Как подобрать структуру асфальта

Асфальт – материал для укладки автомобильных дорог, который как обычный бетон заданную прочность приобретает только после остывания и упрочнения исходной смеси. Свойства продукта определяются составляющими, из которых состоит смесь, и их пропорциями.

Состав асфальтобетона

Асфальт бывает разных типов, отличающихся по своему составу. Иногда составляющие и их качество тесно соединены с технологией изготовления. Как правило, асфальт состоит из трех элементов: вяжущего, минерального и каменного. Исключением может быть песчаная модификация, в которой каменная составляющая отсутствует. Рассмотрим подробнее все компоненты асфальта.

Вяжущее вещество

При изготовлении асфальта функцию вяжущего вещества выполняет битум. В недавнем прошлом эту роль исполнял деготь, но он не применяется. Этот элемент асфальта имеет важнейшую черту – вязкость. Ее хватает, чтобы покрыть щебень при составлении смеси, но не сливаться с него. Стойкость вяжущего достаточна для противодействия деформированию, при этом оно должно сохранять пластичность и не образовывать трещины. Битум удовлетворяет всем этим требованиям.
Битум может применяться в разжиженном виде – эмульсии, смеси на воде, или праймера, разведенного на растворителе. При этом обеспечивается повышенная текучесть, что ценно зимой. Когда асфальт остывает, растворитель и вода испаряются, а свойства вяжущего сохраняются.

При производстве асфальта используются битумы вязкие, в соответствии с ГОСТ 22245 и жидкие, регламентируемые ГОСТ 11955. Выбор битума производится в зависимости от марки и классности асфальта, влияет и метод изготовления, холодной либо горячей будет получаемая смесь.

Могут применяться и вещества спецназначения, вяжущие полимерно-битумного типа, благодаря которым повышается упругость создаваемого асфальта. Битумы могут быть модифицированными, их свойства определяются по ТУ.
В разных асфальтобетонах состав битума может быть различным. Так, в щебеночно-мастичном асфальте его содержание равно 5,5 – 7,5%, а в литом – до 9,5%.

Каменный наполнитель

В этой фракции могут находиться не одни лишь камни в виде щебня либо гравия, но и различные минеральные составляющие – пески или отсевы. Имеет важное значение любой показатель, описывающий наполнитель – форма и размеры камней, их содержание в процентах, происхождение, показатели противодействия изнашиванию и т.д. Важнее всего соотношение разных размеров зерен, пыли, глины и т.д. – от этого зависит применяемость наполнителя.

Зерна пластинчатые и игольчатые губительно действуют на готовое покрытие. Нормативное содержание их определяют ГОСТ 8267 и ГОСТ 3344:

• в высокоплотном асфальте типа А их должно содержаться на более 15%;
• для асфальта типа Б – до 25%;
• для асфальта типа А – до 35%.

Зернистость песка и гравия определяет ГОСТ 23735. На износоустойчивость и сопротивляемость морозам, прочностные показатели и твердость материала оказывает воздействие также происхождение каменной составляющей:

• Щебень, изготовленный из вулканического базальта и пород метаморфического происхождения, используется для материалов с высокой плотностью. Могут использоваться и камни осадочного происхождения – доломиты, известняки, с маркой дробимости 1200.
• Для прочих типов асфальта применяют щебни с низшими показателями. Щебень из шлаков металлургии для плотного асфальта не применяется, хотя марки 1200 и 1000 используют для холодного асфальта.
• Для высокоплотного асфальта не используются щебни из гравия.

Необходимо учитывать также морозостойкость каменного наполнителя:

• для климатической зоны 1-3 высокоплотные асфальты делают из щебня морозостойкости F50, а для высокопористых используется камень F15 и F25;
• в зонах 4 и 5 используют исключительно горячий асфальт высокой плотности, на который идет щебень F50.

Песок

Он может присутствовать в любом асфальте, но есть сорта песчаного асфальта, в которых песок является единственной минеральной составляющей. Песок может быть природным, добытым в карьере, и полученный при дроблении камня в виде отсева. Свойства песка регламентируются ГОСТ 8736:

• на высокоплотные асфальты идет песок прочности 800 и 1000, на пористые – 400;
• частицы глины размером до 0,16 мм должны составлять для плотных асфальтов 0,5%,а для пористых – 1%;
• Особенно необходимо наблюдать за содержанием в асфальте глины, из-за которой материал набухает и понижает устойчивость к морозам.

Минеральный порошок

Совместно с битумом этот компонент составляет вяжущее вещество. Он способствует заполнению пространств между частицами камня, отчего трение понижается. Зерна порошка микроскопически малы – до 0,074 мм. Его источник – пылеулавливающие системы.
Минеральный порошок – это отходы металлургии и цементных производств, цементная пыль, зола, шлаки, отходы их переработки. Состав, водостойкость и иные параметры порошка регулируются ГОСТ16557.

Добавки

Вносимые добавки могут улучшать состав асфальта и придавать ему особые свойства. Они могут быть разделены на две группы:

• специально разрабатываемые компоненты, улучшающие свойства – стабилизирующие, пластифицирующие, замедляющие старение;
• вторичное сырье или отходы – гранулированная резина, сера и другие, стоящие значительно меньше.

Проектирование асфальтобетона

Для различного назначения покрытия – автострада, улица или велодорожка – проектируется особый состав покрытия. Задачей является получение качественного асфальта без перерасхода составляющих. Рассмотрим принципы проектирования:

1. Состав зерен минеральной составляющей обеспечивает плотность асфальта и его шероховатость. Используется техника непрерывной и прерывистой гранулометрии. Размеры частиц и пропорции между ними нормируются ТУ.

   Полученная кривая измерений должна умещаться между граничными показаниями, и на ней не должно быть переломов, означающих излишек или нехватку одной из фракций.

2. Асфальт разного типа может иметь минеральную составляющую с каркасной или бескаркасной структурой. В первом случае камни касаются и образуют структуру асфальта, а во втором не соприкасаются. Содержание щебня в двух этих структурах находится на уровне 40-45%, и это надо учитывать при подборе.
3. Наибольшую прочность и износостойкость обеспечивает камень, имеющий форму куба или тетраэдра.
4. Труднополируемые породы при своем содержании 50-60% обеспечивают заданную шероховатость асфальта. Сохранение шероховатости, свойственной природному сколу, обеспечивает устойчивость асфальта к сдвигу.
5. Если в материале использован песок дробленый, его сдвигоустойчивость будет выше, поскольку в карьерном песке поверхность более гладкая. Эти же причины обусловливают уменьшенную устойчивость к сдвигу материала на основе морского гравия.
6. Слишком мелкий минеральный порошок вызывает повышение пористости и расхода битума. Большинство отходов промышленности как раз таким и оказывается, поэтому минеральный порошок требует активации с обработкой битумом. При этом экономия вяжущего сопровождается ростом влаго- и морозоустойчивости.
7. Выбирая битум, надо опираться на вязкость, обеспечивающую плотность покрытия, и на погоду. В местах с сухим климатом состав должен гарантировать минимум пористости. Если смесь холодная, на 10-15% уменьшают количество битума, понижая слеживаемость.

Подбор состава

Процесс подбора производится единообразно:

• оцениваются свойства битума и минеральных ингредиентов с точки зрения их пригодности для итоговой цели;
• вычисляется пропорция между камнем, песком и порошком с целью получения асфальта наибольшей плотности;
• количество битума подбирается таким, чтобы исходные материалы позволили получить итоговый продукт с заданными свойствами.

После проведения расчетов выполняются лабораторные исследования. Проверяется пористость, после этого соответствие всех реальных технических показателей ожидаемым. Проведение расчетов и испытаний производится, пока создаваемая смесь не будет соответствовать техзаданию.
Асфальт – материал сложный, и его качества и прочностные показатели неоднозначны и зависят от состава и технологии приготовления смеси.