Проектирование состава асфальтобетона

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1''Выбор вида, типа и марки асфальтобетона''

ГЛАВА 2 ''Оценка качества исходных материалов''

2.1 Щебень

2.2 Песок

2.3 Минеральный порошок

2.4 Битум

ГЛАВА 3 ''Расчёт состава минеральной части а/б''

3.1 Расчёт по кривым плотных смесей

3.2 Графический метод

ГЛАВА 4 ''Выбор оптимального содержания битума''

ГЛАВА 5 ''Технология приготовления асфальтобетона''

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Дорожная одежда состоит из подстилающего слоя, основания и слоев покрытия. Оно воспринимает давления от подвижных нагрузок и распределяет их по земляному полотну. Так как наибольшее давление возникает на поверхности и уменьшается по глубине, дороге необходима прочная одежда, что в свою очередь требует качественных материалов, уплотненных до высокой плотности.

Дороги с твердым покрытием имеют асфальтобетонную или цементобетонную поверхность, которая сочетает грузонесущие свойства с соответствующим показателям сопротивления скольжению и износу, непроницаемости и долговечности.

Цель данной курсовой работы: выполнить проектирование состава асфальтобетона для устройства верхнего слоя покрытия автомобильной дороги находящейся во II-ой дорожно-климатической зоне III категории дороги.

Асфальтобетоном называют материал, который получают после уплотнения асфальтобетонной смеси, приготовленной в смесителях в нагретом состоянии щебня или гравия, песка, минерального порошка и битума в рационально подобранных соотношениях. Если вместо битума применяют дёготь или полимер, то соответственно материал называют дёгтебетон или полимербетон.

Асфальтобетонные смеси являются основным видом битумоминеральных смесей. Существует большое количество смесей, которые различаются по крупности и количеству щебня, содержанию природного или дроблёного песка, количеству минерального порошка, вязкости битума. В результате получают смеси с различной структурой, которая и обеспечивает сопротивление покрытий эксплуатационным воздействиям. Смеси с большим содержанием щебня имеют скелет из каменных частиц, который воспринимает основную механическую нагрузку. Смеси, состоящие из минерального порошка, песка и битума, представляют собой асфальтовый раствор, их механические свойства определяются главным образом вязкостью битума. Чем меньше в смеси скелетообразующих частиц, тем выше должна быть вязкость битума.

95% автомобильных дорог строятся с асфальтобетонным покрытием, так как имеет ряд преимуществ над другими покрытиями. Главное отличие асфальтобетона от бетонов на минеральных вяжущих заключается в его термопластичности, т.е. размягчении и снижении прочности до 0,8-1,0 МПа в жаркие летние дни, когда температура покрытия поднимается до +50°С, и повышении твёрдости и прочности до 10,0-15,0 МПа при отрицательной температуре в зимнее время года.

Гранулометрический состав асфальтобетонной смеси определяет содержание пор в минеральной части асфальтобетона, которое в свою очередь определяет количество битума в смеси и взаимосвязано с остаточной пористостью. Оптимальная остаточная пористость взаимосвязана с вязкостью связующего вещества и комплексом эксплуатационных факторов – транспортных, атмосферных, климатических. Например, при маловязком разжиженном битуме необходима высокая пористость асфальтобетона, обеспечивающая быстрое испарение лёгких фракций из битума и как следствие повышение сопротивления эксплуатационным факторам.

Комплекс эксплуатационных факторов влияет также на выбор марки битума. В холодном климате надо применять битум с меньшей вязкостью, чем жарком. Тяжелое движение транспортных средств диктует применение высоковязкого битума.

I
«ВЫБОР ВИДА, ТИПА И МАРКИ АСФАЛЬТОБЕТОНА»

Выбор вида, типа и марки асфальтобетона необходимо выполнять в соответствии с требованиями ГОСТ 9128 – 97

Основные параметры и показатели:

1. В зависимости от вида минеральной составляющей подразделяют на щебеночные, грав
ийные и песчаные.

2.Смеси в зависимости от вязкости используемого битума и температуры при
укладке подразделяют на:

- горячие, приготавливаемые с использованием вязких и жидких нефтяных д
орожных битумов и укладываемые с температурой не менее 120 °С;

- холодные, приготавливаемые с использованием жидких нефтяных дорожных битумов и уклад
ываемые с температурой не менее 5 °С.

3. Горячие и холодные смеси-асфальтобетоны

а) Горяч
ие смеси и асфальтобетоны в зависимости от наибольшего размера минеральных зерен подразделяют на:

крупноз
ернистые с размером зерен до 40 мм;

мелк
озернистые »
»
»
до 20 мм;

песчаные
»
»
»
до 5 мм.

Асфальтобетоны из горячих смесей в зависимости от величины остаточной пористости подразделяют на виды:

высокоплотные с остаточной пористостью от 1,0 до 2,5 %;

плотные » » » св. 2,5 до 5,0 %;

пористые » » » св. 5,0 до 10,0 %;

высокопористые » » » св. 10,0 до 18,0 %.

б) Холодные смеси под
разделяют на мелкозернистые и песчаные.

Асфальтобетоны из горячих смесей в зависимости от величины остаточной пористости подразделяют на виды:

высокоплотные с остаточной пористостью от 1,0 до 2,5 %;

плотные »
»
»
св. 2,5 до 5,0 %;

пористые »
»
»
св. 5,0 до 10,0 %;

высокопористые » »
»
св. 10
,0 до 18,0 %.

Асфальтобетоны из холодных смесей должны иметь остаточную пористость свыше 6,0 до 10,0 %.

4. Щебеночные и гравий
ные горячие сме
си и плотные асфальтобетоны в зависимости от содержания в них щ
ебня (гравия) подразделяют на типы:

А с содержанием щебня св. 50 до 60 %;

Б » »
»
св. 40 до 50 %;

В » »
»
св. 30 до 40 %.

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

Горячие и холодные песчаные смеси и соотв
етствующие им асфальтобетоны в зависимости от вида песка подразде
ляют на типы:

Г
и Гх
- на песках из 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 последних менее 70 % по массе.

Высокоплотные горячие смеси и соответствующие им асфальтобетоны содержат щебень свыше 50 до 70 % Горячие и холодные песчаные смеси и соответствующие им асфальтобетоны в зависимости от вида песка подразделяют на типы:

Г и Гх - на песках из 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 последних менее 70 % по массе.

Высокоплотные горячие смеси и соответствующие им асфальтобетоны содержат щебень свыше 50 до 70 %.

Проектирование асфальтобетона:

Анализ условий работы проектируемого асфальтобетона в конструкции (транспортные нагрузки, максимальные уклоны, геолого-климатические условия);

Выбор способа производства работ в зависимости от погодно-климатических условий и района строительства;

Выбор исходных материалов;

Расчёт состава асфальтобетона:

а) расчёт состава минеральной части по кривым плотных смесей:

цель - получить минеральный состав с минимальным количеством пустот.

Составы могут быть непрерывные и прерывистые.

б) определение оптимального количества битума:

определяем опытным путём:

· готовят смеси с разным количеством битума

щебень и песок нагревают до 150 - 170°С,

битум до 130 - 150°С,

смесь до 140 - 160°С.

· уплотняют при давлении 40 МПа.

Приготовление и испытание контрольной смеси:

определяют физико-механические показатели и сравнивают с требованием ГОСТ.

Технические требования к дорожному асфальтобетону из горячих, плотных смесей:

В зависимости от качественных показателей а/б разделяют на три сорта (марки):

Предел прочности при сжатии:

· при 20°С Þ R20, МПа

· при 50°С Þ R50, Мпа - характеризует здвигоустойчивость

· при 0°С Þ R0, Мпа - характеризует хрупкость;

1. Коэффициент водостойкости:

Кв = Rв/R20, где Rв - предел прочности водонасыщенного образца;

2. Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении:

Квд = Rвд, где Rвд - прочность образца после насыщения, в течение 15суток;

4. Водонасыщение по объёму, % [1 ¸ 4]%;

5 Пористость минерального остова:

· для типов А и Б не более 19%

· для типов В, Г, Д не более 22%

1. Остаточная пористость, % по объёму [2 ¸ 5]% - для плотных а/б.

Этапы формирования структуры асфальтобетона:

1. Период активного структурообразования протекает в момент объединения битума с минеральным материалом.

2. Сближение структурных элементов смеси при её укладке и уплотнения.

3. Период стабилизации микроструктурных связей в асфальтобетоне при эксплуатации покрытия.

Повышение вязкости битума при охлаждении.

Повышение вязкости битума за счёт улетучивания лёгкого углеводорода, за счёт стабилизации ориентированных молекул битума или при появлении новообразования в зоне контакта.

Доуплотнение под действием транспорта.

На стадии разработки проекта автомобильной дороги выбирают асфальтобетон определенной разновидности, конкретно для каждого конструктивного слоя дорожной одежды.

В верхних слоях покрытий на дорогах всех категорий используют только плотный асфальтобетон.

Нижние слои покрытий на дорогах I – II категорий устраивают из пористого асфальтобетона, а на дорогах III – IV категорий – из высокопористого асфальтобетона.

В верхних слоях оснований можно использовать как пористый, так и высокопористый асфальтобетоны.

При стадийном строительстве нижний слой покрытий устраивают, как правило, из плотного крупнозернистого асфальтобетона.

Вид и тип плотного асфальтобетона для верхних слоев покрытий назначают в зависимости от категории дороги и климатических условий района строительства.

В районах I, II и частично III дорожно-климатических зон, характеризующихся холодным и влажным климатом, для устройства верхних слоев покрытий целесообразно использовать смеси типа Б с содержанием щебня или гравия 40 – 50 %, а также типов В, Г и Д, в которых формируется замкнутая поровая структура, препятствующая прониканию воды в покрытие. При этом в районах II дорожно-климатической зоны рекомендуется применять асфальтобетоны с остаточной пористостью не более 5% объема.

Для второй дорожно-климатической зоны (ГОСТ 9128-97):

Таблица 1

Наименование показателя	Результаты испытаний	Требования ГОСТ 9128-97 для типа Б марки II
Марка щебня по прочности истираемости морозостойкости Содержание зёрен пластинчатой и игловатой формы, %	1000 И II F100 14,89	Не ниже 800 Не ниже И II Не ниже F50 Не более 25

При строительстве верхнего слоя покрытий на дорогах третьей категории можно использовать горячие смеси типов А, Б, В, Г и Д II марки, а также холодные асфальтобетонные смеси типов Бх
,Вх
,Гх
марки I.

В соответствии с требованиями нормативных документов и данными задания для проектирования асфальтобетонной смеси мною выбран асфальтобетон типа Б из горячих смесей марки II, потому что:

· результаты испытаний удовлетворяют требованиям ГОСТ 9128 - 97

· из практических соображений, для второй климатической зоны с её холодным климатом очень важно. Он обладает достаточно высокой сопротивляемостью механическим и атмосферным факторам, поэтому его применяют для устройства верхнего слоя двухслойных покрытий и при интенсивном движении

· по сравнению с типом Б, тип А является многощебенистым а/б, а т.к. щебень дороже песка, тип А менее экономичен. Тип Б проще запроектировать, т.к. тип А более требователен к процентному содержанию частиц на ситах.

ГЛАВА 2 «ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ»

2.1 Крупный заполнитель(щебень):

Для приготовления щебня используют прочные морозостойкие магматические, метаморфические и осадочные горные породы, а также прочные и морозостойкие медленноохлаждённые металлургические шлаки.

Прочность при сжатии горных пород должна быть не менее 100…120 МПа, а осадочных карбонатных пород металлургических шлаков - не менее 80…100 МПа.

Показатель прочности при износе в полочном барабане для щебня из горных пород не более25…35%, а для шлаков - не более 35%. Марки по износу бывают: И 1, И2, И3, И4.

Щебень для асфальтобетонных смесей должен быть чистым, (по ГОСТ 8267 п.4.71 таблица 9) не допускается содержание глинистых и пылеватых частиц свыше 1%.(т.к в соответствии с ГОСТ 25100 щебень гранитный является магматической породой ) Форма зёрен щебня должна быть приближена к тетраэдальной и кубовидной, а поверхность к - шероховатой, что повышает внутреннее трение и прилипание вяжущего. Содержан
ие
зерен пластинчатой (лещадной)
и игловатой формы в ще
бне и гравии должно быть, % по массе, не более:

15 - для смесе
й типа А и высокоплотных;

25 - для смесе
й типов Б, Бх;

35 - для смесей типов В, Вх.

Щебень для а/б смесей должен выдерживать без разрушения не менее 50 циклов переменного замораживания и оттаивания, а для нижнего слоя покрытия - не менее 25 циклов. Отсюда марки морозостойкости: F20, F25, F50.

Исходные данные:

· Щебень гранитный

- плотность - 2,7г/см³

- марка по прочности при раздавливании в цилиндре - 1000

- марка по износу в полочном барабане – ИII

- марка по морозостойкости –F100

- зерновой состав:

Таблица 2

Наименование показателя	Диаметры отверстий сит, мм
	20	15	10	5	<5
Полный остаток,%	6	9	57	98	100
Полный просев,%	94	91	43	2	0

- содержание зёрен пластинчатой и игловатой формы, %

фр. 5 - 10 мм – 16%

фр. 10 - 20 мм – 14%

Содержание зёрен пластинчатой и игловатой формы = (16*41+14*51)/(41+51)=14,89%(<25%)

Вывод: по всем указанным выше показателям щебень известняковый можно применить для проектирования горячей асфальтобетонной смеси типа Б, марки II.

2.2 Мелкий заполнитель (песок):

Для приготовления асфальтобетонных смесей применяют природные и дроблёные пески, и отсевы продуктов дробления горных пород и гравия. Песок должен быть чистым и содержать пылевато-глинистых частиц не более 3% по массе.

Природный песок - неорганический сыпучий материал с крупностью до 5 мм, образовавшийся в результате естественного разрушения скальных горных пород и получаемый при разработке песчаных и песчано-гравийных месторождений без использования специального обогатительного оборудования.

Дроблёный песок получают дроблением скальных пород или кристаллических металлургических шлаков. В зависимости от прочности исходной горной породы дроблёный песок делят на две марки: 800 и 400. Для первой из них применяют горные породы с прочностью при сжатии не ниже 80 МПа, а второй - не ниже 40 МПа.

Песок из отсевов дробления - неорганический сыпучий материал с крупностью до 5 мм, получаемый из отсевов дробления горных пород при производстве щебня и из отходов обогащения руд черных и цветных металлов и металлических ископаемых и других отраслях промышленности.

Гранулометрический состав песка должен обеспечивать получение смеси с другими минеральными материалами с наибольшей плотностью. Из этих соображений для приготовления асфальтобетона применяют крупно и среднезернистые пески.

Исходные данные:

· Песок кварцевый

- плотность - 2,62 г/см³

- содержание загрязняющих примесей – 1,5 %

- зерновой состав:

Таблица 3

Наименование показателя	Диаметры отверстий сит, мм
	5	2.5	1.25	0.63	0.315	0.16	<0.16
Полные остатки,%	0	20	40	60	85	98	100
Полные просевы,%	100	80	60	64	28	8	0

модуль крупности песка (Мк
) без зерен размером крупнее 5 мм по формуле

где А2,5
, А1,25
, А063
, А0315
, А016
- полные остатки на сите с круглыми отверстиями диаметром 2,5 мм и на ситах с сетками № 1,25; 063; 0315, 016, %.

Мк=(20+40+60+85+98)/100=3,0

Вывод: группа песка по модулю крупности - песок крупный II класса(в соответствие с ГОСТ 8736-93 Песок для строительных дорог. ТУ). В этом случае когда иметься крупный или средний песок минеральный остов асфальтобетонной смеси подбирают по принципу непрерывной гранулометрии. По содержанию пылеватых и глинистых частиц песок соответствует требованиям ГОСТ и пригоден для приготовления асфальтобетона.

2.3 Минеральный порошок:

Минеральный порошок получают помолом известняков, доломитов и других карбонатных пород с прочностью не менее 20МПа и содержанием загрязняющих и глинистых примесей не более 5%.

В ряде случаев, в качестве минерального порошка применяют порошкообразные отходы промышленности – пыль уноса цементных заводов, золы ТЭЦ.

Минеральный порошок повышает прочность асфальтобетона, но увеличивает его хрупкость, поэтому содержание минерального порошка в смеси должно быть минимальным, достаточным лишь для придания а/б нормативной прочности и плотности.

Функции минерального порошка:

- заполняет пустоты песчано-щебёночного каркаса и повышает плотность минеральной части;

- превращает нефтяной битум в асфальтовое вяжущее.

Для минеральных порошков существует ГОСТ 52129 – 2003 «Порошки», по которому классифицируют минеральные порошки:

МП – 1 – порошки из карбонатных пород не активированные и активизированные, и из битуменозных пород;

МП – 2 – порошки из некарбонатных пород, твёрдых и порошкообразных пород промышленного производства.

Технические требования:

· Тонкость помола должна быть такой, чтобы при мокром рассеве проходила через сито 1,25 – 100%;

0,315 – 90 ¸ 95%;

0,071 – 70¸80%;

· Пористость не более 35%;

· Набухание образцов из смеси порошка с битумом не более 2,5%;

· Влажность не более 1%.

Эти требования только для МП – 1.

Исходные данные:

· Минеральный порошок известняковый

- пористость – 25%

- плотность – 2.6 г/см³

- влажность – 0,5 %

- зерновой состав:

Таблица 4

Наименование показателя	Диаметры отверстий сит, мм
	1.25	0.63	0.315	0.16	0.071	<0.071
Полные остатки,%	0	4	7	19	25	100
Полный просев,%	100	96	93	81	75	0

Таблица 5

Наименование показателя	Результаты испытаний	Требования ГОСТ Р 52129-2003 для марки МП-1
Пористость, % Плотность, г/см3 Влажность, % Зерновой состав: мельче 1,25 мм -//- 0,315 мм -//- 0,071 мм	25 2,6 0,8 100 93 75	35 - Не более 1,0 Не менее 100 Не менее 90 От 70 до 80

Вывод: минеральный порошок по показателям физико-механических свойств соответствует ГОСТ Р 52129-2003 и пригоден для приготовления асфальтобетона.

2.4 Битум:

Битумы – это органические вяжущие вещества, состоящие из высоко молекулярных углеводородов: нафтенового, метанового и ароматического, а так же кислородных, сернистых и азотистых производных.

Групповой состав битума:

1. Масла – молекулярная масса 300 – 500 а. е., r < 1, содержание в битуме 40 – 60%.

2. Смолы – молекулярная масса 500 – 1000 а. е., r » 1, содержание в битуме 20-40%.

3. Асфальтены - молекулярная масса 1000 – 5000 а. е., r > 1, содержание в битуме 10-25%.

4. Карбены, карбоиды не растворимые в бензоле.

5 .Асфальтогеновые кислоты - r > 1, их содержание определяет интенсивность прилипания вяжущих к каменным материалам,

6 . Парафины – ухудшают свойства битума, придавая ему хрупкость.

Для приготовления асфальтобетонных смесей применяют нефтяные дорожные вязкие и нефтяные дорожные жидкие битумы. Для горячих и теплых асфальтобетонных смесей I и II марок следует применять только битумы марок БНД, а для горячих и теплых асфальтобетонных смесей III и IV марок, а также для асфальтобетонных смесей, предназначенных для устройства оснований и нижних слоев покрытий, наряду с битумами марок БНД допускается также применение марок БН соответствующей вязкости.

Битумы марок БНД характеризуются более широким температурным интервалом пластичности и более высокой теплостойкостью по сравнению с битумами марок БН, обладают лучшими низкотемпературными свойствами и сцеплением с поверхностью минеральных материалов, но менее устойчивы к старению.

Марку вязкого битума, а также 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. Марку определяют по следующим показателям:

- глубина проникания иглы (при 00
С, при 250
С);

- температура размягчения по кольцу и шару, 0
С;

- растяжимость , см. (при 00
С, при 250
С);

- температура хрупкости, 0
С;

- температура вспышки, 0
С;

- индекс пенетрации;

- содержание водорастворимых соединений, %;

- изменение температуры размягчения после прогрева, 0
С.

Вывод: В соответствии с выбранным видом асфальтобетона (горячий плотный а/б марки II, типа Б), II дорожно-климатической зоной, III категорией дороги, пользуясь таблицей «Рекомендуемая область применения различных асфальтобетонов для верхнего слоя дорожного покрытия с учетом категории дороги и климатических условий» был выбран вязкий битум марки БНД 90/130.

ГЛАВА 3. « РАСЧЁТ СОСТАВА МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ»

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 состава.

Расчёт состава минеральной части асфальтобетона может осуществляться несколькими методами: по кривым плотных смесей (табличный или аналитический), графическим, графоаналитическим с использованием ЭВМ. Независимо от выбранного способа расчёта состава асфальтобетонных смесей, основным показателем правильности расчёта минеральной части является получение смеси с минимумом пустот.

Достоинства метода: он более точен, позволяет наглядно убедится в правильном подборе минеральной части по графическому изображению плавной кривой, лежащей в границах ГОСТа.

Недостатки метода: зачастую приходится несколько раз выполнять расчет, потому что процентное соотношение, проходящее по требованиям для мелких фракций, не проходит для более крупных.

3.1 Расчёт по кривым плотных смесей

Расчет 1:

Таблица 6

Минеральный материал	Содержание минерального материала,%, мельче данного размера,мм
	20	15	10	5	2,5	1,25	0.63	0,315	0,16	0,071
	Исходные минеральные материалы
Щебень	94	91	43	2	0	0	0	0	0	0
Песок кварцевый	100	100	100	100	80	60	40	15	2	0
Минер.порошок	100	100	100	100	100	100	96	93	81	75
	Расчётные данные

Щебень 46%	43.2	41.9	19.8	0.9	0	0	0	0	0	0
Песок кварцевый 46%	46	46	46	46	36.8	27.6	18.4	6.9	0.9	0
Минеральный порошок 8%	8	8	8	8	8	8	7,7	7.4	6.5	6
Итого	97.2	95.9	73,8	54,9	44.8	35.6	26.1	14.3	7.4	6
Требования ГОСТ 9128-97, тип Б, непрерыв.	90-100	75-100	62-100	50-60	38-48	28-37	20-28	14-22	10-16	6-12

Так как, содержание минерального материала на ситах с размером ячеек 0,16мм не соответствует требованиям ГОСТ 9128-97 для типа Б непрерывной гранулометрии необходимо увеличить содержание песка за счет уменьшения щебня.

Расчет 2:

Таблица 7

Минеральный материал	Содержание минерального материала,%, мельче данного размера,мм
	20	15	10	5	2,5	1,25	0.63	0,315	0,16	0,071
	Исходные минеральные материалы
Щебень	94	91	43	2	0	0	0	0	0	0
Песок кварцевый	100	100	100	100	80	60	40	15	2	0
Минер.порошок	100	100	100	100	100	100	96	93	81	75
	Расчётные данные
Щебень 39%	52,6	51	24,1	1,1	0	0	0	0	0	0
Песок кварцевый 52%	39	39	39	39	31,2	23,4	15,6	5,9	0,8	0
Минеральный порошок9%	5	5	5	5	5	8	7,7	7.4	6.5	6
Итого	97.2	95.9	73,8	54,9	44.8	35.6	26.1	14.3	7.4	6
Требования ГОСТ 9128-97, тип Б, непрерыв.	90-100	75-100	62-100	50-60	38-48	28-37	20-28	14-22	10-16	6-12

Для непрерывной грануметрии данные составы минеральных материалов не соответствуют требованиям ГОСТ 9128-97 тип Б, поэтому принимаем первый расчет для прерывистого зернового состава минеральной части.

Расчет 3:

Таблица 8

Минеральный материал	Содержание минерального материала,%, мельче данного размера,мм
	20	15	10	5	2,5	1,25	0.63	0,315	0,16	0,071
	Исходные минеральные материалы
Щебень	94	91	43	2	0	0	0	0	0	0
Песок кварцевый	100	100	100	100	80	60	40	15	2	0
Минер.порошок	100	100	100	100	100	100	96	93	81	75
	Расчётные данные
Щебень 46%	43.2	41.9	19.8	0.9	0	0	0	0	0	0
Песок кварцевый 46%	46	46	46	46	36.8	27.6	18.4	6.9	0.9	0
Минеральный порошок 8%	8	8	8	8	8	8	7,7	7.4	6.5	6
Итого	97.2	95.9	73,8	54,9	44.8	35.6	26.1	14.3	7.4	6
Требования ГОСТ 9128-97, тип Б, прерыв.	90-100	80-100	70-77	50-60	38-60	28-60	20-60	14-34	10-20	6-12

Так как, содержание минерального материала на ситах с размером ячеек 0,16мм не соответствует требованиям ГОСТ 9128-97 для типа Б прерывной гранулометрии необходимо увеличить содержания минерального порошка за счет уменьшения щебня.

Расчет 4:

Таблица 9

Минеральный материал	Содержание минерального материала,%, мельче данного размера,мм
	20	15	10	5	2,5	1,25	0.63	0,315	0,16	0,071
	Исходные минеральные материалы
Щебень	94	91	43	2	0	0	0	0	0	0
Песок кварцевый	100	100	100	100	80	60	40	15	2	0
Минер.порошок	100	100	100	100	100	100	96	93	81	75
	Расчётные данные
Щебень 43%	40	39	18	1	0	0	0	0	0	0
Песок кварцевый 46%	46	46	46	46	37	28	18	7	1	0
Минеральный порошок 11%	11	11	11	11	11	11	11	10	9	8
Итого	97	96	75	58	48	39	29	17	10	8
Требования ГОСТ 9128-97, тип Б, прерыв.	90-100	80-100	70-77	50-60	38-60	28-60	20-60	14-34	10-20	6-12

В соответствии с требованиями ГОСТ 9128-97 для плотных асфальтобетонов типа Б щебня должно быть в смеси 40-50 %. Среднее значение этого диапазона

Щ=(40+50) / 2=45 %

Поскольку зерен крупнее 5 мм в щебне содержится 98 %, а в других компонентах (песке) фракции крупнее 5 мм нет, то щебня требуется

Щ =(45 / 98)100=46 %

Полученное значение записываем в таблицу и рассчитываем содержание в смеси каждой фракции щебня (берем 46 % от значения каждой фракции щебня).

Расчет количества минерального порошка

На основании требований ГОСТ 9128-97 определяем, что частиц мельче 0,071 мм в минеральной части асфальтобетона должно быть в пределах 6-12 % . Для расчета можно принять 6 %. Если в минеральном порошке содержится 75% частиц мельче 0,071 мм, то минерального порошка в смеси должно быть

МП=(6 / 75)*100=8 %

Полученное значение вносим в таблицу и рассчитываем содержание в смеси каждой фракции минерального порошка, беря 8 % от значения каждой фракции.

Расчет количества песка

Количество песка в смеси составит

П=100 - (Щ+МП)=100 - (46+8)=46 %

Вывод: в результате метода по кривым плотных смесей получили содержание

щебня в смеси 43%, песка 46%, минерального порошка 11%.

3.2 Графический метод

Графический метод позволяет определять состав асфальтобетонной смеси точнее, чем методом кривых смесей, но его основным недостатком является то, что в результате построений образуется большая зона неправильной формы, что не позволяет точно определить её центр, а значит и со сто процентной точностью состав асфальтобетонной смеси.

Вывод: в результате графического метода получили содержание щебня в смеси 43 %, песка 46 %, минерального порошка 11 %.

ГЛАВА 4. «ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО СОДЕРЖАНИЯ БИТУМА»

Оптимальным называется такое количество битума в смеси, при котором прочность асфальтобетона максимальна, а пористость и водонасыщение выходят за пределы норм, регламентируемых требованиями ГОСТ 9128 - 97. Избыток битума в смеси снижает прочность, сдвигоустойчивость, пластичность асфальтобетона, что приводит к образованию сдвигов покрытия в жаркую погоду. Асфальтобетон с избытком битума характеризуется малой величиной водонасыщения. Недостаток битума снижает прочность, морозостойкость (коррозионную стойкость) асфальтобетона. Оптимальное количество битума в асфальтобетонной смеси можно определить двумя методами:

- испытывая пробные составы смесей с разным количеством битума, в такое его содержание, которое обеспечивает наибольшую прочность асфальтобетона и остаточную пористость, нормированную стандартом;

- найти расчётом и опытными пробами такое количество битума в смеси, при котором будет получена остаточная пористость, назначенная проектировщиком.

По первому методу для определения оптимального количества битума асфальтобетонной смеси из минеральных материалов, взятых в расчётных соотношениях, готовят не менее трёх смесей с разным количеством битума. Интервал изменения содержания битума в смеси принимается обычно 0,5%

Рекомендуемое содержание битума в горячих, высокоплотных асфальтобетонных смесях для типа Б - 5¸ 6.5 %. Выбираем 6%.

По результатам графического метода получаем точное содержание

- щебня – 43 %

песка – 46 %

минерального порошка – 11 %

Для выполнения опыта мне дано:

Таблица 10

g ,г	g1,г	g2,г	g3,г	R20,МПа	R50,МПа	Rв,МПа
661	380	662	667	2,8	1,9	2,6

g - масса образца, взвешенного на воздухе(mобр
)

g1 –масса того же образца, но взвешенного в воде

g2 – масса образца, выдержанного в воде в течение 30 мин, а затем взвешенного на воздухе

g3 - масса насыщенного водой образца, взвешенного на воздухе

Размеры образца:

d = 71,4 мм

h = 71,4 ± 1 мм

F = 40 см²

Для определения оптимального содержания битума в асфальтобетоне мы готовим три замеса битума с разным его количеством.

Температура нагрева:

- битума 130 - 150ºС

- щебня и песка 150 – 170ºС

смеси 140 - 160ºС.

формы 90 - 100ºС

Уплотнение смеси происходит на прессе при давлении 40 МПа (16-ти тоннах).

Коэффициент водостойкости асфальтобетона

Коэффициент водостойкости показывает, на сколько уменьшится прочность асфальтобетона после водонасыщения. Он характеризует сопротивление асфальтобетона разрушающему воздействию воды, то есть выкрашиванию и образованию выбоин в покрытии.

Определяем по формуле:

где - предел прочности водонасыщенного образца, - предел прочности при сжатии при температуре 20ºС.

Квод=2,6/2,8=0,93

Определение пористости минеральной части

Определяем по формуле

где - средняя плотность минеральной части асфальтобетона [г/см³]

- истинная плотность минеральной части асфальтобетона

где - средняя плотность асфальтобетона,

- массовая доля битума в смеси, %

rm = g/(g2 – g1)

pm
=661/662-380=2,34

po
m=
2,34/(1+0,01*6)=2,21

где- соответственно массовые доли щебня, песка, минерального порошка,

- соответственно плотности щебня , песка, минерального порошка

po
=100/(43/2,7+46/2,62+11/2,6)=2,65

Vo
мч
==(1-2,21/2,65)*100%=16,6038

(в соответствии с ГОСТ 9128-97 пористость минеральной части для типа Б не превышает нормы (не более 19%))

Водонасыщение по объёму

Водонасыщение характеризует структуру асфальтобетона, его плотность, объем открытых пор, в которые может проникнуть вода во всех ее фазовых состояниях (парообразное, жидкое, твердое).

W={(667-661)/(662-380)}*100=2,13

(в соотвествии с ГОСТ водонасыщение должно составлять от 1,5-4,0%)

Остаточная пористость

Остаточная пористость определяется расчетом на основании предварительно установленных истинной ρ и средней ρm
плотностей асфальтобетона.

где – истинная плотность асфальтобетона

(в соотвествии с ГОСТ 9128-97

остаточная пористость должна составлять от 2,5 до 5,0%)

Таблица 11

Показатели	Результаты испытаний	Требования ГОСТ9128 - 97 для типа Б, марки II
1. Предел прочности при сжатии
При 50ºС	1,9	Не менее 1,0
При 20ºС	2,8	Не менее 2,2
При 20ºС (Вод)	2,6	Не нормируется
2. Коэффициент водостойкости	0,93	Не менее 0.85
3. Пористость минерального состава, %	16,6	Не более 19
4.Остаточная пористость	3,31	2,5 - 5,0
5.Водонасыщение	2,13	1,5 - 4%

Вывод: на основании результатов испытаний и требований ГОСТ 9128 - 97 получил, что водонасыщение по объёму 2,13 соответствует требуемому значению ГОСТ (для типа Б - W = 1,5 - 4%).

ГЛАВА 5 «ТЕХНОЛОГИЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОНА»

Асфальтобетонные смеси (горячие и холодные) изготавливают на стационарных или передвижных асфальтобетонных заводах (АБЗ). Стационарные строятся там, где имеется постоянная потребность в асфальтобетонных смесях - в городах, у крупных транспортных узлов. Передвижные АБЗ создают при строительстве или реконструкции магистральных автомобильных дорог.

Удалённость завода от места укладки горячей или тёплой смеси определяют продолжительностью её транспортирования, которая не должна превышать 1,5 часа. Целесообразный радиус обслуживания строящихся автомобильных дорог с одного АБЗ составляет 60 … 80 км. Расстояние транспортирования холодной асфальтобетонной смеси не имеет ограничения и определяется технико-экономическими расчётами.

Выбор площадки для АБЗ определяется из условий наименьшего расстояния транспортирования готовой смеси и исходных материалов, наличия железнодорожных и водных путей и других условий. Наилучшее место для размещения АБЗ выбирают на основе технико-экономических изысканий. Современный уровень развития техники позволяет полностью механизировать производство асфальтобетонных смесей на АБЗ.

Поступающие на завод минеральные материалы выгружают на специальные площадки, которые должны иметь твёрдое покрытие. Рекомендуется устраивать крытые склады или навесы для хранения 10…15 - дневного запаса щебня мельче 20 мм и песка. Каменный материал для производства минерального порошка после просушки во вращающемся барабане размалывают в шаровых или трубных мельницах. Хранят минеральный порошок в закрытых помещениях бункерного типа или в силосах. Для механизации складских операций обычно применяют автопогрузчики, ленточные конвейеры, транспортные эстакады и другие машины и механизмы.

Асфальтобетонную смесь приготавливают, как правило, одним из следующих способов:

1. в асфальтосмесителях принудительного перемешивания периодического действия с предварительным просушиванием, нагревом и дозированием минеральных материалов. Ввиду наиболее широкого распространения этой технологии она названа традиционной;

2. в асфальтосмесителях принудительного действия, в которых отдозированные холодные влажные минеральные материалы перемешивают с горячим битумом, а затем они поступают в сушильный барабан, где их нагревают до заданной температуры. Такая технология названа беспыльной;

3. в асфальтосмесителях свободного перемешивания барабанного типа, в которых отдозированные минеральные материалы просушиваются, нагреваются и смешиваются с битумом. Такая технология называется турбулентной.

В нашей стране асфальтобетонные смеси изготавливают в основном по традиционной технологии в смесителях периодического действия.

Технологическая схема асфальтобетонного завода

1) Пылеуловитель.

2) Блок циклонов.

3) Кабина управления.

4) Нагреватель битума.

5) Бункеры для готовой смеси.

6) Смеситель.

7) Агрегат минерального порошка.

8) Сортировочное устройство.

9) Сушильный барабан.

10) Бункера агрегата питания.

Холодный влажный песок и щебень подаются со склада в бункера агрегата питания 10 с помощью погрузчиков. Из бункеров агрегата питания холодный и влажный песок и щебень непрерывно подаются с помощью питателей в определённых пропорциях на сборный ленточный конвейер, расположенный в нижней части агрегата питания. Со сборного конвейера материал поступает на наклонный ленточный конвейер, который загружает холодные и влажные песок и щебень в барабан сушильного агрегата 9. В барабане песок и щебень высушивают и нагревают до рабочей температуры. Нагрев материала осуществляется вследствие сжигания жидкого или газообразного топлива в топках сушильных агрегатов. Газы и пыль, образующиеся при сжигании топлива и просушивании материала, поступают в пылеулавливающее устройство, состоящее из блока циклонов 2, в котором пыль осаждается. Не осаждённая тонкая пыль улавливается мокрым пылеуловителем 1 и удаляется в виде шлама.

Нагретые до рабочей температуры песок и щебень поступают из сушильного барабана на элеватор, который подаёт их в сортировочное устройство смесительного агрегата 8. Сортировочное устройство разделяет материалы на фракции по размерам зёрен и подаёт их в бункеры для горячего материала. Из этих бункеров песок и щебень различных фракций поступают в дозаторы, а оттуда в смеситель 6.

Минеральный порошок поступает из агрегата минерального порошка 7, в состав которого входит оборудование для хранения и транспортирования этого материала. С помощью дозатора, установленного на агрегат минерального порошка, обеспечивается заданное содержание порошка в смеси. Из дозатора порошок подаётся в смеситель шнеком.

Битум, разогретый в хранилище до жидкотекучего состояния, с помощью нагревательно-перекачивающего агрегата подаётся в нагреватель 4 битума, в котором обезвоживается и нагревается до рабочей температуры. Битум из нагревателя битумопроводом поступает к смесительному агрегату, дозируется и вводится в смеситель.

Все компоненты, поданные в смеситель, перемешиваются. Затем готовая продукция выгружается в автомобили-самосвалы или направляется с помощью подъёмников в бункеры для готовой смеси 5.

Управление асфальтосмесительными установками осуществляется из кабины 3.

К асфальтосмесительным установкам такого типа относятся ДС-158 производительностью 50т/ч, ДС-842 производительностью 200т/ч.

Асфальтосмесители, работающие по такой технологической схеме, служат надёжно и дают высокое качество продукции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенной работы по проектированию состава асфальтобетона были оценены исходные материалы (песок, щебень, мин. порошок, битум). На основании этой оценки, с учетом категории дороги и дорожно-климатической зоны был запроектирован асфальтобетон типа Б, марки II.

В соответствии с требованиями ГОСТ 9128-97 рассчитан состав минеральной части асфальтобетона (графическим методом и по кривым плотных смесей), содержание щебня составило – 43%, песка – 46%, минерального порошка – 11%.

Так же определено оптимальное содержание битума, которое составило 6 % и обозначены требования, в соответствии с которыми делается этот выбор.

На основании данных испытаний образцов асфальтобетона рассчитаны: водонасыщение, остаточная пористость, пористость минеральной части, водостойкость. В результате сравнения основных параметров и физико-механических показателей асфальтобетона с требованиями к указанным показателям ГОСТ 9128-97 сделан вывод о том, что тип и марка запроектированного асфальтобетона отвечают всем требованиям.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. СНиП 2.05.02 – 85 – ''Автомобильные дороги''.

2. ГОСТ 9128 – 97 – ''Смеси асфальтобетонные, аэродромные и асфальтобетон''.

3. Ярмолинская Н.И. – ''Дорожный асфальтобетон с применением минеральных порошков из технологических отходов промышленности''.

4. Грушко И.М. – ''Дорожно – строительные материалы''.