Расчет состава асфальтобетонной смеси

Расчет заключается в подборе рационального соотношения между составляющими асфальтобетонную смесь материалами.

Широкое распространение получил метод расчета по кривым плотных смесей. Наибольшая прочность асфальтобетона достигается при максимальной плотности минерального состава, оптимального количества битума и минерального порошка.

Между зерновым составом минерального материала и плотностью существует прямая зависимость. Оптимальными будут составы, содержащие зерна различного размера, диаметры которых уменьшаются в два раза.

 

(1.1)

 

где, – наибольший диаметр зерна, устанавливаемый в зависимости от типа смеси;

– наименьший диаметр зерна, соответствующий пылеватой фракции, и минерального порошка (0,004…0,005мм)

Размер зерен, согласно предыдущему уровню

 

(1.2)

 

Число размеров определяют по формуле

 

(1.3)

 

Число фракций n на единицу меньше числа размеров m

 

(1.4)

 

Соотношение соседних фракций по массе

 

(1.5)

 

где, – коэффициент сбега.

Величина, показывающая, во сколько раз количество последующей фракции меньше предыдущей, называется коэффициентом сбега. Наиболее плотная смесь получается при коэффициенте сбега 0,8, но такую смесь трудно подобрать, поэтому, по предложению Н.Н.Иванова, коэффициент сбега принят от 0,7 до 0,9.

Зная размеры фракций, их количество и принятый коэффициент сбега (например 0,7), составляют уравнения такого вида:

Таблица 1.2

 

Фракции	Массовое количество
…	……..

 

Сумма всех фракций (по массе) равна 100%, то есть:

 

(1.6)

 

или

 

(1.7)

 

В скобках указанна сумма геометрической прогрессии и, следовательно, количество первой фракции в смеси

 

(1.8)

 

Аналогично определяем процентное содержание первой фракции для коэффициента сбега =0,9. Зная количество первой фракции , легко определить и так далее.

На основании полученных данных строят предельные кривые, соответствующие принятым коэффициентам сбега. Составы, рассчитанные по коэффициенту сбега 0,9, содержат повышенное количество минерального порошка, а при <0,7 – уменьшенное количество минерального порошка.

Кривая зернового состава рассчитываемой смеси должна располагаться между предельными кривыми (рис.1.1 и рис1.2).

 

Рис.1.1.

А – Зерновые составы мелкозернистой асфальтобетонной смеси с непрерывной гранулометрией типов А, Б, В

Рис.1.2.

Б – Зерновые составы минеральной части песчаных смесей типов Г и Д

 

Высокие эксплуатационные показатели дают смеси с повышенным содержанием щебня и уменьшенным содержанием минерального порошка. Предпочтение следует отдавать смесям с коэффициентом сбега 0,70…0,80.

В случае невозможности расчета плотной минеральной смеси по предельным кривым (отсутствие крупнозернистых песков и невозможности их замены высевными) необходимая плотность может быть подобрана по принципу прерывистой гранулометрии. Смеси с прерывистой гранулометрией более сдвигоустойчивы за счет жесткого каркаса.

Для определения расхода битума формуют пробные образцы из смеси с заведомо малым содержанием битума, затем определяют объем пустот в минеральном составе

 

(1.9)

 

где, - объемная масса асфальтобетонного образца;

– содержание битума в пробной смеси, %;

– средняя плотность минерального материала:

(1.10)

 

где, – содержание щебня, песка, минерального порошка в % по массе;

– плотность щебня, песка, минерального порошка.

Расчетная формула для определения оптимального содержания битума будет иметь вид

 

(1.11)

 

где, – плотность битума;

- коэффициент заполнения пустот минеральной смеси битумом, зависящий от заданной остаточной пористости

 

(1.12)

 

где, – пористость минерального состава асфальтобетона, % объема;

– заданная остаточная пористость асфальтобетона при 20⁰С, % объема.

 

Расчет зернового состава асфальтобетонной смеси сводится в табл. 1.3.

 

Таблица 1.3

 

Наименование материала	Содержание материала в %	Зерновой состав (прошло через сито с отверстием, мм) в % по массе
				5,0	2,5	1,25	0,63	0,315	0,16	0,071
Исходные материалы
Расчет зернового состава
ИТОГО
Требования ГОСТ 9128-2009 (для асфальтобетонных смесей)
Требования ГОСТ 31015-2002 (для щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей)
Требования ТУ 400-24-158-89* (для литых асфальтобетонных смесей)

 

Расчет зерновых составов минеральной части асфальтобетонных смесей должны соответствовать установленным в табл. 1.4 для нижних слоев покрытий и оснований, в табл. 1.5 - для верхних слоев покрытий.

 

Таблица 1.4

В процентах по массе

 

Вид и тип смесей и асфальтобетонов	Размер зерен, мм, мельче
					2,5	1,25	0,63	0,315	0,16	0,071
Плотные типов:	Непрерывные зерновые составы
А	90-100	66-90	56-70	48-62	40-50	28-38	20-28	14-20	10-16	6-12	4-10
Б	90-100	76-90	68-80	60-72	50-60	38-48	28-37	20-28	14-22	10-16	6-12
	Прерывистые зерновые составы
А	90-100	66-90	56-70	48-62	40-50	28-50	20-50	14-50	10-28	6-16	4-10
Б	90-100	76-90	68-80	60-72	50-60	38-60	28-60	20-60	14-34	10-20	6-12
Пористые	90-100	75-100 (90-100)	64-100	52-88	40-60	28-60	16-60	10-60	8-37	5-20	2-8
Высокопористые щебеночные	90-100	55-75 (90-100)	35-64	22-52	15-40	10-28	5-16	3-10	2-8	1-5	1-4
Высокопористые песчаные	-	-	-	-	70-100	64-100	41-100	25-85	17-72	10-45	4-10
Примечание: 1 В скобках указаны требования к зерновым составам минеральной части асфальтобетонных смесей при ограничении проектной документацией крупности применяемого щебня. 2 При приемо-сдаточных испытаниях допускается определять зерновые составы смесей по контрольным ситам в соответствии с показателями, выделенными полужирным шрифтом.

 

Таблица 1.5

В процентах по массе

 

Вид и тип смесей и асфальтобетонов	Размер зерен, мм, мельче
				2,5	1,25	0,63	0,315	0,16	0,071
Горячие:
-высокоплотны	90-100	70-100 (90-100)	56-100 (90-100)	30-50	24-50	18-50	13-50	12-50	11-28	10-16
- плотные типов:	Непрерывные зерновые составы
А	90-100	75-100 (90-100)	62-100 (90-100)	40-50	28-38	20-28	14-20	10-16	6-12	4-10
Б	90-100	80-100	70-100	50-60	38-48	28-37	20-28	14-22	10-16	6-12
В	90-100	85-100	75-100	60-70	48-60	37-50	28-40	20-30	13-20	8-14
Г	-	-		70-100	56-82	42-65	30-50	20-36	15-25	8-16
Д	-	-		70-100	60-93	42-85	30-75	20-55	15-33	10-16
	Прерывистые зерновые составы
А	90-100	75-100	62-100	40-50	28-50	20-50	14-50	10-28	6-16	4-10
Б	90-100	80-100	70-100	50-60	38-60	28-60	20-60	14-34	10-20	6-12
Холодные: типов:
Бх	90-100	85-100	70-100	50-60	33-46	21-38	15-30	10-22	9-16	8-12
Вх	90-100	85-100	75-100	60-70	48-60	38-50	30-40	23-32	17-24	12-17
Гх и Дх	-	-		70-100	62-82	40-68	25-55	18-43	14-30	12-20
Примечание 1 В скобках указаны требования к зерновым составам минеральной части асфальтобетонных смесей при ограничении проектной документацией крупности применяемого щебня. 2 При приемо-сдаточных испытаниях допускается определять зерновые составы смесей по контрольным ситам в соответствии с показателями, выделенными полужирным шрифтом.

 

Расчет зерновых составов минеральной части щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей должны соответствовать установленным в табл. 1.6.

 

Таблица 1.6

В процентах по массе

 

Вид смесей и асфальто- бетонов	Размер зерен, мм, мельче
					2,5	1,25	0,63	0,315	0,16	0,071
ЩМА-10	-	-	100-90	40-30	29-19	26-16	22-13	20-11	17-10	15-10
ЩМА-15	-	100-90	60-40	35-25	28-18	25-15	22-12	20-10	16-9	14-9
ЩМА-20	100-90	70-50	42-25	30-20	25-15	24-13	21-11	19-9	15-8	13-8
Примечание - При приемосдаточных испытаниях допускается определять зерновые составы смесей по контрольным ситам в соответствии с данными, выделенными жирным шрифтом.

 

Расчет зерновых составов минеральной части литых асфальтобетонных смесей должны соответствовать установленным в табл. 1.7.

 

Таблица 1.7

 

Основные классификационные особенности смесей	Назначение
Тип смеси	Д наиб., мм	Массовая доля, %
Фракций более 5мм	Асфальтовяжущего вещества
I II III		45-55 35-50 45-65	25-30 20-25 15-20	0,35-0,45 0,40-0,55 0,50-0,65	Новое строительство и капитальный ремонт
IV		-	17-23	0,40-0,65	Тротуары
V		35-50	22-28	0,55-0,75	Текущий ремонт
Примечание: 1. Смеси типа I изготавливаются на основе использования щебня в виде смеси фракций от 3 до 15мм, битумов с температурой размягчения не ниже 55ºС или битумов с добавкой природных битуминизированных материалов, раздельного дозирования 3-х фракций щебня 2. В асфальтовом вяжущем веществе (битум+минеральный порошок – «Б+МП»), учитываются минеральные частицы мельче 0,071мм.