Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Экономия битума

Закономерности направленного структурообразования асфальтобетона


Закономерности направленного структурообразования асфальтобетона

Основная цель технологии асфальтобетона заключается в. производстве материала с теми свойствами, которые были ранее получены в лабораторных условиях на запроектированных составах при точном дозировании, тщательном выдерживание температурного режима и времени смешения компонентов.

Поставленная цель достигается направленным структурообразованием асфальтобетона на всех периодах технологического процесса (рис. 1):
- подготовительном, когда происходит выбор и подготовка компонентов и проектирование состава асфальтобетона;
- основном, при производстве на асфальтобетонном заводе, когда происходит формирование микроструктурных связей;
- завершающем, при строительстве, когда формируется макроструктура;
- эксплуатационном, при котором происходит стабилизация структуры и свойств асфальтобетона в покрытии под движением автомобилей.

Подготовительный период рассмотрен в предыдущей главе. Период формирования микроструктурных связей, в который сходит дозирование компонентов, их перемешивание и транспортирование асфальтобетонной смеси, рассмотрим с точки, зрения уменьшения расхода битума в технологическом процессе. В этот период основная- задача технологии заключается в разрушении первоначальных конденсационных контактов, обволакивании минеральных зерен битумной пленкой заданной толщины и формировании коагуляционных контактов на всех минеральных зернах.

В состав асфальтобетона входят минеральные частицы, размеры которых отличаются между собой в 3-5 тыс. раз и изменяются от микрометров до сантиметров, поэтому разрушить при перемешивании сухой смеси первоначальные конденсационные контакты не просто. Энергия связи у мелких частиц чрезвычайно велика.

Инициатором поверхностных явлений в этих системах являются окружающие каждую частицу некомпенсированные поля сил химического взаимодействия, межмолекулярных сил электростатического притяжения или отталкивания. Частицы подвержены также действию капиллярных и гравитационных сил.

Значительный теоретический и практический интерес представляет установление критических размеров частиц, способных агрегироваться или прилипать к крупным зернам.

Эти расчеты показали, что в порошке агрегаты формируются из частиц размером мельче 50 мкм (рис. 2). Частицы размером мельче 80-^100 мкм прилипают к более крупным минеральным зернам и прочно удерживаются на их поверхности. Они ухудшают смачивание и обволакивание минеральных частиц (рис. 3).

В асфальтосмесителях, выпускаемых в нашей стране, перемешивание ведется в . ламинарном режиме, при этом скорость движения частиц постоянна и равна скорости вращения лопастей мешалки. Кинетическая энергия частиц



Рис. 2. Агрегация частиц размером меньше критического




Рис. 3. Критический размер частиц при прилипании к крупным зернам


Из этого следует, что совместное перемешивание щебня, песка и порошка приводит к образованию на поверхности крупных зерен слоя пыли.

Однако крупные зерна при сухом перемешивании могут рассматриваться и как «мелющие» тела, разрушающие агрегаты из порошка.

Но при этом следует учитывать вероятность образования более прочных контактов между крупными зернами и мелкими частицами при столкновении.

Если минеральный порошок хранится в помещении, воздух в котором имеет влажность более 60%, то на поверхности частиц (вследствие адсорбции) появятся сначала отдельные молекулы жидкости, затем водные пленки. При дальнейшем увлажнении, по мере увеличения толщины адсорбционной пленки жидкости, энергия притяжения к частице наружных молекул в этих пленках уменьшается, пока не наступит равенство энергии притяжения молекул к твердой частице и энергии взаимодействия неадсорбированных молекул (рис. 4).

Дальнейшее накопление влаги между частицами приведет к образованию «манжет», ограниченных менисками двоякой кривизны. Появление менисков в зазорах между частицами порождает в дисперсной системе в дополнение к перечисленным силам взаимодействия частиц еще одну систему сил, вызванных капиллярными явлениями и поверхностным, натяжением жидкости.



