Проектирование состава асфальтобетона
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Тихоокеанский государственный университет
Инженерно строительный факультет
Кафедра: «Строительные материалы»
Курсовая работа
«Проектирование состава асфальтобетона»
Выполнил: студент гр. АД-02
Кутов А.С
Проверила: Цупикова Л.С.
Хабаровск 2013 г.
СОДЕРЖАНИЕ
Задание 1
Введение 2
Глава 1 «Выбор вида, типа и марки асфальтобетона» 4
Глава 2 «Оценка качества исходных материалов» 5
- Щебень 5
- Песок 6
- Минеральный порошок 8
- Битум 9
Глава 3 «Расчёт состава минеральной части асфальтобетона» 9
- Расчёт по кривым плотных смесей 10
- Графический метод 11
Глава 4 «Выбор оптимального содержания битума» 12
Глава 5 «Технология приготовления асфальтобетонной смеси» 15
Заключение 18
Список литературы 19
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, их механические свойства определяются главным образом вязкостью битума. Чем меньше в смеси скелетообразующих частиц, тем выше должна быть вязкость битума.
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.
Асфальтобетон из горячих смесей наиболее широко применяют в дорожном строительстве. Покрытия из асфальтобетона наиболее устойчивы к воздействию автомобилей и атмосферных факторов. Асфальтобетон из горячих смесей применяют для строительства верхних и нижних слоёв покрытия практически во всех климатических районах страны. Температура при отгрузке потребителю 110 – 120° С, а при укладке не менее 120°С.
Асфальтобетон
из холодных смесей менее устойчив
к действию автомобилей и атмосферных
факторов, чем асфальтобетон из горячих
смесей. Его готовят с использованием
жидких битумов Отличительная
Классификация:
- По назначению:
- дорожные и аэродромные;
- гидротехнические;
- для устройства полов в промышленных цехах и складских помещениях;
- для устройства плоской кровли.
- Дорожные асфальтобетоны в зависимости от вязкости битума и температуры при укладке:
- Асфальтобетон из горячих смесей наиболее широко применяют в дорожном строительстве. Покрытия из асфальтобетона наиболее устойчивы к воздействию автомобилей и атмосферных факторов. Асфальтобетон из горячих смесей применяют для строительства верхних и нижних слоёв покрытия практически во всех климатических районах страны. Температура при отгрузке потребителю 110 – 120° С, а при укладке не менее 120°С.
- Асфальтобетон из холодных смесей менее устойчив к действию автомобилей и атмосферных факторов, чем асфальтобетон из горячих смесей. Его готовят с использованием жидких битумов Отличительная особенность холодных асфальтобетонных смесей – способность длительное время оставаться рыхлыми, что позволяет заготавливать смесь впрок (до 8 мес.). Этот материал применяют для покрытий на дорогах с малой интенсивностью движения и особенно широко для ремонта асфальтобетонных покрытий. Температура при отгрузке потребителю 80 – 120° С, а при укладке не менее 5°С.
- По крупности заполнителя:
- крупнозернистые (размер зёрен до 40 мм.);
- мелкозернистые (размер зёрен до 20 мм.);
- песчаные (размер зёрен до 5 мм.).
- В зависимости от величины остаточной пористости а/б смесей:
- для горячих асфальтобетонов:
- высокоплотные (пористость 1 – 25%);
- плотные (пористость 2.5 – 5 %);
- пористые (пористость 5 – 10%);
- высокопористые (пористость 5 – 10%);
- холодные а/б имеют пористость от 6 до 10%.
- В зависимости от вида и качества заполнителя:
Тип а/б |
Щебень или гравий |
Песок |
А |
Свыше 50 до 60 |
|
Б,Бх |
Свыше 40 до 50 |
|
В,Вх |
Свыше 30 до 40 |
|
Г,Гх |
- |
Из отсевов дробления |
Д,Дх |
- |
На природном песке |
Технические требования
к дорожному асфальтобетону из горячих,
плотных и высокоплотных
В зависимости от качественных
показателей асфальтобетон
1. Предел прочности при сжатии:
- при 20°С Þ R20, МПа
- при 50°С Þ R50, Мпа – характеризует сдвигоустойчивость
- при 0°С Þ R0, Мпа – характеризует хрупкость;
2. Коэффициент водостойкости:
Кв = Rв/R20, где Rв – предел прочности водонасыщенного образца;
3. 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%
6. Остаточная пористость, % по объёму [2,5 ¸ 5]%
Глава 1 «Выбор вида, типа и марки асфальтобетона»
Выбор вида и марки асфальтобетона осуществляется в зависимости от дорожно-климатической зоны, категории строящейся автомобильной дороги или аэропорта.
При строительстве верхнего слоя покрытия на дорогах Ι и ΙΙ категории могут использоваться смеси типов А, Б, В и Г (для горячих смесей), на дорогах ΙΙΙ категории – А, Б, В, Г и Д (для горячих смесей) и Бх, Вх и Гх (для холодных смесей), на дорогах ΙV категории – горячие смеси типов Б, В, Г и Д и холодные – типов Бх, Вх, Гх и Дх.
При строительстве верхнего слоя покрытий на дорогах третьей категории можно использовать горячие плотные асфальтобетонные смеси типов А, Б, В, Г и Д II марки, а также холодные смеси Бх, Вх и Гх I марки. Я выбрал тип В асфальтобетона из горячих смесей.
В поддержку моего выбора можно привести следующие доводы. Во- первых, невысокое качество материалов не позволяет выбрать более высокую марку асфальтобетона, результаты испытаний удовлетворяют требованиям ГОСТ9128 – 97 только для типа В. Во-вторых, горячие асфальтобетонные смеси по качеству лучше холодных. Горячие асфальтобетоны наиболее устойчивы к действию транспортных нагрузок и атмосферных факторов. Их важнейшая особенность – короткий срок формирования, практически заканчивающийся с завершением процесса уплотнения покрытия и остыванием до температуры окружающего воздуха. Движение автомобилей по такому покрытию может быть открыто уже через несколько часов после укладки асфальтобетонной смеси. В-третьих, из-за климата. Ведь холодный асфальтобетон обладает низкой водо- и морозостойкостью, что недопустимо для второй климатической зоны. В-четвертых, по экономическим соображениям. Состав минеральной части асфальтобетона типа В содержит наименьшее количество щебня, который по сравнению с песком обходится дороже. Нецелесообразно для третьей категории дороги использовать асфальтобетон более высоких марок, когда можно произвести строительство с более низкими затратами.
Глава 2 «Оценка качества исходных материалов»
2.1 Крупный заполнитель(щебень):
Для приготовления щебня
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
Щебень для асфальтобетонных смесей должен быть чистым, не допускается содержание глинистых и пылеватых частиц свыше 2%. Форма зёрен щебня должна быть приближена к тетраэдальной и кубовидной, а поверхность – к шероховатой, что повышает внутреннее трение и прилипание вяжущего. Содержание лещадных и игловатых зёрен ограничивается 15…25%. Наличие зёрен пластичной и игольчатой формы для смеси типа А – 15%, Б – 25%, В – 35%.
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:
Исходные данные:
Щебень гранитный:
- плотность - 2,68 г/см³
- марка по прочности при раздавливании в цилиндре – 800
- марка по износу в полочном барабане – И II
- марка по морозостойкости –100
- зерновой состав:
Физико-механические свойства щебня.
Показатели |
Результаты испытаний |
Требования ГОСТ Для а/б типа В, 1-ой марки |
Марка по прочности при раздавливании в цилиндре |
800 |
800 |
Марка по износу в полочном барабане |
И II |
И III |
Марка по морозостойкости |
100 |
F25 |
Полные остатки на контрольных ситах, % | ||||||
40 |
20 |
15 |
10 |
5 |
< 5 | |
0 |
2 |
8 |
45 |
94 |
100 | |
Полные просевы, % | ||||||
100 |
98 |
92 |
55 |
6 |
0 | |
- содержание зёрен пластинчатой и игловатой формы, %
фр. 5 – 10 мм – 33%
фр. 10 – 20 мм – 30%
Лещадность =(33 · 49 + 30 · 43)/ (49 + 43) = 31,6 %
Вывод: щебень гранитный соответствует требованиям ГОСТ для приготовления а/б типа В.
2.2 Мелкий заполнитель (песок):
Для приготовления асфальтобетонных смесей применяют природные и дроблёные пески и отсевы продуктов дробления горных пород и гравия.
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 оборудования.
Дробленый песок – песок с крупностью зерен до 5 мм, изготавливаемый из скальных горных пород и гравия с использованием специального дробильно-размольного оборудования.
Песок из отсевов дробления – неорганический сыпучий материал с крупностью до 5 мм, получаемый из отсевов дробления горных пород при производстве щебня и из отходов обогащения руд черных и цветных металлов и других отраслей промышленности.
В зависимости от зернового состава песок подразделяют на группы крупности: 1-ый и 2-ой классы.
Песок должен быть чистым – содержание пылевато-глинистых частиц ограничивается. Для крупного песка первого класса содержание пылевато-глинистых частиц по массе не более 3%.
Гранулометрический состав песка должен обеспечивать получение смеси с другими минеральными материалами с наибольшей плотностью. Из этих соображений для приготовления асфальтобетона применяют крупно – и среднезернистые пески.
Использование песка с острогранной поверхностью способствует лучшему сцеплению битума с каменным материалом, повышению сдвигоустойчивости и шероховатости асфальтобетонных покрытий. Поэтому при приготовлении асфальтобетонных смесей целесообразно использовать смесь природного песка с песком из отсевов дробления.
Исходные данные:
Песок кварцевый
- плотность – 2,6 г/см³
- содержание загрязняющих примесей – 2
- зерновой состав:
Полные остатки на контрольных ситах, % | ||||||
5 |
2.5 |
1.25 |
0.63 |
0.315 |
0.16 |
< 0.16 |
0 |
14 |
22 |
42 |
75 |
85 |
100 |
Полные просевы, % | ||||||
100 |
86 |
78 |
58 |
25 |
15 |
0 |
Модуль крупности :
Мк=(А2,5+А1,25+А0,63+А0,315+А0
(14+22+42+75+85)/100=2,38 – песок средний второго класса.
Вывод: песок кварцевый пригоден
для приготовления
2.3 Минеральный порошок:
Минеральный
порошок представляет собой дисперсный
материал с преобладающим размером
частиц мельче 0,071 мм. Расход минерального
порошка в асфальтобетоне невелик
(4…20%), но на него приходится 90-95% общей
поверхности минеральных
- заполняет пустоты песчано-щебёночного каркаса и повышает плотность минеральной части;
- превращает нефтяной битум в асфальтовое вяжущее.
Для минеральных порошков существует ГОСТ 52129 – 2003 «Порошки», по которому классифицируют минеральные порошки:
МП – 1 – порошки из карбонатных пород не активированные и активизированные, и изе сравнительно нев битуменозных пород;
МП – 2 – порошки
из некарбонатных пород, твёрдых
и порошкообразных пород
Технические требования:
- Тонкость помола должна быть такой, чтобы при мокром рассеве проходила через сито 1,25 – 100%
- Пористость не более 35%;
- Набухание образцов из смеси порошка с битумом не более 2,5%;
- Влажность не более 1%.
Эти требования только для МП – 1.
Исходные данные:
Минеральный порошок известняковый
- пористость – 32%
- плотность – 2,7 г/см³
- влажность – 0,7 %
- зерновой состав:
Полные остатки на контрольных ситах, % | |||||
1.25 |
0.63 |
0.315 |
0.16 |
0.071 |
< 0.071 |
0 |
4 |
7 |
22 |
25 |
100 |
Полные просевы, % | |||||
100 |
96 |
93 |
78 |
75 |
0 |
Вывод: Мин. порошок соответствует требованию ГОСТ по полным просевам и пористости по объему.
2.4 Битум:
Это органическое вяжущее вещество, состоящее из высокомолекулярных углеводородов нефтенового, метанового и ароматических рядов и их кислородных, сернистых и азотистых производных.
В данном варианте был выбран битум марки БНД 90/130, по причине того, что во второй дорожно–климатической зоне предпочтительнее всего устраивать верхние слои покрытий из асфальтобетона на менее вязком битуме, который обладает более высокой трещиностойкостью при низких зимних температурах.
Битумы
марок БН, которые классифицируют
по тому же принципу, что и
битумы марок БНД, то есть
по интервалу изменения
Исходя из всего вышесказанного, можно сделать окончательный вывод о том, что в условиях второй дорожно - климатической зоны целесообразно применять битумы марки БНД, а именно БНД 90/130.
Глава 3 « Расчёт состава минеральной части»
Одним из важнейших факторов
определяющих требуемое
Расчёт состава минеральной
Расчет количества щебня.
В соответствии с требованиями ГОСТ 9128-97 для плотных асфальтобетонов типа Б щебня должно быть в смеси 40-50 %. Среднее значение этого диапазона
Щ=(30+40) / 2=35 %
Поскольку зерен крупнее 5 мм в щебне содержится 94 %, а в других компонентах (песке) фракции крупнее 5 мм нет, то щебня требуется
Щ =(35 / 94)100=37
Полученное значение записываем в табл.3.1 и рассчитываем содержание в смеси каждой фракции щебня (берут 45 % от значения каждой фракции щебня ).
Расчет количества минерального порошка
На основании требований ГОСТ 9128-97 (табл.4.3 ) определяем, что частиц мельче 0,071 мм в минеральной части асфальтобетона должно быть в пределах 8-14 % . Для расчета можно принять 12%. Если в минеральном порошке содержится 75% частиц мельче 0,071 мм, то минерального порошка в смеси должно быть
МП=(12/ 75)*100 = 16
Количество песка в смеси составит
П=100 - (Щ+МП)=100 - (37+16) =47
Вывод: Подобран состав минеральной части со следующими значениями: щебня – 37 %, песка – 47 %, минерального порошка – 16%.
Графический метод позволяет
определять состав
Количество частиц мельче данного размера, % | ||||||||||||
Марка |
40 |
20 |
15 |
10 |
5 |
2.5 |
1.25 |
0.63 |
0.315 |
0.16 |
0.071 | |
Исходные данные | ||||||||||||
Щебень |
100 |
98 |
92 |
55 |
6 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 | |
Песок |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
86 |
78 |
58 |
25 |
15 |
0 | |
Минерал. порошок |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
96 |
93 |
78 |
75 | |
Расчётные данные | ||||||||||||
Щебень 40 |
40 |
39,2 |
36,8 |
22 |
2,4 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 | |
Песок 48 |
48 |
48 |
48 |
48 |
48 |
41,28 |
37,44 |
27,84 |
12 |
7,2 |
0 | |
Минеральн. Порошок 12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
11,52 |
11,16 |
9,36 |
9 | |
Итого: |
100 |
99,2 |
96,8 |
82 |
62,4 |
53,28 |
49,44 |
39,36 |
23,16 |
16,56 |
9 | |
Требования ГОСТ 9128-97 Тип В непрерывный |
90-100 |
90-100 |
85-100 |
75–100 |
60-70 |
48-60 |
37-50 |
28-40 |
20-30 |
13-20 |
8-14 | |
Таблица 3.1
Глава 4 «Выбор оптимального содержания битума»
Оптимальным называется такое количество битума в смеси, при котором прочность асфальтобетона максимальна, а пористость и водонасыщение не выходят за пределы норм, регламентируемых требованиями ГОСТ 9128 – 97. Избыток битума в смеси снижает прочность, сдвигоустойчивость, пластичность асфальтобетона, что приводит к образованию сдвигов покрытия в жаркую погоду. Асфальтобетон с избытком битума характеризуется малой величиной водонасыщения. Недостаток битума снижает прочность, водо- и морозостойкость (коррозионную стойкость) асфальтобетона.
Оптимальное количество битума в асфальтобетонной смеси можно определить двумя методами:
- испытывая пробные составы смесей с разным количеством битума, в такое его содержание, которое обеспечивает наибольшую прочность асфальтобетона и остаточную пористость, нормированную стандартом;
- найти расчётом и опытными пробами такое количество битума в смеси, при котором будет получена остаточная пористость, назначенная проектировщиком.
