Проектирование состава асфальтобетона
Введение
Асфальтобетон - это дорожно-строительный
материал, полученный в результате укладки и уплотнения рационально подобранной
смеси крупного заполнителя (щебня или гравия), песка, минерального порошка и
битума, в необходимых случаях добавок (поверхностно-активных веществ и
активаторов).
Целью проектирования является определение
оптимального соотношения исходных материалов (щебня, песка, минерального
порошка и битума), обеспечивающего получение высококачественного асфальтобетона
с заданными свойствами.
Проектирование асфальтобетона представляет собой
комплексный процесс, позволяющий обосновать состав (или составы)
асфальтобетонной смеси с учетом назначения конструктивного слоя, состава,
грузонапряженности и интенсивности дорожного движения и климатических условий
района строительства.
При этом должны быть учтены свойства всех
исходных компонентов, регламентирована последовательность и порядок
производства асфальтобетонных работ с привлечением экономических соображений.
Проектирование асфальтобетона состоит из пяти
этапов:
анализ условий эксплуатации;
анализ исходных материалов и возможности их
использования в асфальтобетонных смесях;
разработка технологии приготовления, укладки и
уплотнения асфальтобетонной смеси и назначение технологического регламента производства
работ;
подбор состава асфальтобетонной смеси,
включающий в себя расчетную часть и пробный замес;
экономические соображения и расчеты, позволяющие
при наличии двух и более равноценных технически вариантов выбрать из них один
наиболее экономичный и рекомендовать его для производства работ.
Задание на проектирование
1. Покрытие: однослойное.
. Участок дороги: движение малой интенсивности.
. Категория дороги: IV.
. Дорожно-климатическая зона: IV.
. Время устройства дороги: май.
Выбор вида, типа, марки асфальтобетона
В соответствии с заданием и требованием ГОСТ
9128-09 выбираем:
Мелкозернистый плотный асфальтобетон из горячей
смеси, базальной структуры типа В, марка смеси III, марка битума БНД 60/90
Технические требования, предъявляемые к
проектируемому асфальтобетону
|
Показатели
|
Единицы
измерения
|
Требование
ГОСТ
|
|
Предел
прочности при сжатии, Rсж при 200С при 500С
|
МПа
|
>2 >1,2
|
|
Водонасыщение,
W
|
%
|
От
1,5 до 4
|
|
Коэффициент
водостойкости, кв
|
|
>0,70
|
|
Средняя
плотность, ρ0
|
г/см3
|
Не
нормируется
|
Выбор и оценка качеств исходных
материалов
. Щебень (гравий).
Вид горной породы песчаник.
Марка щебня по прочности, МПа 400.
Марка щебня по износу И4.
Морозостойкость F15.
Твердость исходной горной породы кг/см2 2000.
Плотность истинная, кг/м3 2700.
Плотность средняя, кг/м3 2680.
Содержание пылеватых и глинистых частиц, % 3.
Содержание пластинчатых и игловатых зерен, % 35.
Применяемые фракции щебня (гравия) и их
количество заносятся в табл. 1.
Таблица 1 - Зерновой состав щебня
|
Остатки
|
Содержание,
% частиц с d, мм
|
|
|
20
|
15
|
10
|
5
|
менее
5
|
|
Частные,
г
|
1200
|
1800
|
4400
|
2400
|
200
|
|
Частные,
%
|
12
|
18
|
44
|
24
|
2
|
|
Полные,
%
|
12
|
30
|
74
|
98
|
100
|
|
Номера
контрольных сил
|
ГОСТ
|
|
|
формула
|
мм
|
|
|
|
D
|
20
(12%)
|
От
10
|
|
|
d
|
5
(98%)
|
90-100
|
|
|
0,5(D+d)
|
15
(30%)
|
30-80
|
|
|
1,25D
|
25
(0%)
|
0-0,5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1
Вывод: зерновой состав щебня соответствует
требованиям ГОСТ 8267-93
. Песок
Минералогический состав - кварц.
Модуль крупности - крупный.
Плотность истинная, кг/м3 - 1650.
Плотность насыпная, кг/м3 - 1500.
Содержание пылеватых и глинистых частиц % не
более 2.
Применяемые фракции песка и их количество
заносятся в таблице 2.
