Дорожно-строительные материалы

Дорожно-строительные материалы, используемые в дорожной одежде в период эксплуатации подвергаются воздействию внешних механических сил и физико-химических факторов окружающей среды. К внешним механическим воздействиям относят ударные и ста­тические нагрузки транспортных средств, механическую ра­боту воды, ветра и другие. К физико-химическим факторам относят колебания температуры воздуха, инсоляцию, атмос­ферные осадки, поверхностные и грунтовые воды.

В зависимости от того, в каком элементе дорожной конст­рукции работают материалы, они по-разному подвергаются воздействию внешних сил и физико-химическим процессам окружающей среды. Так, атмосферные воды, попадая в от­дельные слои дорожной одежды, могут нарушать структурные связи в материале, растворять и вымывать некоторые веще­ства. Минерализованные воды постепенно разрушают такие материалы, как грунтоцемент, цементобетон и др. Колебания температуры периодически изменяют внутренние напряжения в материалах, а также изменяют их состояние, что приводит к ослаблению структурных связей, появлению микротрещин, сдвигов под воздействием транспортных средств. С течением времени, под влиянием сложного комплекса механических, физических и химических факторов, строительные материа­лы в дорожных конструкциях постепенно разрушаются. Интен­сивность разрушения определяется особенностями внешних воздействий, конструкцией дорожной одежды и свойствами материалов - объективными признаками, проявляющимися при производстве, применении и работе материалов в конст­рукциях. Пригодность материалов для конкретных условий определяют по их свойствам. Свойства материалов многооб­разны, что обусловлено, главным образом, их вещественным составом.

Физические свойства характеризуют физическое состояние материала, а также определяют его отношение к физическим процессам окружающей среды. При этом физические процес­сы в материале не изменяют строение его молекул. Обычно к таким свойствам относят истинную плотность (удельный вес), среднюю плотность (объемную массу), насыпную плотность (насыпная масса), пористость, пустотность, влажность, водопоглощение, водонасыщение, усадку, огнеупорность, огнестой­кость, светостойкость.

Истинная плотность - масса вещества материала в едини­це объема (без пор и пустот). Истинную плотность выража­ют отношением массы материала в сухом состоянии к объему материала в абсолютно плотном состоянии. Истинную плот­ность выражают в кг/м³. Для определения истинной плотности хрупких материалов, обладающих пористостью, их тонко раз­мельчают, получая частицы размером менее 0,25 мм. Истин­ная плотность основных дорожно-строительных материалов колеблется от 2500 до 3300 кг/м³.

Средняя плотность (объемная масса) - масса единицы объема материала в естественном состоянии (с порами, пус­тотами, микротрещинами и т.д.). Средняя плотность строитель­ных материалов меньше истинной плотности. Чем меньше пористость материала, тем ближе значение средней плотнос­ти к истинной плотности.

Насыпная плотность (насыпная масса) - масса единицы объема материала в рыхлом состоянии. Насыпная плотность включает, кроме пор, пустот и трещин в зернах материала, пустоты между зернами. Чем больше средняя плотность ма­териала, тем меньше его пористость и лучше он проводит тепло, звук и т.д.

Пористость характеризует количество пор и микротрещин в единице объема материала Пористость в значительной мере обуславливает физичес­кие, механические и другие свойства материалов. Чем боль­ше пористость, тем меньше прочность и теплопроводность, больше водо- и газопроницаемость. Опытный инженер по по­ристости ориентировочно может определить многие свойства материалов.

Пустотность - характеризует объем пустот между зерна­ми рыхлого материала Природная влажность материала зависит от его гигрос­копичности, т.е. способности материала поглощать водяной пар из влажного воздуха за счет адсорбции пара на внут­ренней поверхности пор и капилляров. Чем больше внут­ренняя поверхность материала, тем больше гигроскопич­ность, а следовательно, и природная влажность. Для древе­сины она - 12... 18 %, для стеновых каменных материалов -4...7 % по массе.

Водопоглощение - количество воды, которое может по­глотить погруженный в воду материал, а затем удержать его молекулярными и капиллярными силами при атмосферном дав­лении.

Средняя плотность (объемная масса) материала одного и того же состава зависит от влажности и пористости материала. С увеличением пористости, а следовательно и влажности, средняя плотность увеличивается.

