Подбор состава асфальтобетонной смеси excel

Обновлено: 02.07.2024

Расчет состава смеси заключается в определении рационального соотношения между составляющими его материалами,обеспечивающего определенные заданные технологические иэксплуатационные свойства.

В задании на проектирование должно быть указано: характеристика исходных материалов, вид асфальтобетона, маркаасфальтобетонной смеси и ее тип, а также плотность, назначение и конструктивный слой, крупность. Запроектированный состав должен быть экономичным с использованием местных дорожно-строительных материалов.

Порядок подбора состава асфальтобетонной смеси, применяемой в горячем состоянии по методу предельных кривыхплотных смесей, заключается в следующем: определяют зерновойсостав минеральных материалов (щебня, песка, минеральногопорошка) — все материалы должны удовлетворять требованиямГОСТ 9128—84; определяют соотношение между составляющими минеральными материалами; полученный зерновой составсравнивают с пределами зернового состава согласно выбранному типу асфальтобетона. Если подобранный состав будет в пределах, указанных в табл. 11 для данного типа смеси, то расчетминеральных материалов считают правильным. В противномслучае изменяют соотношение между составляющими материалами и делают перерасчет по фракциям.

Выбрав соотношение между минеральными материалами, готовят пробные образцы с различным количеством вяжущего и подвергают их испытанию. Из нескольких вариантов выбирают тот, который показал лучшие результаты. Затем из смеси подобранного состава готовят контрольные образцы, подвергая их всем испытаниям согласно ГОСТ12801—84. Показатели физико-механических свойств должны соответствовать требованиям, указанным в табл. 12.

Пример расчета.Подобрать мелкозернистую асфальтобетонную смесь I марки типа А, уплотняемую в горячем состоянии из следующих материалов: щебня гранитного (R_сж=120 МПа), песка природного с М_кр = 3,1, минерального порошка из известняка-ракушечника и нефтяного битума марки БНД 60/90.

Определяем зерновой состав минеральных материалов и результаты записываем в табл. 13.

Из табл. 11 выписываем рекомендуемый состав минеральных материалов для мелкозернистого асфальтобетона типа А и записываем в табл. 14.

Необходимое содержание щебня, песка и минерального порошка определяем в предположении, что частицы крупнее 5 мм содержатся только в щебне, а мельче 0,071 мм — только в минеральном порошке. По табл. 11 находим, что щебня крупнее 5 (5—10) мм должно быть в смеси 50—65% (так как через сито с отверстиями 5 мм должно проходить 35—50% материала). Примем требуемое содержание щебня крупностью 5 мм — 54%.

Поскольку зерен крупнее 5 мм в щебне (см. табл. 13) содержится 90,1%

Количество минерального порошка

где а — требуемое содержание в минеральной части асфальтобетона частиц мельче 0,071 мм (из табл. 11 видно, что таких частиц должно быть 4— 10%). Для расчета примем а=7%; b -содержание частиц мельче 0,071 мм в исходном минеральном порошке, %; (из табл. 13) b = 73,4%;

Необходимое содержание песка:

Найденное количество щебня, песка и минерального порошка распределяем по фракциям пропорционально заданному зерновому составу (см. табл. 13) и записываем в табл. 15, строка 1:

На сите 15 мм 0 %;

На сите 10 мм 28,6 %;

На сите 5 мм 24,8 %;

На сите 2,5 мм 5,8 %;

По такому же принципу определяют количество каждой фракции в принятом количестве песка (31,1%) и минерального порошка (9,7%), строки 2 и 3 табл. 15.

Частные остатки в щебне, песке, минеральном порошке на одинаковых ситах суммируют и записывают в строку 4 табл. 15.

Например, па сите 10 мм частный остаток 28,6%, а так как таких частиц в других материалах нет, то и суммарное количество равно 28,6%, а на сите 2,5 мм - 9,1% (5,8% в щебне и 3,3% в песке) и т.д.

