Проектирование состава тяжелого цементобетона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование состава тяжелого цементобетона

асфальтобетон битум бетонная смесь

Бетон - искусственный каменный материал, получаемый после затвердевания бетонной смеси - рационально подобранной, тщательно дозированной, перемешанной и уплотненной смеси минерального вяжущего, воды, крупного и мелкого заполнителей и различных добавок.

В строительстве дорог наибольшее применение имеет тяжелый цементобетон плотностью 2100...2500 кг/м3 на заполнителях из плотных горных пород и некоторых промотходов. В качестве мелких заполнителей используют различные пески и отсев камнедробления. Качество бетона в большей степени зависит от используемых материалов, поэтому их правильный выбор, учитывающий как требования к бетону, так и свойства самих материалов, имеет важное значение в технологии. При этом должны учитываться экономические условия и экономические нормативы.

Подпор состава бетона включает в себя:

Назначение требований к бетону исходят из вида и особенностей изготовления и последующей эксплуатации изделия;

Выбор материалов для бетона и определение их свойств;

Расчет номинального состава бетона;

Приготовление и испытание бетонной смеси на пробных замесах;

Формирование и испытание бетонных образцов их пробных замесов;

Обработку результатов и уточнение номинального состава;

Переход от номинального состава к рабочему с учетом колебаний свойств заменителей;

Передачу в производство рабочих дозировок с учетом объема замеса.

В итоге подбора состава должны быть выполнены два основных условия: бетон должен иметь заданную прочность, а бетонная смесь - заданную удобоукладываемость.

Прочность бетона характеризуется классами, которые определяются величиной гарантированной прочности на сжатие с обеспеченностью 0,95. На производстве контролируют марку или среднюю прочность бетона. Между классом и средней прочностью имеется рассматриваемая ниже зависимость.

Бетон подразделяется на классы В1; В1,5; В2; В2,5; ВЗ; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; ВЗО; В40; В50; В55; В60. На марки бетона подразделяются следующим образом: М50; М75; М100; М150; М200; М250; М300; М350; М400; М450; М500; М600 и выше через 100.

Прочность определяется пределом прочности при сжатии стандартных бетонных образцов - кубов размером 15x15x15 см, испытанных через 28 сут. Твердения в нормальных условиях (температура 16-20°С, относительная влажность окружающего воздуха 90...100 %). При использовании кубов с другими размерами вводят масштабный переходной коэффициент, на который умножается полученная прочность:

Удобоукладываемость (формуемость) - способность бетонной смеси растекаться и принимать заданную форму, сохраняя монолитность и однородность- является главным свойством бетонной смеси. Удобоукладываемость в производственных условиях оценивают через подвижность (жёсткость) двумя способами: по осадке конуса для пластичных и по времени растекания на техническом вискозиметре для жёстких смесей. Другие свойства смесей: уплотняемость, расслаиваемость, однородность, воздухововлечение, вязкость и др. изучаются в научно - исследовательских лабораториях.

Бетоны классифицируются по следующим признакам:

Основному назначению,

Виду вяжущего,

Виду заполнителей,

Структуре.

В зависимости от основного назначения бетоны подразделяются на:

Конструкционные,

Специальные(жарастойкие, химические стойкие, декоративные, радиационно -защитные, теплоизиляционные и т.д.)

По виду вяжущего бетоны могут быть на основе:

Цементных вяжущих,

Известковых вяжущих,

Шлаковых вяжущих,

Гипсовых вяжущих,

Специально вяжущих.

По виду заполнителей бетоны могут быть на:

Плотных заполнителях,

Пористых заполнителях,

Специальных заполнителях.

По структуре бетоны могут быть:

Плотной структуры,

Поризованной структуры,

Ячеичтой структуры,

Крупнопористой структуры. По ГОСТ 25192-82.

Проектирование состава асфальтобетона

Общие положения (основные сведения об асфальтобетоне).

Исходные данные (физико - механические характеристики применяемых материалов).

Вычислить полные и частные остатки на ситах, % и полные проходы , для щебня установить соответствии d; 0,5 (Д+d; Д; 1,25Д требованиям стандартов.

Задание на проектирование.

Расчет минеральной части асфальтобетона.

Расчет оптимального содержания битума.

Построить графики предельных кривых.

Определение основных свойств полученного асфальтобетона.

Представить таблицу по физико-механическим свойствам полученного асфальтобетона.

Контроль качества покрытия из асфальтобетона, отбор кернов, определение коэффициента уплотнения.

Материал - однослойное дорожное покрытие.

Класс бетона - В=12 мПа.

Коэффициент вариации -?=10%.

Удобоукладываемость - ОК=4см.

Объем Б/см= 600 л.

Цемент:

Rц=30 мПа, рц-=3,0 г/см3, рц.нас=1,1 г/см3

Песок речной:

р=2,5 г/см3, рнас=1,6 г/см3, Мкр=2,5, W=1.0 %

Щебень дробленый:

р=3,1 г/см3, рнас=1,8 г/см3, НКЗ=40 мм, W=3.0 %

Средняя (расчетная прочность бетона).

Прочность бетона характеризуется классами. Между классом бетона В и его средней кубиковой прочностью Rб принимаемой за расчетную, имеется зависимость;

В= Rбср/(1-t*?), где

t - коэффициент, характеризующий принятую обеспеченность класса бетона. Принимаем t=1,645.

?- коэффициент вариации прочности бетона, равен 10%

Rбср =12/(1-1,645*0,1)=14,36

В= Rбср/(1-t*?)= 14,36 (1-1,645*10%)=12

МБ=100 кг/см3

В=10 мПа

Порядок выполнения начального подбора состава бетона.

