Проектирование состава асфальтобетона.

Дробленый или отсев; природный

Таблица 5.5 - Классификация песков по крупности

Чем больше в песке мелких зерен, тем больше его удельная поверхность. Для соединения зерен песка в бетоне необходимо, чтобы цементное тесто покрывало всю поверхность каждой песчинки. Таким образом, расход цемента будет возрастать с увеличением удельной поверхности песка, т.е. с увеличением содержания в нем количества мелких фракций. Именно поэтому не рекомендуется использовать песок с М_к ниже 2 для бетонов во избежание перерасхода вяжущего. По результатам определения зернового состава строится кривая, которая сравнивается с установленным требованиями. Если кривая просеивания не выходит за допустимые границы, то песок признается пригодным для использования в бетоне.

При несоответствии зернового состава природных песков установленным требованиям, в мелкий песок вводят добавки крупных фракций природного песка или дробленого песка, а в крупный песок для понижения модуля крупности – мелкие пески.

Содержание воды в песке существенно влияет на его свойства. Если для других строительных материалов увлажнение, как правило, приводит к увеличению их плотности, то для песка ситуация обстоит иначе. Самый большой объем песок занимает при 4-7 % влажности (по массе). Это связано с тем, что влажный песок не столь сыпуч, как сухой, так как каждая песчинка покрывается тонким слоем воды. Изменение объема свободно засыпанного песка в зависимости от его влажности необходимо учитывать при дозировке песка для бетонной смеси и в других случаях, когда применяется влажный песок, в частности при его добыче или обогащении гидроспособом.

Присутствие в песке пылеватых и особенно глинистых примесей снижает прочность и морозостойкость бетонов. Количество таких примесей определяют отмучиванием (многократной промывкой водой). Загрязняющие примеси ухудшают качество сцепления зерен заполнителя с вяжущим, уменьшают прочность и однородность изготавливаемых изделий. Для улучшения качества заполнителей применяется их промывка водой или обработка сухими способами – с помощью плоских вибрационных или барабанных грохотов, а также пульсирующих обеспыливателей.

Присутствие в песке органических примесей замедляет схватывание и твердение цемента и снижает прочность бетона. Такие примеси в песке могут присутствовать в виде остатков растений, органических кислот и т.д. Для оценки количества органических примесей пробу песка по ГОСТ 8735 обрабатывают раствором едкого натра и сравнивают цвет раствора с эталоном. Если цвет темнее эталона, песок нельзя использовать в качестве заполнителя без дополнительных исследований.

Для технологии бетонов важным является такая характеристика песка, как его водопотребность.

Водопотребность песка – это способность удерживать определенное количество воды на поверхности зерен в межзерновых пустотах.

Водопотребеность песка колеблется в пределах 4...6 % для крупнозернистых песков, 3...6 % для песков средней крупности, 8...10 % для мелкозернистых песков и более 10 % для очень мелких песков.

Использование местных мелкозернистых песков с повышенной удельной площадью поверхности и пустотностью обычно вызывает большой расход цемента.

Прогрессивная технология производства бетонных смесей (введение пластифицирующих добавок, принудительное перемешивание и виброуплотнение) эффективно повышает использование местных мелкозернистых песков.

4.

Дорожные вязкие битумы

Битумы – сложная смесь высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных (соединений углерода С с кислородом О, серой S, азотом N). Элементарный химический состав всех битумов достаточно близок. В них 70…80 % углерода (С), до 15 % водорода (Н), до 10 % кислорода (О), до 5 % серы (S), до 3 % азота (N). Г рупповой состав битумов(%):

- асфальтены (твердая часть) – 10-25;

- смолы                                     – 20-40;

- масла                                      – 45-60;

- парафины                              – до 5;

- асфальтогеновые кислоты и их ангидриды – до 1.

Масла – легко растворяются в бензине, придают битуму текучесть и снижают температуру размягчения, легко испаряются, увеличивая вязкость битума. Молекулярная масса (М) 300-800 кг/моль.