Таблица 2 - Зерновой состав песка
|
Остатки
|
Содержание,
% частиц на ситах с размером отверстий, мм
|
|
5
|
2,5
|
1,25
|
0,63
|
0,315
|
0,16
|
Менее
0,16
|
|
Частные,
г
|
0
|
100
|
200
|
210
|
240
|
150
|
100
|
|
Частные,
%
|
0
|
10
|
20
|
21
|
24
|
15
|
10
|
|
Полные,
%
|
0
|
10
|
30
|
51
|
75
|
90
|
100
|
МК = 256/100 = 2,56
По модулю крупности - крупный
Вывод: Зерновой состав песка соответствует
требованиям ГОСТ 8736-93.
. Минеральный порошок
Вид порошка Известняковый.
Пористость, % по объему 16,6.
Плотность, г/см3 2,71.
Показатель битумоемкости, г/100 см3 абсолютного
объема 56,3.
Влажность % по массе 0,5.
Зерновой состав минерального порошка заносится в
таблицу 3.
Таблица 3 - Зерновой состав минерального порошка
|
Остатки
|
Содержание,
% частиц на ситах с размером отверстий, мм
|
|
1,25
|
0,63
|
0,315
|
0,14
|
0,071
|
Менее
0,071
|
|
Частные,
г
|
0
|
20
|
90
|
20
|
90
|
780
|
|
Частные,
%
|
0
|
2
|
9
|
2
|
9
|
78
|
|
Полные,
%
|
0
|
2
|
11
|
13
|
22
|
100
|
|
ГОСТ,
Аi
|
0
|
|
<20
|
|
≤
30
|
|
Вывод: Минеральный порошок соответствует
требованиям ГОСТ 52129-2003
. Битум нефтяной дорожный.
Марка битума БНД 60/90.
Обоснование выбора марки битума. В соответствии
с дорожноклиматической зоной и категорией дороги.
Свойства битума:
Глубина проникания иглы, усл. град. 61-90.
Растяжимость, см 55.
Температура размягчения, 0С 5.
Температура вспышки, 0С 230.
Вывод: Свойства битума соответствуют требованиям
ГОСТ 22245-90
Рекомендуемый зерновой состав
асфальтобетонной смеси
|
Остатки,
проходы
|
Содержание
частиц размером, мм, %.мас
|
|
20
|
15
|
10
|
5
|
2,5
|
1,25
|
0,63
|
0,315
|
0,16
|
0,071
|
|
Полные
проходы (Пi)
|
90/100
|
85/100
|
75/100
|
60/70
|
48/60
|
37/50
|
28/40
|
10/30
|
13/20
|
8/14
|
|
Полные
остатки (Аi)
|
0/10
|
0/15
|
0/25
|
30/40
|
40/52
|
50/63
|
60/72
|
70/90
|
80/87
|
86/92
|
Ориентировочный зерновой состав минеральной
части асфальтобетонной смеси
|
МАТЕРИАЛ
|
МАССОВАЯ
ДОЛЯ ЗЕРЕН, % РАЗМЕРОМ
|
|
20
|
15
|
10
|
5
|
2,5
|
1,25
|
0,63
|
0,315
|
0,16
|
0,071
|
<0,071
|
|
Щебень
|
4,3
|
6,4
|
15,7
|
8,6
|
0,7
|
|
|
|
|
|
|
|
Песок
|
|
|
|
|
5
|
10,1
|
10,6
|
12
|
7,5
|
5
|
|
|
Минеральный
порошок
|
|
|
|
|
|
|
0,3
|
1,3
|
0,3
|
1,2
|
11
|
|
Σ
частных
остатков
|
4,3
|
6,4
|
15,7
|
8,6
|
5,7
|
10,1
|
10,9
|
13,3
|
7,8
|
6,2
|
11
|
|
Полные
остатки в смеси
|
4,3
|
10,7
|
26,4
|
35
|
40,7
|
50,8
|
61,7
|
75
|
82,8
|
89
|
100
|
|
Рекомендуемые
пределы полных остатков.
|
0/10
|
0/15
|
0/25
|
30/40
|
40/52
|
50/63
|
60/72
|
70/90
|
80/87
|
86/92
|
|
Вывод: Минеральный состав асфальтобетона не
соответствует требованиям ГОСТ 9128-97 т.к. при проектировании были взяты
усредненные значения.
Расчет содержания битума
Фракция Частные
остатки в частях от целого (Рi) Битумоемкость камен. мат-лов на битуме БНД
90/130 
, %Удельная
би-тумоемкость
фракции
|
щебень
|
песок
|
минер.