Водонасыщение определяется количеством воды, которое может поглотить материал при вакууме или повышенном дав­лении. В этом случае из открытых пор вытесняется воздух, вследствие чего материал насыщается водой больше, чем при атмосферном давлении. Водопоглощение и водонасыщение изменяются в пределах: у гранита от 0,02 до 0,7, у асфальто­бетона - от 2 до 5, у кирпича - от 8 до 15 %.

Усадка - изменение размеров материала при его высыха­нии.

Набухание - увеличение объема материала при насыще­нии его водой.

Многократное высыхание и увлажнение материала ускоря­ет его разрушение.

Водонепроницаемость - способность материала не про­пускать воду. Водонепроницаемость тесно связана с естествен­ной влажностью материала, водопоглощением и водонасыщением.

Теплопроводность - способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникший вследствие раз­ности температур на поверхностях, ограничивающих матери­ал. Коэффициент теплопроводности колеблется от 0,06 (ми­неральная вата) до 58 (сталь), для кирпича он равен 0,82, для бетона - 1,28...1,55, для гранита - 2,92.

Механические свойства - способность материала сопротив­ляться деформированию и разрушению под действием напря­жений, возникающих в результате приложения внешних сил.

Нагрузки вызывают в материалах нормальные (растягива­ющие, сжимающие) и касательные напряжения, обуславлива­ющие процессы деформирования материала. К основным по­казателям, характеризующим механические свойства, относят: прочность, упругость, пластичность, хрупкость, ползучесть.

Прочность - важнейшее свойство материала, в большин­стве случаев, определяет возможность его использования в строительной конструкции. Показатели прочности в значитель­ной степени являются условными. Они зависят от размера и формы образца, скорости его нагружения и других факторов. Поэтому методика определения прочности строительных ма­териалов строго регламентируется нормативно-техническими документами. Прочность материала измеряется в мегапаскалях (МПа).

Наиболее прочными являются металлы, например, сталь (150...500 МПа), прочность гранита при сжатии - 120...150 МПа, при растяжении - менее 10 МПа. Прочность бетона при сжа­тии изменяется от 1 до 100 МПа, а при растяжении их проч­ность в 10...15 раз меньше. Прочность асфальтобетонов при сжатии - 5...7 МПа (температура при испытании - 20...25°С).

Упругость выражается в восстановлении первоначальной формы и объема образца после прекращения действия вне­шних сил.

Вязкость - свойство твердых тел под воздействием вне­шних сил необратимо поглощать механическую энергию при пластической деформации. Абсолютно упругих и абсолютно вязких материалов нет, все дорожно-строительные материа­лы обладают в той или иной степени упругостью и вязкостью.

Упругость и вязкость материала характеризуется, соответ­ственно, модулем упругости и коэффициентом вязкости.

Пластичность - способность материала необратимо дефор­мироваться под влиянием действующих на него усилий без разрыва сплошности (образования трещин).

Хрупкость - свойства материалов под влиянием внешних сил разрушаться, не давая остаточных пластических дефор­маций. Хрупкость противоположна пластичности. Хрупкость и пластичность материалов зависят от температуры и режима нагружения. Например, битумы хрупки при пониженной тем­пературе и быстро нарастающей нагрузке, пластичны при мед­ленно действующей нагрузке и повышенной температуре. Хрупкие материалы плохо сопротивляются напряжению, дина­мическим и повторным нагрузкам.

Ползучесть - способность материалов длительно дефор­мироваться под действием постоянной нагрузки. Ползучесть материалов возрастает с уменьшением их вязкости, поэтому большей ползучестью обладают вязкие пластичные материа­лы (например, асфальтобетон) и меньшей - хрупкие, упругие материалы (например, цементобетон).

Химические свойства материала определяют его способ­ность вступать в химические взаимодействия с веществами среды, в которой он находится, при этом появляются новые вещества. К химическим свойствам можно отнести: раствори­мость, коррозийную стойкость, атмосферостойкость, тверде­ние, адгезию и др.

Химические свойства учитывают при оценке пригодности материала для тех или иных целей в строительстве.

Растворимость - способность образовывать истинные ра­створы в результате взаимодействия материала с водой или с другими растворителями. Строительные материалы, в боль­шинстве случаев, должны быть нерастворимы в условиях их эксплуатации.