По первому методу для определения оптимального количества битума асфальтобетонной смеси из минеральных материалов, взятых в расчётных соотношениях, готовят не менее трёх смесей с разным количеством битума. Интервал изменения содержания битума в смеси принимается обычно 0,5%
Рекомендуемое содержание битума в горячих, высокоплотных асфальтобетонных смесях для типа В – 6¸ 7 %. Я выбираю 6 %.
По результатам графического метода я получил точное содержание
- щебня – 40%
- песка – 48%
- минерального порошка – 12%
Исходные данные
g ,г |
g1,г |
g2,г |
g3,г |
R20,МПа |
R50,МПа |
Rв,МПа |
645 |
370 |
646 |
651 |
4,6 |
1,9 |
4,4 |
g - масса образца, взвешенного на воздухе(mобр)
g1 – масса образца, выдержанного в воде 30 мин, и взвешенного в воде
g2 –масса того же образца, но взвешенного на воздухе
g3 - масса насыщенного водой образца, взвешенного на воздухе
Размеры образца:
d = 50.5 мм
h = 50.5 ± 1 мм
F = 20 см²
Для определения оптимального
содержания битума в
Температура нагрева:
- битума 130 - 150ºС
- щебня и песка 150 – 170ºС
- смеси 140 - 160ºС.
- формы 90 - 100ºС
Уплотнение смеси происходит на прессе при давлении 40 МПа (8 тоннах).
Коэффициент водостойкости асфальтобетона
Определяем по формуле:
Квод = Rв/R20,
где Rв – предел прочности водонасыщенного образца,
R20 – предел прочности при сжатии при температуре 20ºС.
Квод = 4,4/4,6 = 0,9565
Определение пористости минеральной части
Определяем по формуле:
Vºм.ч = (1 - r°m / r°) · 100%,
где r°m – средняя плотность минеральной части асфальтобетона [г/см³]
r° - истинная плотность минеральной части асфальтобетона
r°m = rm / (1 + 0,01qб)
где rm – средняя плотность асфальтобетона,
qб – массовая доля битума в смеси, %
rm = g/ (g2 – g1)
rm = 645/ (646 – 370) = 2, 34 г/см³
r°m = 2, 34 / (1 + 0, 01·6) = 2, 207 г/см³
r° = 100 /(qщ /pщ + qп /pп + qмп/pмп),
где qщ, qп, qмп – соответственно массовые доли щебня, песка, минерального порошка,
pщ, pщ, pмп – соответственно плотности щебня , песка, минерального порошка
r°= 100 /(40/2.68 + 48/2.6 + 12/2.7) = 2,64 г/см³
Vм.ч = (1 – 2, 207/ 2, 64) · 100% = 16, 4%
Водонасыщение по объёму
Определяем по формуле:
W = (g3 – g)/ (g2 – g1) ·100%
W = (651 – 645)/ (646 - 370) ·100% = 2,17%
Остаточная пористость
Vºпор = (1 - rm /r) ·100%,
где p – истинная плотность асфальтобетона
p = (qм + qб)/ (qм/pº + qб/pб)
p = (100 + 6)/ (100/2, 64 + 6/1) = 2, 41 г/см³
Vºпор = (1 – 2, 34 /2, 41) ·100% = 2, 9 %
Показатели |
Результаты испытаний |
Требования ГОСТ для типа Б, марки 1 |
1. Предел прочности при сжатии |
||
При 50ºС |
1,9 |
Не менее 1,0 |
При 20ºС |
4,4 |
Не менее 2,5 |
2. Коэффициент водостойкости |
0,9565 |
Не менее 0.9 |
3. Пористость минерального |
16,4 |
Не более 19 |
4.Остаточная пористость |
2,9 |
2,5 – 5,0 |
5.Водонасыщение |
2,17 |
1,5 – 4% |
Вывод: на основании результатов испытаний и требований ГОСТ9128 – 97 получили, что количество битума в смеси 6% – оптимальное.