Расчет состава ведут на 1000 л уплотненной бетонной смеси, изготовленной из высушенных заполнителей с отсевом из мелкого заполнителя зерен крупнее 5 мм, а для крупного - мельче 5 мм с разделением крупного заполнителя на отдельные фракции, такой состав называют номинальным.

Его определяют из трех лабораторных составах: начального и двух дополнительных. Дополнительные составы отличаются от начального варьированием наиболее существенного параметра, в данном случае водоцементного отношения, в большую и меньшую стороны на 15...30%.

Твердение происходит в естественных условиях, дополнительные требования не устанавливаются.

По графику определяем расчетную прочность бетона - 146кг/см3

Марка цемента 30 мПа.

Подбор начального состава ведут в следующей последовательности:

Определяем водоцементное отношение

В/Ц:В/Ц=А*Rц/Rб+0,5*A*Rб, при В/Ц ?0,4

B/Ц=A*Rц/Rб-0,5*A*Rб, при В/Ц <0,4

Заполнители бетона рядовые: А=0,60, A1=0,40

В/Ц= А*Rц/Rб+0,5*A*Rб =0,60*600/146+0,5*0,6*400=0,76 ?0,4

В/Ц= A*Rц/Rб-0,5*A*Rб =0,60*600/146-0,5*0,6*400=1.4.

Второй результат не соответствует граничным условия, кроме того / Rб ?2*A* Rц

146?2*0,60*60

146<360, принимаем В/Ц=0,76

Определяем расход воды для получения требуемой подвижности бетонной смеси;по рис. 2 и табл. 7 с учетом соответствующих поправок.

Жс=4см, НКЗ=40мм

По рис. 2- 145л,(165л+10л-30л) по табл. 7- данные наэтод вид смеси не показаны, принимаем 1145 л. воды.

Расход цемента:Ц=В/(В/Ц)

Ц=В/(В/Ц)=145/0,76=190,79 кг

Зная В/Ц и расход цемента определяем коэффициент раздвижки зерен.

По ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые» Пункт № 4: Подбор состава дорожного бетона : Общие положения п.4.12.: Минимальное значение коэффициента раздвижки щебня раствором в зависимости от крупности песка следует принимать равным:

1,7- для мелких песков с модулем крупности от 1,5 до 2.

1,8- для средних песков с модулем крупности от 2 до 2,5.

1,9- для крупных песков с модулем крупности более 2,5.

П.4.14.: Для обеспечения необходимого количества вовлеченного воздуха следует при расчете состава бетона назначить добавку СНВ (смола нейтрализованной воздухововлекающей) в количестве 0,01-0,02% от массы цемента в расчете на сухое вещество смолы и добавку СДБ (сульфитно-дрожжевой бражки) в количестве 0,2% от массы цемента в расчете на сухое вещество.

Расход добавок составляет:

СДБ=0,02*190,79 =0,40 кг

СНВ=0,0001*190,79 =0,002кг

В нашем случае добавки СДБ и СНВ не учитываются.

Расход щебня:Щ=1000/(Пмз*а/рнрщ+1/рщ, где

Пмз- межзерновая пустотность.

Пмз=1- рнрщ /рщ=1-1,8/3,1=0,42

Щ=1000/(Пмз*а/ рнрщ +1/ рщ)=1000/(0,42*1,7/1,8+1/3.1)=1390 кг

Расход песка: П=(1000-Ц/рц-В-Щ/ рщ)*рп

П=(1000-Ц/рц-В-Щ/ рщ)*рп =(1000-190,79 /3,0-145-1390/3,1)*2,5=857кг

Расчетная средняя плотность уплотненной бетонной смеси, кг/м3:Рбс=Ц+П+Щ+В

Рбс=190,8+857+1390+145=2583 кг/м3.

Расход материалов на каждый замес, из которого должно быть отформатировано заданное количество кубов, берется с избытком не менее 10%. Приготовление опытных замесов начинают с перемешивания сухих материалов, а затем постепенно добавляют в замес расчетное количество воды. Перемешивание обычно производят в лабораторном смесителе, однако замесы объемом до 15 л допускается производить вручную на предварительно увлажненном противне перемешиванием в течении 3-5 минут.

После окончания перемешивания отбирают пробы для проверки удобоукладываемости и плотности бетонной смеси. Определение удобоукладываемости начинают не ранее 15 минут после окончания перемешивания смеси с водой. Бетонную смесь, которая не удовлетворяют заданной удобоукладываемости, допускается корректировать при вторичном перемешивании с добавлением тех или иных компонентов до получения смеси с заданными свойствами.

Проверка удобоукладываемости состоит в определении подвижности или жесткости смеси.

Подвижность бетонной смеси измеряется величиной осадки конуса в сантиметрах, отформатированного из бетонной смеси на приборе, изображенном на рис.3, очищенный и протертый влажной тканью конус ставят на ровную площадку и заполняют бетонной смесью в три слоя одинаковой высоты, уплотняя каждый слой штыкованием металлическим стержнем по 25 раз. После уплотнения бетонной смеси в конусе насадку снимают и избыток смеси срезают кельмой вровень с верхней кромкой конуса. Затем конус плавно снимают с отформатированной бетонной смеси и устанавливают рядом с ней. Время, затраченной на съем конуса, должно быть не более 7 секунд.

Осадку конуса определяют, укладывая линейку ребром наверх металлического конуса и измеряя расстояние от нижней грани линейки до верха бетонной смеси с погрешностью до 0,5 мм. Осадку конуса бетонной смеси определяют дважды и вычисляют с округлением до 1 см. как средне - арифметическое двух округлений ОК из одной пробы. Если после снятия конуса бетонная смесь разваливается, то испытание повторяют на новой пробе.