Коррозийная стойкость - свойства материала не разрушать­ся в агрессивных средах. Наиболее стойкими по отношению к агрессивным средам являются керамические материалы. Не­устойчивы в кислой среде известняки, доломиты, древесина, портландцементы, к щелочной среде - древесина, битумы.

Атмосферостойкость - свойство материала не разрушать­ся под воздействием климатических условий. С атмосферостойкостью материала часто связана его склонность к старению вследствие протекания в нем физико-химических процессов и ухудшения свойств. Старение характерно для битумов, ас­фальтобетонов.

Твердение - свойство материалов затвердевать в резуль­тате химических и физико-химических процессов и приобре­тать ряд новых свойств - сопротивляемость различным по виду и характеру нагрузкам, агрессивным воздействиям внешней среды. Твердение обычно оценивают показателями прочнос­ти и их изменением во времени.

Адгезия - свойство одного материала прилипать к поверх­ности другого. Измеряют адгезию прочностью сцепления при отрыве одного из них от другого. Адгезия имеет важное зна­чение в технологии изготовления материалов и конструкций.

Конструкционные свойства обуславливают возможность создания из материа­ла конструкций с заданными механическими свойствами. К этой группе относят твердость, истираемость, износ и т.д.

Твердость - способность материала сопротивляться про­никновению в него более твердого материала. От твердости зависит, в частности, истираемость поверхности слоев дорож­ных покрытий. Твердость каменных материалов можно опре­делить по шкале твердости.

Истираемость - способность материала уменьшаться в мас­се и объеме под действием истирающих усилий. Истираемость определяют на стандартных машинах, вычисляя массу истер­того образца к его площади (г/см²). Истираемость имеет боль­шое значение для строительных материалов, используемых в дорожных покрытиях.

Износ - свойства материала сопротивляться одновремен­ному воздействию истирания и ударов. Износ определяют на образцах, которые испытывают во вращающихся барабанах со стальными шарами. Показатель износа - потеря массы образ­ца (%) в процессе испытания.

По потере массы при износе (истирании) в полочном бара­бане щебень подразделяют на очень прочный (износ менее 20 %), прочный - 21...30 %, средней прочности - 31...45 %, слабый - 46...55 %, очень слабый - более 56 %.

Коэффициент конструктивного качества (удельная проч­ность) материала представляет собой отношение прочности (МПа) к средней плотности. Лучшие конструктивные материа­лы имеют высокую прочность при малой и средней плотнос­ти, что способствует созданию легких конструкций. У сплавов из алюминия коэффициент конструктивного качества превы­шает 250, бетонов - 12...25, кирпича - 5...6.

Технологические свойства характеризуют поведение материалов при технологи­ческих процессах, их обработке и переработке (например, буримость, дробимость горных скальных пород; формуемость, слеживаемость, нерасслаиваемость бетонных смесей; вязкость жидкообразных минералов и смесей, твердение, адгезия и др.). По технологическим свойствам судят о возможности перера­ботки и получения доброкачественной продукции из исход­ных материалов при принятой технологии и имеющемся тех­ническом оборудовании.

Очень часто не представляется возможным определить ту или иную характеристику материала, необходимую для расче­тов в технологических и эксплуатационных процессах, точны­ми методами физики, механики и химии. Поэтому в практике используют условные показатели, которые определяют при­ближенными методами.

Например, вязкость битумов трудно измерить строгими физическими методами, поэтому предложено вязкость вяз­ких битумов определять путем пенетрации (глубина погруже­ния стандартной иглы в битум при температуре 25°С). Вяз­кость жидких битумов и дегтей определяют с помощью стан­дартного вискозиметра по времени истечения вяжущего че­рез калиброванное отверстие 5 мм при 60°С.

Удобоукладываемость бетонных смесей - скорость пере­формования в секундах стандартного конуса из бетонной смеси в равновеликий цилиндр.

Формуемость - свойство смесей, составленных из различ­ных компонентов, приобретать заданную форму при минималь­ных затратах средств.

Нерасслаиваемость - свойство смеси сохранять неодно­родность при транспортировании и формовании.

Названные и многие другие свойства оцениваются количе­ственно условными показателями, несогласующимися с при­нятой международной системой единиц. Поэтому эти показа­тели в разных странах неодинаковы, в большинстве случаев они нормированы в пределах одной страны, а иногда - в пре­делах отрасли.

Эксплуатационные свойства обуславливают работу мате­риала в элементах дорожных конструкций на протяжении оп­ределенного отрезка времени. К этим свойствам относят дол­говечность, выносливость, морозостойкость и др.

Долговечность обусловлена способностью материала со­противляться комплексному воздействию механических нагру­зок, изменению температуры и влажности, действию раство­ров солей и др. Критерии долговечности материала комплек­сны, они зависят от его физических, механических и хими­ческих свойств.

Выносливость - способность материала многократно со­противляться прилагаемым механическим воздействиям, ко­торые ускоряют разрушение строительных материалов, вследствие чего ухудшается их долговечность. Выносливость обыч­но измеряется количеством нагружений, которое выдержал материал до разрушения.

С долговечностью материалов связывают выносливость.

Долговечность материалов также нормируется. Например, для железобетонных конструкций предусмотрены три степе­ни долговечности: I - соответствует сроку службы не менее 100 лет; II - 50 лет; III - 20 лет. Часто долговечность матери­ала характеризуется морозостойкостью.

Морозостойкость - способность материала при поперемен­ном замораживании и оттаивании не проявлять заметных при­знаков разрушения. Более интенсивно проявляется воздей­ствие переменных температур на водонасыщенные каменные материалы. В этом случае вода, находящаяся в порах и мик­ротрещинах, замерзая при понижении температуры, перехо­дит в твердое состояние и увеличивается в объеме примерно на 10 %. Возникающее давление льда при многократном по­вторении замораживания-оттаивания постепенно разрушает материал.

Чем меньше кристаллы, больше плотность и меньше от­крытых пор, тем выше морозостойкость. Чем меньше диаметр пор, тем ниже температура замерзания воды, заключенной в них. Так, при диаметре капилляра 1,5 мм, температура замер­зания воды - 6,4°С, прим 0,06 мм - 18,4°С.

В зависимости от климатических условий, в которых будет работать материал, к нему предъявляют различные требова­ния по показателю морозостойкости, определяемой количе­ством циклов попеременного замораживания и оттаивания до разрушения материала. Часто коэффициент морозостойкости определяют как отношение показателя прочности материала в водонасыщенном состоянии после испытания на морозостой­кость к показателю прочности до испытания.

Природные каменные материалы, являясь продуктом ме­ханической переработки горных пород, отличаются от после­дних формой и размерами, а также состоянием поверхности раскола отдельностей. Поэтому, их свойства зависят от соста­ва исходной горной породы и ее состояния (трещиностойкос- ти, степени выветривания и др.). Природные каменные мате­риалы получают из скальных и обломочных горных пород, в соответствии с ГОСТ 8267-93.

Скальные горные породы с жесткими структурными связя­ми обладают достаточно высокой прочностью и залегают в зем­ной коре в виде массивов или трещиноватых слоев.

Обломочные горные породы - рыхлые (сыпучие), состоят из обломков скальных горных пород без прочных связей меж­ду ними и залегают в виде скоплений.

В зависимости от назначения и условий, в которых будет работать материал, применяют дробленые материалы (щебень, высевки), а также колотые (бутовый камень, шашку для мо­щения и др.).

К природным обломочным горным породам относят валун­ный камень, гравий и песок, которые уже в естественном виде могут быть использованы в строительстве.

Наибольшее применение в дорожном строительстве полу­чили горные породы магматического, осадочного и метамор­фического происхождения.

Магматические (изверженные) горные породы по химичес­кому составу характеризуются содержанием, главным обра­зом, кремния, алюминия, железа, кальция, магния, калия и на­трия. Основными породообразующими минералами извержен­ных горных пород являются: кварц, полевые шпаты, слюды и др. Характерной особенностью химического состава извержен­ных пород является содержание в них кремнезема в свобод­ном или связанном состоянии. По содержанию кремнезема эти породы делят на кислые, средние и основные. В кислых поро­дах (группа гранитов) содержание кремнезема доходит до 65...75 %, в средних (группа сиенита и диорита) - от 52 до 65, в основных (группа габбро) - от 40 до 52 %.

Осадочные горные породы залегают в верхних слоях зем­ной коры. В общей толще земной коры осадочные породы составляют примерно 5 %. Скальные горные породы осадоч­ного происхождения (известняки, доломиты, гипс, ангидрит, песчаники, конгломераты, брекчии), в отличие от магматичес­ких, в той или иной мере растворимы в воде и снижают свою прочность при водонасыщении, за исключением сцементиро­ванных пород с кремнистым цементом.

Осадочные породы органогенного происхождения образо­вались в результате уплотнения и цементации отмерших орга­низмов, отличаются значительной пористостью и многие из них растворяются в воде.

В дорожном строительстве используют карбонатные (из­вестняки, мел, известняки-ракушечники) и кремнистые (диа­томиты, трепелы, опоки) органогенные осадочные породы.

Осадочные породы химического происхождения образова­лись в результате выпадения из растворов химических осад­ков. Наиболее распространенными являются доломиты, магнезиты, известняковые туфы, гипс, ангидрит. Для осадочных пород химического происхождения характерна растворимость в воде и наличие пустот и трещин.

Метаморфические горные породы образовались в резуль­тате изменения магматических (изверженных) и осадочных горных пород под влиянием высокой температуры, давления, химически активных веществ. В результате метаморфизма пер­вичные породы в большей или меньшей степени могут изме­нять текстуру, минералогический, а иногда и химический со­ставы. Метаморфизация изверженных пород, как правило, ухуд­шает их физико-механические свойства. Метаморфизация оса­дочных пород, наоборот, улучшает механические свойства. К наиболее часто встречающимся в недрах земной коры мета­морфическим породам относят гнейсы, кварциты, мрамор.

Гнейсы - горные породы грубо- или тонкосланцеватой и ленточной текстур, получившиеся в результате видоизмене­ния гранитов, гранодиоритов и др. В гнейсах минералы как бы сжаты и располагаются параллельно некоторой плоскости, что обуславливает неодинаковые их свойства в разных направ­лениях. Обычно гнейсы в направлении, перпендикулярном к сланцеватости, обладают значительной прочностью при сжа­тии (150...200 МПа), но наличие хорошо выраженной сланце­ватости в ряде случаев несколько ограничивает область при­менения в дорожном строительстве. При дроблении гнейсов на щебень образуется заметное количество плоских и вытя­нутых щебенок, что снижает качество щебня.

Кварциты - равномерно кристаллическая, плотная горная порода, состоящая из мелких зерен кварца, сцементирован­ных кремнистым веществом. При этом цементирующее ве­щество отличимо (без микроскопа) от зерен кварца. Кварци­ты характеризуются большой плотностью, прочностью, хруп­костью и твердостью, при разломе они образуют гладкую по­верхность с острыми режущими ребрами. Кварциты исполь­зуют для строительных работ в виде бутового камня, щебня, реже - шашки для мощения.

Мрамор - плотный кристаллический известняк, состоящий, в основном, из тесно сросшихся кристаллов кальция (кальцитовый мрамор). Часто в мраморах наблюдаются примеси магнезита. Иногда эта примесь настолько значительна, что порода носит название доломитового мрамора. Цвет чистого мрамора - белый, но в зависимости от примесей он может быть красным, серым, черным и др. Вследствие высоких ме­ханических свойств (прочность при сжатии от 50 до 100 МПа) и красивого рисунка, мрамор применяют для различных от­делочных и декоративных работ. Разновидности мрамора, не­пригодные для изготовления штучных изделий, а также от­ходы при обработке дробят для получения мраморной крошки и порошка, которые применяют как заполнители в мозаич­ных и асфальтобетонных работах в качестве минерального порошка.

К обломочным горным породам или механическим отло­жениям относят продукты выветривания изверженных, мета­морфических или ранее образованных осадочных пород. Раз­личают рыхлые и сцементированные обломочные породы.

По крупности окатанных обломков рыхлые горные породы условно делят на валуны, гальку, гравий, песок.

Валунный камень - грубокатанные, преимущественно ок­руглой формы, обломки скальных пород размером более 100 мм. Валуны размером до 250 мм называют сырцом, так как их можно применять для дорожных работ (например, мощения) без дополнительной обработки. Более крупные валуны ис­пользуют для получения шашки, щебня.

Галька представляет собой окатанные водой обломки гор­ных пород размером от 100 до 70 (40) мм. Она обладает теми же свойствами, что и мелкий валунный камень. Качество гальки обуславливается петрографическим составом породы, круп­ностью и формой обломков, а также степенью выветривания.

