Асфальтобетоны бех волонистого адсорбета

Автор В.А.Золотарев, д.т.н., профессор, В.П. Корюк, м.н.с., С.В. Ефремов, к.т.н., М.А. Свинарев, к.т.н., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

К началу 60-х годов прошлого столетия обострилась проблема обеспечения устойчивости асфальтобетонных слоев и всей дорожной одежды к возрастающим (увеличение доли тяжелых автомобилей в транспортном потоке до 60%) нагрузкам и интенсивности (до 2000 тяжелых автомобилей в сутки) автомобильного движения.

С ростом скоростей необходимо было обеспечить повышенное сцепление колес автомобиля с покрытием. Стало очевидным, что использование традиционных малощебенистых асфальтобетонов, содержащих большое количество минерального порошка, не позволит решить нарастающую проблему.

В отношении асфальтобетона ее пытались решать по трем направлениям: использование битумов пониженной пенетрации; модификация битумов полимерами; создание «каркасных» асфальтобетонов за счет повышенного содержания в них щебня. Последнее направление активно развивалось во Франции в Центральной лаборатории дорог и мостов, в ФРГ в Центральной дорожной лаборатории фирмы Strabag Bau AG и в Советском Союзе в ХАДИ и СоюздорНИИ.

Во Франции на первом этапе исследований предпочтение было отдано многощебенистым смесям, содержащим более 70–75% зерен крупнее 2 мм. Такие асфальтобетоны были сдвигоустойчивыми летом, но они обнаружили ряд непредвиденных недостатков: выкрашивание, высокую водопроницаемость, низкую морозостойкость, поверхностное трещинообразование, преждевременное старение. Эти асфальтобетоны имели высокую пористость (до 9%) и плохую удобообрабатываемость. В результате к 1969 году предпочтение было отдано смесям с умеренным содержанием щебня (около 48–53% зерен крупнее 4 мм на квадратных ситах). Эти смеси успешно используют во Франции на дорогах высших категорий до настоящего времени [1].

В СССР на основе разработок СоюздорНИИ (Н.В. Горелышев) были предложены и стандартизованы смеси с различным содержанием щебня (зерен крупнее 
5 мм на круглых ситах) типов: А – 50–65%; Б – 45–50%; В – 20–35%. При этом содержание щебня не зависело от крупности его зерен. Однако на протяжении длительного времени (более 30 лет) так и не был получен однозначный ответ на вопрос, какой из асфальтобетонов надежнее, типа А или Б. Только использование колеемеров позволило показать, что асфальтобетоны типа А более колеестойки, чем типа Б. Однако недостатки многощебенистого асфальтобетона, из­за которых французские дорожники отдали предпочтение среднещебенистым смесям, то есть типу Б, устранить так и не удалось.

В ФРГ ведущим материалом для устройства верхних слоев покрытий в те годы был литой асфальтобетон. Но применение даже прочных его разновидностей не могло предупредить развитие пластических деформаций под тяжелым движением в летнее время. В связи с этим начались поиски унифицированного асфальтобетона, способного обеспечить максимально эффективное противостояние асфальтобетона всему комплексу транспортных и климатических воздействий на него. Основным направлением поисков оставался «каркасный» асфальтобетон. Однако каркасообразование за счет повышения в асфальтобетоне щебня до 70% решало лишь одну из нескольких проблем – сдвигоустойчивости.

Тогда руководитель Центральной дорожной лаборатории фирмы Strabag Bau AG G. Zichner предложил заполнить пустоты между зернами минерального остова мастикой, состоящей из мелкого песка, минерального порошка и битума [2]. Особенностью предложенного зернового состава нового асфальтобетона было отсутствие в нем фракции 5–2 мм, что обеспечивало прерывистость гранулометрии и достаточно большое содержание порошка. Тем не менее обострилась присущая многощебенистым смесям технологическая проблема, заключающаяся в чрезмерной жирности смесей и стекании битума с поверхности каменных материалов в процессе их выгрузки, хранения, транспортирования.

Это явление связано с тем, что по мере увеличения содержания щебня растет отношение содержания битума к минеральному порошку, то есть увеличивается толщина битума на средневзвешенной по крупности минеральной частице. Ранее M. Duriez [3], основываясь на теоретических принципах коллоидной химии и экспериментальных исследованиях, доказал зависимость толщины удерживаемой зерном пленки битума от его диаметра (рис.1).

Увеличение толщины пленки битума приводит к снижению ее прочности. В соответствии с этим рост содержания щебня в асфальтобетоне, увеличивая среднюю толщину пленки битума в асфальтобетоне, приводит к понижению ее прочности и стеканию на технологической стадии практически свободного битума с поверхности зерен щебня.

В обычных малощебенистых асфальтобетонах это явление устраняется за счет повышенного содержания минерального порошка, на поверхности которого формируются адсорбционно­сольватные (структурированные) слои битума. Согласно данным [3] при содержании в смеси 20% порошка средняя толщина битумной пленки составляет около 2,6 мкм; при 15% – 3,2 мкм, при 10% – 4,2 мкм. M. Duriez предложил формулу определения суммарной поверхности минеральной части (SМС) асфальтобетонной смеси:

SМС = 0,25Щ + 2,3Пкр + 12ПМЛ + + 135 МП (м2/кг).

Коэффициенты, стоящие перед обозначениями щебня Щ (зерна крупнее 6,3 мм), песка крупного Пкр (зерна 6,3–0,315 мм), песка мелкого ПМЛ (зерна размером 0,315–0,08 мм) и минерального порошка МП (мельче 0,08 мм), отвечают удельной поверхности 1 кг их массы*. Из принятых в формуле соотношений следует, что поверхность 1 кг минерального порошка превосходит поверхность той же массы щебня, крупного песка и мелкого песка соответственно в 540, 51 и 11 раз.

Согласно данным И.В. Королева [4], в песчаной смеси доля поверхности зерен мельче 0,071 мм составляет 88%, в смеси с 30% щебня – 89%, смеси с 43% щебня – 86%. При этом отношение массы минерального порошка (зерен мельче 0,071 мм) к оптимальному содержанию битума (МП/Б) соответственно равно: 1,71; 1,53 и 1,33. В перерасчете на стандартный порошок с 70% зерен мельче 0,071 мм эти отношения вырастают до 2,39; 2,14 и 1,86. Средние толщины пленок битума для этих смесей, рассчитанные по M. Duriez, отвечают 3,2 мкм, 3,6 мкм и 4,1 мкм. Асфальтобетонные смеси с отношением минерального порошка к битуму, большим 2, и толщинами пленок, меньшими 3,5 мкм, обычно не подвержены стеканию. Это связано с тем, что межзерновые контакты в них осуществляются по слоям структурированного битума, имеющего высокую вязкость и прочность на сдвиг.

Полную версию статьи читайте в номере.

Прочитано 1229 раз

Оставить комментарий

Убедитесь, что вы вводите (*) необходимую информацию, где нужно
HTML-коды запрещены

Заявка на подписку

Заполните это поле.
Введите, пожалуйста, адрес электронной почты!
Укажите версию подписки
Укажите период подписки
Введен недействительный тип данных
Введен недействительный тип данных
Заполняя данную форму, я передаю свои персональные данные в компанию АО "Издательство Дороги" и выражаю согласие на их последующую обработку и хранение в соответствии с ФЗ РФ №152 "О персональных данных"