Рис. 4. Агрегация минеральных частиц и их прилипание к крупным зернам за счет сил капиллярного сцепления (по И. Бернею), возникающих в присутствии воды (бкс — критический размер частиц)




Рис. 5. Агрегаты минеральных частиц с защемленной водой:
1 — минеральные частицы; 2 — вода; 3 — битум


На рис. 5 показан минеральный порошок, в котором пустоты заполнены жидкостью и воздухом. В этом случае в каждом контакте между частицами образуются мениски и появляются силы капиллярного' сцепления, стягивающие частицы. Эти частицы способны образовывать агрегаты из частиц размером до 1000 мкм (10~3 м). Если частицы находятся на поверхности крупного зерна и все пустоты между ними заполнены водой, мениски находятся только на граничной поверхности агрегата. Создаваемое этими менисками отрицательное давление приводит к всестороннему сжатию агрегата. На крупных частицах силы капиллярного сцепления способны удерживать частицы размером до 1,5 мм.

Агрегаты холодного влажного минерального порошка, попадая в мешалку, упрочняются за счет испарения с их поверхности влаги, что приводит к росту сил капиллярного сцепления. Так как в мешалку асфальтосмесительной установки по — "дача битума производится практически одновременно с минеральными материалами, то влажный порошок не успевает просохнуть. Битум обволакивает агрегаты и упрочняет их.

Микроструктура асфальтобетона на агрегированном порошке крайне неоднородна. Минеральный порошок не выполняет своего основного назначения — не формирует асфальтовяжущее. На покрытии очень быстро появляются оспины.

Последующее перемешивание минеральных компонентов с битумом должно обеспечить равномерное распределение вяжущего в смеси и покрыть минеральные частицы битумной пленкой заданной толщины. Это достигается применением битума с вязкостью до 0,5 Па-с. При нагреве битума до более высокой температуры можно достичь и меньшей вязкости, что в общем для равномерного распределения битума на минеральных зернах лучше, но при этом в нем будут происходить нежелательные необратимые процессы.

Введение битума в минеральную смесь приводит к обволакиванию всех зерен пленкой. Нормальное обволакивание зерен битумом прежде всего связано со смачиванием вяжущим поверхности минерального материала. Смачивание — это процесс самопроизвольного уменьшения свободной энергии системы, состоящей из трех соприкасающихся фаз (рис. 6).

При нанесении на твердую поверхность капли жидкости краевой угол смачивания не сразу принимает постоянное значение, а постепенно уменьшается до равновесного угла. Капля, растекаясь, преодолевает сопротивление, представляющее собой статическую силу трения, возникающую по периметру смачивания.



Рис. 6. Капля жидкости на поверхности твердого тела:
а — смачивающая жидкость; б — несмачивающая жидкость


му значению, требуется определенное время. Такую задержку в достижении равновесного краевого угла П. А. Ребиндер назвал гистерезисом смачивания. Вследствие гистерезиса краевой угол между жидкостью и твердым телом редко имеет постоянную величину. Обычно он изменяется в пределах между двумя крайними (наибольшим и наименьшим) значениями 6 в зависимости от того, стремится ли жидкость растечься по сухой поверхности или отступить с предварительно смоченной.

Пары воды на поверхности минерального материала, адсорбирующиеся из воздуха, водная пленка, образующаяся из-за плохого просушивания минерального материала, и загрязненность поверхности зерен щебня пылью увеличивают гистерезис смачивания. Применяя чистые, сухие минеральные материалы, длительно перемешивая битумоминеральную смесь, можно свести вредное влияние гистерезиса смачивания до минимума.

Введение минерального порошка в смеситель одновременно со щебнем и песком ухудшает смачивание зерен щебня и песка битумом из-за прилипания к их поверхности частиц минерального порошка. Битум, введенный в эту смесь, структурируется в первую очередь минеральным порошком, не прилипшим к зернам песка и щебня. Только после длительного перемешивания во взаимодействие с битумом вовлекаются новые дозы минерального порошка, оторванные от поверхности крупных зерен.

При непродолжительном перемешивании полного отрыва слоя прилипших частиц порошка не произойдет, а капиллярные силы всосут битум в зазоры между частицами, связанными аутогезионно, и частицами, контактирующими с поверхностью зерен щебня и песка. Образовавшаяся тонкая битумная пленка усиливает взаимодействие между порошком и минеральным материалом за счет большего наложения адсорбционных полей.

Смачивание минерального материала битумом можно улучшить введением порошка после битума. При этом щебень и песок покрываются тонким слоем битума, а порошок структурирует лишь свободный битум, находящийся вне зоны действия поверхностных сил зерен щебня и песка. При таком порядке введения материалов достигается более совершенное распределение вяжущего, что повышает прочность системы.