Гальку применяют для устройства оснований, дренажей, но чаще измельчают и используют как щебень.

Гравий - рыхлая горная окатанная порода размером частиц от 5 (3) до 70 мм.

В природе в чистом виде гравий встречается редко. Если в гравии содержится более 50 % песчаных частиц, то смесь на­зывают песчано-гравийной (ПГС), а если менее 50 % - гравийно-песчаной (ГПС).

По зерновому составу для устройства оснований использу­ют ПГС до 70 мм, а для устройства покрытий - до 40 мм.

Гравийный материал применяют для устройства гравийных оснований и покрытий, дренажных сооружений, в качестве крупного заполнителя в цементобетоне. Гравий, имеющий марку по дробимости не выше 16, может быть использован для приготовления асфальтобетонных смесей II марки типа В и III марки типа Б, В.

Песок - рыхлая зернистая порода, образованная в резуль­тате естественного разрушения горных пород, крупностью зе­рен до 5 (3) мм. В песке иногда имеются частицы мельче 0,55 мм, которые называют пылеватыми (0,05...0,0005 мм) и гли­нистыми (мельче 0,0005 мм).

Качество песка для строительных работ определяют мине­ралогическим составом, формой зерен, зерновым составом, содержанием пылевато-глинистых частиц, плотностью, пустотностью, фильтрационной способностью, влажностью и содер­жанием органических примесей.

В дорожном строительстве используют песок природный и дробленый, получаемый путем дробления горных пород.

Песок применяют для устройства подстилающих слоев до­рожной одежды, приготовления строительных растворов, цементо- и асфальтобетонов, для устройства дренажей. Для улуч­шения качества мелкозернистый песок обогащают добавка­ми искусственного (дробленого) песка (крупностью менее 5 мм) из невыветренных изверженных и метаморфических по­род прочностью более 80 МПа, а из осадочных - прочностью более 40 МПа.

Дресва - промежуточный продукт выветривания скальных горных пород, оставшийся на месте образования и сохранив­ший камневидное состояние. Дресва, в зависимости от исход­ной горной породы и стадии выветренности, может приме­няться для устройства различных слоев одежды на дорогах местного значения.

Щебень для дорожного строительства по зерновому со­ставу делят по крупности на фракции:

более 120 мм - гигантский;

70... 120 мм - очень крупный;

40... 70 мм - крупный;

25...40 мм - нормальный;

15... 25 мм - мелкий;

10... 15 мм - клинец;

3 (5)... 10 мм - каменная мелочь;

< 3 (5) мм - высевки.

Качество щебня, т.е. степень соответствия показателей его признаков своему проектируемому назначению определяют на месте его производства (в карьере) и на месте его по­требления (на строительном объекте) путем изучения внешних признаков и испытания отобранных проб. При этом опреде­ляют петрографические признаки и однородность горной по­роды, из которой получен щебень: крупность, зерновой со­став, форму зерен; шероховатость поверхности; количество и качество примесей (глинистых, органических и др.); количе­ство смятых (раздробленных) зерен; физические и механи­ческие свойства.

Минеральные вяжущие материалы представляют собой обычно порошкообразные вещества, которые после затворения водой способны постепенно переходить из пастообраз­ного состояния в твердое, приобретая свойства камня.

Минеральные вяжущие по характеру твердения делят на две группы:

воздушного твердения, обладающие способностью после затворения водой твердеть в сухой среде (воздушная известь, гипсовые и магнезитовые вяжущие, жидкое стекло);

водного твердения (или гидравлические вяжущие матери­алы), после затворения их водой твердеющие на воздухе и в воде, причем во влажной среде вяжущие приобретают боль­шую прочность. Представителями этой группы являются це­менты.

Гидравлическая известь и романцемент по составу и осо­бенностям процессов твердения занимают как бы промежу­точное место между воздушными и гидравлическими вяжу­щими: после затворения водой, начав твердеть на воздухе, они продолжают твердеть как на воздухе, так и во влажной среде. При дальнейшем твердении во влажной среде они при­обретают большую прочность.

В дорожном строительстве известь используют для укреп­ления грунтов, а также в качестве активатора при приготовлении асфальтобетонных смесей.

Портландцемент представляет собой гидравлическое вя­жущее, получаемое тонким помолом цементного клинкера, минеральных добавок и природного гипса (1,5...3,5 % в пере­счете на S0₃). Цементный клинкер получают путем обжига до спекания природных мергелей определенного химического состава или искусственных смесей известняка с глиной (до­менными шлаками), подобранных в соответствии с требуе­мым химическим составом. Обычно клинкер имеет следую­щий химический состав: СаО - 63...67 %; АЮз -4...7 %; 2Si0₂ -20...24%; Fe₂0₃ - 2...6 %; MgO,S0₃ и др. - 1,5...3%.

Свойства портландцемента зависят от его минералогичес­кого состава, наличия добавок, а также тонкости помола клин­кера. По этим признакам определяют вид портландцемента (алитовый, белитовый, быстротвердеющий и так далее).

Плотность портландцемента составляет - 900... 1300 кг/м³. При расчете вместимости складов принимают насыпную плот­ность портландцемента - 1200, а при его дозировании для приготовления бетона - 1300 кг/м³.

Активность - способность затвердевать при затворении водой, превращаясь в прочное камневидное тело.

Активность и марку цемента характеризуют показателем прочности при изгибе образцов - балочек и их половинок при сжатии в возрасте 28 суток.

По прочности на сжатие портландцементы подразделяют на классы 22,5; 32,5; 42,5; 52,5.

Водопотребность цемента характеризуют показателем нор­мальной густоты - количество воды, которое необходимо для достижения заданной пластичности. Обычно для порт­ландцемента нормальная густота составляет 21...28 %. Чем меньше водопотребность (нормальная густота), тем выше ка­чество цемента.

Скорость схватывания цемента зависит от минералогичес­кого состава, тонкости помола, количества воды затворения, температуры. Скорость схватывания является важной техно­логической характеристикой цемента. У портландцемента на­чало схватывания должно наступить не ранее 45 мин., а конец - не позднее 12 часов от начала затворения. Обычно начало схватывания у портландцемента наступает через 2...3 часа, а конец - через 5...8 часов. Как быстрое, так и медленное схватывание затрудняет и усложняет организацию производства строительных работ.

Бетоном называют строительный материал, полученный в результате перемешивания, укладки, уплотнения и затвер­девания рационально рассчитанной смеси щебня (или гра­вия), песка, цемента, воды и добавок. Смесь перечисленных компонентов до затвердевания называют бетонной смесью.

Основной классификацией бетонов по структурным призна­кам является деление по объемной массе:

особо тяжелые с объемной массой более 2600 кг/м³ име­ют сложную структуру и изготавливаются с применением за­полнителей, например, стальных опилок, барита и др.;

тяжелые с объемной массой 2100...2600кг/м³, у которых структура плотная, щебень из плотных и тяжелых горных по­род или плотных металлургических шлаков, песок кварцевый;

облегченные с объемной массой 1800...2000кг/м³ мо­гут иметь плотную структуру, но с применением щебня из пород пониженной плотности или крупнопористую с при­менением щебня из плотных пород;

легкие с объемной массой 1000...1800кг/м³, обладающие плотным или крупнозернистым строением, с применением по­ристого щебня и песка, шлаковой пемзы (термозита), кремнезита, перлита;

особо легкие с объемной массой менее 1000 кг/м³ с пори­стой структурой без щебня и песка (ячеистый бетон) или с применением пористого песка или пористого щебня в соче­тании с поризованным цементным камнем.

Наибольшее распространение в строительстве получил тя­желый бетон. Его применяют для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, пролетных строений и опор мостов, устройства дорожных покрытий и др.

Важной характеристикой бетона является пористость, кото­рая в значительной степени определяет его свойства. С уве­личением пористости заметно возрастают водопоглощение, водонасыщение, водопроницаемость, уменьшается прочность, морозостойкость и долговечность бетона.

Органические вяжущие материалы. Сырьем для производства органических вяжущих материа­лов являются: нефть, каменный уголь, горючие сланцы. Фрак­ционная разгонка такого сырья дает наряду с ценными про­дуктами - смолообразные остатки. После дополнительной пе­реработки которых получают органические вяжущие. Органи­ческие вяжущие должны обеспечивать:

-хорошее обволакивание минеральных частиц;

-хорошее сцепление, позволяющее связывать минераль­ные частицы в прочный монолит;

-водоустойчивость и стабильность (не изменять своих свойств) в процессе службы в покрытиях.

Битумы бывают природные, нефтяные, сланцевые. Дегти - каменноугольные, торфяные, древесные. По главным строительным свойствам и консистенции орга­нические вяжущие условно делят на следующие группы:

-твердые битумы и дегти при 20...25°С обладают вязко-уп­ругими свойствами, а при 120...180°С приобретают подвижность;

-вязкие битумы и дегти при 20...25°С обладают вязкими и пластичными свойствами, а при 120...18СГС приобретают теку­честь;

-жидкие битумы и дегти при 20...25°С - текучие. По мере испарения летучих углеводородов затвердевают и приобре­тают свойства близкие к вязким битумам.

Примерный групповой состав битума: масла 40... 60%; смолы 20...40 %; асфальтены 10...25 %; карбены и карбоиды 1...3 %.

Масла - вещества светло-желтого цвета. Масла придают вяжущему подвижность, текучесть, увеличивают испаряемость и снижают температуру размягчения.

Смолы - легкоплавные, вязко-пластичные вещества, их содержание в вяжущем обуславливает его растяжимость и эластичность.

Асфальтены - твердые неплавкие вещества с плотностью более 1000 кг/м³. Они обеспечивают температурную устойчи­вость, вязкость и твердость (хрупкость) битума.

Карбены по составу похожи на асфальтены, но содержат больше углерода, имеют большую плотность и более темный цвет. Их содержание повышает вязкость и хрупкость.

Карбоиды - твердые вещества типа сажи, нерастворимы в органических растворителях.

Парафин - содержание зависит от исходного сырья и долж­но быть менее 3,5 %. Большее содержание снижает растяжи­мость и повышает температуру затвердевания.

Примерный групповой состав каменноугольных дорожных дегтей:

дегтевые масла - 60... 80 %; смолы - 15...25 %; нафталин - 7 %; антрацен - 10 %; фенолы - 5 % - ядовиты.

применяются методы адсорбации кра­сителей, меченых атомов и др.

Битумы нефтяные применяются для строительства до­рожных покрытий, гидроизоляционных, кровельных и дру­гих видов работ. В зависимости от назначения нефтепере­рабатывающая промышленность выпускает соответст­вующие по свойствам виды нефтяных битумов. Битумы вязкие применяют в качестве вяжущего материала при строительстве дорожных и аэродромных покрытий. Их из­готавливают из окисленных и неокисленных продуктов пря­мой перегонки нефти или компаундированием этих про­дуктов с экстрактами селективной очистки. Изготовление вязких дорожных нефтяных битумов из крекинг остатков и битумов деасфальтизации без дополнительной перера­ботки не допускается.

Битумы нефтяные жидкие в зависимости от скорости фор­мирования структуры разделяют на 3 класса:

СГ - среднегустеющие;

МГ - медленногустеющие;

МГО - медленногустеющие остаточные.

Жидкие битумы класса СГ допускается применять для уст­ройства дорожных покрытий и оснований во всех дорожно-климатических зонах.

Сланцевые битумы являются органическими вяжущими материалами, которые получают при нагревании горячих слан­цев без доступа воздуха. Дорожные сланцевые битумы быва­ют вязкие и жидкие.

Сланцевые битумы получают при нагревании сланцев в специальных генераторах или туннельных печах до 550°С, при этом выделяется газ, низкотемпературная смола в количестве 15...20 % от массы сланца и полукокс. В процессе переработ­ки низкотемпературную сланцевую смолу разделяют на сле­дующие фракции: автомобильный бензин - с началом кипе­ния смолы до 180°С; тракторное топливо - от 180 до 250°С;

дизельное топливо - от 225 до 325°С; мазут или битумная фракция как остаток после отгона всех фракций - до 300 или 325°С. Этот остаток составляет около 60 % и используется для получения остаточного или окисленного битума, а также мо­жет быть применен как жидкий сланцевый битум.

По составу и свойствам сланцевые битумы несколько от­личаются от нефтяных. В сланцевых битумах также опреде­ляют грунтовый состав (содержание масел, смол, асфальтенов). Содержание асфальтенов и смол в них больше, а ма­сел меньше.

Область применения сланцевых битумов в основном та же, что и нефтяных битумов.