Основные разновидности иск на основе органических вяжущих веществ

АСФАЛЬТОВЫЕ БЕТОНЫ

Асфальтовый бетон (асфальтобетон) — строительный материал, получаемый в результате отвердевания уплотненной рационально подобранной смеси, состоящей из асфальтового вяжущего вещества и заполняющих компонентов. При отсутствии в смеси крупного заполнителя — щебня или гравия — получаемый строительный конгломерат именуется песчаным асфальтом или асфальтовым раствором. Асфальтовые бетоны и растворы используют в строительстве при возведении магистральных, городских, аэродромных, дорожных, кровельных и других покрытий, гидротехнических, мостовых, промышленных, жилищно-гражданских и иных зданий и сооружений. В зависимости от температуры укладки асфальтобетонной массы различают асфальтобетоны горячие, теплые и холодные. Соответственно используют битумные материалы более вязкие при горячем асфальтобетоне, более мягкие с повышенной пснетрацией — при теплом и жидкие, высокоподвижные битумы или битумные эмульсии — при холодном асфальтобетоне. Горячие и теплые асфальтобетоны подразделяют на плотные с остаточной пористостью от 2 до 7% и пористые— для нижних слоев покрытий и основания — с пористостью 7—12% и высокопористые с пористостью 12—18%.

По технологическому признаку асфальтобетонной массы в процессе ее укладки и уплотнения асфальтобетоны и растворы могут быть жесткими, пластичными и литыми. Для уплотнения жестких и пластичных масс используют тяжелые и средние катки; литую асфальтобетонную массу уплотняют специальными валками, легкими катками или приглаживанием укладочными машинами. С увеличением пластичности массы, определяемой на приборе удобообрабатываемости конструкции И. А. Рыбьева (рис. 10.4), снижается расход энергии, затрачиваемой на уплотнение смеси. Однако появляется тенденция к понижению прочности готового покрытия, возрастает способность его к пластическим деформациям, особенно при нарушенной оптимальной структуре асфальтобетона.

Рис. 10.4. Прибор для определения удобообрабатываемости асфальтобетонной массы (конструкция И. А Рыбьева):

I — конус; 2 — форма с испытуемой массой; 3 — вибратор; 4 — насыпной груз Производство асфальтобетонной массы осуществляется на специальных заводах: стационарных и временных. Стационарный асфальтобетонный завод (АБЗ) выпускает массу в больших количествах и предназначен для строительства асфальтобетонных покрытий на крупных и густо сконцентрированных строительных объектах, работы на которых выполняют в течение нескольких лет, например АБЗ для строительства городских дорожных покрытий. Временные АБЗ предназначены для обслуживания асфальтобетонной массой небольших объектов или крупных, но сильно растянутых в одном направлении, — магистральных автомобильных дорог и др.

Заводы по производству горячей (она является основной продукцией заводов) асфальтобетонной массы относятся к высокомеханизированным предприятиям. На современных заводах достигнута не только полная механизация, но и автоматизация основных технологических операций. В состав завода входят: смесительный цех, машины и оборудование которого предназначены для приготовления асфальтобетонной массы, дробильно-сортировочный цех для изготовления щебня и его фракционирования, помольный цех для изготовления минерального порошка, цех битумного хозяйства, энергосиловое и паросиловое отделения, складское хозяйство, ремонтно-механические мастерские и лаборатория при отделе технического контроля качества. Современные заводы, в целях избежания излишней запыленности территории, ориентируются на централизированное снабжение их материалами с каменно-заготовительных и нефтяных баз. Основная операция технологии — смешение исходных и подготовленных материалов, принимаемых в определенных количествах по проектному составу. Температура выпускаемой из смесительного аппарата массы 150—180°С или ниже у теплых и холодных масс. На рис. 10.5 показана технологическая схема механической (смесительной) установки ДС-84−2. Иногда в состав асфа;

Рис. 10.5. Технологическая схема производства асфальтобетонной массы:

льтобетонной массы одновременно с битумом вводят поверхностно-активную добавку, дозируемую с помощью специального дозатора.