Смачивание битумом минерального материала может быть улучшено предварительной обработкой в смесителе щебня и песка углеводородной жидкостью, которая снижает вредное влияние гистерезиса смачивания и повышает однородность асфальтобетонной смеси.

Перспективна схема приготовления асфальтобетонной смеси- смешивание минеральной части с асфальтовяжущим веществом. При этом полностью объединяются битум с порошком, что повышает теплоустойчивость асфальтобетона, способствует образованию ориентированных слоев битума на поверхностях щебня и песка, облегчает объединение составляющих и ускоряет формирование структуры асфальтобетона.

Смачивание в какой-то степени является первым актом избирательной адсорбции и хемосорбции отдельных компонентов битума поверхностью минеральных материалов. Смачивание вызывает на поверхности твердого тела ряд других процессов, в первую очередь, увеличение концентрации наиболее полярных молекул жидкости.

Переход жидкого битума в твердое состояние стабилизирует адсорбированные и ориентированные молекулы, которые создают пограничный слой, играющий в пленках битума на поверхности минерального материала исключительно важную роль. Адсорбированные молекулы пограничного слоя, являясь промежуточным звеном между поверхностью твердого тела и всей массой твердой пленки, связаны с молекулами последней силами межмолекулярного сцепления. Таким образом, смачивание теснейшим образом связано с адгезией твердой пленки того же битума.

В соответствии с термодинамическим уравнением Гиббса, согласно которому адсорбция единицы поверхности твердого адсорбента пропорциональна поверхностной активности, в первую очередь адсорбируются содержащиеся в битуме поверхностно-активные вещества (ПАВ). Основываясь на правиле уравнения полярностей, можно заранее сказать, что ПАВ-должны адсорбироваться на поверхности раздела твердое тело- жидкость тем больше, чем большая между ними разность полярностей (т. е. между твердым телом и жидкостью), иначе говоря, чем больше будет оказываемое обеими фазами ориентирующее влияние на адсорбируемые молекулы.

На величину адсорбции оказывает большое влияние компонентный состав битума. Согласно правилу Траубе, по которому адсорбция органических веществ из раствора тем больше, чем больше размер молекул растворенного вещества, адсорбция асфальтенов значительно выше, чем других компонентов битума.

Интенсивность и характер адсорбции битума на поверхности минерального материала зависит от структуры и химико-минералогического состава последнего, а также условий, при которых происходит адсорбция — температуры и кинетики взаимодействия. Наибольшей адсорбционной активностью обладают минеральные материалы из основных горных пород, в состав которых входят карбонаты кальция и магния, а также окислы железа. Адсорбция битумов на поверхности материалов из кислых пород с преобладанием в составе кремнезема происходит в меньшей степени.

Структура минерального материала в общем представляет обой атомную решетку, в которой каждый атом связан с другими координационными связями, имеющими электрическую природу. Расколотый камень имеет на своей вновь образованной поверхности атомы, лишенные соседей и, следовательно, некоторые из их связей уничтожены. Эти атомы взамен старых, уничтоженных, стараются сформировать новые связи.

По мнению Е. Фелен, формирование новых ориентации онных связей может происходить двумя путями:
- в некоторых случаях ориентационные связи могут быть направлены наружу от поверхности и проявляют тенденцию повернуться вокруг и соединиться с внутренними атомами горной породы. Это сопровождается искривлением кристаллической решетки, так как атомы поверхности притягиваются сильнее внутренними атомами;
- вода, масло и другие примеси из воздуха притягиваются свежей поверхностью.

Если все ориентационные силы направлены внутрь, минеральный материал не будет иметь сродства с вяжущим или каким-либо другим клеющим материалом. Это, как известно, иногда случается и все вновь образованные свежие поверхности минерального материала адсорбируют в разной степени слои и пленки покрывающего их вещества.

Наиболее распространенной адсорбционной пленкой является вода, так как водяной пар всегда присутствует в воздухе на расколотой поверхности скальных пород.

По экспериментальным данным на кварце в обычных условиях присутствует несколько адсорбционных слоев воды. Дробленый кварц с поверхностью 22 м2/г имеет насыщенный адсорбционный слой воды при 25 °С и 80% влажности. При нагреве до 100 °С с поверхности измельченного кварца отрываются 2,5 молекулярных слоя воды. Следующий слой испаряется со временем при температуре около 1000 °С.

