Для улучшения свойств органических вяжущих (битумов, дегтей), повышения их прилипания к каменным материалам, пластичности, тепло- и погодоустойчивости в битумы и дегти вводят соответствующие добавки.
Добавки по своему назначению и физико-химическому воздействию подразделяют на следующие:
Разжижающие добавки вводят для понижения вязкости органических вяжущих материалов. В качестве таких добавок используют лигроин, керосин, нефть, мазут, жидкие крекинг-остатки, антраценовое масло. Оптимальное содержание разжижителя определяют в лаборатории в зависимости от требуемой вязкости (может колебаться от 2 до 50 %).
Пластифицирующие добавки вводят для уменьшения хрупкости и придания большей пластичности. В качестве пластификаторов используют зеленое масло, мазут, гудрон, антраценовое масло (или деготь). Указанные пластификаторы являются также растворителями (разжижителями), и содержание их колеблется от 2 до 40 %.
Модифицирующие добавки изменяют физико-химические свойства и структуру вяжущего. Таким образом, разжижение и пластификация являются частными случаями модификации. В качестве модифицирующей добавки используют следующие добавки полимеров: поливинилацетат, полистирол, дивинилстироловый термоэластопласт, эпоксидные смолы, каучуки.
При введении модифицирующих добавок не всегда получают стабильные результаты, но битумы становятся более теплостойкими, резко увеличиваются растяжимость при 0°С, когезия, адгезия.
В России и за рубежом применяют регенерированную резину, резиновую крошку, получаемую при вторичной переработке старых автомобильных покрышек. Измельченную резину в порошкообразном (диспергированном) состоянии вводят в битум в количестве 3...5 % при температуре 150...180°С и тщательно перемешивают. При этом происходит набухание резиновых частиц и образуется битумно-резиновая дисперсия, которая отличается высокой растяжимостью при 0°С. Она придает асфальтобетону большую упругость, уменьшает трещинообразование и скользкость, уменьшает его старение.
Добавки, улучшающие прилипание (адгезию). Вопрос о физико-химической природе адгезии изучен недостаточно. Анализ работ по адгезии показывает, что она определяется двумя факторами: степенью гибкости звеньев макромолекул и полярностью групп, входящих в структуру макромолекулы. Ориентированная структура, наличие поперечных мостиков между цепями макромолекулы снижают адгезию. Высокая разветвленность молекул с полярными группами увеличивает ее. Все факторы, способствующие большей подвижности звеньев макромолекул и содержанию полярных групп, повышают адгезию. Таким образом, введение в битум добавок, содержащих полярные группы и увеличивающих подвижность звеньев высокомолекулярных соединений, будет способствовать повышению его адгезии к каменным материалам. Такими добавками являются поверхностно-активные вещества.
Поверхностно-активные вещества подразделяют на анионактивные и катионактивные. К анионактивным относят высокомолекулярные органические кислоты, мылонафтсоли нафтеиновых кислот, производные карбоновых кислот - мыла, фенолы и др. К катионактивным веществам относят амины, четырехзамещенные амониевые основания.
Для асфальтовых материалов содержание анионактивных добавок составляет 3...10 % и катионактивных 0,5...3,0 % от массы вяжущего. Применение ПАВ облегчает и ускоряет обволакивание и повышает сцепление вяжущих с минеральными материалами.
Эффективность действия ПАВ зависит от вида каменного материала. Катионактивные ПАВ обеспечивают повышение сцепления со всеми горными породами, но особенно эффективно с кислыми. Анионактивные повышают сцепление с карбонатами (основными) и почти не влияют на сцепление с кислыми породами.
Асфальтобетон
Асфальтобетоном называют материал, который получают после уплотнения асфальтобетонной смеси, приготовленной в смесителях в нагретом состоянии из взятых в определенных соотношениях щебня (гравия), песка, минерального порошка и битума. Смесь минерального порошка с битумом называют асфальтовым вяжущим.
Асфальтобетонные смеси подразделяют на щебеночные, гравийные и песчаные (ГОСТ 9128-97).
Асфальтобетонные смеси в зависимости от вязкости битума и условий применения подразделяют на виды:
горячие - приготовленные с использованием вязких и жидких нефтяных и дорожных битумов и применяемые непосредственно после приготовления с температурой смеси при укладке не ниже 120°С;
холодные - приготавливаемые с использованием жидких нефтяных дорожных битумов, допускаемые к длительному хранению и укладываемые с температурой не ниже 5°С.
Горячие смеси в зависимости от наибольшего размера зерен минеральных материалов подразделяют на:
крупнозернистые - с зернами размером до 40 мм;
мелкозернистые - с зернами размером до 20 мм;
песчаные - с зернами размером до 5 мм.
Холодные смеси подразделяют на мелкозернистые и песчаные.
Крупнозернистый асфальтобетон применяют для устройства нижнего слоя покрытия, шероховатая и пористая поверхность которого обеспечивает хорошее сцепление с верхним слоем.
Мелкозернистый асфальтобетон применяют для устройства верхнего слоя или однослойного покрытия. Мелкозернистый асфальтобетон базальтовой структуры применяют для устройства верхнего слоя двухслойных покрытий при интенсивном движении с дополнительным втапливанием щебня для создания шероховатой поверхности. Асфальтобетон этого типа обладает высокой сопротивляемостью механическим воздействиям и атмосферным факторам.
Песчаный асфальтобетон применяют для устройства верхнего слоя покрытия на дорогах со средней интенсивностью движения.
Асфальтобетоны из горячих смесей в зависимости от значения остаточной пористости подразделяют на виды:
высокоплотные с остаточной пористостью от 1,0 до 2,5 %;
плотные с остаточной пористостью свыше 2,5 до 5 %;
пористые с остаточной пористостью свыше 5 до 10 %;
высокопористые с остаточной пористостью свыше 10 до 18 %.
Асфальтобетоны из холодных смесей должны иметь остаточную пористость свыше 6 до 10 %.
Щебеночные и гравийные горячие смеси и плотные асфальтобетоны, в зависимости от содержания в них щебня (гравия), подразделяют на типы:
А - с содержанием щебня свыше 50 до 60 %;
Б - с содержанием щебня свыше 40 до 50 %;
В - с содержанием щебня свыше 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 соответствующие им асфальтобетоны в зависимости от вида песка подразделяют на типы:
Г и Гх - на песках из отсевов дробления, а также на 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.
Смеси и асфальтобетоны, в зависимости от показателей физико-механических свойств и применяемых материалов, подразделяют на марки:
Горячие:
- высокоплотные - I
- плотные типов: А- I, II;
Б, Г- I, II, III
В, Д - II, III.
- пористые и высокопористые - I, II
Холодные типов: БХ, ВХ, ГХ - I, II
ДХ - II
Требования к материалам
Щебень и гравий. Для приготовления щебня используют прочные морозостойкие изверженные, 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. Пониженные требования к прочности известняков, доломитов и шлаков компенсируются повышенной прочностью асфальтобетона в связи с хорошим прилипанием битума к этим материалам.
Показатель прочности при износе в полочном барабане для щебня из горных пород устанавливается не более 25...35 % Щебень для асфальтобетонных смесей должен быть чистым, не допускается содержание глинистых и пылеватых частиц свыше 2 %. Форма зерен щебня должна приближаться к тетраэдной и кубовидной, а поверхность - к шероховатой, что повышает внутреннее трение и прилипание вяжущего. Содержание лещадных и игловатых зерен ограничивается 15...35 %.Щебень для асфальтобетонных смесей должен выдерживать без разрушения не менее 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания, а для нижнего слоя покрытия - не менее 25 циклов (ГОСТ 8267-93).
Для приготовления горячих асфальтобетонных смесей II марки типа В, холодных типов Бх, Вх, а также III марки типов Б и В можно использовать щебень из гравия или гравий. Гравийно-песчаные смеси по зерновому составу должны отвечать требованиям ГОСТ 23735, а гравий и песок, входящие в состав этих смесей, - ГОСТ 8767 и 8736, соответственно.
Прочность и морозостойкость щебня и гравия для смесей и асфальтобетонов конкретных марок и типов должны соответствовать указанным в табл. 6.6.1.
Таблица 6.6.1
Требования к щебню, гравию, используемым для приготовления асфальтобетонных смесей
| Наименование показателя | Значение для смесей марки | ||||||||||||
| I | II | III | |||||||||||
| горячих типа | холодных типа | пористых и высокопористых | горячих типа | холодных типа | пористых и высокопористых | горячих типа | |||||||
| А и высокоплотных | Б | БХ | ВХ | А | Б | В | БХ | ВХ | Б | В | |||
| Марка не ниже: | |||||||||||||
| по дробимости: | |||||||||||||
| а) щебня из изверженных и метаморфических горных пород | |||||||||||||
| б) щебня из осадочных горных пород | |||||||||||||
| в) щебня из металлургического шлака | - | ||||||||||||
| г) щебня из гравия | - | ||||||||||||
| д) гравия | - | - | - | - | - | - | |||||||
| по истираемости: | |||||||||||||
| а) щебня из изверженных и метаморфических горных пород | И 1 | И 1 | И 2 | И 2 | не норм. | И 2 | И 2 | И 3 | И 3 | И 4 | не норм. | И 3 | И 4 |
| б) щебня из осадочных горных пород | И 1 | И 2 | И 2 | И 3 | To же | И 1 | И 2 | И 3 | И 3 | И 4 | То же | И 3 | И 4 |
| в) щебня из гравия и гравия | - | И 1 | И 1 | И 2 | -"- | И 1 | И 2 | И 3 | И 2 | И 3 | -"- | И 3 | И 4 |
| По морозостойкости для всех видов щебня и гравия: | |||||||||||||
| a) для дорожно-климатических зон I, II, III | F50 | F50 | F50 | F50 | F50 | F50 | F50 | F25 | F25 | F25 | F15 | F25 | F 25 |
| б) для дорожно-климатических зон IV, V | F50 | F50 | F25 | F25 | F25 | F50 | F25 | F15 | F15 | F15 | F15 | F15 | F 15 |
Песок. Для приготовления асфальтобетонных смесей можно применять природные и дробленые пески, отвечающие требованиям ГОСТ 8736.
Допускается использовать отсевки продуктов дробления горных пород и гравия, соответствующие требованиям нормативно-технической документации, утвержденной в соответствующем порядке. Показатели свойств дробленых песков и отсевов продуктов дробления горных пород и гравия в зависимости от марки, типа и вида смесей должны соответствовать указанным в табл. 6.6.2.
Таблица 6.6.2
Показатели свойств дробленых песков и отсевов продуктов дробления горных пород и гравия
| Наименование показателя | Значение для смесей и асфальтобетонов марки | |||||||
| I | II | III | ||||||
| горячих и холодных типа | пористых и высокопористых | горячих и холодных типа | пористых и высокопористых | горячих типа | ||||
| и высокоплотных | Г, ГХ | А, Б, В, БХ, ВХ | Г, Д, ДХ | Б, В | Г, Д | |||
| Марка по прочности песка из отсевов дробления горных пород и гравия | ||||||||
| Содержание глинистых частиц, определяемое методом набухания по массе, не более, % | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
Примечание. Для смесей типа Г марки I необходимо использовать пески из отсевов дробления изверженных горных пород по ГОСТ 8736 с содержанием зерен менее 0,16 мм не более 5 % по массе
Дробленый песок получают дроблением скальных горных пород или кристаллических металлургических шлаков. В зависимости от прочности исходной горной породы, дробленый песок делят на две марки: 800 и 400. Для получения первого из них применяют горные породы с прочностью при сжатии не ниже 80, а для второго - не ниже 40 МПа. Зерновой состав песка должен обеспечивать получение смеси с другими минеральными материалами, с наибольшей плотностью. Из этих соображений для приготовления асфальтобетонных смесей применяют крупно- и среднезернистый пески.
Песок должен быть чистым и содержать глинистых частиц не более 1 % по массе, а органических примесей - менее 0,5 %. Чтобы обеспечить однородный состав асфальтобетонной смеси необходимо использовать песок с постоянным зерновым составом. С этой целью в ряде стран песок делят на 2...3 фракции и в асфальтосмеситель подают пофракционно. Для улучшения обволакивания битумом, песок подвергают активации.
Минеральный порошок. Для асфальтобетонных смесей минеральный порошок получают размолом известняков, доломитов (прочностью не менее 20 МПа), доменных шлаков, а также битуминозных известняков. Тонкость помола порошков должна быть такой, чтобы при мокром рассеве сквозь сито с отверстиями 1,25 мм проходило 100 %, 0,315 мм - не менее 90 % и 0,071 мм - не мене 70 % порошка. При этом пустотность его при уплотнении в специальной форме нагрузкой 40 МПа должна быть не более 35 %.
Физико-химическое воздействие битума с минеральным порошком приближенно определяют коэффициентом гидрофильности частиц порошка размером менее 1,25 мм. Коэффициентом гидрофильности называют отношение набухания минерального порошка в воде (полярная среда) к набуханию в обезвоженном керосине (неполярная среда). Более гидрофильные порошки имеют большее сродство с водой и характеризуются коэффициентом гидрофильности более 1, а менее гидрофильные - менее 1. Для асфальтобетона не рекомендуют порошки с коэффициентом гидрофильности более 1. Набухание смеси порошка с битумом не должно превышать 2,5 %.
В ряде случаев в качестве минеральных порошков применяют местные материалы - порошкообразные отходы промышленности (пыль уноса цементных заводов, золы, дефекационные отходы сахарных заводов, отходы асбоцементного производства). Качество этих порошков различное, поэтому в каждом случае проверяют свойства порошков и приготовленных смесей. Важно установить также расход битума, технологические свойства смеси на принятом порошке и влияние порошка на долговечность асфальтобетона.
Вследствие того, что минеральные порошки имеют мелкозернистый состав, они обладают повышенной гидроскопичностью и комкуются при длительном хранении на складах. Значительно улучшаются свойства порошков после предварительной гидрофобизации, т.е. обработки небольшими дозами битума малой вязкости или другими гидрофобизирующими веществами (торфяным или древесным дегтем, ферролигно-сульфанатом и др.). Гидрофобизирующие минеральные порошки при хранении не комкуются, при транспортировке не распыливаются, значительно улучшают перемешивание и уплотнение смеси; расход битума при приготовлении асфальтобетонных смесей уменьшается.
Показатели свойств измельченных основных металлургических шлаков и порошковых отходов промышленности должны отвечать требованиям ГОСТ 16557 (табл. 6.6.3).
Таблица 6.6.3
Требования к материалам, применяемым в качестве минерального порошка
| Наименование показателя | Нормы по видам | ||
| измельченные основные металлургические шлаки | зола уноса и золошлаковые смеси | пыль уноса цементных заводов | |
| 1. Зерновой состав, % по массе, не менее | |||
| мельче 1,25 мм мельче 0,315 мм мельче 0,071 мм | |||
| 2. Пористость, %, не более | |||
| 3. Показатель битумоемкости, г, не более | |||
| 4. Водостойкость образцов из смеси порошка с битумом, не более | 0,7 | 0,6 | 0,8 |
| 5. Содержание водорастворимых соединений, % по массе, не более | |||
| 6. Потери при прокаливании, % по массе, не более | Не нормируют | 20,0 | Не нормируют |
| 7. Содержание активных (Na 2 O + MqO), % по массе, не более |
В смеси с битумом минеральный порошок образует, так называемое, асфальтовое вяжущее вещество, являющееся тем клеем, который объединяет зерна песка и щебня в прочный и плотный монолит. Суммарная поверхность зерен минерального порошка составляет 85...90 % от всей поверхности минерального материала, поэтому битум, главным образом, взаимодействует с поверхностью минерального порошка.
Минеральный порошок повышает прочность асфальтобетона, но вместе с тем, увеличивает его хрупкость, поэтому в смеси содержание минерального порошка должно быть оптимальным, достаточным лишь для придания асфальтобетону нормативной прочности и плотности. Избыток минерального порошка понижает трещиностойкость, сдвигоустойчивость; при увеличенном содержании битума повышает жирность асфальтобетонных смесей.
Битум. 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.
Для приготовления горячих смесей следует применять вязкие нефтяные дорожные битумы марок: БНД 40/60, БНД 60/ 90, БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 200/300, БН 60/90, БН 90/ 130, БН 130/200, БН 200/300 по ГОСТ 22245, а также жидкие битумы марок: СГ 130/200, МГ 130/200, ГОСТ 11955.
Для приготовления холодных смесей следует применять жидкие нефтяные дорожные битумы марок СГ 70/130, МГ 70/130. Для холодных смесей марки I следует применять жидкие битумы класса СГ. Допускается также применение битумов класса МГ при условии использования активированных минеральных порошков или предварительной обработки минеральных материалов смесью битума с поверхностно-активными веществами. Для холодных смесей марки II следует применять жидкие битумы классов СГ, МГ.