость

а) по коэффициенту внутреннего трения.

б) по сцеплении при сдвиге при температуре 50 градусов.

- трещеностойкость.

- водостойкость при длительном воданасыщении.

Кроме того смеси должны выдерживать испытания на сцеплении минеральной вяжущей с поверхности минеральной части смеси. Устойчивость к расслаиванию определяется по показателю стекания вяжущего который должен быть не более 0, 2%. Температура смеси на выпуске должна быть несколько выше чем температура обычного а/б. Для битума БНД 90-130 температура ЩМА 155-170 градусов, для обычного а/б 140-150.