Кафедра «Строительные материалы»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

Тюменский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра «Строительные материалы»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА АСФАЛЬТОБЕТОНА

Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Дорожно-строительные материалы»

Тюмень 2007

Проектирование состава асфальтобетона.

 

Авторы: Свинтицких Л.Е., доцент кафедры СМ,

Шабанова Т.Н., ассистент кафедры СМ.

 

Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Дорожно-строительные материалы»

 

 

Рецензент: Елькин Б.П., доцент кафедры «Проектирование автомобильных дорог».

 

Методические указания утверждены на заседании кафедры «Строительные материалы» протокол №_____ от «____»___________2007 г.

 

Утверждены на УМС академии, протокол №___от «____» _______2007 г.

 

 

Содержание

	Введение
1.	Общие сведения об асфальтобетоне
	1.1. Классификация асфальтовых бетонов
	1.2. Марки асфальтовых бетонов
	1.3.Виды структур асфальтовых бетонов
	1.4.Области применения асфальтобетонов
2.	Проектирование асфальтобетона
	2.1. Задание на проектирование
	2.2. Цель проектирования
	2.3. Метод проектирования
	2.4. Основные этапы расчета состава асфальтобетона
3.	Выбор вида, типа, марки и структуры асфальтобетона
4.	Выбор и проверка качества исходных материалов
	4.1. Щебень (гравий)
	4.2. Песок
	4.3. Минеральный порошок
	4.4. Битум нефтяной дорожный
5.	Расчет зернового состава минеральной части асфальтобетона
	5.1. Рекомендуемый зерновой состав
6.	Определение оптимального содержания битума
7.	Приготовление асфальтобетонной смеси и формование образцов
	7.1. Определение расхода материалов на лабораторный замес
	7.2.Приготовление асфальтобетонной смеси
	7.3. Формование образцов
8.	Определение физико-механических свойств асфальтобетона
	8.1. Определение средней плотности асфальтобетона
	8.2. Определение водонасыщения асфальтобетона
	8.3. Определение предела прочности при сжатии асфальтобетона
	8.4. Определение коэффициента водостойкости асфальтобетона
9.	Сопоставление свойств контрольных образцов с требованиями стандарта
	Заключение
	Приложение 1
	Приложение 2
	Приложение 3
	Приложение 4
	Приложение 5
	Приложение 6
	Приложение 7
	Литература

 

Введение

Целью настоящей работы является закрепление студентами знаний о свойствах асфальтобетонной смеси и асфальтобетона, о методах определения их свойств и факторах, влияющих на эти свойства. Главная задача курсовой работы – освоение студентами методики проектирования состава асфальтобетона с требуемыми физико-механическими показателями на основе конкретных исходных материалов. В результате студенты приобретают практические навыки в области методов проектирования и лабораторных испытаний дорожных асфальтобетонов.

Проектирование состава асфальтобетона студентами производится по индивидуальным заданиям.

Для успешного выполнения работы студентам необходимо ознакомиться с предлагаемой методической разработкой, а также с соответствующими ГОСТами и СНиП. При выполнении лабораторных испытаний асфальтобетона студенты обязаны подготовить структурный конспект методики испытания с лабораторным журналом и расчетной частью.

Выполненная курсовая работа завершается ее защитой в день, назначенный преподавателем.

Общие сведения об асфальтобетоне

Асфальтобетон – это дорожно-строительный материал, полученный в результате укладки и уплотнения рационально подобранной смеси крупного заполнителя (щебня или гравия), песка, минерального порошка и битума, в необходимых случаях добавок (поверхностно-активных веществ и активаторов).

Классификация асфальтовых бетонов(по ГОСТ 9128-97)

По виду каменного материала несущего каркаса:

· щебеночные;

· гравийные;

· песчаные.

В зависимости от вязкости битума и температуре при укладке:

· горячие – с применением вязких битумов марок БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130 и температурой при укладке не менее 120 ⁰С;

· горячие- с применением вязких битумов марок БНД 130/200, БНД 200/300 и жидких битумов СГ 200/300.

· холодные – с применением жидких битумов и температурой при укладке не менее 5 ⁰С.

По размеру зерен каменного материала несущего каркаса:

· крупнозернистые с зернамиразмером до 40 мм;

· мелкозернистые с зернами размером до 20 мм;

· песчаные с зернами до 5 мм.

По плотности:

· высокоплотный с остаточной пористостью 1,0-2,5%;

· плотный, с остаточной пористостью 2,5-5,0%, применяемый в верхнем слое покрытия, обязательно содержащий минеральный порошок;

· пористый, с остаточной пористостью 5-10%, применяемый в нижних слоях покрытия;

· высокопористый, с остаточной пористостью 10-18%, применяемый в верхних слоях основания дорожной одежды.

Щебеночные и гравийные горячие смеси и плотные асфальтобетоны в зависимости от содержания щебня подразделяются на типы:

· тип А – многощебенистые, с содержанием щебня 50-60%, минерального порошка до 8%, обладающие наибольшей сдвигоустойчивостью и шероховатостью;

· тип Б – среднещебенистые, с содержанием щебня 40-50%, минерального порошка до 10%, обладающие средней сдвигоустойчивостью и шероховатостью;

· тип В – малощебенистые, с содержанием щебня 30-40%, обладающие малой сдвигоустойчивостью и шероховатостью.

Щебеночные и гравийные холодные смеси и асфальтобетоны подразделяют на типы Б_Х и В_Х.

Горячие и холодные песчаные смеси и асфальтобетоны подразделяют на типы:

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

· Д и Д_Х – на природных песках или смесях природных песков с отсевами дробления при содержании последних менее 70% по массе.

Марки асфальтовых бетонов

Смеси и асфальтобетоны в зависимости от показателей физико-механических свойств асфальтобетона и качества применяемых материалов подразделяются на марки:

· горячие:

высокоплотные – I;

плотные:

тип А – I и II;

типы Б и Г – I, II и III;

тип В, Д – II и III;

пористые и высокопористые – I и II.

· холодные:

тип Б_Х, В_Х, Г_Х – I и II;

тип Д_Х – II.

Каждая марка требует применения заполнителей определенного качества:

I марка – щебень с маркой по прочности более 1200, минеральный порошок из прочных и чистых известняков, преимущественно активированных;

II марка – щебень с маркой по прочности более 1000, минеральный порошок из известняка или золы-уноса ТЭС;

III марка – щебень с маркой по прочности более 600, в качестве минерального порошка допускается применение порошкообразных отходов промышленности (молотые шлаки, цементная, клинкерная пыль и т.п.).

Виды структур асфальтового бетона

Структуру асфальтобетона принято рассматривать как трехкомпонентную систему, состоящую из микро-, мезо- и макроструктур.

Микроструктура – структура асфальтового вяжущего (минерального порошка и битума).

Мезоструктура – структура асфальтового раствора (минерального порошка, битума и песка).

Макроструктура – структура асфальтобетона.

В зависимости от содержания щебня макроструктура асфальтобетона может быть:

1) базальная – содержание щебня незначительно (< 35%), зерна щебня не имеют взаимных контактов, они «погружены» в растворную часть. Свойства асфальтобетона определяются свойствами асфальтового раствора.

2) базально-поровая – содержание щебня 35-40%;

3) поровая – содержание щебня 40-50%. Крупные минеральные зерна контактируют через тонкие прослойки битума. Межзерновые пустоты заполнены асфальтовым раствором. Обладает значительной прочностью.

4) порово-контактная – содержание щебня 40-55%;

5) контактная – при содержании щебня 50-60%. Объем межзерновых пустот в щебеночном каркасе превышает объем асфальтового раствора. Материал обладает значительной пористостью и пониженной прочностью.

Проектирование асфальтобетона

Задание на проектирование

Запроектировать состав асфальтобетонной смеси для устройства _____________________________ слоя покрытия, уплотняемого в _________________________________состоянии, автомобильной дороги, аэродрома в районе строительства ______________________________________

Дорожно-климатическая зона___________________________________________

Техническая категория дороги__________________________________________

Характеристика участка дороги _________________________________________

^{(перегон, регулярное изменение движения, остановка)}

Время устройства покрытия (месяц)______________________________________

Цель проектирования

Целью проектирования является определение оптимального соотношения исходных материалов (щебня, песка, минерального порошка и битума), обеспечивающего получение высококачественного асфальтобетона с заданными свойствами.

Проектирование асфальтобетона представляет собой комплексный процесс, позволяющий обосновать состав (или составы) асфальтобетонной смеси с учетом назначения конструктивного слоя, состава, грузонапряженности и интенсивности дорожного движения и климатических условий района строительства. При этом должны быть учтены свойства всех исходных компонентов, регламентирована последовательность и порядок производства асфальтобетонных работ с привлечением экономических соображений.

Проектирование асфальтобетона состоит из пяти этапов:

- анализ условий эксплуатации;

- анализ исходных материалов и возможности их использования в асфальтобетонных смесях;

- разработка технологии приготовления, укладки и уплотнения асфальтобетонной смеси и назначение технологического регламента производства работ;

- подбор состава асфальтобетонной смеси, включающий в себя расчетную часть и пробный замес;

- экономические соображения и расчеты, позволяющие при наличии двух и более равноценных технически вариантов выбрать из них один наиболее экономичный и рекомендовать его для производства работ.

Метод проектирования

Метод проектирования – расчетно-экспериментальный по предельным кривым плотных смесей (метод СоюздорНИИ).

Исходные постулаты метода:

1. Соотношение диаметров зерен соседних фракций минеральной части:

; (1)

2. Объемные доли последовательно уменьшающихся фракций смеси:

(2)

К- коэффициент сбега.

При таких соотношениях достигается максимальная плотность минеральной смеси.

3. Сумма всех фракций смеси составляет 100%:

q₁ + q₂ + q₃ +…+q_n=100%

или q₁ (1+К+К²+К^….+К^n-1)=100%

или q₁= (3)

здесь q₁ – объемная доля первой фракции смеси (частный остаток), %;

n – число фракций в смеси.

Число фракций смеси находят из выражения

n = 3,32 lq , (4)

где d_mах - наибольший размер зерен смеси, мм (определяется при выборе типа смеси по крупности минеральных зерен, в зависимости от ее назначения);

d_min – наименьший размер зерен смеси, мм – принимается из расчета, что он должен быть крупнее размера частиц соответствующих глинистым (т.е. более 0,005 мм).

Т.о. зная коэффициент сбега и число фракций, можно определить объемную долю первой фракции (из уравнения 3) и затем каждую последующую как произведение предыдущей на коэффициент сбега. Суммарный объем всех фракций после округления до целых чисел должен быть равен 100%.

Объемные доли (частные остатки) всех фракций переводят в полные остатки и строят графики предельных кривых плотных смесей. Для этого полные остатки откладывают на оси ординат в масштабе натуральных чисел, а размеры сит – в логарифмическом масштабе.

Для построения кривых приняты размеры ячеек сит, последовательно уменьшающиеся вдвое; в результате сита не всегда совпадают со стандартными. Поэтому точки расположения размеров стандартных сит, откладываемые на оси абсцисс, находят по формуле

Х = 3,32 Iq , (5)

где х – расстояние по оси абсцисс между точками, соответствующими размерам сит, мм;

d_б ^– размер отверстия большего сита, ближайшего к тому, местоположение которого определяется, мм

d_х – размер отверстия сита, местоположение которого определяется на ином сите, мм;

m – масштаб шкалы сит (расстояние между точками, отвечающими размерам соседних идеальных сит), мм.

Из точек, отвечающих размерам стандартных сит на оси абсцисс, восстанавливают перпендикуляры до пересечения с предельными кривыми. Расстояние по ним между предельными кривыми соответствует пределам полных остатков на стандартных ситах.

В асфальтовом бетоне

Выбранный асфальтовый бетон, его вид, тип, марка и структура определяют требования к физико-механическим свойствам и гранулометрии каменных материалов, и также к марке битума.

Поэтому в данном разделе дается характеристика выбранных исходных материалов, сопоставляются их свойства с требованиями ГОСТов, дается определение каждому материалу и объясняется его роль в асфальтобетоне.

 

4.1. Щебень (гравий)

Вид горной породы____________________________________________________

Марка щебня по прочности, МПа________________________________________

Марка щебня по износу________________________________________________

Морозостойкость_____________________________________________________

Твердость исходной горной породы______________________________________

Плотность истинная, кг/м³______________________________________________

Плотность средняя, кг/м³_______________________________________________

Содержание пылеватых и глинистых частиц, %____________________________

Содержание пластинчатых и игловатых зерен, % __________________________

Применяемые фракции щебня (гравия) и их количество заносятся в табл. 4.1.1.

Таблица 4.1.1 - Зерновой состав щебня

Остатки	Содержание, % частиц с d, мм
					менее 5 (3)
Частные, г
Частные, %
Полные, %

 

ВЫВОД: о соответствии качества щебня требованиям ГОСТ (требования ГОСТ к щебню приведены в приложении 1, 4).

 

4.2. Песок

Минералогический состав______________________________________________

Модуль крупности____________________________________________________

Плотность истинная, кг/м³______________________________________________

Плотность насыпная, кг/м³_____________________________________________

Содержание пылеватых и глинистых частиц, %____________________________

Применяемые фракции песка и их количество заносятся в таблице 4.2.1.

 

Таблица 4.2.1 - Зерновой состав песка

Остатки	Содержание, % частиц на ситах с размером отверстий, мм
	2,5	1,25	0,63	0,315	0,16	Менее 0,16
Частные, г
Частные, %
Полные, %

ВЫВОД: о соответствии качества песка требованиям ГОСТ (требования ГОСТ к песку приведены в приложении 2).

4.3. Минеральный порошок

Вид порошка_________________________________________________________

Пористость, % по объему______________________________________________

Плотность, г/см³ _____________________________________________________

Показатель битумоемкости, г/100 см³ абсолютного объема__________________

Влажность, %________________________________________________________

Зерновой состав минерального порошка заносится в таблицу 4.3.1.

Таблица 4.3.1 - Зерновой состав минерального порошка

Остатки	Содержание, % частиц на ситах с размером отверстий, мм
1,25	0,63	0,315	0,14	0,071	Менее 0,071
Частные, г
Частные, %
Полные, %
ГОСТ, Аi			< 20		≤ 30

ВЫВОД: о соответствии качества минерального порошка требованиям ГОСТ (требования ГОСТ к минеральному порошку приведены в приложении 3).

4.4. Битум нефтяной дорожный

Марка битума___________________________________________________

Обоснование выбора марки битума_________________________________

________________________________________________________________________________

Свойства битума:

Глубина проникания иглы, усл. град.________________________________

Растяжимость, см________________________________________________

Температура размягчения, ⁰С______________________________________

Температура вспышки, ⁰С_________________________________________

Свойства битумов определяются путем испытания в лаборатории или принимаются по таблице ГОСТ 22245-90 или ГОСТ 11955-82.

Формование образцов

Образцы асфальтобетона получают уплотнением смеси в цилиндрических пресс-формах с вкладышами (ГОСТ 12801-98).

Порядок изготовления образцов:

1.Внутреннюю поверхность форм и вкладыши протереть тканью, смоченной маслом, установить на подставку, внутрь поместить вкладыш.

2.Взвесить необходимое для одного образца количество горячей асфальтобетонной смеси, заполнить форму, проштыковать горячим ножом. Установить верхний вкладыш и слегка прижать.

3.Установить форму со смесью на нижнюю плиту пресса и постепенно довести нагрузку до 400 кгс/см². Давление выдержать в течении 3 мин., затем снять нагрузку и при помощи специального приспособления извлечь из формы образец асфальтобетона.

Испытание проводят не ранее, чем через 1 сутки после изготовления.

Заключение

 

Рекомендуемый производству состав:

Щебень %

Песок %

Минер. Порошок %

Битум %

 

 

Приложение 1

Технические требования к щебню (ГОСТ 8267-93)

1. Щебень и гравий выпускают в виде следующих основных фракций: от 5(3) до 10 мм; св. 10 до 20 мм; св. 20 до 40 мм; св. 40 до 80(70) мм и смеси фракций от 5(3) до 20 мм.

2. Полные остатки на контрольных ситах при рассеве щебня и гравия должны соответствовать указанным в таблице 1, где d и D – наименьшие и наибольшие номинальные размеры зерен.

Таблица 1.

Диаметр отверстий контроль-ных сит, мм	d	0,5(d+D)D	D	1,25D
Полные остатки на ситах, % по массе	От 90 до 100	От 30 до 80	До 10	До 0,5

3. Содержание зерен пластинчатой (лещадной) формы в щебне и гравии, в % по массе, должно быть не более (ГОСТ 9128-97):

для смесей типа А и высокоплотных – 15

для смесей типов Б, Б_Х - 25;

для смесей типов В, В_Х - 35.

4. Прочность щебня и гравия характеризуют маркой, определяемой по дробимости щебня (гравия) при сжатии (раздавливании) в цилиндре.

Щебень и гравий, предназначенный для строительства автомобильных дорог, характеризуют маркой по истираемости в полочном барабане.

5. Марки по дробимости щебня из осадочных и метаморфических пород должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 2, а марки по дробимости щебня из изверженных пород – в таблице 3.

Таблица 2

Марка по дробимости щебня из осадочных и метаморфических пород	Потеря массы при испытании щебня, %
В сухом состоянии	В насыщенном водой состоянии
	До 11 включ. Св. 11 до 13 Св. 13 до 15 Св. 15 до 19 Св. 19 до 24 Св. 24 до 28 Св. 28 до 35	До 11 включ. Св. 11 до 13 Св. 13 до 15 Св. 15 до 20 Св. 20 до 28 Св. 28 до 38 Св. 38 до 54

Таблица 3

Марка по дробимости щебня из изверженных пород	Потеря массы при испытании щебня, %
Из интрузивных пород	Из эффузивных пород
	До 12 включ. Св. 12 до 16 Св. 16 до 20 Св. 20 до 25 Св. 25 до 34	До 9 включ. Св. 9 до 11 Св. 11 до 13 Св. 13 до 15 Св. 15 до 20

 

6. Марки по истираемости щебня и гравия должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 4.

Таблица 4

Марка по истираемости щебня и гравия	Потеря массы при испытании, %
щебня	Гравия
И1 И2 И3 И4	До 25 включ. Св. 25 до 35 Св. 35 до 45 Св. 45 до 60	До 20 включ. Св. 20 до 30 Св. 30 до 40 Св. 40 до 50

 

7. Содержание пылевидных и глинистых частиц в щебне и гравии в зависимости от вида горной породы и марки по дробимости должно соответствовать указанному в табл. 5.

Таблица 5

Вид породы	Содержание пылевидных и глинистых частиц, %
Щебень из изверженных и метаморфических пород	До 1
Щебень из осадочных пород марок: От 600 до 1200 включ. 200, 400

 

 

Приложение 2

Технические требования к песку (ГОСТ 8736-93)

1. В зависимости от зернового состава песок подразделяют на группы по крупности.

Каждую группу песка характеризуют значением модуля крупности и полным остатком на сите №063, значения которых указаны в таблице 1.

Таблица 1

Группа песка	Модуль крупности, МК	Полный остаток на сите №063
Очень крупный Повышенной крупности Крупный Средний Мелкий Очень мелкий Тонкий Очень тонкий	Св. 3,5 Св. 3,0 до 3,5 Св. 2, 5 до 3,0 Св. 2,0 до 2,5 Св. 1,5 до 2,0 Св. 1,0 до 1,5 Св. 0,7 до 1,0 До 0,7	Св. 75 Св. 65 до 75 Св. 45 до 65 Св. 30 до 45 Св. 10 до 30 До 10 Не нормируется Не нормируется

2. Содержание в песке пылевидных и глинистых частиц, а также глины в комках не должно превышать значений, указанных в таблице 2.

Таблица 2

Класс и группа песка	Содержание пылевидных и глинистых частиц, % по массе, не более	Содержание глины в комках, % по массе, не более
I класс Очень крупный Повышенной крупности, крупный и средний мелкий	-	-   0,25 0,35
II класс Очень крупный Повышенной крупности, крупный и средний Мелкий и очень мелкий Тонкий и очень тонкий	-	- 0,5   0,5 1,0

 

Приложение 3

Технические требования к минеральному порошку

1. Показатели свойств, характеризующих качество минерального порошка, приведены в таблице 1 (ГОСТ 16557-78).

Таблица 1

Показатель	Значение показателя для порошка
активированного	Неактивированного
Зерновой состав: содержание, % по массе, не менее, частиц: Мельче 1,25 мм Мельче 0,315 мм Мельче 0,071 мм
Пористость, % по объему, не более
Показатель битумоемкости, г, не более
Влажность, % по массе, не более	0,5	1,0

2. Показатели свойств техногенных отходов промышленного производства приведены в таблице 2 (ГОСТ 9128-97).

Таблица 2

Показатель	Значение показателя для:
молотых основных металлургичес-ких шлаков	зол уноса и измельченных золо-шлаковых смесей	пыли уноса цементных заводов
Зерновой состав, % по массе, не менее Мельче 1,25 мм Мельче 0,315 мм Мельче 0,071 мм
Пористость, %, не более:
Показатель битумоемкости, г, не более

 

 

Приложение 4

Литература

1. Гезенцвей, Л.Б. Дорожный асфальтобетон./Л.Б. Гезенцвей. – М.: Транспорт, 1986 –336 с.

2. Горелышев, М.В. Материалы и изделия для строительства дорог./ М.В. Горелышев. -М.: Транспорт, 1986 – 148 с.

3. Грушко, И.М. Дорожно-строительные материалы. – Учебник / И.М. Грушко, И.В. Королев, И.М. Борщ, Г.М. Мищенко. - М.: Транспорт, 1991 – 357 с.

4. ГОСТ 9228-97. Смеси асфальтобетонные, дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия.

5. ГОСТ 12801-98. Смеси асфальтобетонные, дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Методы испытаний.

6. ГОСТ 12784-78. Порошок минеральный для асфальтобетонных смесей. Методы испытаний.

7. ГОСТ 11501-78, 11503-74, 11504-73, 11505-75, 11506-73, 11507-78, 11510-65. Битумы нефтяные вязкие. Методы испытаний.

8. ГОСТ 22245-90. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия.

9. ГОСТ 11955-82. Битумы нефтяные дорожные жидкие. Технические условия.

 

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

Тюменский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра «Строительные материалы»