СОДЕРЖАНИЕ
ЗАДАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1''Выбор вида, типаи марки асфальтобетона''
ГЛАВА 2 ''Оценка качестваисходных материалов''
2.1 Щебень
2.2 Песок
2.3 Минеральный порошок
2.4 Битум
ГЛАВА 3 ''Расчёт составаминеральной части а/б''
3.1 Расчёт по кривымплотных смесей
3.2 Графический метод
ГЛАВА 4 ''Выбороптимального содержания битума''
ГЛАВА 5 ''Технологияприготовления асфальтобетона''
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Дорожная одежда состоит из подстилающего слоя, основания и слоевпокрытия. Оно воспринимает давления от подвижных нагрузок и распределяет их поземляному полотну. Так как наибольшее давление возникает на поверхности иуменьшается по глубине, дороге необходима прочная одежда, что в свою очередьтребует качественных материалов, уплотненных до высокой плотности.
Дороги с твердым покрытием имеют асфальтобетонную илицементобетонную поверхность, которая сочетает грузонесущие свойства ссоответствующим показателям сопротивления скольжению и износу, непроницаемостии долговечности.
Цель данной курсовой работы: выполнить проектирование составаасфальтобетона для устройства верхнего слоя покрытия автомобильной дорогинаходящейся во II-ой дорожно-климатической зоне III категории дороги.
Асфальтобетономназывают 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. Есливместо битума применяют дёготь или полимер, то соответственно материал называютдёгтебетон или полимербетон.
Асфальтобетонные смеси являются основным видомбитумоминеральных смесей. Существует большое количество смесей, которыеразличаются по крупности и количеству щебня, содержанию природного илидроблёного песка, количеству минерального порошка, вязкости битума. Врезультате получают смеси с различной структурой, которая и обеспечиваетсопротивление покрытий эксплуатационным воздействиям. Смеси с большимсодержанием щебня имеют скелет из каменных частиц, который воспринимаетосновную механическую нагрузку. Смеси, состоящие из минерального порошка, пескаи битума, представляют собой асфальтовый раствор, их механические свойстваопределяются главным образом вязкостью битума. Чем меньше в смесискелетообразующих частиц, тем выше должна быть вязкость битума.
95% автомобильных дорог строятся с асфальтобетоннымпокрытием, так как имеет ряд преимуществ над другими покрытиями. Главноеотличие асфальтобетона от бетонов на минеральных вяжущих заключается в еготермопластичности, т.е. размягчении и снижении прочности до 0,8-1,0 МПа вжаркие летние дни, когда температура покрытия поднимается до +50°С, иповышении твёрдости и прочности до 10,0-15,0 МПа при отрицательной температурев зимнее время года.
Гранулометрическийсостав асфальтобетонной смеси определяет содержание пор в минеральной частиасфальтобетона, которое в свою очередь определяет количество битума в смеси ивзаимосвязано с остаточной пористостью. Оптимальная остаточная пористостьвзаимосвязана с вязкостью связующего вещества и комплексом эксплуатационныхфакторов – транспортных, атмосферных, климатических. Например, при маловязкомразжиженном битуме необходима высокая пористость асфальтобетона, обеспечивающаябыстрое испарение лёгких фракций из битума и как следствие повышениесопротивления эксплуатационным факторам.
Комплексэксплуатационных факторов влияет также на выбор марки битума. В холодномклимате надо применять битум с меньшей вязкостью, чем жарком. Тяжелое движениетранспортных средств диктует применение высоковязкого битума.
I«ВЫБОР ВИДА, ТИПА И МАРКИ АСФАЛЬТОБЕТОНА»
Выбор вида,типа и марки асфальтобетона необходимо выполнять в соответствии с требованиямиГОСТ 9128 – 97
Основныепараметры и показатели:
1. Взависимости от вида минеральной составляющей подразделяют на щебеночные, гравийные и песчаные.