Конус №1 с размерами, указанными на рис.3 применяют при наибольшей крупности щебня 40 мм. При крупности щебнядо 80 мм используют конус №2 высотой 450 мм с основаниями 300 и 150 мм. Если ОК=0, то бетонная смесь признают не обладающей подвижностью, и она должна характеризоваться жесткостью. Жесткость бетонной смеси Ж измеряется временем вибрации в секундах, необходимым для растекания предварительно отформатированного конуса бетонной смеси в стандартном техническом вискозиметре (рис.4).

Жесткость бетонной смеси с зернами заполнителя наибольшей крупности до 40 мм включительно определяют на лабораторной виброплощадке в такой последовательности. Очищенный и протертый влажной тканью прибор устанавливают на виброплощадке в следующем порядке: жестко закрепляют цилиндрическое кольцо прибора 1, в которое вставляют конус 2 и закрепляют его ручками 3, заводя их в пазы кольца, после чего устанавливают воронку 4. заполнение конуса прибора бетонной смесью уплотнением, штыкованием и снятие конуса с отформатированной смеси производят также, как и при определении подвижности.

Поворот штатива 5 диск 6 устанавливают над отформатированным конусом бетонной смеси и плавно опускают на его поверхность. Затем одновременно включают виброплощадку и секундомер, наблюдая за выравниваием и уплотнением бетонной смеси. Вибрирование производят до тех пор, пока не начнется выдавливание цементного теста из любых двухотверстий диска. В этот момент секундомер выключают.

Жесткость бетонной смеси вычисляют с точностью до 1 с, как среднее арифметическое результатов двух определений, отличающихся не более чем на 20%. При большем расхождении результатов определение повторяют на новой пробе. Общее время испытаний не должно превышать 15 минут.

После проверки удобоукладываемости производят вторую проверку - определение фактической средней плотности бетонной смеси. Свежеприготовленную бетонную смесь с заданной подвижностью укладывают в мерный сосуд и вибрируют на стандартной виброплощадке до прекращения осаждения бетонной смеси и выделения из нее пузырьков воздуха.

Фактическую среднюю плотность вибрированной бетонной смесив кг/м3 вычисляют:

Pбс=(m2-m1)/ V*1000, где

т2, m1 - массы пустого сосуда и сосуда с бетонной смесью, кг

V-объем сосуда, л.

Проверка по марке полученного цементобетона.

Для проверки прочности бетона из откорректированной бетонной смеси формуют контрольные образцы. Прочность бетона в мПа вычисляют для каждого образца:

R=KM*(P/F)*0,1,2de

Р - разрушающая нагрузка пресса, кгс

F - средняя площадь рабочего сечения образца, см2

Км - масштабный коэффициент прочности бетона для образцов - кубов, см.

0,1 - коэффициент перевода из кгс/см2 в мПа.

Для тяжелого бетона за базовый принимают образец размером 15*15*15 см. если действительная прочность бетона отличается от заданной больше, чем на +.15%, то следует внести коррективы в состав бетона (обычно изменением расхода цемента).

Если возраст бетона отличается от расчетного 28-суточного, то для обычного портландцемента средних марок в бетоне может быть применена формула:

R28=Rn*(lg28/lgn), где

п- возраст бетона в сутках (должно быть не менее 3).

Номинальный состав бетона определяют на сухих фракционированных заполнителях. Каждая фракция должна быть чистой, не засоренной другими фракциями. В производственных условиях обычно наблюдается увлажнение, а также взаимное засорение фракций.

Расход заполнителей и воды в рабочем составе с учетом фактической влажности заполнителей определяют:

Пр=По*(1+Wп /100)

Щр=Щo*(1+Wщ /100)

3p=3o*(1+Wi /100)

Вр= В°-(П°* Wn +Щ°* Wщ /100, где

Пр, Щр, Вр, П°, Щ°, В0 - расход соответственно песка, щебня, воды по рабочему и номинальному составам, кг/м3

Wn, Wщ, - влажность по массе песка и щебня, %

Зр, 3° - расход I- й фракции заполнителя по рабочему и номинальному составам, кг/м3

Wi - влажность I-й фракции заполнителя, %

При взаимной засоренности песка и щебня расчет рабочего состава производят согласно ГОСТ27006-86.

Номинальный состав тяжелого бетона:

Цемент Ц=190,8 кг.

ВодаВ=145л

Щебень Щ=1390 кг

Песок /7=857 кг

Щебень и песок взаимно не засорены. Влажность песка Wn=1%, щебня Wщ3%. Определить рабочий состав цементобетона.

Пр=По*(1+Wп/100)= 857*(1+1%/100)=857кг

Щр=Що*(1+Wщ/100)=1390*(1+3%/100)=1390кг

Вр= Во -(По* Wп +Що* Wщ)/100=145-(857*1%+1390*3%)/100=144.5 л

Цр=190,8 кг.

Определение коэффициента выхода бетонной смеси.

Отношение бетонной смеси к сумме объемов загруженных материалов называется коэффициентом выхода бетонной смеси;

?=1000/(Ц/рнц+П/рнц +Щ/рнщ)

?=1000/(Ц/рнц+П/рнц +Щ/рнщ)=1000/(190,8/1,1+857/1,6+1390/1,9)=1000/1487=0,69

Объем готовой бетонной смеси будет меньше суммарного объема исходных компонентов вследствие уплотнения смеси.

Расход материалов на замес бетоносмесителя. Vб=600 л.