Смолы – более сложная структура, чем у масел. М = 600-2000 кг/моль. В них содержится основное количество сернистых, азотистых и кислородных соединений. Смолы обладают полярностью (это ПАВ) в связи с наличием заряженных функциональных групп:

СООН^-,    SH₂⁺

ОН^-,        NH₂⁺

Смолы хорошо прилипают к поверхности каменных материалов, образуя на них плотные водоустойчивые пленки. Хорошо растворяются в этиловом спирте (С₂Н₅ОН), бензине, хлороформе (СНСℓ₃).

Смолы придают битумам растяжимость и эластичность.

Асфальтены. М = 1000-6000 кг/моль. По химическому составу близки к смолам. Это твердые, неплавкие вещества, от их содержания зависит вязкость и температура размягчения битумов.

Карбены – по химическому составу похожи на асфальтены. Растворяются только в сероводороде (Н₂S).

Карбоиды – твердое вещество типа сажи, нерастворимое в органических растворителях.

Асфальтогеновые кислоты. Хорошо растворяются в спирте (С₂Н₅ОН) и хлороформе (СНСℓ₃). Они очень полярны и, следовательно, наиболее поверхностно-активны. Они в основном определяют адгезию битумов к поверхности каменных материалов.

Парафины – нейтральная вязкоподобная масса. М = 300-500 кг/моль, температура плавления 50-70 °С. При содержании более 3,5 % увеличивают хрупкость битума.

Групповой состав битума не является стабильным.

Под влиянием температуры, окисления кислородом воздуха, воды он может существенно изменяться вследствие частичного превращения одних групп углеводородов в другие по схеме: Масла → смолы → асфальтены. Это происходит:

- при нагреве битума на АБЗ (длительное содержание в рабочих емкостях);

- контактах с горячим минеральным заполнителем (»200 °С) во время приготовления асфальтобетонной смеси (в смесителе).

Аналогичные изменения группового состава битума наблюдаются при его нахождении в слое дорожного асфальтобетонного покрытия. Эти изменения ускоряются транспортными нагрузками и фазовыми превращениями как самого битума, так и воды, находящейся в порах асфальтобетона.

Отмечается, что переход смол в асфальтены происходит быстрее, чем масел в смолы.

Таким образом, в процессе окисления в битумах происходит более интенсивное накопление асфальтенов, что и определяет скорость старения битумов.

В целом соотношение между основными группами (М, С, А), входящими в состав битума, определяет его важнейшие физико-механические свойства:

- вязкость;

- восприимчивость к изменению температуры (старение);

- хрупкость;

- эластичность.

В поставляемых партиях битума групповой состав указывается как факультативное требование.

Основным элементом, определяющим размеры и состав молекул битума, является четырехвалентный углерод. Атомы углерода способны образовывать соединения:

- цепочные СН₃ - (СН₂)_n – СН₃;

- циклические;

- цепочно-циклические.

Основная часть молекул битума состоит из скелета, состоящего из 25…150 атомов углерода.

Дисперсные структуры битумов

В зависимости от содержания и свойств компонентов группового состава могут образовываться различные дисперсные структуры битума: гель, золь и золь-гель.

Структура «гель» образуется при повышенном содержании в битуме асфальтенов и масел и малом содержании смол[1] (%):

асфальтенов (А)       > 25;

масел (М)                  > 50;

смол (С)    до 19.

В битумах со структурой гель соотношение

Согласно принятой классификации, дорожные битумы с таким групповым составом относят к I структурному типу. Это строительные марки битумов.

Структура «золь» характеризуется пониженным содержанием асфальтенов (менее 18 %), повышенным содержанием смол (более 36 %) и меньшим содержанием масел (до 47 %).

В битумах с такой структурой

Битумы с таким групповым составом относятся ко II структурному типу.

К этой группе относят жидкие битумы при нормальной температуре или вязкие, разогретые до перехода в жидкое состояние.

Структура «золь-гель» характерна для вязких битумов при нормальной температуре, у которых одновременно проявляются вязкие и пластические свойства. Такие битумы рекомендуются для получения дорожных асфальтобетонов (III структурный тип).

Битумы III типа имеют промежуточный состав и содержат (в %):

асфальтенов 21…23;

смолы            30…34;

масла              45…49.

Соотношение асфальтенов и мальтеновой части находится в пределах:

Установлено, что битумы III типа наиболее приемлемы для дорожного строительства.

Оптимизация группового состава битумов для дорожной отрасли должна осуществляться по нормативным документам, составленным специалистами дорожного материаловедения.

