Асфальтобетон
Відповідно до ДСТУ Б В. 2. 7 – “Суміші асфальтобетонні і асфальтобетон дорожній та аеродромний” асфальтобетонні суміші підрозділяються на щебеневі, гравійні і піщані.
За температурою укладання і маркою бітуму, що застосовується асфальтобетонні суміші підрозділяють на класи:
– гарячі з в’язкими нафтовими дорожніми бітумами (не мають індексу);
– холодні з рідкими нафтовими дорожніми бітумами (індекс “х”).
Залежно від найбільшого розміру зерен мінеральних матеріалів асфальтобетони підрозділяють на види:
– крупнозернисті – з розміром зерен до 40 мм (Кр);
– дрібнозернисті – з розміром зерен до 20 мм (Др);
– піщані – з розміром зерен до 5 мм (Пщ);
холодні асфальтобетонні суміші і асфальтобетони підрозділяються на види:
– дрібнозернисті – з розміром зерен до 20 мм (Др);
– піщані – з розміром зерен до 5 мм (Пщ);
Залежно від значення залишкової пористості асфальтобетони із гарячих сумішей підрозділяються на групи:
– щільні - з залишковою пористістю від 2 до 5 % (Щ);
– пористі - з залишковою пористістю від 5 до 10 % (П);
– високопористі - з залишковою пористістю від 10 до 15 % (ВП);
Залежно від вмісту щебеню і різновиду піску суміші і асфальтобетони для верхніх шарів покриттів підрозділяються на гранулометричні типи (А, Б, Бх, В, Вх, Г, Гх, Д, Дх) згідноі з таблицями 11.7 і 11.8.
За характером гранулометрії асфальтобетони і асфальтобетонні суміші розділяються на два різновиди: з безперервним (НП) і перервним (ПР) складом.
Таблиця 11.7.
Структура і послідовність позначень
| Різновиди класифікації | Ознаки класифікації | Абревіатура позначень | |
| 1. Клас сумішей | гарячі | Марка бітуму і умови укладання | АСГ |
| холодні | АСХ | ||
| 2. Вид сумішей і асфальтобетону | крупнозернисті | Крупність мінеральних зерен | Кр |
| дрібнозернисті | Др | ||
| піщані | Пщ | ||
| 3. Група асфальтобетону | щільні | Залишкова пористість асфальтобетону | Щ |
| пористі | П | ||
| високопористі | ВП | ||
| 4. Тип гранулометрії сумішей і асфальтобетону | А | За вмістом щебеню і різновиду піску | А |
| Б | Б, Бх | ||
| В | В, Вх | ||
| Г | Г, Гх | ||
| Д | Д, Дх | ||
| 5. Різновид гранулометрії | безперервна | Особливості гранулометрії | НП |
| перервна | ПР | ||
| 6. Марка асфальтобетону | марка I | За якістю матеріалів | I |
| марка II | II |
Таблиця 11.8
Типи асфальтобетонних сумішей і асфальтобетонів
| Типи сумішей і асфальтобетонів з кількістю зерен більше 5 мм, % за масою | Різновид піску | |
| Гарячі для щільного асфальтобетону | Холодні | |
| А, від 45 до 55 | – | Щільний подрібнений і природний |
| Б, від 35 до 45 | (Бх), від 35 до 50 | Також |
| В, від 25 до 35 | (Вх), від 20 до 35 | Також |
| Г | Гх | Щільний природний або його суміш з подрібненим |
| Д | Дх | Також |
Примітка 1. Вміст природного неподрібненого піску у сумішах типу А, Б, Бх, В, Вх, не повинно перевищувати 20 % за масою.
Примітка 2. Вміст природного неподрібненого піску в сумішах типу Г, Гх не повинно перевищувати 25 % за масою.
Примітка 3. Вміст природного подрібненого піску у сумішах Д, Дх не повинно перевищувати 25 % за масою.
Залежно від якості використовуваних мінеральних матеріалів і значень показників фізико-механічних властивостей асфальтобетони діляться на марки (I, II) відповідно до таблиць 11.7 і 11.9.