Затем определяют полный остаток на каждом сите. Для этого суммируют частный остаток на данном сите со всеми частными остатками на предыдущих ситах (строка 5, табл. 15). Полный остаток на сите с отверстием 10 мм составляет 28,6%; 5 мм - 53,4% (28,6+24,8); 2,5 мм— 62,5% (53,4+ +9,1) и т. д. Строку 6 «прошло через сито» подсчитывают как разность между 100% и полным остатком на данном сите.

Например, полный остаток на сите с отверстиями 20 мм равен 0, поэтому через сито прошло 100%, на сите с отверстиями 10 мм прошло 71,4% (100— —28,6), через сито 5 мм прошло 46,6% (100—53,4) и т. д.

Сравнивая эти результаты с пределом проходящих частиц (см. табл. 11) видим, что количество частиц, прошедших через сито, будет в пределах рекомендуемых, значит подобранное соотношение минеральных материалов удовлетворительное.

Для более точного подбора соотношений минеральных материалов между собой следует подобранный состав (строка 6 табл. 15) нанести на кривые оптимального зернового состава.

Наименование и тип смеси

Массовая доля зерен минерального материала. %, мельче данного размера, мм

1. Зерновые составы минеральной части горячих и теплых смесей для плотных асфальтобетонов, применяемых в верхних слоях покрытия

Непрерывные зерновые составы

Прерывистые зерновые составы

2. Зерновые составы минеральной части горячих и теплых смесей для плотных и пористых асфальтобетонов, применяемых в нижних слоях оснований

Асфальтобетонная смесь представляет собой строительный материал, полученный искусственным путем. Согласно технологии получения, осуществляется рациональный подбор основных компонентов, а затем производится уплотнение материала вибраторами. Требования к характеристикам асфальтобетонного состава включены в ГОСТ 9128.

Какие ингредиенты используются в смеси?

В асфальтобетонном растворе присутствуют такие ингредиенты:

компоненты минерального происхождения, такие как натуральный либо измельченный песок, щебенка (гравий), примеси тонкодисперсного порошка (по необходимости);
вяжущие ингредиенты органического происхождения, например, битум.

Изначально вместо битума применялся деготь. Однако от него отказались по причине вредного влияния на здоровье человека и окружающую среду. Для смешения компонентов асфальтобетонную смесь нагревают. Назначение асфальтобетона — укладка дороги аэродромов и автодорог, обустройство промышленных полов. По принципу кладки асфальтобетон бывает:

уплотненный;
литой, отличается высокой текучестью и большим содержанием вяжущего материала, поэтому позволяет вести кладку без уплотнения.

По составу асфальтобетон бывает:

щебеночный;
гравийный;
песчаный.

Вязкость битума и максимальная температура кладки определяют такие разновидности смесей:

горячие, укладываемые при 120 °С со связующими в виде вязко-жидких дорожных битумов;
холодные, укладываемые до 5 °С, где в качестве вяжущего выступают жидкие битумные материалы нефтяного происхождения;
теплые для кладки до 70 °С на основе вязко-жидких битумов.

Однако последний тип, как отдельный вид, не встречается с 1999 года. Виды горячего асфальтобетона по величине остаточной процентной пористости:

высокоплотные — 1—2,5%;
высокопористые — 10—18%;
плотные — 2,5—5%;
пористые — 5—10%.

В холодных растворах эта величина составляет 6—10%. По максимальной величине частиц используемого минерального компонента асфальтобетонное полотно может быть:

крупнозернистым с величиной частиц до 4 см;
мелкозернистым с частицами до 2 см;
песчаным с величиной до 5 см.

тип А, в котором состав минерального камня 50—60%;
тип Б с содержанием камня 40—50%;
тип В, включающего 30—40% заполнителя.

Какие существуют алгоритмы проектирования компонентного состава асфальтобетонов?