Наиболее часто используют лопастные смесители. Быстрое перемешивание в смесителях этого типа достигается при турбулентно-вращательном движении массы за счет повышенной частоты вращения валов лопастей мешалки — до 200 об/мин вместо обычных 70—80 об/мин при производительности от 50 до 120 т/ч. Облегчает и ускоряет перемешивание песчаной асфальтобетонной массы предварительное активирование минерального порошка или введение активных добавок непосредственно в смеситель в период перемешивания. Вследствие большого количества кварцевого песка в массе благоприятное влияние приносит добавление извести-пушонки в количестве 3—4% массы минерального порошка. Чтобы не остудить асфальтобетонную массу в пути следования к месту ее укладки, особенно в холодную и ветреную погоду или при большой дальности перевозки (более 20 км), кузов автомобиля-самосвала рекомендуется покрывать брезентом, матами, деревянными щитами или оборудовать двойными стенками для обогрева выхлопными газами. Температуру массы, прибывшей на строительный объект, контролируют не менее чем в трех точках кузова на глубине 10—15 см от поверхности.

Укладывают горячую массу механическими укладчиками, а при устройстве покрытий на большой площади или при большой ширине проезжей части (покрытия) — двумя или более асфальтоукладчиками одновременно. Чем выше температура воздуха и лучше участок защищен от ветра, тем больше длина укладываемой полосы. Так, например, при температуре более +25°С и хорошей защите от ветра длина полос составляет 100—200 м, при +5—10°С она составляет 25—60 м. Самый распространенный способ уплотнения распределенной горячей массы при больших масштабах строительства дорожных и аэродромных покрытий — укатка катками (статического действия, вибрационными, пневмоколесными), а в помещениях — площадочными вибраторами. Первичное уплотнение уложенного слоя производится трамбующим брусом асфальтоукладчика. Монолитный асфальтобетон в покрытии должен удовлетворять определенным техническим требованиям.

Отвердевший и готовый к эксплуатации в покрытиях горячий асфальтобетон характеризуется, подобно другим ИСК, своей структурой и свойствами.

Структура асфальтобетона (рис. 10.6) состоит из заполняющей смеси щебня (или гравия) и песка, скрепленной в монолит матричным асфальтовяжущим веществом. Микроструктура вяжущей части характеризуется непрерывной пространственной сеткой связующего вещества (битума) и дискретными частицами минерального порошка, выполняющего роль асфальтирующей добавки. Структура асфальтобетона, как и других ИСК, включает также поры и контактные зоны. В зависимости от соотношения масс составляющих материалов асфальтовый бетон может иметь порфировую, контактную и законтактную структуры, каждая из которых при высоком качестве этого маРис. 10.6. Конгломератная структура териала должна быть оптимальасфальтового бетона ной. Последняя естественно от.

ражает своеобразие принятых технологических параметров, режимов изготовления этой продукции при принятых исходных материалах.

В теории ИСК предпочтение отдается общему методу проектирования состава асфальтобетона. Он обеспечивает получение необходимого материала не только с заданными показателями свойств, но и с их экстремальными числовыми значениями. Приходится учитывать, что реальные свойства асфальтобетона не остаются постоянными, так как внешние условия могут быстро изменяться, а вместе с ними должны изменяться и свойства покрытия из асфальтового бетона. При обычной температуре (20—25°С) четко проявляются упругои эластичновязкие его свойства, при повышенных температурах — вязкопластические, а при пониженных, отрицательных температурах асфальтобетон становится упругохрупким телом. Но он чувствительно реагирует не только на колебания температуры (Г°), но также на изменение скорости (v) приложения механических усилий (нагрузки) или скорости деформирования. Чем выше значения v, тем при более высоких напряжениях разрушается асфальтобетон. Обе зависимости отражены в обобщенной формуле (10.1) прочности этого материала, которая адекватна (3.12) в теории ИСК:

Однако прочность этого конгломерата оптимальной структуры зависит как от концентрации (Б/П), что выражено в формуле (10.1) в виде симплекса так и от количества этого вяжущего вещества, т. е. от Б+П в процентах от общей массы асфальтобетона или в долях единицы. Этта зависимость наиболее ярко проявляется в пространственной системе координат xyz. При оптимальной структуре, подобно другим конгломератам, прочность асфальтобетона в этой координатной системе на плоскости у—г равна:

а общая формула — после объединения полученных зависимостей на плоскостях х—у и у—2

В формуле (10.3) показатели степени пит зависят от качества заполнителей и их смеси (песок + щебень). Величина пористости при плотных оптимальных структурах составляет 1—3%, а к_п принимается обычно равным единице.

Для перехода к другим 7° и v необходимо при пересчете исходить из формулы (10.1). Битум модифицированный, т. е. с добавками (каучуком, резиной, полимерами и пр.), обозначается в этих формулах Б*д.

В производственных работах обычно механическую прочность асфальтобетона характеризуют пределом прочности при сжатии стандартных образцов, испытанных при заданных температуре и скорости приложения нагрузки. При одноосном сжатии предел прочности асфальтобетона определяют на цилиндрических образцах, размерами (диаметр и высота) 50,5×50,5 или 71,4×71,4 мм (в зависимости от крупности минерального заполнителя). Испытания проводят при температурах 20, 50, 0 °C и скорости приложения нагрузки, равной 3 мм/мин.

При температуре 20 °C предел прочности при сжатии асфальтобетона составляет около 2,5 МПа, а при растяжении — в 6—8 раз меньше. С понижением температуры предел прочности при сжатии возрастает (до 15—20 МПа при -15°С), а с повышением — снижается (до 1,0—1,2 МПа при +50°С).

Из других технических характеристик следует отметить износои водостойкость. Износостойкость определяют по потере массы образцов, испытываемых на кругах истирания или в барабанах (с определением износа). Горячий асфальтобетон в дорожных покрытиях изнашивается в пределах 0,2—1,5 мм в год. Водостойкость характеризуют величиной набухания и коэффициентом водостойкости, равным отношению пределов прочности при сжатии образцов в водонасыщенном и сухом состояниях при температуре 20 °C. Он должен быть в пределах 0,6—0,9; величина набухания в воде не более 0,5% (по объему).

К разновидностям асфальтобетона относятся теплый и холодный. Специфическими особенностями обладают еще две других разновидности горячего асфальтобетона — литой и цветной. Более редким в строительстве является дегтебетон.

Теплый асфальтобетон используют при строительстве дорожных покрытий капитального типа и для устройства нижних слоев в покрытиях.

Для приготовления теплого асфальтобетона используют вязкие нефтебитумы марок БНД 200/300 и БНД 130/200 или жидкие битумы; известняковый порошок более тонкого помола, чем в горячих смесях; щебень и искусственный песок, получаемые дроблением основных пород, — габбровых или диабазовых; прочные шлаки. Составы теплого асфальтобетона проектируют общим методом, используемым в теории искусственных строительных конгломератов. Температура готовой теплой массы при ее выходе из смесителя должна быть 90—130°С в зависимости от исходной вязкости битума. Допустимые пределы температур массы при ее уплотнении в покрытии: нижний — 50 °C при работах в теплую погоду и при марке битума СГ 70/130; верхний — 100 °C при работах в холодную погоду и при марке битума СГ 130/200. Уплотнение производят легкими и тяжелыми (12 т) катками; при холодной погоде рекомендуется уплотнять массу сразу же после ее укладки в покрытие, чтобы не остудить массу и не потерять ее удобообрабатываемость. Толщину рыхлого слоя назначают на 15—20% больше проектной толщины покрытия, что регулируется положением выглаживающей плиты укладчика.

Холодный асфальтобетон (холодный асфальт) содержит жидкий или разжиженный вязкий битум, что позволяет укладывать массу холодного асфальта при температуре окружающего воздуха. Могут использоваться также битумные эмульсии.

Приготовление холодного асфальта осуществляется в горячем и холодном состояниях. При приготовлении массы в горячем состоянии применяют жидкий или разжиженный битум, в холодном — битумную эмульсию. Более распространен в строительстве холодный асфальт на основе жидкого или разжиженного битума. Его применяют для создания верхних слоев дорожных покрытий и при производстве ремонтных работ, в частности, при восстановлении сильно износившихся покрытий. Если холодный асфальт употребляется в строительных работах непосредственно после его изготовления на АБЗ, то укладку массы предпочтительнее производить еще в теплом состоянии. В этом случае раскладка упрощается, слой массы ложится компактнее, а при уплотнении слоя быстрее формируется монолитное покрытие. При работах во влажную погоду используют холодный асфальт, приготовленный на битумной эмульсии.