порошок
|
Щ
|
П
|
МП
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
|
20-40
|
0,04
|
|
|
4
|
|
|
0,16
|
|
15-20
|
0,06
|
|
|
4,5
|
|
|
0,27
|
|
10-15
|
0,16
|
|
|
4,5
|
|
|
0,72
|
|
5-10
|
0,08
|
|
|
4,8
|
|
|
0,38
|
|
2,5-5
|
0,01
|
0,05
|
|
5
|
5
|
|
0,3
|
|
1,25-2,5
|
|
0,1
|
|
|
5,2
|
|
0,52
|
|
0,63-1,25
|
|
0,11
|
0,003
|
|
5,4
|
6
|
0,61
|
|
0,315-0,63
|
|
0,12
|
0,01
|
|
5,8
|
7
|
0,77
|
|
0,16-0,315
|
|
0,08
|
0,003
|
7,3
|
0,7
|
|
0071-0,16
|
|
0,05
|
0,01
|
|
9,3
|
9,4
|
0,56
|
|
Менее
0,071
|
|
|
0,11
|
|
|
16
|
1,76
|
Б= КΣ БiРi
Б=1,05*6,75=7
Вывод: Содержание битума соответствует
требованиям ГОСТ 22245-90 для данной категории дороги
Приготовление асфальтобетонной смеси и
формование образцов.
Для определения физико-механических свойств
асфальтобетона необходимо приготовить асфальтобетонную смесь и изготовить 6
образцов цилиндрической формы.
Определение расхода материалов на лабораторный
замес
асфальтобетон битум смесь
|
Вид
асфальтобетона
|
Внутренний
диаметр пресс-формы, мм
|
Площадь
поперечного сечения образца, см2
|
Ориентировочная
масса образца, г
|
|
Песчаный
а/бетон
|
50,5
|
20,0
|
240
|
|
Мелкозерн.
а/бетон
|
71,4
|
40,0
|
680
|
|
Крупнозерн.
а/бетон
|
101,0
|
80,0
|
1800
|
|
Материалы
|
Расход
|
|
в
% по расчету
|
в
граммах
|
|
|
на
1 образец
|
на
6 образцов
|
|
Щебень
(Щ)
|
35,7
|
226,9
|
1361,4
|
|
Песок
(П)
|
50,2
|
319
|
1914
|
|
Мин.
порошок (МП)
|
14,1
|
89,6
|
537,6
|
|
Битум
(Б)
|
7
|
44,5
|
267
|
|
Всего
|
107
|
680
|
4080
|
Порядок изготовления образцов
1. Внутреннюю поверхность форм и вкладыши
протереть тканью, смоченной маслом, установить на подставку, внутрь поместить
вкладыш.
. Взвесить необходимое для одного образца
количество горячей асфальтобетонной смеси, заполнить форму, проштыковать
горячим ножом. Установить верхний вкладыш и слегка прижать.
. Установить форму со смесью на нижнюю плиту
пресса и постепенно довести нагрузку до 400 кгс/см2. Давление выдержать в
течении 3 мин., затем снять нагрузку и при помощи специального приспособления
извлечь из формы образец асфальтобетона.
Испытание проводят не ранее, чем через 1 сутки
после изготовления.
Определение физико-механических свойств
асфальтобетона
Определение средней плотности асфальтобетона
Методика выполнения работы.
Образцы взвешивают с точностью до 0,01 грамма на
воздухе (m1), погружают на 30 мин. в сосуд с водой при температуре 20+2оС,
затем взвешивают на воздухе (m2) и в воде (m3), данные заносят в журнал
|
№
п/п
|
Масса
образца на воздухе, г m1
|
Масса
образца после 30 минут выдерживания в воде, г
|
Плотность
материала асфальтобетона, г/см3 
|
|
|
на
воздухе
|
в
воде
|
|
|
|
m2
|
m3
|
|
|
1
|
661,4
|
664,3
|
272,3
|
2,43
|
|
2
|
670
|
674,4
|
283,3
|
2,36
|
|
3
|
682,1
|
686,8
|
283,7
|
2,4
|
Средняя плотность 2,4 г/см3
Определение водонасыщения асфальтобетона.
Методика выполнения работы.