2.Смеси взависимости от вязкости используемого битума и температуры при укладке подразделяют на:
— горячие,приготавливаемые с использованием вязких и жидких нефтяных дорожных битумов и укладываемые с температурой неменее 120 °С;
— холодные,приготавливаемые с использованием жидких нефтяных дорожных битумов и укладываемые с температурой не менее 5 °С.
3. Горячие ихолодные смеси-асфальтобетоны
а) Горячие смеси и асфальтобетоны в зависимости отнаибольшего размера минеральных зерен подразделяют на:
крупнозернистые с размером зерен до 40 мм;
мелкозернистые » » » до20 мм;
песчаные » » » до5 мм.
Асфальтобетоныиз горячих смесей в зависимости от величины остаточной пористости подразделяютна 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) Холодныесмеси подразделяют на мелкозернистые и песчаные.
Асфальтобетоныиз горячих смесей в зависимости от величины остаточной пористости подразделяютна виды:/>
высокоплотные с остаточнойпористостью от 1,0 до 2,5 %;
плотные » » » св. 2,5 до 5,0 %;
пористые » » » св. 5,0 до 10,0 %;
высокопористые » » » св. 10,0до 18,0 %.
Асфальтобетоныиз холодных смесей должны иметь остаточную пористость свыше 6,0 до 10,0 %.
4. Щебеночныеи гравийные горячие смесии плотные асфальтобетоны в зависимости от содержания в них щебня (гравия) подразделяют на типы:
А ссодержанием щебня св. 50 до 60 %;
Б » » » св.40 до 50 %;
В » » » св.30 до 40 %.
Щебеночные игравийные холодные смеси и соответствующие им асфальтобетоны в зависимости отсодержания в них щебня (гравия) подразделяют на типы Бхи Вх.
Горячие и холодные песчаные смеси и соответствующиеим асфальтобетоны в зависимости от вида песка подразделяютна типы:
Г и Гх — на песках изотсевов дробления, а также на их смесях с природным песком при содержаниипоследнего не более 30 % по массе; />
Ди Дх — на природных песках или смесях природныхпесков с отсевами дробления при содержании последних менее 70 % по массе.
Высокоплотные горячие смеси и соответствующие им асфальтобетонысодержат щебень свыше 50 до 70 % Горячие и холодные песчаные смеси исоответствующие им асфальтобетоны в зависимости от вида песка подразделяют натипы:
Г и Гх — на песках из отсевов дробления, а также на их смесях сприродным песком при содержании последнего не более 30 % по массе;
Д и Дх — на природных песках или смесях природных песков сотсевами дробления при содержании последних менее 70 % по массе.
Высокоплотныегорячие смеси и соответствующие им асфальтобетоны содержат щебень свыше 50 до70 %.
Проектированиеасфальтобетона:
Анализусловий работы проектируемого асфальтобетона в конструкции (транспортныенагрузки, максимальные уклоны, геолого-климатические условия);
Выбор способапроизводства работ в зависимости от погодно-климатических условий и районастроительства;
Выборисходных материалов;
Расчётсостава асфальтобетона:
а) расчётсостава минеральной части по кривым плотных смесей:
цель — получить минеральный состав с минимальным количеством пустот.
Составы могутбыть непрерывные и прерывистые.
б)определение оптимального количества битума:
определяемопытным путём:
·готовят смеси с разным количеством битума
щебень ипесок нагревают до 150 — 170°С,
битум до 130- 150°С,
смесь до 140- 160°С.
·уплотняют при давлении 40 МПа.
Приготовлениеи испытание контрольной смеси:
определяютфизико-механические показатели и сравнивают с требованием ГОСТ.
