Состав асфальтобетонной смеси и свойства компонентов

Асфальтобетон или, как привычней, асфальт, так называют этот материал в народе. Материал одновременно прост и сложен в своем составе. Существует множество его разновидностей.

Классические асфальтобетонные смеси служат для устройства дорожных одежд автомобильных дорог и различных городских дорожных и тротуарных покрытий.

Полимерасфальтобетонные — это бетоны на основе битума и других классических компонентов с добавлением сополимеров, и пластификаторов. Применяются такие составы для оборудования проезжей части промышленных предприятий, устройства дорожных покрытий мостов и аэродромов.

Щебеночно-мастичные смеси (ЩМА). Состав асфальтобетонной смеси ЩМА отличается классических асфальтобетонных смесей наличием в структуре раствора стабилизирующей волокнистой добавки (целлюлоза и др.). Применяется для строительства магистралей с высокой пропускной способностью.

Можно долго говорить о разновидностях и компонентах, входящих в состав асфальтобетонной смеси. Можно так же долго говорить о качестве конечного продукта. Но мы попробуем разобраться в составе асфальтобетонной смеси. Подбор состава асфальтобетонной смеси начинается с определения эксплуатационных свойств покрытия и характеристик используемых материалов.

А состав этот очень прост. Практически всем известны компоненты, входящие в состав асфальтобетона – щебень (или гравий), песок, битум, а так же менее известные компоненты – минеральный порошок и различного рода добавки. Наличие двух последних компонентов варьируется, в зависимости от назначения и места применения смеси.

Оценку пригодности и качества заданного вида крупного (щебня и гравия) и мелкого (песка) заполнителей определяют испытаниями, учитывая при этом, категорию дороги и конструкцию дорожной одежды.

Щебень - неорганический, зернистый, сыпучий материал с зёрнами размером свыше 5 мм (по европейским стандартам — более 3 мм), получаемый путем дробления горных пород и отходов некоторых отраслей промышленности.  В народе называют щебенка.

Природный гравий представляет собой рыхлую смесь окатанных обломков размером от 5 до 70 мм. Горный гравий по сравнению с речным, морским и ледниковым обладает более угловатыми с шероховатой поверхностью обломками и большим количеством пылевато-глинистых примесей. Обломки гравия, обработанные водой, имеют гладкую поверхность, что ухудшает ее сцепление с вяжущим веществом. Лучшей разновидностью гравия считается ледниковый, который менее окатан и имеет более равномерный зерновой состав. Щебень отличается от гравия внешним видом. Они могут быть из одной горной породы и быть одного размера, различие лишь в том, что гравий имеет окатанную, т.е. гладкую поверхность, а щебень имеет угловатую шероховатую поверхность, это обуславливается способом получения щебня (дробление гравия, в том числе). Гравий и щебень выполняю роль крупного заполнителя.

Мелкий заполнитель в асфальтобетонной смеси песок -  неорганический, зернистый, сыпучий материал с зёрнами размером до 5 мм. Песок необходим для повышения плотности, то есть снижения пористости и повышения прочности асфальтобетонного покрытия.

Показателей качества у этих материалов много. Гранулометрический состав (размер частиц) определяют рассевом материала на ситах с известными отверстиями. У щебня и гравия наличие зерен лещадной и игловатой формы (в идеале щебень должен иметь кубовидную форму)- определяют измерением параметров штангенциркулем. Дробимость и истираемость – показатели прочности. Чем выше этот показатель, тем выше качество материалов. От этих двух показателей зависит прочность покрытия. Есть еще один не маловажный показатель для каменных материалов - содержание пылевидных и глинистых частиц. Казалось бы, есть и есть, подумаешь. А показатель то очень важный, если он превышает допустимые нормы, то может получиться так, что битум не сможет скрепить частицы каменного заполнителя в единый монолит, так как поверхность будет очень пыльная. Следовательно, не получится хорошего сцепления, и на дороге в скором времени появятся выбоины.

Морозостойкость. О, как важен этот показатель в условиях дальневосточных морозов. Способность материала выдерживать циклы попеременного замораживания и оттаивания нельзя недооценивать. Продолжительность сезона с отрицательными температурами в нашем регионе большая, и чем выше морозостойкость крупного заполнителя, тем прочнее будет дорожное покрытие.

Использование износостойкого, высокопрочного щебня и дробленого природного песка обеспечивает требуемую шероховатость асфальтового покрытия, что в свою очередь обеспечивает хорошее сцепление колеса с дорожным полотном.

Чтобы конструкция была прочной, в качестве вяжущего элемента применяют битум. Битум – производная нефти, точнее остаточный продукт ее переработки. Чрезмерная вязкость битума в зимний период может привести к образованию трещин, а низкая вязкость в жаркую погоду будет повышать пластические деформации покрытия, то есть покрытие может стать мягким, «как пластилин». В лабораторных условиях определяют огромное множество показателей у битума: температура хрупкости, температура размягчения, температура вспышки и даже температура самовоспламенения. Два первых показателя характеризуют битум на пригодность использования в строительстве и поведение при положительных и отрицательных температурах. Вторые два необходимы для соблюдения мер безопасности при производстве, применении и работе с битумом.

Минеральный порошок имеет два основных назначения. Первое – переводить объемный битум в тонкопленочное состояние. Битум в таком виде становится более теплоустойчивым, прочным и характеризуется повышенной вязкостью. Вместе с битумом порошок образует асфальтовяжущее вещество, скрепляющее минеральные частицы в единый монолит. Второе назначение минерального порошка – заполнение мелких пор между большими частицами. Тонкомолотый минеральный порошок производят методом дробления и помола доломитов, известняков, доменных шлаков и др. Необходимое его количество, рассчитанное в нужных соотношениях, повышает плотность минерального состава, а значит, и плотность асфальтобетона. Использование его в правильных пропорциях обеспечивает также коррозийную и деформационную устойчивость дорожного покрытия. Если же порошка будет использовано в малом количестве, возникнет необходимость повысить содержание битума, в результате чего материал станет менее качественным и в то же время более дорогостоящим.

Плюс от  использования минерального порошка в асфальтобетонной смеси - предотвращение проникания влаги и снижение водонасыщения асфальта, в результате чего срок эксплуатации дорожного покрытия существенно возрастает.

Добавки все чаше применяют в дорожном строительстве. Наличие добавок влияет на физико-механические свойства смеси и улучшают характеристики покрытия. С помощью добавок можно скорректировать показатели качества асфальтобетонного полотна. Таким образом, например, ГОСТ регламентирует проведение работ с асфальтобетонной смесью от +5⁰С весной до+10⁰С осенью, а наличие добавок позволяет расширить сроки работ.  А еще существуют добавки для улучшения сцепления битума с поверхностью каменного материала; для повышения прочности. На выбор влияют интенсивность движения на участке автомобильной дороги, где будут применять асфальтобетонную смесь, материальная составляющая, климат.

Таким образом, можно сделать вывод, что не так уж просты компоненты, входящие в состав асфальтобетонной смеси. У каждого материала есть свой «характер», то есть свойства, которыми он обладает. А работая в совокупности в смеси образуют наиважнейший материал в дорожном строительстве.