после определения плотности материала
асфальтобетона образцы поместить в сосуде с водой в вакуумный шкаф при
температуре 20+2 оС, при уровне воды над образцами не менее 3 см;
выдержать образцы при остаточном давлении 10
мм.рт.ст. в течение 1 часа. Затем, доведя давление до нормального, выдержать
образцы в воде еще 1/2 часа при той же температуре;
вынуть, промокнуть и взвесить образцы с
точностью до 0,01 г, сначала на воздухе (m3), затем в воде (m4).
|
№
п/п
|
Сухого
на воздухе, mо
|
Масса
образца (г)
|
Водонасыщение,
% W= 100
|
|
|
После
выдержки в течение 30 мин. в воде
|
после
насыщения водой
|
|
|
|
на
воздухе, m1
|
в
воде, m2
|
на
воздухе, m3
|
|
|
1
|
661,4
|
668,3
|
272,3
|
666,3
|
1,96
|
|
2
|
670
|
674,4
|
283,3
|
679,4
|
2,4
|
|
3
|
682,1
|
686,8
|
283,7
|
691,6
|
2,36
|
, %
Водонасыщение асфальтобетона 2,24%
Определение предела прочности
асфальтобетона при сжатии.
Методика выполнения работы.
испытываемые образцы выдерживают в
водяной бане при температуре 50+1 оС и 20+1 оС (горячего и теплого формования в
течение 1 часа), холодного - 2 часа в воздушной бане;
для определения предела прочности
при сжатии в водонасыщенном состоянии используют образцы после определения
водонасыщения, после взвешивания на воздухе их снова помещают в воду на 10-15
мин. Перед испытанием образцы вытирают мягкой тканью;
испытывают образцы на сжатие при
скорости деформации 3 мм/мин, по торцам образца прикладывают листки плотной
бумаги;
за разрушающую нагрузку принимают
максимальное показание силоизмерителя пресса.
. Данные испытаний заносят в
лабораторный журнал
|
№
обр.
|
Состав
смеси
|
Площадь
образца, А, см2
|
Разрушающая
нагрузка, кгс
|
Предел
прочности при сжатии, МПа
|
|
|
|
N20
|
N50
|
 R20R50R
|
|
|
|
|
1
|
Тип
В
|
20
|
2160
|
530
|
1800
|
10,8
|
2,65
|
9
|
|
2
|
Тип
В
|
20
|
1980
|
640
|
1850
|
9,9
|
3,2
|
9,25
|
Rсж=N
/ A, кгс/см2
Предел прочности при сжатии
асфальтобетона:
При 20 оС - 10,35; при 50 оС - 2,93;
при 20 оС водонасыщенный - 9,13
Определение коэффициента
водостойкости асфальтобетона
Сопоставление свойств контрольных
образцов с требованиями стандарта
Результаты испытаний контрольных
образцов, приготовленных из смесей с различным содержанием битума, записываются
в таблицу и сопоставляют с требованиями ГОСТ 9128-97. Выбирают для производства
состав, соответствующий по свойствам рекомендациям стандарта.
Сопоставление свойств проектируемого
асфальтобетона с требованиями ГОСТ 9128-97.
|
Показатели
|
Единицы
измерения
|
Проектируемый
асфальтобетон
|
Требование
ГОСТ
|
|
Предел
прочности при сжатии, Rсж при 200С при 500С
|
МПа
|
10,35
2,93
|
>2
>1,1
|
|
Водонасыщение,
W
|
%
|
2,24
|
1,5-4
|
|
Коэффициент
водостойкости, кв
|
|
0,88
|
>0,7
|
|
Средняя
плотность, ρ0
|
г/см3
|
2,4
|
Не
нормируется
|
Заключение
Запроектированный состав асфальтобетона
соответствует требованиям ГОСТ 9128-97.
Рекомендуемый производству состав:
Щебень - 35,7%.
Песок - 50,2%.
Минер. Порошок 14,1%.
Битум - 7%.
Литература
1. Гезенцвей
Л.Б. Дорожный асфальтобетон. / Л.Б. Гезенцвей. - М.: Транспорт, 1986 -336 с.
2. Горелышев
М.В. Материалы и изделия для строительства дорог./ М.В. Горелышев. - М.:
Транспорт, 1986 - 148 с.
. Грушко
И.М. Дорожно-строительные материалы. - Учебник / И.М. Грушко, И.В. Королев,
И.М. Борщ, Г.М. Мищенко. - М.: Транспорт, 1991 - 357 с.
. ГОСТ
9228-97. Смеси асфальтобетонные, дорожные, аэродромные и асфальтобетон.
Технические условия.
. ГОСТ
12801-98. Смеси асфальтобетонные, дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Методы
испытаний.
. ГОСТ
12784-78. Порошок минеральный для асфальтобетонных смесей. Методы испытаний.
. ГОСТ
11501-78, 11503-74, 11504-73, 11505-75, 11506-73, 11507-78, 11510-65. Битумы
нефтяные вязкие. Методы испытаний.
. ГОСТ
22245-90. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия.
. ГОСТ
11955-82. Битумы нефтяные дорожные жидкие. Технические условия.