Отвердевание монолитного слоя связано не в малой степени с испарением растворителя из разжиженного вязкого битума или легких фракций — из жидкого. Поэтому слишком значительная его уплотненность в первый период эксплуатации дорожного покрытия может принести вред. Рекомендуется не допускать высокой грузонапряженности при движении автотранспорта, так же как нельзя допускать и слишком слабой интенсивности движения транспорта, поскольку окончательное формирование покрытия происходит именно под действием этого движения.

Холодный асфальт может длительное время оставаться в рыхлом состоянии в складских условиях (до 8—10 месяцев). Поэтому холодную асфальтобетонную массу обычно приготовляют в зимнее время года с тем, чтобы ее раскладку в покрытие произвести с наступлением весны. Зимняя заготовка массы позволяет работать ЛБЗ практически в течение полного года, тогда как при производстве только одной горячей массы оборудование завода в зимний период простаивает или работает с низкой производительностью. При чрезмерно длительном хранении рыхлая масса холодного асфальта постепенно слеживается, образуются комочки или даже глыбы. Тогда использовать массу становится затруднительным, требуется предварительное рыхление ее. Однако механическое рыхление ухудшает качество массы вследствие обнажения отдельных частиц, покрытых пленкой битума. Слеживаемость холодного асфальта при длительном хранении уменьшают, добавляя на последней стадии перемешивания массы ССБ, хлорное железо, водный раствор соапстока и некоторые другие специальные вещества (добавки) в количестве до 2—3%. Эти же вещества способствуют лучшему сцеплению битума с поверхностью не полностью просушенного минерального материала.

Холодный асфальт приготовляют с применением щебня из морозостойких карбонатных пород (известняков, доломитов) и доменных шлаков с пределом прочности при сжатии не менее 80 МПа, а при использовании изверженных и метаморфических пород — не менее 100 МПа. Чтобы покрытие не становилось скользким при его эксплуатации, к известняковому щебню принято добавлять до 30% мелкого (8—10 мм) гранитного или получаемого из других изверженных пород (диабаза, базальта) щебня или искусственного дробленого песка из тех же пород камня. Песок должен быть чистым, однородным, морозостойким, без органических примесей или глинистых частиц, способных набухать в воде. Кроме щебня и песка в состав холодного асфальта входит минеральный (известняковый) порошок для повышения вязкости и клеящей способности разжиженного или жидкого битума. При тонких пленках битума слеживаемость массы меньше и прочность плотного покрытия выше. При выборе вяжущего учитывают, что чем холоднее погодные условия, длительнее срок хранения массы, ниже прочность камня, тем вяжущее вещество должно быть более жидким. Наиболее распространенными вязкостями являются 120—180 с, определяемые по стандартному вискозиметру (при отверстии 5 мм и температуре 60°С). Такая вязкость соответствует маркам СГ 130/200, СГ 70/130 и МГ 130/200, МГ 70/130. При использовании битумной эмульсии рекомендуется средняя скорость ее распада при содержании в ней вяжущего вещества в пределах 50—60% по массе. В загородных условиях допускается применять дегтевые эмульсии.

Доля вяжущего вещества в составе холодного асфальта устанавливается проектированием оптимального состава, но обычно находится в пределах 6—8% для песчаного и 5—7% для мелкозернистого. Качество холодного асфальта в покрытиях характеризуется его прочностью при сжатии в сухом и водонасыщенном состояниях при 20 °C соответственно 1,5—2,0 и 1,0—1,5 МПа, коэффициентом водоустойчивости не менее 0,6—0,8 и некоторыми другими показателями свойств, указываемыми в ТУ. В целом следует отметить, что эта разновидность асфальтового бетона изготовляется и применяется пока в весьма ограниченных размерах, но покрытия из него несомненно относятся к перспективным.