Разделение битумов по структуре на указанные типы является достаточно условным, так как не только соотношение основных групп углеводородов в битуме, но и их индивидуальный состав и свойства, степень развитости боковых цепей, наличие функциональных групп и др. будут оказывать существенное влияние на физико-химические свойства битумов.

Тем не менее, такая классификация дает возможность связать воедино состав, структуру и основные свойства битумов.

Вязкость и марка вяжущего. Вязкость является основной характеристикой вяжущего и определяется условными показателями: по глубине проникания иглы (пенетрации) — для вязких битумов. Сущность метода заключается в измерении глубины, на которую погружается игла пенетрометра в пробу битума при заданных нагрузке (1 или 2 Н), температуре (25°Сили0°С) и времени погружения.

Определение температуры размягчения вяжущего по методу КиШ. Сущность метода заключается в опред-и температуры, при которой вяжущее, находящееся в кольце заданных размеров, в условиях испытания размягчается и, перемещаясь под действием стального шарика, касается контрольного диска аппарата.

Растяжимость битумов их пластические св-ва. Сущность метода заключается в опред-и max длины растянутого до разрыва образца Б, залитого в специальную форму, раздвигаемую с постоянной скоростью при заданной температуре.Приборы и принадлежности. Для проведении испытания необходимы: дуктилометр; формы латунные для битума – "восьмерки"–; термометр ртутный стеклянный.

Температура хрупкости характеризует переход Б в такое состояние, при котором он под воздействием внешних нагрузок деформируется и разрушается как твердое хрупкое тело. По этому показателю можно оценивать трещиноустойчивость при низких темп-рах, а по значениям темп-ры хрупкости и размягчения — интервал пластичности Б.Сущность метода заключается в охлаждении с постоянной скоростью и циклическом изгибе стальной пластинки с нанесенным на ней слоем Б и в определении темп-ры, при которой в нем появляются трещины или образец Б ломается.

Адгезионные свойства Б характеризуют прочность его сцепления с зернами минеральных материалов.Степень сцепления Б с частицами минеральных материалов характеризует, его активность, что в свою очередь предопределяет водоустойчивость конгломератных материалов (а.б.), приготовленных на основе Б. Пок-лем сцепления служит способность Б удерживаться на пов-ти ч-ц мин- мат-ла при воздействии кипящей воды ("пассивное" сцепление) или способность Б сцепляться с частицами мин- мат-ла в присутствии воды ("активное" сцепление).При испытании в качестве минерального мат-ла используют белый мрамор или другой мрамор с содержанием СаСО3 не менее 98 %, МдСО3 не более 1,5 %, нерастворимого в соляной кислоте остатка не более 0,5 % либо кварцевый песок.

По изменению температуры размягчения Б после прогрева судят о стабильности его св-в при длительном нагреве в процессе пригот-я и использ-я.Изменениесв-в Б зависит от продолж-ти и темп-ры нагрева, ст-ни вовлечения воздуха и других факторов, влияющих на интенсивность испарения легких фракций, процессов окисления Б и полимеризации его молекул.

Индекс пенетрации характеризует температурную чувствительность Б и служит для выявления его реологического типа. Для той цели исп-ся и более простой пок-ль — интервал пластичности Б, опред как разность темп-р размягчения и хрупкости Б.Опред-е индекса пенетрации основывается на установлении определенной взаимосвязи между темп-рой размягчения Б и глубиной проникания в него иглы прибора.

Определение содерж-я в Б водорастворных соединенийй. Их вымывание из асфальтобетонных и битумоминеральных покрытий и оснований обуславливает преждевременное разрушение д. о.. Поэтому содерж-е указанных соед-й в Б ограничивается. Сущность метода анализа содерж-я в Б водорастворимых соединений заключается в переводе их в водную вытяжку и последующем определении массы после выпаривания воды. Пок-лем содерж-я водорастворимых соед-й является отнош-е массы битумных компонентов, выделившихся из водной вытяжки после ее кипячения, к первоначальной массе пробы исследуемого битума.

5.

Прочность бетона

Это важнейший показатель качества конструкционных бетонов.

Под действием внешних нагрузок в бетоне возникают внутренние напряжения сжатия, растяжения, изгиба. Бетон хорошо работает на сжатие и значительно хуже на растяжение. Поэтому в конструкциях его используют, прежде всего, для восприятия сжимающих нагрузок.

