ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА  

по дисциплине «ОСНОВЫ  ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И  МАТЕРАЛОВЕДЕНИЕ» 
 

Тема: «Основы технологии асфальтобетона и растворов». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва 2009 
 

        СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………….3

1.Классификация строительных растворов…………………………………………..5

2.Свойства строительных растворов………………………………………………….7

3.Виды и применение строительных растворов……………………………………...8

4.Выбор вида, типа и марки асфальтобетона…………………………………………9

5.Оценка качества исходных материалов…………………………………………...12

5.1 Щебень…………………………………………………………………………….12

5.2 Песок………………………………………………………………………………13

5.3 Минеральный порошок…………………………………………………………...15

5.4 Битум………………………………………………………………………………17

6. Расчёт состава минеральной части а/б……………………………………………18

6.1 Расчёт по кривым плотных смесей………………………………………………19

6.2 Графический метод………………………………………………………………..22

7. Выбор оптимального содержания битума………………………………………..22

8. Технология приготовления асфальтобетона……………………………………...26

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………..28

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………….29

ЗАДАЧИ……………………………………………………………………………….30 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                         Введение

      Асфальтобетоном называют материал, который получают после уплотнения асфальтобетонной смеси, приготовленной в смесителях в нагретом состоянии щебня или гравия, песка, минерального порошка и битума в рационально подобранных соотношениях. Если вместо битума применяют дёготь или полимер, то соответственно материал называют дёгтебетон или полимербетон.

        Асфальтобетонные смеси являются  основным видом битумоминеральных  смесей. Существует большое количество  смесей, которые различаются по  крупности и количеству щебня, содержанию природного или дроблёного песка, количеству минерального порошка, вязкости битума. В результате получают смеси с различной структурой, которая и обеспечивает сопротивление покрытий эксплуатационным воздействиям. Смеси с большим содержанием щебня имеют скелет из каменных частиц, который воспринимает основную механическую нагрузку. Смеси, состоящие из минерального порошка, песка и битума, представляют собой асфальтовый раствор.

      Строительный  раствор — это искусственный  каменный материал, полученный в результате затвердевания растворной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, мелкого заполнителя (песка) и добавок, улучшающих свойства смеси и растворов. По своему составу строительный раствор является мелкозернистым бетоном, и для него справедливы закономерности, присущие бетонам. Среди большого разнообразия растворов отдельные виды их имеют много общего. В основу групповой классификации положены следующие ведущие признаки: плотность, вид вяжущего вещества, назначение и физико-механические свойства растворов.

        Главное отличие асфальтобетона  от бетонов на минеральных  вяжущих заключается в его  термопластичности, т.е. размягчении  и снижении прочности до 0,8-1,0 МПа  в жаркие летние дни, когда  температура покрытия поднимается  до +50°С, и повышении твёрдости и прочности до 10,0-15,0 МПа при отрицательной температуре в зимнее время года.

      Гранулометрический  состав асфальтобетонной смеси определяет содержание пор в минеральной  части асфальтобетона, которое в  свою очередь определяет количество битума в смеси и взаимосвязано с остаточной пористостью. Оптимальная остаточная пористость взаимосвязана с вязкостью связующего вещества и комплексом эксплуатационных факторов – транспортных, атмосферных, климатических. Например, при маловязком разжиженном битуме необходима высокая пористость асфальтобетона, обеспечивающая быстрое испарение лёгких фракций из битума и как следствие повышение сопротивления эксплуатационным факторам.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1. Классификация строительных  растворов

    По  плотности в сухом состоянии растворы делят: на тяжелые с плотностью 1500 кг/м³ и более, для их изготовления применяют тяжелые кварцевые или другие пески; легкие растворы, имеющие плотность менее 1500 кг/м³, заполнителями в них являются легкие пористые пески из пемзы, туфов, шлаков, керамзита и других легких мелких заполнителей.

    По  виду вяжущего строительные растворы бывают: цементные, приготовленные на портландцементе или его разновидностях; известковые — на воздушной или гидравлической извести, гипсовые — на основе гипсовых вяжущих веществ — гипсового вяжущего, ангидритовых вяжущих; смешанные — на цементно-известковом вяжущем. Выбор вида вяжущего производят в зависимости от назначения раствора, предъявляемых к нему требований, температурно-влажностного режима твердения и условий эксплуатации здания или сооружения.

    По  назначению строительные растворы делят: на кладочные для   каменных   кладок  и   кладки   стен   из   крупных   элементов; отделочные для штукатурки, изготовления архитектурных деталей, нанесение декоративных слоев на стеновые блоки и панели; специальные, обладающие некоторыми ярко выраженными или особыми  свойствами   (акустические,   рентгенозащитные,  тампонажные и т.д.). Специальные растворы имеют узкое применение.

    По  физико-механическим свойствам растворы классифицируют по двум важнейшим показателям: прочности и морозостойкости, характеризующим долговечность раствора.  По величине  прочности при сжатии строительные растворы подразделяют на восемь марок: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150 и 200. Растворы М4  и 10 изготовляют на местных вяжущих (воздушной и гидравлической извести и др.). По степени морозостойкости в циклах замораживания растворы имеют девять марок морозостойкости: от F10 до F300.

    Состав  раствора обозначают количеством (по массе или объему) материалов на 1 м³ раствора или относительным соотношением (также по массе или объему) исходных сухих материалов. При этом расход вяжущего принимают за 1. Для простых растворов, состоящих из вяжущего и не содержащих минеральных добавок (цементных или известковых растворов) состав будет обозначен, например, 1:6, т. е. на 1 ч. вяжущего приходится 6 ч. песка. Состав смешанных растворов, состоящих из двух вяжущих или содержащих минеральные добавки, обозначают тремя цифрами, например 1:0,4:5 (цемент:известь:песок). Однако следует учитывать, что в цементных смешанных растворах за вяжущее принимают цемент совместно с известью.

    В качестве мелкого  заполнителя применяют: для тяжелых растворов — кварцевые и полевошпатовые природные пески, а также пески, полученные дроблением плотных горных пород; для легких растворов — пемзовые, туфовые, ракушечные, шлаковые пески. Для обычной кладки кирпича, камней правильной формы, в том числе и блоков, наибольший размер зерен песка не должен превышать 2,5 мм; для бутовой кладки, а также замоноличивания стыков сборных железобетонных конструкций и для песчаного бетона — не более 5 мм; для отделочного слоя штукатурки— не более 1,2 мм.

    Минеральные и органические добавки  применяют для получения удобоукладываемой растворной смеси при использовани портландцементов. В качестве эффективных минеральных добавок в цементные растворы вводят известь в виде теста. Добавка извести в цементных растворах повышает водоудерживающую способность, улучшает удобоукладываемость и дает экономию цемента. В качестве неорганических дисперсных добавок применяют активные минеральные добавки — диатомит, трепел, молотые шлаки и т. д.

    Поверхностно-активные добавки используют для повышения пластичности растворной смеси и уменьшения расхода вяжущего, вводят в растворы десятые и сотые доли процента от количества вяжущих. В качестве поверхностно-активной органической добавки применяют сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ), гидролизированную боенскую кровь (ГК), мылонафт, гидрофобнопластифицирующую добавку «флегматор» и др.

    Требования  к  качеству  вяжущих,  заполнителей,  добавок и воды такие же, как и к материалам, применяемым для приготовления бетонов.

    2. Свойства строительных  растворов.

    Основными свойствами растворной смеси являются подвижность, удобоукладываемость, водоудерживающая способность, а растворов — прочность и долговечность. Растворная смесь в зависимости от состава может иметь различную консистенцию — от жесткой до литой. Строительные растворы для каменной кладки, отделки зданий и других работ изготовляют достаточно подвижными.

    Подвижность растворной смеси определяют глубиной погружения в смесь металлического конуса массой 300 г с углом при  вершине 30°.

    Удобоукладываемость — способность   легко,   с   минимальной затратой энергии укладываться на основание тонким, равномерным по плотности слоем, прочно сцепляющимся с поверхностью основания.  Растворная  смесь,   приготовленная  на  одном  портландцементе, часто содержит мало цементного теста и получается жесткой, неудобоукладываемой.  В таких случаях применяют добавки минеральных или органических поверхностно-активных пластификаторов.

    Водоудерживающая  способность характеризуется  свойством  раствора не расслаиваться при транспортировании  и сохранять достаточную влажность  в тонком слое на пористом основании. Растворная смесь, имеющая низкую водоудерживающую способность,   при   транспортировании   расслаивается,   а   при   укладке на  пористое основание   (керамический  кирпич,  бетон,  дерево,) быстро отдает ему воду. Степень обезвоживания раствора может оказаться столь значительной, что воды будет недостаточно для твердения раствора и он не достигнет необходимой прочности. Повышают водоудерживающую способность минеральные и органические пластификаторы.

      Прочность  затвердевшего   раствора  зависит  от   активности вяжущего   вещества  и   величины   цементно-водного отношения. Прочность  (Па)   растворов на портландцементе определяют по формуле проф. Н. А. Попова:

    Rр=0,25R_ц(Ц/В-0,4),

где R_ц — активность цемента, Па; Ц/В — цементно-водное отношение.

    Приведенная формула верна для растворов, уложенных на плотное основание; при пористом основании, которое отсасывает из раствора воду и уплотняет этим раствор, прочность увеличивается примерно в 1,5 раза.

    Прочность (Па) растворов зависит также от расхода цемента и качества песка:

    Rр=kR_ц(Ц -0,05)+4,

где k — коэффициент, для мелкого песка k= 1,4, для среднего k = 1,8 и для крупного k = 2,2; Ц — расход цемента, т/м³ песка.

    Прочность смешанных растворов зависит  также от вводимых в них тонкомолотых добавок. Каждый состав цементного раствора имеет свое оптимальное значение добавки, при которой смесь обладает наилучшей удобоукладываемостью и дает раствор наибольшей прочности.

    Прочность раствора  характеризуется, как отмечалось, маркой. Марка раствора обозначается по пределу прочности при сжатии образцов размером 70,7X70,7X70,7 мм, изготовленных из рабочей растворной смеси на водоотсасывающем основании после 28-суточного твердения их при температуре 15...25°С. Средняя относительная прочность цементных растворов (в том числе смешанных), твердеющих в условиях нормального влажностного режима при температуре 15...25°С в возрасте 3 суток, составляет 0,25 от марочной 28-суточной прочности, в возрасте 7 суток — 0,5; 14 сут — 0,75; 60 сут — 1,2 и в 90 суточном возрасте — 1,3. Если твердение цементных и смешанных растворов происходит при температуре, отличной от 15°С, то относительную прочность этих растворов принимают по специальным таблицам. 

                3.Виды и применение строительных растворов.

    Растворы  для каменной кладки.Составы кладочных растворов и вид исходного вяжущего зависят от характера конструкций и условий их эксплуатации.Строительные кладочные растворы изготовляют трех видов: Цементные, цементно-известковые и известковые.

  Цементные   растворы   применяют  для   подземной   кладки   и кладки

ниже  гидроизоляционного  слоя,  когда   грунт  насыщен водой, т. е. в тех  случаях, когда необходимо получить раствор высокой прочности и  водостойкости.

         Цементно-известковые   растворы   представляют   собой   смесь цемента, известкового теста, песка и воды. Эти растворы обладают хорошей удобоукладываемостью, высокой прочностью и морозостойкостью.Цементно-известковые   растворы   применяют  для возведения подземных и надземных частей зданий.

   Известковые растворы обладают высокой пластичностью и удобоукладываемостью, хорошо сцепляются с поверхностью, имеют малую усадку. Они отличаются довольно высокой долговечностью, но являются медленнотвердеющими. Известковые растворы применяют для конструкций, работающих в надземных частях зданий, испытывающих небольшое напряжение. 

      4. Асфальтобетон. Выбор  вида, типа и марки.

        Выбор вида, типа и марки асфальтобетона необходимо выполнять в соответствии с требованиями ГОСТ 9128 – 97

Основные  параметры и показатели:

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

2.Смеси  в зависимости от вязкости  используемого битума и температуры  при укладке подразделяют на:

а)горячие, приготавливаемые с использованием вязких и жидких нефтяных дорожных битумов и укладываемые с температурой не менее 120 °С;

б)холодные, приготавливаемые с использованием жидких нефтяных дорожных битумов и укладываемые с температурой не менее 5 °С.

3. Горячие  и холодные смеси-асфальтобетоны

а) Горячие смеси и асфальтобетоны в зависимости от наибольшего размера минеральных зерен подразделяют на:

крупнозернистые с размером зерен  до 40 мм;

мелкозернистые  до 20 мм;

песчаные до 5 мм.

б) Холодные смеси подразделяют на мелкозернистые и песчаные.

      Асфальтобетоны из горячих смесей в зависимости от величины остаточной пористости подразделяют на виды:

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

плотные с остаточной пористостью св. 2,5 до 5,0 %;

пористые  с остаточной пористостью св. 5,0 до 10,0 %;

высокопористые с остаточной пористостью св. 10,0 до 18,0 %.

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

4. Щебеночные  и гравийные горячие смеси и плотные асфальтобетоны в зависимости от содержания в них щебня (гравия) подразделяют на типы:

А  с  содержанием щебня  св. 50 до 60 %;

Б с содержанием щебня   св. 40 до 50 %;

В с содержанием щебня св. 30 до 40 %.

      Щебеночные  и гравийные холодные смеси и  соответствующие им асфальтобетоны в зависимости от содержания в  них щебня (гравия) подразделяют на типы Бх и Вх.

      Горячие и холодные песчаные смеси и соответствующие им асфальтобетоны в зависимости от вида песка подразделяют на типы:

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

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

      Высокоплотные горячие смеси и соответствующие  им асфальтобетоны содержат щебень свыше 50 до 70 % .

      Проектирование  асфальтобетона:

Анализ  условий работы проектируемого асфальтобетона в конструкции (транспортные нагрузки, максимальные уклоны, геолого-климатические условия);

Выбор способа производства работ в  зависимости от погодно-климатических  условий и района строительства;

Выбор исходных материалов;

Расчёт  состава асфальтобетона:

а) расчёт состава минеральной части по кривым плотных смесей:

цель - получить минеральный состав с минимальным  количеством пустот.

Составы могут быть непрерывные и прерывистые.

б) определение  оптимального количества битума:

определяем  опытным путём:

· готовят смеси с разным количеством битума

щебень  и песок нагревают до 150 - 170°С,

битум до 130 - 150°С,

смесь до 140 - 160°С.

· уплотняют при давлении 40 МПа.

Приготовление и испытание контрольной смеси:

определяют физико-механические показатели и сравнивают с требованием ГОСТ.

Технические требования к дорожному асфальтобетону из горячих, плотных смесей:

В зависимости  от качественных показателей а/б  разделяют на три сорта (марки):

Предел  прочности при сжатии:

· при 20°С Þ R20, МПа

· при 50°С Þ R50, Мпа - характеризует здвигоустойчивость

· при 0°С Þ R0, Мпа - характеризует хрупкость;

Коэффициент водостойкости:

Кв = Rв/R20, где Rв - предел прочности водонасыщенного образца;

1.Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении:

Квд = Rвд, где Rвд - прочность образца после насыщения, в течение 15суток;

4. Водонасыщение  по объёму, % [1 ¸ 4]%;

5.Пористость минерального остова:

· для типов А и Б не более 19%

· для типов В, Г, Д не более 22%

1. Остаточная пористость, % по объёму [2 ¸ 5]% - для плотных а/б.

Этапы формирования структуры асфальтобетона:

1.Период активного структурообразования протекает в момент объединения битума с минеральным материалом.

2.Сближение структурных элементов смеси при её укладке и уплотнения.

3.Период стабилизации микроструктурных связей в асфальтобетоне при эксплуатации покрытия.

    

Повышение вязкости битума при охлаждении.

Повышение вязкости битума за счёт улетучивания лёгкого углеводорода, за счёт стабилизации ориентированных молекул битума или при появлении новообразования в зоне контакта. 

      5. Оценка качества  исходных материалов.

5.1 Крупный заполнитель(щебень):

        Для приготовления щебня используют прочные морозостойкие магматические, метаморфические и осадочные горные породы, а также прочные и морозостойкие медленноохлаждённые металлургические шлаки.

      Прочность при сжатии горных пород должна быть не менее 100…120 МПа, а осадочных карбонатных  пород металлургических шлаков - не менее 80…100 МПа.

      Показатель  прочности при износе в полочном барабане для щебня из горных пород не более25…35%, а для шлаков - не более 35%. Марки по износу бывают: И 1, И2, И3, И4.

      Щебень  для асфальтобетонных смесей должен быть чистым, (по ГОСТ 8267 п.4.71 таблица 9) не допускается содержание глинистых  и пылеватых частиц свыше 1%.(т.к в соответствии с ГОСТ 25100 щебень гранитный является магматической породой ) Форма зёрен щебня должна быть приближена к тетраэдальной и кубовидной, а поверхность к - шероховатой, что повышает внутреннее трение и прилипание вяжущего. Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы в щебне и гравии должно быть, % по массе, не более:

      15 - для смесей типа А и высокоплотных;

      25 - для смесей типов Б, Бх;

      35 - для смесей типов В,  Вх.

        Щебень для а/б смесей должен выдерживать без разрушения не менее 50 циклов переменного замораживания и оттаивания, а для нижнего слоя покрытия - не менее 25 циклов. Отсюда марки морозостойкости: F20, F25, F50.

      Исходные  данные:

· Щебень гранитный

- плотность - 2,7г/см³

- марка по прочности при раздавливании в цилиндре - 1000

- марка по износу в полочном барабане – ИII

- марка по морозостойкости –F100

- зерновой состав:

      Таблица 2

 

- содержание зёрен пластинчатой и игловатой формы, %

      фр. 5 - 10 мм – 16%

      фр. 10 - 20 мм – 14%

      Содержание  зёрен пластинчатой и игловатой  формы = (16*41+14*51)/(41+51)=14,89%(<25%)

      Вывод: по всем указанным выше показателям щебень известняковый можно применить для проектирования горячей асфальтобетонной смеси типа Б, марки II.

      5.2 Мелкий заполнитель (песок):

      Для приготовления асфальтобетонных смесей применяют природные и дроблёные пески, и отсевы продуктов дробления горных пород и гравия. Песок должен быть чистым и содержать пылевато-глинистых частиц не более 3% по массе.

      Природный песок - неорганический сыпучий материал с крупностью до 5 мм, образовавшийся в результате естественного разрушения скальных горных пород и получаемый при разработке песчаных и песчано-гравийных месторождений без использования специального обогатительного оборудования.

      Дроблёный песок получают дроблением скальных пород или кристаллических металлургических шлаков. В зависимости от прочности  исходной горной породы дроблёный песок делят на две марки: 800 и 400. Для первой из них применяют горные породы с прочностью при сжатии не ниже 80 МПа, а второй - не ниже 40 МПа.