Таблиця 11.9
Марки асфальтобетонів
| Типи асфальтобетонів | Марки |
| Щільні: А, Б, В, Бх, Вх, Г Гх Д, Дх | I, II I II |
| Щебенисті і високопористі | I, II |
| Піщані пористі і високопористі | I, II |
У випадку, коли для виробництва асфальтобетону використовують матеріали, що не відповідають вимогам ДСТУ БВ. 2. 7 – 119 – 2003 до асфальтобетонів I марки, він автоматично відноситься до марки нижнього рівня, незалежно від встановлених у процесі випробувань значень показників якості.
Асфальтобетони для нижніх (АБ. НШ) і підстилаючих (АБ. ПД) шарів покриттів, які не відповідають гранулометричним типам А, Б, В, Г і Д, підрозділяють на крупнозернисті (Кр) або дрібнозернисті (Др), пористі (П) або високопористі (ВП), з безперервною (НП) або перервною (ПР) гранулометрією марок I, II; асфальтобетони піщані (АБ. НШ. Пщ) марок I, II.
Умовне позначення асфальтобетонів дається в такій послідовності: асфальтобетон; місто використування у випадку нижнього (НШ) або підстилаючого (ПД) шару; від крупності зерен; група за залишковою пористістю; тип за вмістом щебеню; різновид гранулометрії; марка.
Приклади умовного позначення асфальтобетонів:
Асфальтобетон АБ. Др. Щ. НП. I ДСТУ БВ. 2.7 – 119 – 2003 – асфальтобетон дрібнозернистий, щільний, тип А, безперервної гранулометрії, марки I.
Асфальтобетон АБ. НШ. Кр. ВП. ПР. I ДСТУ БВ. 2.7.– 119 – 2003 – асфальтобетон для нижнього шару, крупнозернистий, високопористий, перервної гранулометрії, марки I.
Вимоги до фізико-механічних властивостей асфальтобетону відповідно до ДСТУ Б В. 2. 7. – 119 – 2003 назначають згідно з класом суміші, видом, групою, типом, маркою асфальтобетону, дорожньо-кліматичним районом його використовування і призначенням у дорожньому одязі
(табл. 11.10).
Таблиця 11.10
Вимоги до фізико-механічних властивостей асфальтобетонів для районів
А-2 (Горні Карпати) і А-6 (Дніпропетровська, Донецька і Луганська обл.)
| Найменування показника | Норми для асфальтобетонів марок | |
| І | ІІ | |
| 1.Пористість мінерального кістяка % за об’ємом, для асфальтобетону із сумішей типів А і Б В Г Д | 15-18 17-20 17-20 – | 16-18 17-20 17-20 17-20 |
| 2. Залишкова пористість, % за об’ємом | 2-4 | 2-4 |
| 3. Водонасичення, % за об’ємом, для асфальтобетонів із сумішей типу: А Б і Г В і Д | 1,5-3,0 1,0-2,5 1,0-2,0 | 1,5-3,5 1,0-3,0 1,0-2,7 |
| 4. Набрякання, % за об’ємом, для асфальтобетонів із сумішей усіх типів, не більше | 0,50 | 0,85 |
| 5. Межа міцності при стиску, МПа, при температурі 0°С для асфальтобетонів із сумішей усіх типів, не більше 20°С для асфальтобетонів із сумішей усіх типів, не менше 50°С для асфальтобетонів із сумішей типів: А, не менше Б і В, не менше Г, не менше Д, не менше | 11,0/9,0 1,3/1,2 1,2/1,1 1,3/1,2 1,6/1,3 – | 12,0/10,0 1,2/1,1 1,2/1,1 1,2/1,1 1,3/1,2 1,3/1,1 |
| 6. Коефіцієнт водостійкості, не менше | 0,90/0,85 | 0,85/0,80 |
| 7. Коефіцієнт довготривалої водостійкості, не менше | 0,85/0,80 | 0,80/0,75 |
Примітка. Значення показників у чисельнику відносяться до асфальтобетонів, що виготовлені на бітумах з глибиною проникненості голки від 40 до 90 (0,1) мм, у знаменнику – від 90 до 200 (0,1) мм.
Вимоги до холодного асфальтобетону наведені у табл. 11.11.
Таблиця 11.11
Фізико-механічні властивості асфальтобетонів з холодних сумішей
| Найменування показника | Норми для асфальтобетонів марок | |
| І | ІІ | |
| 1.Пористість мінерального кістяка % за об’ємом, для асфальтобетону із сумішей типів: Бх, не більше Вх, не більше Гх і Дх, не більше | ||
| 2. Залишкова пористість, % за об’ємом, для асфальтобетонів із сумішей усіх типів | 6-10 | 6-10 |
| 3. Водонасичення, % за об’ємом, для асфальтобетонів із сумішей усіх типів | 5-9 | 5-9 |
| 4. Набрякання, до прогрівання, % за об’ємом, із сумішей усіх типів, не більше | 1,2 | 2,0 |
| 5. Межа міцності при стиску, МПа, при температурі 20°С: до прогрівання асфальтобетонів із сумішей усіх типів не менше: Бх, Вх Гх Дх після прогрівання у асфальтобетонів із сумішей усіх типів: Бх, Вх Гх Дх | 1,5 1,7 – 1,8 2,0 – | 1,3 – 1,2 1,6 – 1,5 |
| 6. Коефіцієнт водостійкості, не менше | 0,75 | 0,60 |
| 7. Коефіцієнт водостійкості після прогрівання, не менше | 0,90 | 0,80 |
| 8. Коефіцієнт довготривалої водостійкості до прогрівання, не менше | 0,50 | 0,40 |
| 9. Коефіцієнт довготривалої водостійкості після прогріванняя, не менше | 0,75 | 0,65 |
| 10. Злежуваність за числом ударів, не більше |
Під механічним навантаженням асфальтобетон виявляє комплекс властивостей: пружність, пластичність, повзучість, релаксацію напруження, зміну міцності залежно від швидкості деформування, накопичення деформації при багаторазових навантаженнях і ін.
Для асфальтобетону як термопластичного матеріалу розрізняють два види втрати міцності: у пружній стадії, що приводить до руйнування покриттів; у пластичній стадії, що приводить до виникнення деформацій, що порушують нормальну експлуатацію конструкції. Асфальтобетону притаманні закономірності деформаційно-міцнісних властивостей аналогічні тим, що розглянуті вище для дьогтебетону. У цьому ж розділі наведено ряд показників якості асфальтобетону, що характеризує його поводження в покритті автомобільної дороги.
Міцність при зрушенні асфальтобетону при підвищених температурах може бути охарактеризована видозміненим рівнянням Кулона (ВБН В.2.3-218-186-2004):
(11.6)
де: τ – міцність асфальтобетону при статичному зсуві, МПа; Р – питоме нормальне навантаження при зсуві, МПа; φаб – кут внутрішнього тертя асфальтобетону з урахуванням змащувальної дії бітуму; Сс – зачеплення зерен при зсуві асфальтобетону, МПа; Σб – зчеплення в асфальтобетоні, що містить бітум у кількості б.
Для характеристики пластичності асфальтобетону при позитивних температурах, коли можливе виникнення деформацій покриттів (хвилі, напливи), служить показник пластичності (11.7):
(11.7)
де: R1 і R2 – межа міцності при стиску, МПа; V1 і V2 – швидкості деформування (звичайно 3 і 30мм/хв).
Асфальтобетон вважають не пластичним, якщо при 50°С m≤0,10; нормальної пластичності при m=0,15-024; пластичним при m>0,25.
Міцність асфальтобетону при розтяганні визначають безпосереднім розтяганням «бразильським» методом. Циліндричний зразок асфальтобетону діаметром D і висотою Н піддають стиску по твірний. Міцність при розтяганні за цим методом (11.8):
(11.8)
де a – коефіцієнт (для асфальтобетону як пластичного тіла a=1, для крихких тіл a=0,63); Р- руйнівне зусилля; D і H – діаметр і висота зразку, см.
Деформативність асфальтобетону оцінюють по відносній деформації асфальтобетонних зразків при випробуванні на вигин або розтягання. Покриття буде стійким проти утворення тріщин, якщо асфальтобетон має відносне подовження при 0°С не менш 0,001-0,002 (при швидкості деформації, близької до 5-10 мм/хв).
На рис. 11.18 наведені криві повзучості асфальтобетону
Рис.11.18. Розвиток деформацій ε в асфальтобетоні при напруженнях: 1-0,01-0,015 s розр.; 2-0,07-0,10 s розр.; 3-0,34-0,45 s розр у часі t
Крива 1 характеризує роботу матеріалу в пружній стадії. Крива 2 показує наявність залишкової деформації. Крива росту пружних деформацій складається з двох частин: у першій деформації розвиваються за законом пропорційності між миттєвою пружною деформацією і напруженням, в другій крива деформації розвивається в часі по експонентній залежності. Миттєва пружна деформація, досягши постійного значення, залишається постійною весь період часу дії навантаження. Пружна деформація, що розвивається в часі при постійно діючому напруженні, росте в часі зі зменшуваною швидкістю, асимптотично наближаючись до постійного значення протягом необмежено більшого часу.
Гарячий асфальтобетон при температурі 20 °С і напруженнях, що не перевищують 0,028 sрозр., працює в пружній стадії, при напруженнях до s= 0,38 sрозр. – в пружнов’язкої стадії. У цей період в асфальтобетоні накопичуються залишкові деформації. При напруженнях більше 0,3-0,4 sрозр. деформація асфальтобетону зростає і приводить через 5-10 хвилин до руйнування (крива 3 на рис. 10.18). Це підтверджує те, що процес руйнування асфальтобетону під дією прикладеного напруження являє собою процес, що розвивається в часі.
Криві повзучості, що побудовані в логарифмічному масштабі, дають прямолінійну залежність деформації від часу дії навантаження (рис. 11.19). Це дозволяє визначити ступінь пластичності асфальтобетону за кутом нахилу лінії до осі часу. Ступінь пластичності P= tgα гарячого асфальтобетону при 20˚С знаходиться в межах 0,4-0,6.
 |
Рис.11.19. Залежність деформації асфальтобетону ε від часу дії навантаження t: 1 – бітум БНД 130/200; 2 – БНД 40/60
Статичний модуль пружності визначають при дії одиночного навантаження в середині прогону зразка балочки (11.9):
(11.9)
де: Р - вертикальне навантаження, 0,2-0,3 σрозр; ℓ – розрахунковий прогін балочки (0,14 м); f-пружний прогин балочки; І-момент інерції перетину зразка (I = bh3 / 12); b і h – ширина і висота балочки.
Величину Р у межах приймають 0,1-0,3 від руйнівного навантаження. Статичний модуль пружності асфальтобетону відповідає впливові автомобіля на конструктив дорожнього одягу на стоянці, зупинці і перехрестях (табл. 11.12).
Таблиця 11.12
| Матеріал | Марка бітуму | Модуль пружності Е, МПа | Середній опір розтяганню при вигині, МПа |
| Щільний асфальтобетон Ι і ΙΙ марок | БНД 40/60 БНД 60/90 БНД 90/130 БНД 130/200 БНД 200/300 СГ 130/200 | 3,2 2,8 2,4 2,0 1,8 1,6 |
Динамічний модуль пружності визначають за вищенаведеною формулою, але при тривалості дії навантаження 0,1с. Значення динамічного модуля пружності відповідає режимові впливу рухомих навантажень на асфальтобетонне покриття (табл. 11.13).
Таблиця 11.13
| Матеріал | Марка бітуму | Розрахункові значення динамічного модуля пружності Е, МПа, при температурі покриття, ˚С | ||||
| Щільний асфальтобетон | БНД 40/60 БНД 60/90 БНД 90/130 БНД 130/200 БНД 200/300 СГ 130/200 СГ 70/130 МГ 70/130 |
Релаксація напруження в асфальтобетоні описується рівнянням (11.9):
(11.9)
де: σ – загальні напруження; σt – релаксуюча частина напруження; σк – нерелаксуюча частина напруження.
Релаксуюча частина напруження описується експоненціальною залежністю (11.10):
(11.10)
де: σ0 – величина релаксуючої частини напруження у момент часу; К – постійна.
Релаксаційні процеси в асфальтобетоні залежать від типу структури асфальтобетону, в'язкості бітуму, величини початкового напруження, швидкості деформації (навантаження), температури й ін. факторів.
При високих позитивних температурах інтенсивність зниження напруження служить показником деформаційної стійкості асфальтобетону, а при негативних – показником тріщиностійкості. Для задовільної роботи асфальтобетону в покритті при високих позитивних температурах необхідно, щоб релаксація напруження протікала повільно. При низьких негативних температурах виникнення тріщин можна попередити в тому випадку, якщо напруження будуть швидко розсмоктуватися.