Технические требованияк дорожному асфальтобетону из горячих, плотных смесей:
В зависимостиот качественных показателей а/б разделяют на три сорта (марки):
Пределпрочности при сжатии:
· при 20°С Þ R20, МПа
· при 50°С Þ R50, Мпа — характеризуетздвигоустойчивость
· при 0°С Þ R0, Мпа — характеризуетхрупкость;
1. Коэффициентводостойкости:
Кв = Rв/R20, где Rв — предел прочности водонасыщенного образца;
2. Коэффициентводостойкости при длительном водонасыщении:
Квд = Rвд, где Rвд — прочность образца после насыщения, в течение15суток;
4. Водонасыщение по объёму, % [1 ¸ 4]%;
5 Пористостьминерального остова:
· для типов А и Б не более19%
· для типов В, Г, Д неболее 22%
1. Остаточнаяпористость, % по объёму [2 ¸ 5]% — для плотных а/б.
Этапы формирования структуры асфальтобетона:
1. Периодактивного структурообразования протекает в момент объединения битума сминеральным материалом.
2. Сближениеструктурных элементов смеси при её укладке и уплотнения.
3. Периодстабилизации микроструктурных связей в асфальтобетоне при эксплуатациипокрытия.
Повышениевязкости битума при охлаждении.
Повышениевязкости битума за счёт улетучивания лёгкого углеводорода, за счёт стабилизацииориентированных молекул битума или при появлении новообразования в зонеконтакта.
Доуплотнениепод действием транспорта.
На стадииразработки проекта автомобильной дороги выбирают асфальтобетон определеннойразновидности, конкретно для каждого конструктивного слоя дорожной одежды.
В верхнихслоях покрытий на дорогах всех категорий используют только плотныйасфальтобетон.
Нижние слоипокрытий на дорогах I – II категорий устраивают из пористого асфальтобетона, а на дорогах III – IV категорий – извысокопористого асфальтобетона.
В верхнихслоях оснований можно использовать как пористый, так и высокопористыйасфальтобетоны.
При стадийномстроительстве нижний слой покрытий устраивают, как правило, из плотногокрупнозернистого асфальтобетона.
Вид и типплотного асфальтобетона для верхних слоев покрытий назначают в зависимости откатегории дороги и климатических условий района строительства.
В районах I, II и частично III дорожно-климатическихзон, характеризующихся холодным и влажным климатом, для устройства верхнихслоев покрытий целесообразно использовать смеси типа Б с содержанием щебня илигравия 40 – 50 %, а также типов В, Г и Д, в которых формируется замкнутаяпоровая структура, препятствующая прониканию воды в покрытие. При этом врайонах II дорожно-климатической зоны рекомендуется применять асфальтобетоныс остаточной пористостью не более 5% объема.
Для второй дорожно-климатической зоны (ГОСТ9128-97):
Таблица 1Наименование 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 надорогах третьей категории можно использовать горячие смеси типов А, Б, В, Г и ДII марки, а также холодныеасфальтобетонные смеси типов Бх, Вх, Гх марки I.
В соответствии с требованиями нормативныхдокументов и данными задания для проектирования асфальтобетонной смеси мноювыбран асфальтобетон типа Б из горячих смесей марки II, потому что:
· результатыиспытаний удовлетворяют требованиям ГОСТ 9128 — 97
· изпрактических соображений, для второй климатической зоны с её холодным климатом оченьважно. Он обладает достаточно высокой сопротивляемостью механическим иатмосферным факторам, поэтому его применяют для устройства верхнего слоядвухслойных покрытий и при интенсивном движении
· посравнению с типом Б, тип А является многощебенистым а/б, а т.к. щебень дорожепеска, тип А менее экономичен. Тип Б проще запроектировать, т.к. тип А болеетребователен к процентному содержанию частиц на ситах.
ГЛАВА 2 «ОЦЕНКА КАЧЕСТВАИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ»
2.1 Крупный заполнитель(щебень):
Для приготовления щебня используют прочныеморозостойкие магматические, метаморфические и осадочные горные породы, а такжепрочные и морозостойкие медленноохлаждённые металлургические шлаки.
Прочность при сжатии горных пород должна быть неменее 100…120 МПа, а осадочных карбонатных пород металлургических шлаков — неменее 80…100 МПа.
Показатель прочности при износе в полочномбарабане 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 ГОСТ8267 п.4.71 таблица 9) не допускается содержание глинистых и пылеватых частицсвыше 1%.(т.к в соответствии с ГОСТ 25100 щебень гранитный является магматическойпородой ) Форма зёрен щебня должна быть приближена к тетраэдальной икубовидной, а поверхность к — шероховатой, что повышает внутреннее трение иприлипание вяжущего. Содержание зерен пластинчатой (лещадной)и игловатой формы в щебне и гравии должно быть, %по массе, не более:
15 — для смесей типа А ивысокоплотных;
25 — для смесей типов Б, Бх;
35 — для смесей типов В, Вх.
Щебень дляа/б смесей должен выдерживать без разрушения не менее 50 циклов переменногозамораживания 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
- маркапо прочности при раздавливании в цилиндре — 1000
- маркапо износу в полочном барабане – ИII
- маркапо морозостойкости –F100
- зерновойсостав:
Таблица 2 Наименование показателя Диаметры отверстий сит, мм 20 15 10 5 - содержаниезёрен 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%(
Вывод: повсем указанным выше показателям щебень известняковый можно применить дляпроектирования горячей асфальтобетонной смеси типа Б, марки II.
2.2 Мелкийзаполнитель (песок):
Для приготовления асфальтобетонных смесейприменяют природные и дроблёные пески, и отсевы продуктов дробления горныхпород и гравия. Песок должен быть чистым и содержать пылевато-глинистых частицне более 3% по массе.
Природныйпесок — неорганический сыпучий материал с крупностью до 5 мм, образовавшийся врезультате естественного разрушения скальных горных пород и получаемый приразработке песчаных и песчано-гравийных месторождений без использования специальногообогатительного оборудования.
Дроблёныйпесок получают дроблением скальных пород или кристаллических металлургическихшлаков. В зависимости от прочности исходной горной породы дроблёный песок делятна две марки: 800 и 400. Для первой из них применяют горные породы с прочностьюпри сжатии не ниже 80 МПа, а второй — не ниже 40 МПа.
Песок изотсевов дробления — неорганический сыпучий материал с крупностью до 5 мм,получаемый из отсевов дробления горных пород при производстве щебня и изотходов обогащения руд черных и цветных металлов и металлических ископаемых идругих отраслях промышленности.
Гранулометрическийсостав песка должен обеспечивать получение смеси с другими минеральнымиматериалами с наибольшей плотностью. Из этих соображений для приготовленияасфальтобетона применяют крупно и среднезернистые пески.
Исходныеданные:
·Песок кварцевый
- плотность- 2,62 г/см³
- содержаниезагрязняющих примесей – 1,5 %
- зерновойсостав:
Таблица 3 Наименование показателя Диаметры отверстий сит, мм 5 2.5 1.25 0.63 0.315 0.16 модулькрупности песка (Мк) без зерен размером крупнее 5 мм по формуле
/>
где А2,5,А1,25, А063, А0315, А016 — полныеостатки 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 — песоккрупный II класса(в соответствие с ГОСТ 8736-93 Песок для строительныхдорог. ТУ). В этом случае когда иметься крупный или средний песок минеральныйостов асфальтобетонной смеси подбирают по принципу непрерывной гранулометрии.По содержанию пылеватых и глинистых частиц песок соответствует требованиям ГОСТи пригоден для приготовления асфальтобетона.
2.3Минеральный порошок:
Минеральныйпорошок получают помолом известняков, доломитов и других карбонатных пород спрочностью не менее 20МПа и содержанием загрязняющих и глинистых примесей неболее 5%.
В рядеслучаев, в качестве минерального порошка применяют порошкообразные отходыпромышленности – пыль уноса цементных заводов, золы ТЭЦ.
Минеральныйпорошок 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.
Функцииминерального порошка:
- заполняетпустоты песчано-щебёночного каркаса и повышает плотность минеральной части;
- превращаетнефтяной битум в асфальтовое вяжущее.
Для минеральных порошков существует ГОСТ 52129 –2003 «Порошки», по которому классифицируют минеральные порошки:
МП – 1 – порошки из карбонатных пород неактивированные и активизированные, и из битуменозных пород;
МП – 2 – порошки из некарбонатных пород, твёрдыхи порошкообразных пород промышленного производства.
Технические требования:
· Тонкость помола должна быть такой, чтобы при мокромрассеве проходила через сито 1,25 – 100%;
0,315 – 90 ¸ 95%;
0,071 – 70¸80%;
· Пористость не более 35%;
· Набухание образцов изсмеси порошка с битумом не более 2,5%;
· Влажность не более 1%.
Эти требования только для МП – 1.
Исходныеданные:
· Минеральный порошокизвестняковый
- пористость– 25%
- плотность– 2.6 г/см³
- влажность– 0,5 %
- зерновойсостав:
Таблица 4 Наименование показателя Диаметры отверстий сит, мм 1.25 0.63 0.315 0.16 0.071 Таблица 5Наименование 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 показателямфизико-механических свойств соответствует ГОСТ Р 52129-2003 и пригоден дляприготовления асфальтобетона.
2.4 Битум:
Битумы – этоорганические вяжущие вещества, состоящие из высоко молекулярных углеводородов:нафтенового, метанового и ароматического, а так же кислородных, сернистых иазотистых производных.
Групповойсостав битума:
1. Масла –молекулярная масса 300 – 500 а. е., r
2. Смолы –молекулярная масса 500 – 1000 а. е., r » 1, содержание в битуме20-40%.
3. Асфальтены- молекулярная масса 1000 – 5000 а. е., r > 1, содержание вбитуме 10-25%.
4. Карбены,карбоиды не растворимые в бензоле.
5.Асфальтогеновые кислоты — r > 1, их содержание определяет интенсивностьприлипания вяжущих к каменным материалам,
6. Парафины– ухудшают свойства битума, придавая ему хрупкость.
Дляприготовления асфальтобетонных смесей применяют нефтяные дорожные вязкие инефтяные дорожные жидкие битумы. Для горячих и теплых асфальтобетонных смесей I и II марок следует применятьтолько битумы марок БНД, а для горячих и теплых асфальтобетонных смесей III и IV марок, а также дляасфальтобетонных смесей, предназначенных для устройства оснований и нижнихслоев покрытий, наряду с битумами марок БНД допускается также применение марокБН соответствующей вязкости.
Битумы марокБНД характеризуются более широким температурным интервалом пластичности и болеевысокой теплостойкостью по сравнению с битумами марок БН, обладают лучшиминизкотемпературными свойствами и сцеплением с поверхностью минеральныхматериалов, но менее устойчивы к старению.
Марку вязкогобитума, а также марку жидкого битума выбирают в зависимости от видаасфальтобетона, климатических условий района строительства и категории дороги,а для холодного асфальтобетона – с учетом условий и сроков хранения смеси наскладе. Марку определяют по следующим показателям:
- глубинапроникания иглы (при 00С, при 250С);
- температураразмягчения по кольцу и шару, 0С;
- растяжимость, см. (при 00С, при 250С);
-температура хрупкости, 0С;
-температура вспышки, 0С;
- индекспенетрации;
- содержаниеводорастворимых соединений, %;
- изменениетемпературы размягчения после прогрева, 0С.
Вывод: Всоответствии с выбранным видом асфальтобетона (горячий плотный а/б марки II, типа Б), II дорожно-климатическойзоной, III категорией дороги, пользуясь таблицей «Рекомендуемая областьприменения различных асфальтобетонов для верхнего слоя дорожного покрытия сучетом категории дороги и климатических условий» был выбран вязкий битум маркиБНД 90/130.