Литой асфальтовый бетон (литой асфальт) выделяется из других горячих аналогов тем, что все межзерновые поры в нем заполнены асфальтовым вяжущим веществом. При этом отношение Б/П несколько больше, чем в вяжущем веществе обычного (пластичного) асфальтобетона. После укладки массы и ее уплотнения в монолите практически отсутствуют остаточные поры и пустоты, поэтому покрытия из него водонепроницаемые.

Преимущество литого асфальта состоит в том, что работы по его укладке можно производить при сравнительно низких температурах (до -10°С) воздуха. Не требуется также, как уже отмечалось, продолжительного уплотнения массы катками или трамбования при ямочном ремонте. Достаточно прикатать его легкими (0,5—1,5 т) катками или уплотнить вибробрусом асфальтоукладчика. Преимуществом покрытий из литого асфальта является также их относительно высокая долговечность, износостойкость и шероховатость. Последняя придается покрытию либо распределением по поверхности сухого песка высевок или первых фракций мелкого щебня (5—8 мм), лучше предварительно очерненных битумом (1—1,2%), и последующей их прикаткой, либо устройством тонкослойного покрытия толщиной 0,8—1,5 см из специально подготовленной смеси. В некоторых странах шероховатость достигают применением катков с рифлеными вальцами. Литой асфальтобетон не лишен, однако, и некоторых недостатков: податливостью к сдвиговым деформациям в жаркое летнее время и склонностью к трещинообразованию от неравномерных тепловых напряжений в период отрицательных температур воздуха. В последние годы эти традиционные недостатки были резко ослаблены за счет привлечения к проектированию оптимальных составов общей методики их расчета, излагаемой в теории ИСК, и устройства покрытий способом вибролитья^[1]. В получаемых составах литого асфальта содержится минеральных частиц крупнее 5 мм 50—55%, асфальтовяжущего вещества (Б+П) 20—25% с отношением Б/П, равным 0,46—0,55, причем порошок содержит 100% частиц мельче 0,071 мм. Слой уложенной массы не требует дополнительного уплотнения после вибрационного приглаживания его брусом асфальтоукладчика. С понижением температуры покрытия с 200 °C до атмосферной литой асфальт в покрытии отвердевает и пригоден к эксплуатации.

Достоинства покрытий из вибролитых смесей отмечены при их укладке на дорогах высоких категорий, мостах, путепроводах, эстакадах и взлетно-посадочных полосах аэродромов. Строительный сезон по их устройству может быть расширен за счет использования универсальных термосов-миксеров грузоподъемностью от 8,5 до 16 т.

По технологии вибролитья используют подогретые зернистые минеральные материалы температурой 280—300°С, если порошок поступает холодным; температуру нагрева их снижают на 12—14%, если порошок в мешалку подается подогретым до температуры 120—140°С. Битум подогревают до температуры 150—170°С. Температура смеси должна быть 190—200°С, если температура воздуха выше -10°С; не ниже 220 °C, если температура воздуха +10—15°С. Технические свойства смеси и асфальтобетона: пористость минеральной смеси не более 20%, подвижность смеси при 200 °C — не менее 25 мм (определяют с помощью металлического конуса); водонасыщение уплотненных образцов — 1,0% от объема; глубина вдавливания штампа в образцы при температуре 40 °C — не более 4 мм.

Цветной асфальтовый бетон состоит из мелкого щебня (5—7 мм), песка, минерального порошка, связующего, пластификатора и пигмента. В качестве вяжущего вещества в нем выступает структурный элемент, слагаемый из связующего и минерального порошка с добавлениями пластификатора и пигмента, поскольку все их частицы практически соизмеримы. В качестве щебня применяют измельченные отходы белого мрамора и известняка. Песок должен быть чистым и светлым, а минеральный порошок — из тонко измельченного белого мрамора. Связующим в цветном асфальте обычно служат кумароновые, глифталевые полимеры, а также полиэтилен, поливинилхлорид, поливинилацетатная эмульсия и др. Из пигментов более цветостойкими являются железный сурик, крон желтый, оксид хрома.

Цветной асфальтобетон применяют для оформления площадей, скверов, остановок городского транспорта, пешеходных переходов и других объектов города.

• [1] Мелик-Багдасаров М.С. и др. Устройство асфальтобетонных покрытий методом вибролитья // Наука и техника в строительстве. 1997. 3.