Некоторые элементы энергии взаимодействия, влияющие со стороны кварца на адсорбированную пленку воды, могут быть увеличены в зависимости от температуры, при которой горная порода должна будет потерять пленку воды.

Таким образом, битум на минеральном материале распределяется по тончайшему слою воды» а скорость распространения пленки органического вещества в большей мере зависит от его вязкости. Детально исследования явлений растекания, смачивания и адгезии органических углей водородов были проведены В. А. Цисманом, Ю. С. Липатовым и др. Ими была изучена взаимосвязь между величиной краевого угла смачивания и поверхностным натяжением для многих органических жидкостей. В результате было найдено, что для каждого гомологического ряда существует критическое поверхностное натяжение, которое определяется при экстраполяции зависимости cos 9 от (поверхностное натяжение) к значению cos 6, т. е'. к случаю полного растекания жидкости на поверхности. В. А. Цисман рассматривает найденное путем экстраполяции значение о как критическое поверхностное натяжение твердого тела, которое является характеристикой его поверхности. Эта величина изменяется с изменением типа поверхности так же, как удельная свободная поверхностная.энергия твердого тела.

Критическое поверхностное натяжение может быть использовано для характеристики и сравнения смачивания. В настоящее время вопрос смачиваемости различных по минералогическому составу минеральных материалов остается открытым. Представление о преимущественной смачиваемости основных и карбонатных горных пород зачастую не подтверждается экспериментально.

При определении угла смачивания битумов одной структуры, но разной вязкости, в качестве твердого тела использовали горные породы различного генезиса: кварцит, гранит, плотный известняк, мрамор.

С помощью проекционной установки определяли углы смачивания принятых каменных пород исследуемыми битумами. Каплю битума наносили на поверхность минерального материала, по возможности одинакового размера и массы, при температуре битума 130 °С. Так как при соприкосновении с холодной поверхностью минерального материала капля битума (d = 2,5 мм) мгновенно застывает, образцы каменных материалов подогревали до 40 °С, что практически не изменяя поверхностные свойства каменной породы, достаточное время сохраняло жидкое состояние битума. Угол смачивания замеряли дважды: тотчас после нанесения капли битума и по истечении 1 мин, необходимой для достижения равновесного угла смачивания. В расчет принимали последнее значение.

Исследования доказали, что смачивание любых минеральных материалов тем лучше, чем ниже вязкость применяемых битумов. Так как при температуре испытания битумы всех марок имеют характер идеальной жидкости, то следует в первую очередь принять во внимание их поверхностное натяжение.

Графики зависимости поверхностного натяжения битумов различной вязкости от температуры представляют собой параллельные друг другу линии (рис. 3.7), так как поверхностное натяжение представляет собой работу, затрачиваемую на преодоление притяжения между поверхностными и более глубоко расположенными молекулами при выходе на поверхность. С повышением температуры тепловое движение молекул и их стремление покинуть жидкую фазу усиливается, а это ослабляет втягивание поверхностных молекул внутрь-объема жидкости.

Краевой угол смачивания и свободную поверхностную энергию на границе жидкость-воздух для расчета работы адгезии определяли экспериментально.

Несколько меньшие, чем у кварцита, значения работы адгезии для карбонатных пород можно объяснить большей шероховатостью поверхности этих пород.



Рис. 7. Зависимость поверхностного натяжения битумов различных марок от температуры (по данным Е. Н. Агеевой)


Исследования проводили при температуре 130 °С. Работа адгезии при этой температуре обусловливает прочность прилипания битума к минеральным материалам в период перемешивания асфальтобетонных смесей.

Так как работа адгезии битума на поверхности минерального материала зависит не только от физико-механических и физико-химических свойств взаимодействующих материалов, но и от химического взаимодействия на грани-де раздела фаз, степень прилипания битума к карбонатным породам во времени возрастает в результате комплексного воздействия всех перечисленных факторов.

Выполненные исследования показали, что при технологических температурах, например для БНД 60/90 165 °С, битум распределяется по поверхности зерен щебня в Соответствии с действующими поверхностными силами материала, капиллярными и гравитационными силами. Основная масса битума концентрируется в углублениях на зернах, по краям углублений образуются мениски, а выступы зерен покрываются относительно тонкой пленкой.

На поверхности зерен дробленого кварца горячий битум удерживается только в углублениях и трещинах, на гладкой поверхности битума практически нет. Под микроскопом наблюдается лишь коричневая поверхность на ровных, гладких участках, свидетельствующая об очень тонкой битумной пленке.

На поверхности зерен дробленого плотного известняка, имеющего более гладкую, без углублений поверхность, чем у кварца, горячий битум распределяется более равномерно. Величина поверхности, покрытая развитым слоем битума, в 2 раза больше, чем у зерен кварца.

Поверхность зерен дробленого гранита покрывается битумной пленкой более равномерно, чем у кварца. Степень покрытия взаимосвязана с минералогическим составом и размером кристаллов. Чем меньше в составе гранита кварца и больше биотита, мусковита и роговой обманки, тем равномернее зерна гранита покрываются битумом.

Поверхность зерен дробленого диабаза удерживают горячий битум в наибольшем количестве. Битум распределен равномернее, <чем у вышеназванных пород.

Большую роль в смачивании минеральных зерен битумом играет степень шероховатости зерен, характер поверхности, наличие углублений и выступов и др. Поэтому химическая природа материала в зернах крупнее 5 мм не является доминирующей, как в минеральном порошке.

Битумная пленка копирует текстуру поверхности минерального зерна в зависимости от вида породы, величины зерен и

одновременно уравновешивает силы адгезии, действующие на границе раздела вяжущее — минеральный материал, силы, связанные с вязкостью битума, и гравитационные силы.

Как показали микроскопические исследования, выполненные Г. Фоглером, толщина битумных пленок на минеральных зернах фракции 8-11 мм в углублениях поверхности равнялась 0,2-0,5 мм для мелкозернистых и 0,3-1,5 мм для крупнозернистых пород.

Г. Фоглер высказал соображение, что положение о плохом сцеплении битума с кислыми породами, богатыми кремнеземом, и хорошем с основными- породами, бедными кремнеземом, справедливо для абсолютно кислых пород (кварц, кремень) и абсолютно основных пород (габбро, диабаз, базальт). Другие породы (диорит, андезит, порфирит) занимают промежуточное положение и по величине сцепления с битумом не могут быть четко распределены по химическому составу.

Химико-минералогический состав горных пород проявился при определении сцепления битума с полированными образцами изучаемых пород. Битумная пленка на отполированной поверхности кварца при выдерживании в горячей воде превращается — в круглые капельки величиной 0,03-0,1 мм. На кальците битумная пленка под действием горячей воды лишь немного сморщилась и появились небольшие белые участки.

На испытанных горячей водой отполированных пластинках из гранита четко определилось распределение битума по минералам. На кристаллах кварца и полевого шпата появились круглые битумные капельки размером 0,05-0,1 мм, а на слюде и роговой обманке образовалисьнеравномерно оформленные битумные комплексы размером 0,1-0,2 мм. Полированный образец из диабаза в небольшой степени удерживал битумную пленку под действием горячей воды.

Таким образом, адгезия битума к минеральному материалу, прежде всего обеспечивается хорошим смачиванием, механическим зацеплением и химическим взаимодействием.

Интенсификация процесса производства асфальтобетонной смеси с целью повышения качества и снижения расхода битума должна основываться прежде всего на тщательном перемешивании составляющих путем оптимизации последовательности дозирования материалов при смешении, разрушении конденсационных структурных связей в полидисперсных минеральных материалах до их обволакивания вяжущим и полном разрушении структуры битума при нагреве.

На завершающей стадии строительства асфальтобетонного покрытия при формировании макроструктуры происходит дальнейшее развитие ориентированного слоя битума на минеральных зернах и вследствие приложения нагрузки — сближение структурообразующих элементов до максимальной плотности.

Затрата работы на укладку, разравнивание и уплотнение смеси зависит от ее подвижности и уплотняемости. Требуемая подвижность смеси достигается в основном за счет повышения температуры, снижающей вязкость битума). Подвижность и рыхлость асфальтобетонной смеси зависит от ее структуры, количества в ней битума и качества минерального порошка. Уплотняемость асфальтобетонных смесей определяется свойствами

материалов, входящих в их состав, и режимами уплотнения. Уплотняемость характеризует динамику формирования структур и поэтому, является одной из наиболее важных характеристик материала.

При приложении уплотняющей нагрузки или в результате действия собственной массы в асфальтобетонной смеси начинают происходить прежде всего структурные деформации, связанные с изменением структуры и свойств материала и заключающиеся в перемещении частиц относительно друг друга. Эти деформации уменьшают занимаемый материалом объем без нарушения формы частиц и всегда предшествуют упругоэластическим деформациям. Перемещение минеральных частиц связано с разрушением начальных контактов под действием незначительных нагрузок, когда частицы переходят в более устойчивое положение равновесия и между ними устанавливается более прочная связь. Для структурных деформаций уменьшается по мере уплотнения до нуля, а доля упругих деформаций возрастает (рис. 8).

В начальный период с увеличением плотности прочность связи между частицами возрастает до изменения характера контактов между частицами. Уплотнение заканчивается при невозможности дальнейшего сдвига частиц относительно друг Друга без деформирования всего или большей части их объема. С увеличением плотности прочность возрастает не всегда.

Иод действием уплотняющих средств происходит сближение частиц смеси, вследствие чего в пленке битума наблюдаются прежде всего физические процессы, приводящие к выжиманию ее из зон повышенного напряжения. Межзерновое пространство заполняется объемным битумом.



Рис. 8. Типы деформаций при уплотнении асфальтобетона катками:
1 — упругие; 2 — структурные; 3 — эластичные


При уплотнении битумная пленка выполняет роль смазки, снижающей внутреннее трение в материале, работа, необходимая для уплотнения смеси, уменьшается. С увеличением содержания битума в смеси работа уплотнения, естественно, уменьшается, а при снижении его содержания — наоборот возрастает.

Процесс уплотнения можно регулировать за счет изменения температуры асфальтобетонной смеси. В общем случае повышение температуры влечет за собой снижение работы уплотнения. Однако недостаток когезионной прочности битума при высокой температуре может снизить способность к уплотнению асфальтобетона, так как когезионная прочность битума прежде всего связана с температурой: чем выше температура, тем ниже когезионная прочность.

Прочность и долговечность асфальтобетона, уплотненного до проектной плотности при невысоких температурах, как правило, выше, чем бетона с той же плотностью, но уплотненного при высокой температуре. Это связано с тем, что с понижением температуры увеличивается толщина ориентированного слоя битума за счет уменьшения свободного битума на минеральных частицах. Этот битум при уплотнении почти не перемещается в межзерновое пространство. Контактные папряже-' ния на соприкасающихся частицах ослабляются пленкой битума, дробление минерального остова незначительно, прочность всей системы под действием атмосферных факторов мало изменяется.

Выбор уплотняющих средств зависит от типа структуры асфальтобетона. При базальной структуре уплотнение требует меньше энергии, чем при перовой и контактной. С увеличение, крупности щебня затраты работы на уплотнение также возрастают, так как увеличивается толщина слоя свободного битума на щебне и внутреннее трение смеси.

Напряжения от нагрузки, возникающие на зернах щебня выжимают свободный битум из зон контакта. Поскольку дисперсность смеси с большим содержанием щебня ниже, чем с малым, то контактная, зона в такой смеси меньше, а напряжение больше: битум при уплотнении больше выжимается, чем в малощебенистой смеси, а пленка более тонкая.

Следовательно, при уплотнении асфальтобетонных смесей необходимо стремиться к тому, чтобы когезионная прочность слоя адсорбированного битума была достаточно велика, а вязкость наружного слоя свободного битума минимальна. Увеличение вязкости адсорбционного слоя можно достигнуть за счет двойной обработки минеральных материалов битумом. Вначале минеральный материал в мешалке смесителя обрабатывается вязким битумом, после полного обволакивания частиц вводится пластификатор (полувязкий или жидкий битум). Действие пластификатора сводится к размягчению поверхности слоя битума, повышению его «смазывающего» действия при уплотнении.

Уплотняемость связана с природой каменного материала и битума. Хорошее взаимодействие между каменным материалом и битумом, образующими асфальтобетонную смесь, в большей мере способствует получению монолита из смеси. Так, например, уплотняемость асфальтобетона на известняковом материале лучше, чем на материалах из песчаника.

На частицах песчаника битум располагается неравномерно, и толщина- пленки меняется от долей микрометра до десятков микрометров. А на известняковых частицах пленка битума имеет относительно одинаковую толщину. Кроме того, на зернах известняка более выражен ориентированный слой битума. У поверхности частицы больше высокомолекулярных соединений, на периферии больше масел, которые способствуют уплотняемое™ смеси. Кроме того, уплотняемость асфальтобетонных смесей связана с формой частиц. Наличие природного скатанного песка в смеси снижает работу уплотнения. Песчинки служат шарнирами, по которым перекатываются более крупные шероховатые и угловатые частицы. Поэтому, чем больше в смеси скатанных зерен, тем быстрее и при меньшей затрате работы можно их уплотнить.

Если для первого периода (основного) главным условием получения высококачественной смеси является применение битума с предельно разрушенной структурой, то для второго (завершающего) — оптимальная вязкость битума, функционально обусловливаемая типом асфальтобетона и уплотняющими средствами. В конце сближения структурных элементов горячий асфальтобетон должен обладать проектной прочностью и плотностью.

При эксплуатации проектная плотность в полосе наката достигается за 2-3 мес, а у бортовых камней и оси при благоприятных условиях на четвертый-пятый год. При неблагоприятных условиях асфальтобетон в этих местах шелушится и выкрашивается. Поэтому, применяя горячий асфальтобетон, необходимо уплотнять смесь до проектной плотности, что обеспечивает равнопрочность покрытия и повышает прочность конструкции в целом.

На втором этапе технологического процесса экономия битума достигается правильным подбором уплотняющих средств.

Если имеется полный парк необходимых для уплотнения данной смеси уплотняющих средств, то можно уменьшить количество битума на 5%. Если есть вибрационные средства, то это позволяет еще снизить содержание битума.

Период стабилизации структуры и свойств асфальтобетона в покрытии или конструктивном слое автомобильной дороги происходит под движением автомобилей. Он характерен до-уплотнением покрытия, дальнейшей стабилизацией ориентированного слоя битума и появлением новообразований в зоне контакта.

Если правильно запроектирован асфальтобетон и вся дорожная конструкция в целом, все режимы технологических процессов выдержаны, то асфальтобетонное покрытие или конструктивный слой под воздействием автомобилей лишь упрочняются. Если же на каком-либо этапе допущено отклонение от заданного режима, то происходит разрушение асфальтобетона Наиболее распространенным отступлением является недоуплотнение.

Массовое разрушение асфальтобетона в начальный период эксплуатации связано с малой водо- и морозостойкостью пористого асфальтобетона. Даже малое недоуплотнение асфальтобетонной смеси, приготовленной на гидрофильных минеральных материалах, приводит к резкому снижению водо- и морозостойкости.

Свойства стабилизируются на протяжении всего срока службы покрытия в зависимости от изменений свойств вяжущего под воздействием атмосферных факторов и структуры мине рального материала.

Повышение прочности асфальтобетона, характер которого одинаков для всех типов асфальтобетонов, на первом этапе третьего периода структурообразования определяется скоростью изменения вязкости битума при охлаждении. После охлаждения асфальтобетона формирование его структуры характеризуется более равномерным нарастанием прочности, об условленным двумя факторами: повышением вязкости битума за счет улетучивания легких углеводородов; упрочнением связей на границе минеральная часть — вяжущее в результате полной стабилизации ориентированных молекул битума или появлений их новообразований в зоне контакта. В зависимости от условий среды, а также свойств минеральных материалов и битума эти процессы могут проходить одновременно, но чаще преобладает один из них. Так, в асфальтобетоне на минеральном материале из плотного известняка вязкость битума за счет окисления изменяется незначительно, поскольку наиболее реакционно способные компоненты вяжущего химически взаимодействуют с подложкой. Гранитные и кварцевые материалы не вступают в химическое взаимодействие с битумом, поэтому вязкость битума в этом случае более интенсивно изменяется под воздействием атмосферных факторов.

Если правильно рассчитаны составы асфальтобетонных смесей и конструкция дорожной одежды соответствует движущимся транспортным средствам, то продолжительность третьего периода — периода эксплуатации асфальтобетонного покрытия превышает 30 лет. Падение устойчивости материала объясняется только необратимыми изменениями, происходящими в битумной пленке на зернах минерального материала.



Похожие статьи:
Переработка старого асфальтобетона в стационарных установках

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Экономия битума

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум