Асфальтовый бетон.

Асфальтовый бетон. Асфальтовым бетоном называют материал, получаемый в результате затвердевания уплотненной и рационально подобранной однородной смеси асфальтового вяжущего и минеральных заполнителей. Под асфальтовым вяжущим понимают смесь битума с минеральным наполнителем — тонкодисперсным порошком. В качестве минеральных заполнителей служат песок и щебень или гравий.

Асфальтовые бетоны классифицируют по структурным признакам — зернистости и пористости, температуре при укладке, физическому состоянию и назначению. В зависимости от максимальной крупности зерен смеси заполнителей различают крупнозернистые (до 40 мм), среднезернистые (до 25 мм) и мелкозернистые (до 15 мм) асфальтовые бетоны. Максимальная крупность заполнителей не должна превышать 0,6—0,7 толщины асфальтобетонного покрытия. При отсутствии в массе зерен крупного заполнителя (более 3—5 мм) материал называют песчаным асфальтовым бетоном или асфальтовым раствором. При пористости менее 5% асфальтовые бетоны считают плотными, а более 5% — пористыми. По температуре массы при укладке различают горячие, теплые и холодные асфальтовые бетоны. Первые укладывают при температуре массы не ниже 120 ° С, вторые — не ниже 60 °С. Холодные асфальтовые бетоны укладывают при температуре массы 25—30 °С и окружающего воздуха не ниже 10 °С. Положительными особенностями горячих асфальтовых смесей является высокая скорость затвердевания, а холодных — длительная сохранность и небольшая стоимость.

Асфальтобетонные смеси в зависимости от удобоукладывае-мости бывают жесткие, пластичные и литые. По мере уменьшения жесткости смесей затрудняется раскладка массы, однако облегчается ее уплотнение.

По назначению асфальтовые бетоны классифицируют на дорожные, аэродромные, кислотостойкие, декоративные и гидротехнические. Гидротехнический асфальтобетон предназначен для постоянной работы в воде и должен отличаться повышенной водонепроницаемостью, водоустойчивостью, эластичностью и теплостойкостью.

Для изготовления горячих асфальтобетонов применяют вязкие дорожные битумы марок БНД90/130, БНД60/90, БНД40/60. При этом более вязкие битумы применяют при необходимости обеспечить повышенную теплоустойчивость и водоустойчивость покрытия. В теплых смесях используют битумы пониженной вязкости БНД200/300 и БНД 130/200, а также жидкие быстро- и среднегустеющие битумы. Холодные асфальтобетоны приготавливают на основе жидких средне- и медленногустеющих битумов. Для асфальтобетонов, применяемых в гидроизоляции, эффективно использование битумно-по-лимерных вяжущих.

Важнейшим компонентом асфальтобетонов является наполнитель,  который  улучшает  основные свойства  материала, связывает битум на своей поверхности и структурирует его. Минеральный наполнитель способствует повышению плотности асфальтобетона и снижению расхода битума. В качестве наполнителя применяют тонкоизмельченные низкогидрофильные порошки из основных материалов — известняков, доломитов и асфальтовых пород. Иногда используют также пылеватые отходы промышленности. Содержание глинистых частиц в наполнителе должно быть не более 5%. Оптимальной является дисперсность порошка, при которой его удельная поверхность составляет 4000—5000 см2/г. Минеральный порошок, полученный из кислых горных пород, не оказывает на битум необходимого структурирующего влияния. Для снижения содержания битума пористость минеральных порошков должна быть не более 35%. Набухание в воде смеси порошка с битумом не должно превышать 2,5%. Эффективный способ улучшения качества наполнителя — его активизация обработкой битумом и поверхностно-активными веществами в процессе измельчения.

Теплоустойчивость и трещиностойкость асфальтобетона существенно улучшаются при добавке 2—3% волокнистого наполнителя — низкосортного асбеста. Избыток асбеста приводит к отрицательному эффекту, повышается пористость и снижается водоустойчивость бетона.

Песок и щебень или гравий для асфальтовых бетонов применяются обычно такие же, как и для цементных бетонов. При этом важно создать такой гранулометрический состав минеральной части асфальтобетона, который обеспечивал бы минимальную пористость смеси.

Из методов проектирования составов асфальтобетона наиболее распространен метод подбора по кривым плотных смесей, включающий определение гранулометрического состава щебня, песка и наполнителя; выбор соотношения между минеральными материалами из условия 100% суммарного содержания всех фракций; назначение ориентировочного количества вяжущего с последующим корректированием пробными замесами и испытанием образцов. В табл. 12.4 приведены ориентировочные составы песчаных и мелкозернистых смесей, рекомендуемых для гидротехнического асфальтового бетона.

Основные свойства асфальтового бетона тесно связаны с его структурой, которая, в свою очередь, определяется структурой минерального остова, особенностями взаимодействия минеральных материалов с битумом.

Физико-механические свойства асфальтового бетона связаны прежде всего с его плотностью. Так, наибольшей плотности соответствует и наибольшая прочность материала. Воздействие влаги на асфальтовый бетон усиливается при увеличении количества сообщающихся между собой пор. Объем этих пор характеризуется косвенно водопоглощением.

Битум имеет наиболее высокие вязкость и прочность в адсорбированном состоянии, т. е. в зоне контакта с поверхностью минеральных компонентов. Увеличение количества неадсорби-рованного свободного битума приводит к ослаблению структуры асфальтового бетона. Однако определенное количество свободного битума необходимо для придания асфальтовому бетону пластичности и коррозионной стойкости.

Предел прочности асфальтового бетона определяется при испытании на сжатие образцов-цилиндров при температуре 0; 20 и 50 °С.

Отношение прочности при нормальной температуре к прочности при температуре 50° С называют коэффициентом теплоустойчивости, а отношение прочностных показателей при 20 и 0°С — коэффициентом эластичности. При недостаточной теплоустойчивости в покрытиях развиваются деформации сдвига, вызывающие оплывание асфальтового бетона на откосах, а при недостаточной эластичности снижается деформативная способность и трещиностойкость этого материала при низких температурах. Улучшить структурно-механические свойства асфальтовых бетонов можно добавками некоторых полимеров и в особенности каучуков. Каучуко-подобные полимеры в количестве 2—3% массы битумов увеличивают интервал пластичности асфальтобетонных смесей до 100—120° С, понижают на 10—20° С температуру хрупкости, существенно повышают их эластичность в широком диапазоне температур, улучшают ряд других свойств. Для обеспечения температурной устойчивости асфальтового бетона важно также обеспечить в.нем оптимальное содержание битума и минерального наполнителя.

Водоустойчивость асфальтового бетона характеризуется отношением пределов прочности на сжатие водонасыщенных и сухих образцов при 20° С, а также водопоглощением и набуханием под вакуумом. На водоустойчивость положительно влияют  повышение плотности  и  улучшение сцепления  битума  с минеральными компонентами. Водоустойчивость зависит от количества и химического состава битума и минерального порошка. В гидротехническом асфальтобетоне рекомендуется содержание битума и порошка на 1—2 % более высокое, чем в дорожном. Основные технические требования к свойствам гидротехнических асфальтовых бетонов приведены в табл. 12.5.