Характеристика битумов, применяемых в дорожном строительстве. Методы улучшения свойств битумов.

Битумы(природные, нефтяные, сланцеватые) – группа природных или искусственных вязко-пластичных или жидких веществ, состоящих из смеси органических высокомолекулярных соединений.

В дорожном строительстве применяют вязкие и жидкие битумы. Вязкие битумы получают переработкой нефти. Жидкие – разжижением вязких.

Различают три типа битумов:

Остаточные (остаток после переработки нефти)

Окисленные (окисление гудронов, мазутов)

Компаундированные (смешение различных нефтяных остатков)

Для производства дорожных битумов используют 2 группы (параметра) нефти:

- По содержанию смол:

1. Высокосмолистые (>20%)

2. Смолистые (8-20%)

3. Малосмолистые (<8%)

-По содержанию парафинов:

1. Высокопарафинистые (>6%)

2. Парафинистые (<6%)

3. Малопарафинистые

Лучшие: высокосмолистые и малопарафинистые.

Основные характеристики битумов:

Вязкость

Пластичность

Адгезия

Вязкость характеризует способность битума сопротивляться перемещению его частиц под воздействием внешних сил. Вязкость измеряется глубиной проникновения иглы пенетрометра.

Пластичность характеризует способность битума растягиваться без разрывов и трещин под воздействием нагрузки. При низких температурах пластичность сменяется хрупкостью.

Адгезия – способность битума прилипать к поверхности минеральных материалов. Адгезия зависит от чистоты и активности поверхности материала.

Битумы, кроме того, характеризуются погодоустойчивостью – способностью противостоять атмосферным воздействиям в период эксплуатации дорожной одежды. Со временем битумы изменяют свои физические свойства, становятся более вязкими и менее пластичными. Этот процесс называется старением.

Вязкие битумы имеют более высокую температуру смягчения, что позволяет применять их в районах с высокой температурой воздуха. Вязкие битумы обладают лучшей адгезией по сравнению с жидкими битумами, что позволяет улучшить прочностные свойства материалов, приготовленных с применением органических вяжущих.

С другой стороны низкая температура плавления жидких битумов облегчает приготовление смесей с их использованием и снижает требования к перевозке и укладке материалов.

Вязкие битумы применяют в горячих и тёплых а/б смесях, приготовлении битумоминеральных смесей в установке. Жидкие битумы применяются в холодных смесях, а также при смешении на дороге и устройтстве слоёв по способу пропитки.

Методы улучшения свойств а/б:

Улучшение свойств заполнителей и наполнителей (промывка, модифицирование поверхности, обогащение)

Улучшение свойств битумов (улучшенные составляющие, комплексные вяжущие, активация битумов)

Улучшение свойств битумов введением ПАВ

Армирование а/б

Повышение сдвигоустойчивости использованием битума с добавками и пропиткой цементом.

Физические методы улучшения битумов:

Вспенивание при добавке ПАВ

Электромагнитная обработка

Химические методы улучшения битумов:

Улучшение полимерными добавками

Добавки ПАВ

Марки битумов: БНД – 40/60; 60/90; 90/130; 130/200; 200/300

БН – 40/60; 60/90; 90/130; 130/200; 200/300

БНДУ, БНДУС – битум нефтяной дорожный сибирских нефтей

48. Асфальтобетон. Классификация, св-ва, требования, определение физико-механических показателей, применение в дорожном строительстве. Применение ЩМА, литого а/б. Компакт-асфальт.

Асфальтобетон – уплотненная а/б смесь. Асфальтобетонная смесь - рационально подобранная смесь минеральных материалов щебня ((гравия) и песка с минеральным порошком или без него) с битумом, взятых в определенных соотношениях и перемешанных в нагретом состоянии. Классификация по ГОСТ 9128-97:

В зависимости от вида минеральной составляющей подразделяют на щебеночные, гравийные и песчаные.

В зависимости от вязкости используемого битума и температуры при укладке подразделяют на:

-горячие, приготавливаемые с использованием вязких и жидких нефтяных дорожных битумов, t укладки не менее 120°С;

-холодные, приготавливаемые с использованием жидких нефтяных битумов, t - не менее 5°С.

Горячие а/б смеси по наибольшему размеру минеральных зерен подразделяют на:

крупнозернистые с размером зерен до 40 мм;

мелкозернистые - до 20 мм;

песчаные - до 5 мм.

Холодные смеси подразделяют на мелкозернистые и песчаные.

Горячие а/б смеси по величине остаточной пористости подразделяют:

высокоплотные с остаточной пористостью от 1,0 до 2,5%;

плотные - св. 2,5 до 5,0%;

пористые - св. 5,0 до 10,0%;

высокопористые - св. 10,0 до 18,0%.

Асфальтобетоны из холодных смесей должны иметь остаточную пористость свыше 6,0 до 10,0%.

По кол-ву щебня или песка:

Тип А с содержанием щебня св. 50 до 60%;

Тип Б - св. 40 до 50%;

Тип В - св. 30 до 40%.

У холодных: Бх и Вх.

Для песчаных смесей:

Тип Г и Гх – на песках из отсевов дробления, а также на их смесях с природным песком при содержании последнего не более 30% по массе;

Тип Д и Дх - приготовляемые на природных песках с отсевами дробления при содержании последних менее 70% по массе.

Марки а/б в зависимости от физ.-мех. св-в:

Горячие

Высокоплотные – I

Плотные:

А – I,II Б,Г – I,II,III В,Д – II,III

Пористые и высокопористые – I,II

Холодные Бx, Вx – I,II Гx – I,II

Свойства а/б:

1)Высокая прочность и устойчивость к воздействию климатических факторов;

2)Упруго-пластичные без разрушения;

3)ровная поверхность при отсутствии швов сжатия и расширения, шероховатость;

4)возможность регенерации;

5)простота ремонта;

6)беспыльность, бесшумность;

7)долговечность ниже, чем у ц/б.

Показатели физ.-мех. св-в, выбор материалов для а/б и технческие требования к ним должны соответствовать требованиям ГОСТ 9128-97 "Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия".

Основным требованием, которому должен удовлетворять а/б, работающий при повышенных положительных температур, является его сдвигоустойчивость. Испытания сдвигоустойчивости оценивают непосредственно по прочности при сжатии. Прочность а/б принято оценивать по испытанию цилиндрических образцов на сжатие при 50, 20 и 0°С. Если при 50°С нормативными документами ограничивается нижний предел прочности (1-1,2 МПа), то при 0°С ограничивается верхний предел прочности (не более 12 МПа).

А/б покрытия при длительном увлажнении могут разрушаться за счет выкрашивания минеральных зерен, что приводит к повышенному износу покрытий и образованию выбоин. Водостойкость а/б зависит от его плотности и устойчивости адгезионных связей. Пористость оказывает большое влияние на водостойкость а/б, обычно она составляет 3-7%. Водостойкость определяется величиной водонасыщения, набухания коэффициентом водостойкости К_в (отношение прочности водонасыщенных к прочности сухих образцов).Коэффициент водостойкости должен быть не менее 0,9, а при длительном водонасыщении (15 сут) не менее 0,8.

щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА) могут применять для устройства верхних слоев покрытий автомобильных дорог, аэродромов, городских улиц и площадей. ЩМА - уплотненная щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь. Щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь (ЩМАС) - рационально подобранная смесь минеральных материалов (щебня, песка из отсевов дробления и минерального порошка), дорожного битума (с полимерными или другими добавками или без них) и стабилизирующей добавки, взятых в определенных пропорциях и перемешанных в нагретом состоянии.

Отличие: Изменение идеолгии формирования а/б – в 1,5 раза больше битума и минер. порошка.

Преимущество: повышенная сдвигоустойчивость, высокие прочностные характеристики, повышенное сцепление.

Недостаток: Дороже обычного а/б.

В зависимости от крупности применяемого щебня подразделяют на виды:

ЩМА-20 - с наибольшим размером зерен до 20 мм; ЩМА-15 - 15 мм; ЩМА-10 - 10 мм.

Литой а/б представляет собой специально запроектированную смесь щебня, песка, минерального порошка и вязкого битума, приготовленную и уложенную в покрытие в горячем состоянии без уплотнения. От горячего а/б литой отличается большим содержанием минерального порошка и битума, технологией приготовления и методом укладки. Литой а/б применяется в качестве дорожного покрытия на а/д, на проезжей части мостов.

«+» - малая масса по сравнению с др. дорожными покрытиями; водонепроницаемость, малые затраты на уплотнение.

- вероятность образования вздутий – пузырей на покрытии и трещинообразовании при отрицательной температуре воздуха.

Бывают 2 типов:

1 тип – приготавливают при t=220-240°C

2 тип – приготавливают при t=200-220°C

«Компакт-асфальт» (Германия)

При этом «Компакт-асфальтом» называют двухслойное покрытие, устроенное по способу «горячее по горячему». Особенностью этой технологи является тот факт, что два слоя покрытия (верхний и нижний) укладываются и уплотняются одновременно. Именно технология «Компакт-асфальт» позволяет вести укладку тонкого верхнего слоя без ущерба для всей конструкции, при одновременном устройстве нижнего крупнозернистого слоя покрытия, обладающего большей устойчивостью к деформациям.

Выбор способа устройства асфальтобетонного покрытия по технологии «Компакт-асфальт» обеспечивает требуемые характеристики дорожного полотна, такие как:

- высокая степень уплотнения;

- высокий коэффициент сцепления колеса;

- ровность покрытия;

- устойчивость к пластическим деформациям и «колееобразованию»;

- максимальное сцепление слоев за счет частичного расклинивания нижнего слоя верхним, что практически не допускает сдвиговых деформаций между слоями.