Щб=Щр*Vб*?/1000

Пб=ПP* Vб *?/1000

Bб=Bp*Vб*?/1000

Цб=Цp*Vб*?/1000

Щб=ЩрVб* ?/1000=1390*600*0,69/1000=575,46 кг

Пб=ПP* Vб *?/1000=857*600*0,69/1000=354.8 кг

Bб=Bp*Vб*?/1000=144.5*600*0,69/1000= 60 кг

Цб=Цp*Vб*?/1000=190,8*600*0,69/1000=79 кг

Исходные данные для расчета асфальтобетона отсутствуют. Варианта №11

1. Общие положения (основные сведения об асфальтобетоне).

Асфальтобетоном называют материал, полученный после уплотнения асфальтобетонной смеси. Асфальтобетонная смесь - рационально полученная смесь минеральных материалов, отличающихся крупностью зерен, щебня (гравия), песка, минерального порошка (или без него) и битума, взятых в определенных соотношениях и перемешанных в нагретом состоянии. Материал, приготовленный смешением битума с минеральным порошком, называют асфальтовым вяжущим. При введение в асфальтовое вещество песка получают асфальтовый раствор (песчаный асфальтобетон).

В зависимости от вида органического вяжущего дорожные бетоны подразделяют следующим образом:

асфальтобетоны, если используются нефтяные битумы.

дегтебетоны, если используются дегти, продукты деструктивной термической переработки каменного угля, древесины, торфа, горючих сланцев.

- пластобетоны, если используются синтетические полимерные смолы,термопластичные или термореактивные.

Наибольше применение в дорожном строительстве нашли асфальтобетонные смеси и асфальты.

- щебеночные, состоящее из щебня, песка, минерального порошка и битума.

- гравийные, состоящие из гравия, песка или гравийно - песчаного природногоматериала, минерального порошка и битума.

- песчаные, состоящие из песка, минерального порошка и битума.

В зависимости от вязкости применяемого битума и температуры приготовления, укладки и уплотнения асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны подразделяются на виды:

Горячие асфальтобетонные смеси приготавливают на вязких нефтяныхдорожных битумах марок ВИД 40/60, ВИД 60/90, ВИД 90/130, ВИД 130/200, ВИД 200/300, БН 60/90, БН90/130, БН130/200, БН200/300, а также жидких битумах марки 130/200.температура горячих смесей при приготовлении и укладки должна быть в пределах 120-160° С в зависимости от марки применяемого битума. Формирование горячего асфальтобетона при использовании вязких дорожных битумов ВИД 40/60, БНД60/90, БДН90/130 в основном заканчиваются после уплотнения и остывания конструктивного слоя дорожной одежды.

Формированием горячего асфальтобетона, приготовленного с использованием нефтяных дорожных битумов марок БНД130/200, БНД200/300, а также на жидком битуме СГ 130/200, продолжается после его уплотнения и остывания за счет испарения разжижающих битум фракций, определяющих в зависимости от вида разжижителя, погодных условий и степени доуплотняющего воздействия автотранспорта период формирования асфальтобетона, который длится от нескольких часов до 3 недель.

Холодные асфальбетонные смеси приготовляют на жидких нефтяных битумах. Холодные смеси до их укладки на дорогу можно хранить на складе:

- 2 недели - для смесей, приговленных с использованием битумов СП 30/20,МП 30/20, МГО130/200.

4 месяца - для смесей, приготовленных с использованием битумов СГ70/130, 8 месяцев - для смесей, приготовленных с использованием битумов Мг70/130 и МГО70/130.

Укладка и уплотнение холодных смесей производится при температуре не ниже 5°С. холодные смеси из-за пониженного содержания битума и повышенного содержания минерального порошка являются жесткими и трудно уплотняемыми, поэтому слои из них в начальный период обладают повышенной пористостью. Формирование холодного асфальтобетона продолжается 4-10 недель в зависимости от класса жидкого битума, погодных условий и степени доуплотняющего воздействия автотранспорта.

Горячие асфальтобетоны в зависимости от наибольшего размера щебня или гравия подразделяют на крупнозернистые с размером зерен до 40 мм, мелкозернистые -до 20 мм и песчаные с размером зерен до 5 мм. Холодные смеси подразделяют на мелкозернистые и песчаные.

По плотности (пористости) горячие асфальтобетоны с учетом их назначения подразделяют следующим образом:

высокоплотные с остаточной пористостью от 1,0 до 2,5%, применяемые в верхнем слое покрытий и литых асфальтобетонах. Имеют повышенное содержание минерального порошка.

плотные с остаточной пористостью 2,5-5,0%, применяемые в однослойных и верхних слоях двухслойных покрытий. Обязательно содержат минеральный порошок.

пористые с остаточной пористостью 5-10%, применяемые в нижних слоях покрытий и верхних слоях оснований. Имеют пониженное содержание минерального порошка или его отсутствия.

высокопористые с остаточной пористостью 10-18%, применяемые в слоях основания. Имеют пониженное содержание минерального порошка или его отсутствие.

Холодные асфальтобетоны в начале эксплуатации дороги должны иметь остаточную пористость 6-10% из-за начального недоуплотнения, но в процессе формирования структуры их плотность повышается.

Щебеночные и гравийные горячие асфальтобетоны в зависимости от содержания в них щебня (или гравия) подразделяются на следующие структурные типы:

А- с содержанием щебня свыше 50 до 60%

Б- с содержанием щебня или гравия свыше 40 до 50%

В- с содержанием щебня или гравия свыше 30 до 40%

Щебеночные и гравийные холодные смеси и соответствующие им асфальтобетоны в зависимости от содержания щебня (гравия) подразделяются на Бх и Вх.

Горячие и холодные песчаные смеси и соответствующие им асфальтобетоны в зависимости от вида песка подразделяются на типы:

Г и Гх - на песках или отсевов дробления, а также на их смесях с природным песком при содержании последнего не более 30% по массе.

Д и Дх - на природных песках или смесях природных песков с отсевами дробления при содержании последнего не более 10% по массе.

Горячие асфальтобетоны в зависимости от вида, свойств и качества исходных минеральных материалов подразделяются на три марки (от 1 - высшее качество к 3-низшее), определяющие область применения асфальтобетонов. Холодные асфальтобетоны по этому же признаку подразделяются на две марки (1 - высшее качество, 2 - низшее).

По крупности применяемых песков горячие асфальтобетоны могут отличаться характером зернового состава минеральной части:

- с непрерывной гранулометрией при использовании песков с модулем крупности боле 2,0.

- с прерывистой гранулометрией при использовании песков с модулем крупности 1,0-2,0, в которых отсутствует крупная фракция.

Минеральная часть холодных асфальтобетонов подбирается только по принципу непрерывной гранулометрии с использованием крупных песков.

Смеси и асфальтобетоны в зависимости от суммарной удельной эффективной активности естественных радионуклидов Аэфф в применяемых минеральных материалах имеет разное значение:

Аэфф до 740 Бк/кг - строительство дорог и аэродромов без ограничений.

Аэфф свыше 740 до 2800 Бк/кг - строительство в ненаселенных пунктах и зон перспективной застройки.

Исходные данные (физико-механические характеристики применяемых материалов).

Выбор материалов и технические требования к ним обусловлены их ролью в асфальтобетоне и его назначение в дорожной одежде.

Щебень в асфальтобетоне создает каркас, воспринимающий основные нагрузки в покрытии. Для приготовления щебня используют прочные морозостойкие магматические, метаморфические и осадочные горные породы, а также прочные и морозостойкие медленноохлажденные металлургические шлаки. Прочность при сжатии горных пород должна быть не менее 100-120 мПа, а осадочных карбонатных пород и металлургических шлаков - не менее 80-100 мПа. Несколько пониженные требования к прочности известняков, доломитов и шлаков компенсируются повышенной прочностью асфальтобетона в связи с хорошей адгезией битума к этим материалам. Для нижнего слоя асфальтобетонного покрытия можно принять щебень из горных пород прочностью не менее 60 мПа. Показатель прочности при износе в полочном барабане из горных пород установлен не более 25-35%. Щебень для асфальтобетонных смесей должен быть чистым, количество допускаемых глинистых и пылевидных частиц не должно превышать 2%. Устойчивость щебня, стабильность его гранулометрического состава при воздействии на него механических усилий в процессе уплотнения и эксплуатации в значительной степени зависит от формы его зерен. Она должна приближаться к тетраэдной и кубовидной, а поверхность - к шероховатой, что повышает внутреннее трение и прилипание вяжущего. Содержание лещадных и угловатых зерен ограничивается 15-25%, а при использовании современных дорожных покрытий - не менее 10%. Щебень для асфальтобетона должен выдерживать без разрушения не менее 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания, а для нижнего слоя покрытия - не менее 25 циклов.

В качестве крупного заполнителя можно использовать дробленый гравий с количеством дробленых зерен не менее 80%. К нему предъявляют те же требования, что и к щебню из скальных пород.

Чтобы минеральная часть асфальтобетонной смеси была достаточно плотной, должен применяться фракционный щебень.

Песок является активной структурообразующей составляющей песчаного асфальтобетона. При его введение в щебенистые смеси повышается удобоукладываемость смеси, более плотно заполняется пространство между зернами крупного заполнителя (щебня, гравия): повышается плотность и прочность материала. Применяют природные и дробленые пески (высевки). Наиболее широко используют природный кварцевый песок, состоящий из окатанных зерен кварца. Песок должен быть чистым, допускается содержание пылевато- глинистых частиц не более 3% по массе. Для Уральского региона характерно использование в широком масштабе отсевов дробления как побочного продукта производства щебня. В зависимости от прочности исходной горной породы дробленый песок делят на две марки: 600 и 400. Для первого из них применяют горные породы с прочностью при сжатии не ниже 60, для второго - не ниже 40 мПа. Гранулометрический состав песка должен обеспечивать получение смеси с другими минеральными материалами, с наибольшей плотностью.

Минеральный порошок для асфальтобетона представляет собой продукт тонкого измельчения известняков, доломитов, доломитизированных известняков и других карбонатных горных пород прочностью не менее 20Мпа или основных доменных шлаков. Основой минерального порошка являются карбонаты кальция и магния. Используют активированные порошки, которые получают путем помола горных пород в присутствии активирующей смеси битума и поверхностно - активного вещества. Минеральный порошок в асфальтобетоне структурирует битум и образует с ним асфальтовяжущее вещество, которое во многом определяет прочность асфальтобетона, его плотность и теплоустойчивость. Качество минерального порошка характеризуется минерогическим составом, тонкостью помола, удельной поверхностью, степенью набухания смеси порошка с битумом, битумоемкостью, влажностью. Показатели свойств порошка по ГОСТ521293-2003. Порошки неактивированные и активированные МП-1 получают из карбонатных горных пород; порошки МП-2 - из некарбонатных горных пород, твердых техногенных отходов и порошкообразных техногенных материалов.

Тонкость помола минерального порошка считается удовлетворительной, если на сите с размером отверстий 1,25 мм частицы не задержались, на сите с размером отверстий 0,315 мм полный остаток неактивированного и активированного порошка не превышал 10% на сите с размером отверстий 0,071 мм полный остаток неактивированного порошка составлял от 20 до 30%, а активированного не более 20%.

Набухание смеси битума с минеральным порошком является характеристикой, косвенно определяющей содержание глинистых частиц в порошке и устойчивость асфальтобетона при переменном увлажнении и высыхании. За величину набухания минерального порошка с битумом принимают приращение объема образца из этой смеси после насыщения водой в вакуум - пробе и последующего выдерживания в горячей воде. Набухание качественного неактивированного минерального порошка не должно превышать 2,5% по объему, набухание активированного минерального порошка не должно превышать 1,8%. Битумоемкость минерального порошка характеризует его адсорбционную способность. За величину битумоемкости принимают массовое количество минерального масла, при котором смесь его с порошком (100 см3 абсолютного объема) имеет определенную консистенцию, измеряемую глубиной погружения металлического пестика цилиндрической формы диаметром 10±0,1 мм.

Влажность характеризует способность порошка поглощать влагу в естественном состоянии. При наличии влаги в порошке повышается его способность к комкованию на стадии хранения и ухудшается прилипание битума к поверхности минеральных составляющих. Влажность неактивированного порошка не должна превышать 1%.

Битумы. Марку вязкого битума, а также класс и марку жидкого битума выбирают в зависимости от вида асфальтобетона, климатических условий района строительства и категории дороги, а для холодного асфальтобетона - с учетом условий и сроков хранения смеси на складе.

Свойства вязких битумов.

Пенетрация (условная вязкость битума)- глубина погружения калиброванной иглы в битум под действием определенного груза в течении заданного времени при фиксированной температуре

Температура размягчения. Битум не имеет четко выраженной температуры плавления. Переход от твердого состояния в жидкое характеризует температура размягчения, которая определяется по методу «кольца и шара». Это температура при которой битум из относительно твердого состояния переходит в жидкое состояние.

Температура хрупкости - температура, при которой материал разрушается под действием кратковременной приложенной нагрузки. Низкотемпературные свойства битума характеризуются температурой хрупкости по Фраасу.

Растворимость битума характеризуется расстоянием, на которое его можно вытянуть в нить до разрыва. Этот показатель косвенно характеризует прилипаемость битума к поверхности каменного материала.

Интервал пластичности (Тр - Тхр) характеризует температурный интервал эксплуатации битума. Его величину и связь ИП выражают формулой:

(Тр-Тхр)=7*(10-ИП).

По температуре размягчения Тр и ИП можно найти температуру хрупкости Тхр.

Битумы с широким интервалом пластичности обладают более высокой деформационной способностью, стойкостью к образованию трещин при низких температурах и устойчивости против сдвига при повышенных температурах (50°С). С увеличением интервала пластичности повышаются и адгезионные свойства битумов, что объясняется значительным содержанием в них ароматических содержаний и смол.

Адгезия - битума и поверхности каменных материалов характеризуется поверхностным натяжением на границе их раздела и представляет собой работу, затрагиваемую на отделение битума от каменного материала. Объясняется образованием двойного электрического поля на поверхности раздела пленки битума и каменного материала. Повышение молекулярного веса асфальтенов и мальтенов способствует водоустойчивости асфальтобетона. Для улучшения адгезионных свойств битума в его состав вводят поверхностно - активные вещества ПАВ. Молекула ПАВ состоит из двух частей неполярного углеводородного радикала и полярной функциональной группы.

Индекс пенетрации показывает зависимость величины пенетрации и температуру размягчения. Если выше индекс пенетрации битумов, тем меньше тепловая чувствительность вязкости, то есть больше теплоустойчивость битума. Однако структура таких битумов в большей степени чем у других битумов подвержена процессам старения.

Классификация и область применения:

Вязкие битумы: БНД (битумы нефтяные дорожные) и БН (битумы нефтяные). БНД: бывают-40/60, 60/90, 90/130, 130/200, 200/300. БН: бывают-60/90, 90/130, 130/200, 20/300.

Цифры дроби в обозначении марки указывают на допустимые для марки пределы пенетрации при t=25°C, косвенно характеризующие вязкость битума.

Вычислить полные и частные остатки на ситах, % и полные проходы, для щебня установить соответствии d; 0,5 (Д+d);Д; 1,25Д требованиям стандартов.

Остатки на ситах для щебня:

d- наименьший диаметр фракции щебня

Д- набольший диаметр фракции щебня

d- равен 5,

-Д-равен 20.

0,5*(20+5)=12,5

1,25*Д=1,25*20=25

Расчет минеральной части асфальтобетона.

Подбор состава минеральной части начинают с установления нормативных предел содержания фракций крупности 5 мм и менее 0,071 мм.

Выбор оптимального варианта состава МЧ осуществляют в следующем порядке: производят расчет зернового состава каждого варианта МЧ (см.таблица). Для этого:

- выражают зерновые составы компонентов (щебня, песка, минерального порошка) в виде полного остатка на ситах.

- умножают полные остатки каждого компонента на его содержание в смеси,выраженное в долях единицы массы.

складывают полученные полные остатки всех компонентов на каждом сите.

сопоставляют полученные зерновые составы каждого варианта с требуемыми пределами содержания фракции и наносят графическое изображение кривых зернового состава на графики соответствующих предельных кривых (см.график предельных кривых).

Анализируя полученные результаты, отбрасывают те варианты состава, которые не укладываются в область, ограниченную данными предельными кривыми.



Расчет оптимального содержания битума.

Содержание битума в асфальтобетоне выражается в процентах % от массы минеральной части, т.е. сверх 100% МЧ.

Оптимальное содержание битума определяют в следующем порядке:

Готовят пробную асфальтобетонную смесь (АБС) выбранного зернового состава с заведомо пониженным содержанием битума в расчете на изготовление трех образцов содержание битума, % по массе для АБ вида и типа А 4,5-6,0%.

Из приготовленной смеси формируют три образца в соответствии с требованиями стандарта и гидростатическим взвешиванием определяют их фактическую среднюю плотность ртрсаб, кг/м3.

Насыпную плотность МЧ в образцах рнмч, кг/м3.рнмч = ртрсаб*(100/100+Б), где

Б - содержание битума, % массы МЧ.

Среднюю плотность МЧ ртмч, кг/м3 вычисляют по формуле:

ртмч =1000/(Щ/ртщ+П/ ртп+ МП/рмп), где Щ, П, МП - содержание соответственно щебня, песка и минерального порошка, % массы МЧ.

Ртщ, ртп - средняя плотность зерен щебня и песка, кг.

Рмп - истинная плотность минерального порошка, кг/м3. Межзерновую пустотность минеральной части в образцах Рмч, объема вычисляют:

Рмч=(1-рнмч/ртмч)*100.

Исходя из межзерновой пустотности минеральной части и заданной расчетнойостаточной пористости асфальтобетона Пср, % объема, рассчитываютсодержание битума Б, % массы по формуле:

Б=(Пмч-Пор)*рб/рнмч,где

рб- истинная плотность битума, кг/м3.

Снова готовят асфальтобетонную смесь в расчете на формование трех образцов.Расчет минеральной части принимают, как в предыдущем расчете, битума всоответствии с формулой указанной выше. Далее повторяют действия, указанныев пп 2,3. Кроме того определяют:

- расчетную среднюю плотность асфальтобетона ртраб, кг/м3:

ртраб =(100+Б)/( Щ/ртщ+П/ртп+ МП/рмп+Б/ рб)

- фактическую остаточную пористость асфальтобетона П0ф, % объема:

П0ф =(1- ртраб.ф /рта6)*100

Если значения Рмч при первом расчетном содержании битума не изменилось, а значение Рт и П0Ф соответствуют требованиям технического задания иГОСТ9128-97, то готовят такую же асфальтобетонную смесь в количестве,достаточном для 15 образцов, формируют образцы и проводят все контрольныеиспытания по полному перечню показателей свойств.

Если же значения Рмч стало меньше, то делают расчет по формуле Б=(ПМЧ-Пор)*рб/рнмч, при новом значении Рмч и повторяют действия, указанные в пп2,3,5.

Цель проектирования состава асфальтобетона считается достигнутой, если пустотность минеральной части и остаточная пористость находятся в требуемыхпределах, а остальные показатели свойств асфальтобетона соответствуют требованиям ГОСТ 9128-97.

Определение основных свойств полученного асфальтобетона.

К основным свойствам асфальтобетона относят физико-механические свойства. Их определяют на цилиндрических образцах, полученных в лабораторных формах. Формы представляют собой полые стальные цилиндры, размеры которых приведена ниже.

D	Размеры, мм	Площадь образца, см2	Мах. размер минерального материала
	H	h1	h2	?
50.5	130	80	50	10	20	5
71.4	160	100	60	12	40	10; 15; 20
101	180	110	70	12	80	40

При уплотнении в них смесей должно быть обеспечено двустороннее приложении нагрузки, что достигается передачей давления на уплотняемую смесь через два вкладыша, свободно передвигающихся по форме навстречу друг другу.

Вырубки или керны нагревают на песчаной бане или в термостате до температуры указанной в ГОСТ 12801-99, холодные смеси уплотняют без нагревания.

При приготовлении образцов из горячих смесей формы и вкладыши нагревают до температуры 90-100°С. При приготовлении образцов из холодных смесей формы не нагревают.

Для опытного образца форму наполняют через металлическую трубку ориентировочным количеством смеси.

Представить таблицу по физико-механическим свойствам полученного асфальтобетона.

1. Определение средней плотности асфальтобетона.

Среднюю плотность асфальтобетона определяют гидростатическим взвешиванием лабораторных образцов или вырубок (кернов) из покрытия.

Три образца, изготовленные по стандартному методу, тщательно обтирают тканью и очищают от налипших частиц смеси. Образцы взвешивают с точностью 0,01 г на воздухе, затем погружают на 30 мин.в сосуд с водой, имеющей температуру 20±2°С, после этого образцы взвешивают в воде, температура которой должна быть 20±2°С, вытирают и вторично взвешивают на воздухе. Среднюю плотность образцов рта вычисляют с точностью до 0,01 г/см3:

pma=qo*pв/q1-q2, где

qo - масса образца, взвешенного на воздухе, г

рв - истинная плотность воды, равная 1 г/см3

q1 - масса образца, выдержанного в воде в течении З0 минут, а затем взвешенного в

воздухе, г

q2 - масса того же образца, взвешенного в воде, г

За среднюю плотность принимают округленное до 0,01 г/см3 среднее арифметическое результатов определений плотности трех образцов, расхождение между результатами параллельных определений которых не превышает 0,03 г/см3.

2. Определение пористости остова (минеральной части) асфальтобетона.Пористость остова асфальтобетона определяют на основании предварительноустановленных средней плотности и истинной плотности минеральной части.Объемную долю пористости минеральной части асфальтобетона Упор0 вычисляютс точностью 0,1%:

Упоро=(1-рто/ро)*100,где

рто- средняя плотность остова асфальтобетона, г/см3

ро - истинная плотность остова асфальтобетона, г/см3

Определение остаточной пористости асфальтобетона.

Остаточную пористость лабораторных образцов или образцов асфальтобетона из покрытия определяют расчетом на основании предварительно установленных истинной плотности и средней плотностью.

Объемную долю остаточной пористости Упор вычисляют с точностью 0,1%:

Упор=(1-рта*ра)*100, где

рта - средняя плотность асфальтобетона, г/см3

ра - истинная плотность асфальтобетона, г/см3

Определение водонасыщения и набухания асфальтобетона.

За величину водонасыщения образцов принимают количество воды, поглощенное образцом при заданном режиме насыщения. Водонасыщение определяют на образцах - вырубках (кернах) из покрытия (основания). Водонасыщение определяют на образцах, ранее использованных для определения средней плотности.

Образцы асфальтобетона помещают в сосуд с водой, температура которой 20±2°С. Уровень воды над образцами должен быть не менее 3 см. Сосуд с образцами устанавливают под стеклянный колпак вакуум - прибора, где создают и поддерживают остаточное давление 2000 Па в течении 1 ч З0 минут при испытании образцов из горячих смесей, 30 минут - при испытании образцов из холодных смесей, затем давление доводят до атмосферного и образцы выдерживают в том же сосуде с водой при температуре 20±2°С. Время выдерживания в воде образцов из горячих смесей - 30 минут.

После этого образцы извлекают из воды, вытирают мягкой тканью и взвешивают с погрешностью 0,01 г на воздухе и в воде. Увеличение массы образца соответствует количеству поглощаемой образцом воды. Приращение массы образца, отнесенное к первоначальному объему образца, составляет его водонасыщение по объему. Водонасыщение образца We %:

W=(q3-qo/q1-q2)*100, где

q3- масса насыщенного водой образца, взвешенного в воздухе, г

qo - масса сухого (не насыщенного водой) образца, взвешенногО'на воздухе, г

q1 - масса образца, выдержанного в течении 30 минут в воде и взвешенного на воздухе, г

q 2 - масса того же образца, взвешенного в воде, г.

Набухание определяют как приращение объема образца из асфальтобетона после насыщения его водой. Для определения набухания используют данные, полученные при определении плотности. Набухание образца Н в %:

H=(q4-q3)- (q1-q2)/(q1-q2)*100, где

q1- масса сухого образца, выдержанного в течении 30 минут в воде и взвешенного в воздухе, г

q2- масса того же образца, взвешенного в воде, г

q3- масса насыщенного образца водой, взвешенного на воздухе, г

q4- масса того же образца, взвешенного в воде, г

Набухание определяют с точностью 0,1% как среднее арифметическое значение трех определений. Расхождение между наибольшим и наименьшим результатами определения не должно превышать 0,2% (по абсолютной величине набухания).

Контроль качества покрытия из асфальтобетона, отбор кернов, определение коэффициента уплотнения.

1. Отбор проб из конструктивных слоев дорожной одежды производят в виде вырубокпрямоугольной формы или высверленных цилиндрических кернов.

Участок покрытия, намеченный для отбора проб, должен быть не более 0,5 м от края покрытия или от оси дороги и иметь размер не более 0,5*0,5 м.

Вырубку производят пневмомолотком, а цилиндрические керны высверливают на всю толщину покрытия (верхний и нижний слой вместе) с помощью прицепной или самоходной буровой установки и разделяют слои в лаборатории. Размеры вырубок и количество высверливаемых кернов устанавливают по максимальному размеру зерен.

Диаметр кернов D должен быть: при отборе проб из песчаного асфальтобетона не менее 50 мм, из мелкозернистого - не менее 70 мм и из крупнозернистого - не менее 100 мм.

При отборе кернов с помощью буровой установки последнюю подводят к намеченному участку покрытия, закрепляют коронку и запускают двигатель; после этого коронку отпускают на поверхность покрытия и начинают бурение. Для охлаждения коронки и покрытия к месту бурения (под коронку) непрерывно подают воду. Процесс бурения обеспечивают постепенным заглублением буровой коронки в покрытие. После окончания бурения установку отводят в сторону, высверленный керн извлекают из покрытия специальными инструментами (щипцами).

Для определения средней плотности, водонасыщения, набухания и коэффициента уплотнения смесей в конструктивных соях дорожных одежд из вырубки вырубают три образца с ненарушенной структурой. Образец должен быть без трещин и иметь форму, приближенную к кубу или прямоугольному параллелепипеду со сторонами 5-10 см. Образцы - керны испытывают целиком. Перед испытанием образцы высушивают до постоянной массы в вакуум - сушильном шкафу при температуре 30-50°С (в зависимости от вязкости применяемого вяжущего). Оставшаяся часть вырубки и оставшиеся керны исследуют для изготовления образцов.

Контроль качества асфальтобетона в покрытии и основании может быть осуществлен неразрушающими методами. Вакуумный и радиационный методы применяют при контроле прочности и плотности асфальтобетона.

Определение коэффициента уплотнения асфальтобетона в покрытиях и основаниях.

Коэффициент уплотнения асфальтобетона в покрытии Ку вычисляют как отношение средней плотности образцов, переформованных из тех же кернов или вырубок:

Ку=рта/ рта 1 где

рта - средняя плотность образцов из покрытия, г/см3

рта1 - средняя плотность переформованных образцов, г/см3

за коэффициент уплотнения принимают среднее арифметическое результатов определения коэффициента для тех образцов, расхождение между результатами определений которых не превышает 0,02.

Размещено на Allbest.ru