Для подбора состава асфальтобетонного раствора выбирают рациональное соотношение компонентов. Полученные составы имеют заданную плотность и технические свойства. Существует четыре алгоритма проектирования:

Метод профессора Сахарова П. В.
Способ по модулю насыщения, предоставленный профессором Дюрье М.
Алгоритм проектирования по требуемым условиям эксплуатации покрытия, полученный изысканиями профессора Рыбьева И. А.
Подбор по кривым плотности, разработанный профессором Иванов Н. И. при содействии СоюзДорНИИ.

Пример оптимального подбора ингредиентов асфальтобетонной смеси

В качестве примера компонентов асфальтобетона предлагается рассмотреть задачу: нужна мелкозернистая горячая смесь типа Б второго сорта для создания плотного верхнего шара дороги в третьей климатической зоне. Доступны такие ингредиенты:

гранитная и известняковая щебенка зернистостью 0,5—2 см;
речной песок;
отсев после измельчения гранитной крошки;
отсев после измельчения известняка;
неактивированный минпорошок;
битум материал БНД 90/130.

На первом этапе проводится тестирование и сравнение характеристик, представленных выше ингредиентов. По результатам проверки образцов с различным соотношением компонентов сделаны выводы, что для получения асфальтобетонных смесей Б типа и второго сорта подходят гранитный щебень, речной песок, гранитная пыль, минпорошок, битумный материал.

Известняк и пыль измельченного известнякового компонента не ответили нормативам ГОСТа по прочностным параметрам. На втором этапе рассчитывается щебень. Его содержание при крупности более 0,5 см равно 35-50%. Оптимальным в смесях является содержание 48%. В материале присутствует 95% частиц, указанной крупности, поэтому формула имеет вид:

Таким способом рассчитывают количество щебенки в смеси для фракционного состава.

На третьем этапе определяется состав минерального порошка. Вычисления начинаются с выведения массовых пропорций щебенки, песка и минпорошка с фракционным составом, согласно ГОСТу. Следовательно, содержание зерен размером менее 0,0071 см в минматериале асфальтобетона должно лежать в диапазоне 6-12%. Для вычислений берется 7%. При содержании элементов крупностью 0,0071 см 74% в порошковом минерале, формула расчета выглядит так:

Ввиду присутствия в смеси частиц менее 0,0071 см из гранитных отсевов, фракцию минпорошка принимают, равную 8%. На четвертом этапе рассчитывается количество песка. Общее его содержание составляет:

В примере используется речной и гранитный отсев песка. Поэтому пропорции каждого определяются по отдельности. Процентное отношение речного компонента и гранитного отсева устанавливается по их фракции крупностью менее 0,125 см. Для асфальтобетонной смеси зерна должны находиться в количестве 28—39%. Берутся средние 34%, 8% из которых рассчитаны как доля минпорошка. Следовательно, песка нужно 34-8=26% для частиц крупностью менее 0,125 см. Так как массовая часть этих зерен в речном песчаном материале составляет 73%, гранитной пыли — 49%, пропорция для асфальтобетонных смесей Б типа имеет вид:

На пятой стадии рассчитывается содержание битумного компонента. Согласно условиям, щебенка, песок, отсев измельченного гранита, минпорошок смешиваются с 6% вяжущего ингредиента, что соответствует средней величине, требуемой в нормативном документе. Готовятся три образца смеси с высотой 7,14 см и соответствующего диаметра. Далее, производится уплотнение комбинированным методом:

три минуты на виброплощадке при давлении 0,03 МПа;
трехминутным уплотнением на вибропрессе при давлении 20 МПа.

Спустя двое суток определяется средняя плотность, то есть масса в величинах объема асфальтобетона, реальная плотность минеральной составляющей смеси r°. По полученным данным, помимо плотности, рассчитывается пористость минеральной составляющей тестируемых образцов.

Приблизительное количество битумного вяжущего определяется по действительной плотности всех ингредиентов с учетом остаточной пористости асфальтобетона V пор = 4%. При этом средняя плотность проб асфальтобетона с содержанием битума 6% на 100% минералов составляет 2,35 г/см3. Следовательно, формулы расчета имеют вид:

При обнаружении несоответствия с требованиями нормативного документа, производится корректировка смеси и последующие ее испытания, как указано выше.

Определение и подбор оптимального состава асфальтобетонной смеси и всех исходных материалов обеспечивает получение строительного дорожного полотна высокого качества. Для этого проводят испытания асфальтобетона, чтобы оценить его характеристики по сдвигоустойчивости, трещиностойкости, влагостойкости, износостойкости и устойчивости к старению.

Состав раствора: что включает?

Количественный, качественный и фракционный состав определяет ГОСТ 9128–2009. Асфальтобетонную смесь разделяют на несколько групп по количеству заполнителей:

1 — до 60%;
2 — около 50%;
3—40% и менее.

Для изготовления асфальтобетонной смеси применяется очищенный мелкозернистый песок.

Основные ингредиенты для асфальтобетона:

песок мелкозернистый речной либо очищенный, с добавлением гравия и примесей;
органические вяжущие, такие как битум или деготь.

Битум обеспечивает материалу вязкость только в разогретом состоянии, которым покрывают всю площадь заполнителей. Однако важно следить, чтобы этот компонент не стекал с них, обеспечить стойкость, пластичность и противостояние механическим и химическим влияниям. Когда при изготовлении асфальтобетонной смеси добиваются вязкого материала, тогда опираются на ГОСТ 22245, а если жидкого — на ГОСТ 11955. При этом основываясь как на марку битума, так и на класс получаемого асфальта и температуру смеси. Плотность асфальтобетона считают одной из главных характеристик этого материала.

Проектирование структуры

Чтобы подобрать состав асфальтобетона, необходимо четко понимать для каких целей и, в каких условиях он будет эксплуатироваться, например, это пешеходная дорожка, автомагистраль с небольшим потоком транспорта или же максимально загруженная трасса. Все эти подвиды дорог несут разную нагрузку и, соответственно, для каждой необходимо правильно определить состав материала, чтобы не допустить деформаций со стороны полотна. Для испытаний разработана специальная компьютерная программа автодорожных исследований SHRP и ручные труды профессоров. Выведенными формулами и графиками удобно пользоваться при проектировании.

По модулю насыщения

Модуль насыщения показывает содержание вяжущего вещества в минеральных компонентах.

Это значение для вяжущего вещества

асфальтобетона было определено научно-экспериментальным путем. Модуль отображает его содержание в минеральных компонентах с удельной поверхностью 1 м2/кг. Значения этого модуля равны m=3,0—5,0. Он определяет количество вяжущего вещества, которое крайне необходимо знать для получения прочного слоя.

По условиям эксплуатации

Этот метод проектирования подразумевает тесную связь структуры ингредиентов, входящих в состав, и получаемых свойств. Прочность материала зависит от структуры асфальтополотна и влияния на него (механического и температурного), в котором немаловажную роль играют показатели сцепления битума и остальных элементов, а также эластичность формы, реологические свойства, что изменяются в зависимости от температуры. Просчет слоя асфальтобетона путем подставления в выведенное уравнение проф. И.А.Рыбьевым исходных данных позволяет узнать до момента укладки, какую нагрузку будет нести полотно.

По предельным кривым

Суть этого метода заключается в сравнительной характеристике зернового состава, планируемого для использования. Он должен удовлетворять заявленным требованиям в нормативном документе относительно качества материалов. Проводят расчет гранулометрического состава и сравнивают с допустимыми показателями.

Если в таблице данные состава будут совпадать с разрешенными, в таком случае его считают правильным и переходят к следующему этапу строительства. Однако, если данные не отвечают нормативам, делают перерасчет минеральных заполнителей. Объемные доли (частные остатки) фракций переводят в полные, и строят графики предельных кривых плотных смесей. Гранулометрический состав плотной зернистой смеси задан уравнением, варианты которого соответствуют кривым, ограничивающим область допустимых зерновых составов.

Подбор состава и расчеты

Подбор состава включает оценку качества исходных ингредиентов и расчет составляющих.

Вычисление компонентного состава проводят по этапам:

оценка качества исходных ингредиентов;
проведение расчета минеральных составляющих;
подсчет необходимого количества вяжущего вещества;
распределение согласно полученным данным.

Если прочностные характеристики асфальтобетона не удовлетворяют требованиям нормативного документа, тогда разрешено повысить содержание минерального порошка или взять для основы битум более вязкой консистенции. Если же значения прочности меньше допустимого, в таком случае количество минеральных веществ значительно снижают, при этом следует понизить вязкость или даже добавить в смесь полимер.

Количество всех компонентов определяют в зависимости от всей массы по их процентному содержанию.

Водостойкость материала обеспечивают ПАВами. Не менее важное и главное условие, при котором смесь правильной пропорции должна верным образом храниться, исключая слеживаемость ингредиентов. Этот показатель для холодного плотного асфальтобетона отслеживается исходя из параметров остаточной пористости по ГОСТу. В итоге проектирование состава будет достигнуто, если пористость как минерального состава, так и остальные показатели отвечают необходимым требованиям государственного стандарта.

Ремонт в регионах

Для того чтобы обеспечить получение доброкачественного асфальтобетона, необходимо установить правильное количественное соотношение составляющих его материалов. Одним из условий, обеспечивающих механическую прочность асфальтобетона, является плотность его каменного остова.

Существует несколько методов подбора или проектирования состава асфальтобетона. В настоящее время чаще всего пользуются методом подбора по кривым плотных смесей.

На основании теоретических расчетов установлено, что плотные минеральные смеси получаются при определенном весовом соотношении частиц, диаметры которых относятся как 2 : 1 (например, фракции 16—8 мм, 8—4 мм, 4—2 мм и т. д.).

На рис. 1. Кривые оптимальных смесей.

При подборе состава определяется прежде всего гранулометрический (зерновой) состав всех составляющих: щебня (или гравия), песка и минерального порошка.

Так как особенно важное значение имеет содержание в смеси наиболее мелкой фракции (размером 0,074 мм), то прежде всего устанавливается соотношение исходных материалов, обеспечивающее нужное количество этой фракции.

Предположим, что требуется подобрать мелкозернистый асфальтобетон из материалов, имеющих следующий гранулометрический состав:
Таблица 1.

№№	Наименование материалов	Частные остатки на ситах, %
№№	Наименование материалов	5	2	1	0,5	0,25	0,15	0,074	меньше 0,074 мм
1	Щебень	60	20	10	5	3	2	-	-
2	Песок	-	1,5	50	30	15	3,5	-	-
3	Минеральный порошок	-	-	-	-	-	-	40	60

Расчет состава каменных материалов для асфальтобетона состоит в нахождении такого весового соотношения имеющихся каменных материалов, при котором одноразмерные фракции в сумме дают требуемое количество данной фракции в смеси, согласно кривым наиболее плотных составов (график 3, рис. 1).

Назначение необходимого количества материалов производится из следующих соображений.

1) Фракция мельче 0,074 мм содержится только в минеральном порошке. Поэтому мы должны взять такое количество минерального порошка, чтобы данной фракции было около 15%:
15X100/ 60 = 25%.
2) Так же рассчитаем количество щебня. Фракция 5 мм содержится в щебне в количестве 60%. В смеси ее должно быть около 25%. Следовательно, для этого потребуется щебня:
25 х 100/ 60 = 42%.

Далее подсчитывается содержание каждой фракции щебня в этой доле, т. е. в 42%.

Содержание этих фракций определяется делением 42% пропорционально частным остаткам:

42/100 Х 60=25,2%; 42/100 X 20 = 8,4%;

42/100 Х 10 ==4,2%; 42/100 Х 5=2,1 % и т, д.

3) Следовательно, песка потребуется:

Для проверки правильности произведенного подбора суммируем одноразмерные фракции и наносим на график 3 рис. 1.

Если кривая при этом получается плавная и не выходит за пределы кривых плотных смесей, то при полученном соотношении будем иметь наилучшую смесь. Если кривая получается ломаная и отдельные точки ее выходят за пределы кривых, это указывает на недостаток или избыток соответствующей фракции. Изменив соотношение исходных материалов (но так, чтобы количество фракций 0,074 мм не выходило за пределы плотных смесей), можно улучшить состав. Если же отклонение слишком большое, следует добавить другого материала.

При подборе необходимо учитывать, что при применении гравийного материала и щебня мягких пород следует придерживаться верхнего предела кривых. При твердом и хорошо уплотняющемся дробленом каменном материале можно брать меньшее количество фракций размером 0,074 мм. Оптимальное количество битума определяется по величине временного сопротивления сжатию с проверкой процента объемного водонасыщения.

Для этого изготовляют несколько пробных смесей с различным содержанием битума и определяют временное сопротивление сжатию. При недостаточном количестве битума асфальтобетон получается малосвязный, с низким сопротивлением сжатию вследствие слабого сцепления частиц.

С увеличением количества битума сопротивление сжатию возрастает до известного предела. При избытке битума асфальтобетон становится излишне пластичным и сопротивление сжатию снова уменьшается. За оптимальное количество битума принимается то, при котором получается наибольшее сопротивление сжатию.

Расчет асфальтобетонной смеси

Правильное дозирование материалов имеет большое значение для получения доброкачественного асфальтобетона. Дозирование может производиться по весу (у смесителей типа Д-152 и Д-225) и по объему (у смесителя типа Г-1).

Во втором случае должны быть определены объемные веса всех материалов, входящих в состав асфальтобетона. Зная объемный вес материалов, легко перейти к нужным соотношениям, отвечающим запроектированным в процентах по весу Приведем пример: запроектирован следующий состав асфальтобетонной смеси для приготовления в смесителе Г-1: 50% щебня, 30% песка, 20% минерального порошка, 7% битума.

Полная загрузка смесителя 3 т.

Запроектированное количество щебня

50 X 2804/ 100 = 1402 кг.
Объем щебня будет равняться 1402/ объемный вес

Так же производится расчет и остальных материалов.

При весовой дозировке необходимо учитывать влажность материала.

Расчет производится следующим образом: предположим, что влажность песка 5%.

Весовое количество сухого песка подсчитывается так же, как и в приведенном выше примере, т. е.

25 X 2804 /100 = 701 кг.

Так как во влажном песке содержится 95% сухого песка и 5% воды, т. е 701 х 5/ 95 = 37,9, или, округляя, 38 кг.

Следовательно, влажного песка нужно взять 701 кг+38 кг=739 кг.

При объемном способе получается менее точная дозировка, поэтому предпочтение следует отдавать весовому способу.

Асфальтовое вяжущее вещество и мастика

Асфальтовая мастика представляет собой твердое вещество темно-бурого или черного цвета

Асфальтовый порошок

Асфальтовый порошок получается в результате тонкого помола асфальтовых известняков или доломитов, содержащих обычно от 4 до 8% твердого тугоплавкого битума. Из-за низкого содержания битума порошок без добавки битума в строительствe не применяется; его смешивают с битумом на заводе или на стройке и получают асфальтовое вяжущее вещество.

Асфальтовая мастика

Асфальтовая мастика представляет собой (при нормальной температуре) твердое вещество темно-бурого или черного цвета. Она выпускается заводами в виде квадратных плит толщиной 10-12 см и весом 32 кг. Изготовляют ее, смешивая в определенном соотношении молотую асфальтовую породу с расплавленным нефтяным битумом. Однородную расплавленную смесь разливают в формы, где она и застывает.
Мастика должна удовлетворять следующим требованиям:

быть однородной;
содержать битума не менее 13% от общего веса;
обладать водонепроницаемостью: при слое толщиной 2 см не пропускать воду под давлением в 3 ати в течении час;
предел прочности при растяжении трамбования образцов — восьмерок — должен быть не менее 30 кг/см2.

Альтовая мастика называется также асфальтовым вяжущим веществом и применяется для изготовления литых асфальтовых растворов.

Читайте также: