Проектирования асфальтобетона
Введение
Асафальтобетон – композиционный материал, получаемый в результате уплотнения рационально подобранной смеси, состоящей из щебня (гравий), песка с минеральным порошком или без него с битумом, взятых в определённых соотношениях и при необходимости , различных добавок.
Асфальтовый бетон обладает значительной прочностью водонепроницаемостью, водоустойчивостью, способностью к упругим и пластическим деформациям. Он обеспечивает гладкость, эластичность дорожного покрытия, бесшумность движения на нем дает возможность широко применять местные материалы и осуществлять механизацию процессов приготовления, укладки и уплотнения. Кроме того, асфальтовый бетон обеспечивает удобство и быстроту ремонта дорожных покрытий, а также хорошее сцепление с автомобильными шинами.
Вместе с тем асфальтовый бетон подвержен значительным температурным изменениям — размягчению и сдвигам в жаркое время года и трещинообразованию в зимнее время. Недостатком асфальтового бетона является значительное «старение», рассматриваемое как снижение его свойств с течением времени. Эти недостатки асфальтового бетона снижают срок его службы. Так как асфальтобетонное покрытие пока еще является дорогостоящим, то снижение его стоимости путем максимального использования местных материалов и усовершенствования техники производства является одной из основных задач.
Согласно ГОСТ 9128-2009 («Смеси асфальтобетонные и аэродромные, асфальтобетоны) асфальтобетоны классифицируют по назначению:
- дорожные.
- аэродромные.
- гидротехнические.
- для устройства плоской кровли
- для устройства полов в складных, промышленных помещений.
В данной курсовой работе будут рассмотрены принципы проектирования асфальтобетона для верхнего слоя покрытия автомобильной дороги. Будут произведены выбор типа, марки асфальтобетона, оценка исходных материалов, расчёт состава минеральной части.
Также в этой
работе будет рассмотрена тема
«Активация минерального
- Выбор вида, типа, марки асфальтобетона
Асфальтобетонные смеси и асфальтобетон классифицируют по различным признакам. Согласно ГОСТ 9128 их классифицируют по следующим признакам.
1) По виду применяемого каменного материала:
щебеночные; гравийные; песчаные.
Для каменного материал мы возьмем щебень. Так как он обеспечивает прочность асфальтобетона в связи с хорошим прилипанием к битуму. Также асфальтобетон с щебнем более сдивигоустойчев, чем асфальтобетон с гравием
Вид каменного материала – щебёночный
2) в зависимости от физико-механических свойств и применяемых материалов смеси и асфальтобетон подразделяют на марки.
3) В зависимости от вязкости битума и условий применения (температуры при укладке) асфальтобетонные смеси подразделяют на виды:
- горячие - с использованием
вязких и жидких нефтяных
- холодные - с использованием
жидких битумов, допускаемые к
длительному хранению и
Выбор вида и марки асфальтобетона осуществляется
в зависимости от дорожно-климатической
зоны, категории строящейся автомобильной
дороги или аэропорта и назначается на
стадии проектирования в соответствии
с требованиями СНиП 2.05.02-85 (см. прил. табл.
2) и ГОСТ 9128-08 (см. прил. табл. 3). Для I дорожно-климатической
зоны в соответствии СНиП 2.05.02-85 (см. прил.
табл. 2) верхние слои покрытий предпочтительней
устраивать из асфальтобетона горячего
типа марки I, который обладает более высокой
трещиностойкостью при низких зимних
температурах по сравнению с холодным
асфальтобетоном. И для устройства покрытий
в I дорожно-климатической зоне не следует
использовать холодный асфальтобетонные
смеси, так как там климатические условия
не способствуют нормальному формированию
структуры этого материала.
4) В зависимости от содержания щебня или гравия, вида песка асфальтобетонные смеси подразделяются на типы (см. прил. таб.1).
Тип смеси выбирается исходя из климатической зоны. Так как I климатическая зона, характеризуется холодным и влажным климатом, для устройства верхних слоев покрытий целесообразно использовать смеси типа Б с содержанием щебня или гравия 40-45 %. По пределу прочности при сжатии при температуре 50 С (см.зд) наш асфальтобетон соответствует типу Б.
Тип асфальтобетона - Б
5 ) В зависимости от значения остаточной пористости асфальтобетоны из горячих смесей подразделяют на:
высокоплотные - с остаточной пористостью от 1,0 до 2,5 %;
плотные - с остаточной пористостью свыше 2,5 до 5 %;
пористые - с остаточной пористостью свыше 5,0 до 10,0 %;
высокопористые - с остаточной пористостью свыше 10,0 до 18,0 %.
По заданию дорога 1 категории, то в соответствии СНиП 2.05.02-85 (см. прил. табл. 2) рекомендуется, чтобы асфальтобетон был плотным, так как устойчивость асфальтобетонного покрытия к воздействию воды в наибольшей степени взаимосвязана с пористостью смеси, так как поры доступны воде. Скорость старения возрастает с увеличением пористости асфальтобетона. Возможность образования остаточных деформаций на покрытии в летнее время наиболее вероятна при наименьшей пористости, т.е при наиболее высоком содержании битума, но усталостная прочность асфальтобетона увеличивается ( со возрастанием битума).
6) В зависимости от размера зёрен минерального материла горячие смеси делят на:
а) крупнозернистые – с
б) мелкозернистые – с
в) песчаные – с размером зёрен до 5 мм.
Для верхних слоев
покрытия рекомендуется
Таблица 1.2 Показатели асфальтобетона
Тип асфальтобетона |
Б |
Марка асфальтобетона |
I |
Вид асфальтобетона |
Горячий |
Вид каменного материала
|
Щебёночный |
По остаточной пористости |
Плотный |
По размеру зёрен минерального материала |
Мелкозернистый |
Оценка качества исходных материалов
2.1 Щебень
Для приготовления асфальтобетонных смесей следует применять щебень из естественного камня, получаемый дроблением горных пород, по ГОСТ 8267-93, щебень из шлаков по ГОСТ 3344-83, а также гравий по ГОСТ 8267-93.
Не допускается применять щебень из глинистых (мергелистых) известняков, глинистых песчаников и глинистых сланцев.
Гравий получают разгрохоткой по фракциям песчано-гравийных смесей по ГОСТ 8267-93.
В асфальтобетонных смесях следует применять щебень или гравий следующих фракций: от 5 до 10, св. 10 до 20, св. 20 до 40 мм, а также смеси указанных фракций.
Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы в щебне (гравии) должно быть не более 15 % по массе для смесей типа А и высокоплотных, не более 25 % - для смесей типов Б, Бх, не более 35 % - для смесей типов В, Вх
Рассчитаем содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы в для предлагаемого в задании щебня щебне
По заданию содержание зерён пластинчатой и игловой формы составляет, %:
фр. 5 – 10 мм – 13
фр. 10 – 20 мм. – 8
Таблица. 2.1.1 Зерновой состав щебня.
Наименование показателя |
Диаметр отверстий сит, мм | |||||
40 |
20 |
15 |
10 |
5 |
<5 | |
Полный остаток |
0 |
2 |
5 |
40 |
93 |
100 |
Полный просев |
100 |
98 |
95 |
60 |
7 |
0 |
Лещадность = 13 * 53 + 8 * 38 = 10,91%
53 + 38
Марка щебня или гравия по дробимости, истираемости и морозостойкости в зависимости от марки, типа и вида асфальтобетонных смесей должна соответствовать требованиям, указанным в ГОСТе 9128-97 (см. прил. табл. 5).
Так как проектируемый нами асфальтобетон горячего вида, типа Б, а щебень гранитный, то марка по дробимости должна быть 1200, по истираемости И1, по морозостойкости F50.
Содержание зерен слабых пород в щебне и гравии в зависимости от вида горной породы и марки по дробимости не должно быть более указанного в табл. 4(см. прил.)
Для нашего щебня содержание зёрен слабых пород должно быть 5% по массе.
Допустимое содержание пылевидных и глинистых частиц (размером менее 0, 05 мм) в щебне зависит от вида горной породы и марки по дробимости. Для испытуемого нами щебня содержание глинистых и пылевидных частиц должно быть 1% по массе.
Содержание пылевидных и глинистых частиц в щебне из слабо и неактивных шлаков не должно превышать 3%.
Содержание глины должно быть 0,25%
Таблица 2.1.2 Результаты испытания образца
Наименование показателя |
Результаты испытаний |
Требование ГОСТ 9128-08 |
Марка щебня по: - прочности - истираемости - морозостойкости - Содержание зёрен пластинчатой и игловитой формы |
1200 И1 200 10,91 |
1200 И1 F50 Б < 25% |
Вывод: в соответствии ГОСТ 9128-08 щебень пригоден для проектируемого нами асфальтобетона
2.2 Песок
Для приготовления асфальтобетонных смесей применяют пески – природные, дроблёные, фракционный и пески из отсевов дробления, отвечающие требованиям ГОСТ 8736-93. Допускается поставка смеси природного и дроблённого песков. Песок используемый для проектирования нашего асфальтобетона кварцевый, то он получен из отсевов дробления.
Песок в зависимости от значений нормируемых показателей качества ( зернового состава, содержание пылевидных и глинистых частиц) подразделяют на два класса.
1 класс – очень крупный (песок из отсевов дробления), повышенной крупности, крупный, средний, мелкий.
2 класс - очень крупный,
повышенной крупности, крупный,
Таблица 2.2.1 Зерновой состав песка
Наименование показателя |
Диаметр отверстий сит, мм | ||||||||
5 |
2,5 |
1,25 |
0,63 |
0,315 |
0,16 |
<0,16 | |||
Полный остаток, % |
0 |
14 |
24 |
40 |
87 |
95 |
100 | ||
Полный проход, % |
100 |
86 |
76 |
60 |
13 |
5 |
0 | ||
По полному остатку на сите №063 наш песок соответствует среднему ( модуль крупности (Мк) свыше 2,0 до 2,5).
Содержание пылевидных и глинистых частиц нормируется в зависимости от класса и группы песка. По заданию наш песок можно отнести 1 классу. Для песка 1 класса полученного из отсевов дробления содержание пылевидные и глинистые частицы – 5 %, а содержание глины в комках – 0,35 %. Для нашего песка содержание загрязняющих примесей (пылевидные и глинистые частицы) составляет 2,6%.
Содержание зерен свыше 10; 5 и менее 0, 16 мм не должно превышать для класса и группы песка значений, указанных в табл. 6 (см .прил.). Содержание зёрен менее 0,16 мм для нашего песка составляет 5%, а содержание зёрен свыше 5 мм - 0%. Наш песок по крупности соответствует требованием выдвигаемым для 1 класс, средней группы.
Таблица 2.2.2 Результаты испытания образца
Показатели |
Результаты испытаний |
Требования ГОСТ 9128-08 |
Класс песка и группа: 1 класс, средняя группа |
Содержании зёрен менее 0,16 мм – 5 % свыше 5 мм – 0% |
менее 0,16 мм – 5 % свыше 5 мм - 0,5% |
по загрязняющим примесям – 2,6% |
5% |
Вывод: песок в соответствии ГОСТ 9128-08 пригоден для проектируемого нами асфальтобетона.
2.3. Минеральный порошок
Минеральный порошок представляет собой дисперсный материал с преобладающим размером частиц мельче 0,071 мм. Расход минерального порошка в асфальтобетоне сравнительно невелик (4-20 %), но на него приходится 90- 95 % общей поверхности минеральных материалов асфальтобетонных смесей, что обусловлено его высокой дисперсностью. Поэтому минеральный порошок способствует перераспределению битума в тонкие пленки, что приводит к значительному изменению свойств битума в сторону увеличения его вязкости.
В составе асфальтобетонных смесей следует применять активированные и неактивированные минеральные порошки, отвечающие требованиям ГОСТ 52129-2003 (см. прил. табл. 7)
В качестве активирующих веществ, согласно требованиям стандарта, рекомендуется использовать рационально подобранную смесь поверхностно-активных веществ (ПАВ) или продуктов, содержащих ПАВ, с битумом, применительно к химической природе сырья для производства минерального порошка.
Для производства минерального порошка могут быть использованы:
- порода карбонатная - горная порода, состоящая более чем на 50 % из одного или нескольких карбонатных минералов (известняки, доломиты и аналогичные им);
- порода некарбонатная - горная порода, состоящая менее чем на 50 % из
карбонатных минералов (опока, трепел, туфы, травертины и аналогичные им);
порошковые отходы промышленного производства - отходы промышленного производства, не требующие измельчения (золы-уноса тепловых электростанций, пыль уноса цементных заводов, металлургические шлаки и др.).
Минеральные порошки в зависимости от показателей свойств и применяемых исходных материалов подразделяют на марки:
МП-1 - порошки из карбонатных горных пород (неактивированные и активированные) и из битуминозных горных пород;
МП-2 - порошки из некарбонатных горных пород, твердых и порошковых отходов промышленного производства.
Порошки должны приготавливаться в соответствии с требованиями ГОСТ 52129-2003 (см. прил. табл. 7) по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке предприятием-изготовителем.
Необходимо подчеркнуть, что применение активированных минеральных порошков позволит повысить качество асфальтобетона. Пониженная пористость таких порошков способствует снижению на 10-20 % битумоемкости асфальтобетона. Активированные минеральные порошки менее склонны к агрегированию, что способствует их лучшему смачиванию и перемешиванию с битумом. В целом
активированные порошки позволяют получить асфальтобетон с более однородной и плотной структурой.
Таблица 2.3.1 Зерновой состав минерального порошка
Наименование показателя |
Диаметр отверстий сит, мм | |||||
1,25 |
0,63 |
0,315 |
0,16 |
0,071 |
<0,071 | |
Полный остаток |
0 |
4 |
7 |
14 |
21 |
100 |
Полный просев |
100 |
96 |
93 |
86 |
79 |
0 |
Рассматриваемый нами
минеральный порошок –
Такой порошок
можно использовать при
Таблица 2.3.1 Результаты испытаний
Показатели |
Результаты испытаний |
Требования ГОСТ 52129 - 2003 |
Зерновой состав, % по массе мельче 1,25 мм -//- 0,315 мм -//- 0,071 мм. |
100% 96% 79% |
100% не менее 90% не мене 80% |
Пористость, %, не более |
27 |
30 |
Влажность, % по массе, не более |
0,5% |
1 |
Вывод: предложный в задании МП в соответствии ГОСТ 52129 – 2003 допустимо использовать в проектируемом нами асфальтобетоне.
2.4. Битум
Битумы – органические вяжущие вещества, состоящие из высокомолекулярных углеводородов нафтенового, метанового и ароматических рядов и их кислородных, сернистых и азотистых производных.
Сырьём для производства
органических вяжущих (битум и
дёгть) является нефть,
Битумы по виду сырья разделяют на нефтяные, получаемые из нефти и её смолистых остатков; природные, встречающийся в чистом виде, извлекаемые из асфальтовых горных пород (известняков, песчаников, песков и др.); сланцевые – продукт переработки сланцевой смолы, получаемые при сухой перегонки горючих сланцев.
В зависимости от
главнейших строительных
Для приготовления асфальтобетонных смесей применяют нефтяные дорожные вязкие и нефтяные дорожные жидкие битумы, отвечающие требованиям ГОСТ 22245-90 и ГОСТ 11955-82.
Горячие асфальтобетонные смеси готовят на вязких нефтяных дорожных битумах марок БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БН 60/90, БН 90/130 по ГОСТ 22245-90.
В дорожном строительстве нефтяные вязкие дорожные битумы используют в качестве вяжущего. Различные смеси битума с каменным материалом, например, асфальтобетонные, используют для устройства покрытий и слоев основания дорожных одежд.
При изготовление
смесей битума с каменным
Для горячих асфальтобетонных смесей марок I, II, применяемых в условиях I, II, III дорожно-климатических зон, I, II целесообразно применять битумы только марок БНД. Так как асфальтобетоны на битумах марок БНД более устойчивы к воздействию климатических факторов и, прежде всего, отрицательной температуре. Для проектируемого нами асфальтобетона мы выбрали битум марки БНД 90/130, так как в соответствии ГОСТ 9128 – 08 для перовой климатической зоны ( см. прил. табл. 3) рекомендуется использовать битум этой марки.
3. Расчёт состава минеральной части асфальтобетона
3.1. Аналитический метод (по кривым плотных смесей)
Одним из важнейших факторов, определяющих требуемое качество асфальтобетона, является правильный выбор рационального соотношения между минеральными компонентами смеси (щебнем, песком и минеральным порошком), обеспечивающего оптимальную плотность (пористость) его минерального остова.
Соотношение масс щебня, песка и минерального порошка рассчитывают исходя из их зерновых составов и требуемого зернового состава минеральной части асфальтобетона. Смесь щебня (гравия), песка и минерального порошка подбирают таким образом, чтобы кривая зернового состава (расчетная) располагалась в зоне, ограниченной предельными кривыми, указанными в табл. 9 (см. прил), и была по возможности плавной.
Минеральный остов асфальтобетонной смеси подбирают по принципу непрерывной гранулометрии в тех случаях, когда имеется крупный или средний песок. При отсутствии указанного вида песка следует применять принцип прерывистой гранулометрии, в соответствии с которым остов из щебня заполняют смесью, не содержащей зерен размером 5-0,63 мм.
Расчёт количества щебня.
В соответствии ГОСТ 9128- 08 для плотных асфальтобетонов типа Б щебня должно быть в смеси 40 – 50 %. Среднее значение этого диапозона
Щ = (40 + 50) / 2 = 45 %
Поскольку зёрен крупнее 5 мм в щебне содержится 93 % (см. зд.), а в других компонентах фракции крупнее 5 мм нет, то щебня требуется
Расчёт количества минерального порошка
На основании требования ГОСТ 9128- 08 определяем, что частиц мельче 0,071 мм в минеральной части асфальтобетона должно быть в пределах 6 – 12 %. Для расчёта можно принять 9 % . Если в минеральном порошке содержится 79% частиц мельче 0,071 мм, то минерального порошка всмеси должно быть
Расчёт количества песка
П = 100 – (МП + Щ) = 100 – (48 + 11) = 41 %.
Рассчитать минеральный состав асфальтобетонной смеси по принципу непрерывной гранулометрии не удалось. Расчёт состава минеральной части асфальтобетонной смеси по принципу прерывной гранулометрии приведён в табл. 3.1.1
Таблица 3.1.1 Расчёт состава
минеральной части
Минер матер. |
Содержание минерального материала, %, мельче данного размера, мм | |||||||||||
40 |
20 |
15 |
10 |
5 |
2,5 |
1,25 |
0,63 |
0,315 |
0,16 |
0,71 | ||
Исходные минеральные материалы | ||||||||||||
Щебень |
100 |
98 |
95 |
60 |
7 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 | |
Песок |
100 |
100 |
100 |
100 |
100
|
86 |
76 |
60 |
13 |
5 |
0 | |
МП |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
96 |
93 |
86 |
79 | |
| ||||||||||||
Щебень |
48 |
47 |
46 |
29 |
3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 | |
Песок |
41 |
41 |
41 |
41 |
41 |
35 |
31 |
25 |
5 |
2 |
0 | |
МП |
11 |
11 |
11 |
11 |
11 |
11 |
11 |
11 |
10 |
9 |
9 | |
Итог |
100 |
99 |
98 |
81 |
55 |
46 |
42 |
36 |
15 |
11 |
9 | |
Требования ГОСТ 9128-97, тип Б, прерыв |
90 - 100 |
90- 100 |
80-100 |
70-100 |
50-60 |
38-48 |
28-37 |
20-28 |
14-22 |
10-16 |
6-12 | |