Основной характеристикой бетона является прочность на сжатие R _сж, которая контролируется для всех конструкционных бетонов. Прочность на растяжение R _р и растяжение при изгибе R _{р.и .} определяется только в некоторых случаях.

Фактическая прочность бетона при сжатии определяется испытанием контрольных образцов, изготовленных из той же бетонной смеси, что и конструкция, и твердевших в одинаковых с ней условиях. Величина прочности рассчитывается как среднее арифметическое результатов испытаний серии, состоящей из нескольких образцов. Прочность на сжатие определяют испытанием образцов-кубов, с размером ребра 15 см на одноосное сжатие на гидравлическом прессе. Допускается использовать кубы других размеров, но при этом результат следует умножать на соответствующие переходные коэффициенты, для учета масштаба образцов.

Прочность на растяжение при изгибе (R _{р.и .} ) определяют путем испытания балочек квадратного сечения. Размеры образцов зависят от наибольшей крупности зерен заполнителя. Испытания производят по схеме балки на двух опорах, с приложением двух сосредоточенных сил на ½ пролета. Прочность на растяжение при изгибе является одним из показателей назначения (показателей качества) бетона для дорожных и аэродромных покрытий.

Прочность на осевое растяжение (R _р) определяют испытанием образцов-«восьмерок» на разрывной машине. Прочность бетона на осевое растяжение в 15-20 раз меньше, чем прочность на сжатие, и связана с прочностью на растяжение при изгибе соотношением: R_p = 0,58R_р.и..

Для оценки прочности бетона используют его класс или марку.

Марка бетона – численная характеристика какого-либо свойства, определенного как среднее значение результатов испытаний и не учитывающая колебаний свойств во всем объеме бетонируемой конструкции.

Наиболее распространенной характеристикой бетона по прочности на сжатие является марка по прочности на сжатие.

Марку бетона определяют испытанием на осевое сжатие бетонных образцов-кубов размером 15´15´15 см в возрасте 28 суток.

Численной характеристикой марки является среднее арифметическое значение прочности при сжатии образцов, полученное по двум наибольшим значениям в серии из трех образцов. Для марок бетона прочность выражается в кг/см².

Установлены следующие марки тяжелого бетона по прочности на сжатие: М50, М75, М100, М150, М200, М250, М300, М400, М500 и выше с интервалом 100 до М1000.

В обозначении используется символ «М», а справа от него цифрой указывают предел прочности при сжатии.

По прочности на осевое растяжение тяжелый бетон имеет следующие марки: Р_t 5, P_t 10 и далее через 5 кгс/см² до P_t 50.

Для бетонов, применяемых для изготовления изгибаемых железобетонных конструкций, введены марки по прочности на растяжение при изгибе: Р_tв 5; P_tв 10 и далее через 5 кгс/см² до P_tв 90; P_tв 100.

Бетон характеризуется неоднородностью структуры, что приводит к неоднородности его свойств. Неоднородность структуры обусловлена изменчивостью свойств материалов, составляющих бетон, колебаниями параметров технологических процессов, влиянием неучтенных факторов (износ оборудования, температура, влажность окружающей среды, погрешности при испытаниях и т. д.).

В связи с изложенным, показатели свойств бетона можно считать величинами случайными, т.е. при испытании образцов одного и того же материала мы получаем разные значения, которые не можем предсказать заранее.

Для оценки случайных величин используются статистические характеристики: среднее арифметическое, среднеквадратическое отклонение S и коэффициент вариации К_в. Последние две характеристики, S и К_в используются для оценки однородности свойств бетона и зависят от разброса, т.е. отклонения данных от среднего значения. Чем больше разброс данных относительно среднего, тем больше значение S и К_в, тем меньше однородность бетона. Среднеквадратическое отклонение рассчитывется по формуле:

где R_i – прочность i -го образца;

       n – количество образцов;

           – среднее значение прочности, равное

Коэффициент вариации вычисляется по формуле:

Читайте также:



Где возникла философия и почему?

Относительная высота сжатой зоны бетона

Сущность проекции Гаусса-Крюгера и использование ее в геодезии

Тарифы на перевозку пассажиров