ГЛАВА 3. « РАСЧЁТ СОСТАВА МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ»
Одним из важнейших факторов определяющихтребуемое качество асфальтобетона, является правильный выбор рациональногосоотношения между минеральными компонентами смеси (щебнем, песком и минеральнымпорошком), обеспечивающего оптимальную плотность (пористость) его минеральногосостава.
Расчёт состава минеральной части асфальтобетонаможет осуществляться несколькими методами: по кривым плотных смесей (табличныйили аналитический), графическим, графоаналитическим с использованием ЭВМ.Независимо от выбранного способа расчёта состава асфальтобетонных смесей,основным показателем правильности расчёта минеральной части является получениесмеси с минимумом пустот.
Достоинстваметода: он более точен, позволяет наглядно убедится в правильном подбореминеральной части по графическому изображению плавной кривой, лежащей вграницах ГОСТа.
Недостатки метода: зачастую приходится несколькораз выполнять расчет, потому что процентное соотношение, проходящее потребованиям 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 Песок кварцевый 100 100 100 100 80 60 40 15 2 Минер.порошок 100 100 100 100 100 100 96 93 81 75 Расчётные данные
Щебень 46% 43.2 41.9 19.8 0.9 Песок кварцевый 46% 46 46 46 46 36.8 27.6 18.4 6.9 0.9 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 несоответствует требованиям ГОСТ 9128-97 для типа Б непрерывной гранулометриинеобходимо увеличить содержание песка за счет уменьшения щебня.
Расчет 2:
Таблица 7Минеральный 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 Песок кварцевый 100 100 100 100 80 60 40 15 2 Минер.порошок 100 100 100 100 100 100 96 93 81 75 Расчётные данные Щебень 39% 52,6 51 24,1 1,1 Песок кварцевый 52% 39 39 39 39 31,2 23,4 15,6 5,9 0,8 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
Длянепрерывной грануметрии данные составы минеральных материалов не соответствуюттребованиям ГОСТ 9128-97 тип Б, поэтому принимаем первый расчет дляпрерывистого зернового состава минеральной части.
Расчет 3:
Таблица 8Минеральный 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 Песок кварцевый 100 100 100 100 80 60 40 15 2 Минер.порошок 100 100 100 100 100 100 96 93 81 75 Расчётные данные Щебень 46% 43.2 41.9 19.8 0.9 Песок кварцевый 46% 46 46 46 46 36.8 27.6 18.4 6.9 0.9 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 несоответствует требованиям ГОСТ 9128-97 для типа Б прерывной гранулометриинеобходимо увеличить содержания минерального порошка за счет уменьшения щебня.
Расчет 4:
Таблица 9Минеральный 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 Песок кварцевый 100 100 100 100 80 60 40 15 2 Минер.порошок 100 100 100 100 100 100 96 93 81 75 Расчётные данные Щебень 43% 40 39 18 1 Песок кварцевый 46% 46 46 46 46 37 28 18 7 1 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
Всоответствии с требованиями ГОСТ 9128-97 для плотных асфальтобетонов типа Б щебнядолжно быть в смеси 40-50 %. Среднее значение этого диапазона
Щ=(40+50) /2=45 %
Посколькузерен 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 %
Полученноезначение записываем в таблицу и рассчитываем содержание в смеси каждой фракциищебня (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 пределах6-12 %. Для расчета можно принять 6 %. Если в минеральном порошке содержится75% частиц мельче 0,071 мм, то минерального порошка в смеси должно быть
МП=(6 /75)*100=8 %
Полученноезначение вносим в таблицу и рассчитываем содержание в смеси каждой фракцииминерального порошка, беря 8 % от значения каждой фракции.
Расчет количества песка
Количествопеска в смеси составит
П=100 — (Щ+МП)=100 — (46+8)=46 %
Вывод: в результате метода по кривым плотныхсмесей получили содержание
щебня в смеси 43%, песка 46%, минеральногопорошка 11%.
3.2 Графический метод
Графический метод позволяет определять составасфальтобетонной смеси точнее, чем методом кривых смесей, но его основнымнедостатком является то, что в результате построений образуется большая зонанеправильной формы, что не позволяет точно определить её центр, а значит и состо процентной точностью состав асфальтобетонной смеси.
Вывод: в результате графического метода получилисодержание щебня в смеси 43 %, песка 46 %, минерального порошка 11 %.
ГЛАВА 4. «ВЫБОРОПТИМАЛЬНОГО СОДЕРЖАНИЯ БИТУМА»
Оптимальным называется такое количество битума всмеси, при котором прочность асфальтобетона максимальна, а пористость иводонасыщение выходят за пределы норм, регламентируемых требованиями ГОСТ 9128- 97. Избыток битума в смеси снижает прочность, сдвигоустойчивость,пластичность асфальтобетона, что приводит к образованию сдвигов покрытия вжаркую погоду. Асфальтобетон с избытком битума характеризуется малой величинойводонасыщения. Недостаток битума снижает прочность, морозостойкость(коррозионную стойкость) асфальтобетона. Оптимальное количество битума васфальтобетонной смеси можно определить двумя методами:
— испытываяпробные составы смесей с разным количеством битума, в такое его содержание,которое обеспечивает наибольшую прочность асфальтобетона и остаточнуюпористость, нормированную стандартом;
— найтирасчётом и опытными пробами такое количество битума в смеси, при котором будетполучена остаточная пористость, назначенная проектировщиком.
По первомуметоду для определения оптимального количества битума асфальтобетонной смеси изминеральных материалов, взятых в расчётных соотношениях, готовят не менее трёхсмесей с разным количеством битума. Интервал изменения содержания битума всмеси принимается обычно 0,5%
Рекомендуемоесодержание битума в горячих, высокоплотных асфальтобетонных смесях для типа Б — 5¸ 6.5 %. Выбираем 6%.
Порезультатам графического метода получаем точное содержание
— щебня – 43%
песка – 46 %
минеральногопорошка – 11 %
Длявыполнения 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 течение30 мин, а затем взвешенного на воздухе
g3 — масса насыщенного водой образца, взвешенногона воздухе
Размерыобразца:
d = 71,4 мм
h = 71,4 ± 1 мм
F = 40 см²
Для определения оптимального содержания битума васфальтобетоне мы готовим три замеса битума с разным его количеством.
Температура нагрева:
- битума130 — 150ºС
- щебняи песка 150 – 170ºС
смеси 140 — 160ºС.
формы 90 — 100ºС
Уплотнениесмеси происходит на прессе при давлении 40 МПа (16-ти тоннах).
Коэффициентводостойкости асфальтобетона
Коэффициентводостойкости показывает, на сколько уменьшится прочность асфальтобетона послеводонасыщения. Он характеризует сопротивление асфальтобетона разрушающемувоздействию воды, то есть выкрашиванию и образованию выбоин в покрытии.
Определяем поформуле:
/>
где /> — пределпрочности водонасыщенного образца, /> — предел прочности при сжатии притемпературе 20ºС.
Квод=2,6/2,8=0,93
Определениепористости минеральной части
Определяемпо формуле
/>
где /> — средняяплотность минеральной части асфальтобетона [г/см³]
/> — истиннаяплотность минеральной части асфальтобетона
/>
где /> — средняяплотность асфальтобетона,
/> — массовая долябитума в смеси, %
rm = g/(g2 – g1)
pm=661/662-380=2,34
pom=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
Voмч==(1-2,21/2,65)*100%=16,6038
(всоответствии с ГОСТ 9128-97 пористость минеральной части для типа Б непревышает нормы (не более 19%))
Водонасыщениепо объёму
Водонасыщениехарактеризует структуру асфальтобетона, его плотность, объем открытых пор, вкоторые может проникнуть вода во всех ее фазовых состояниях (парообразное,жидкое, твердое).
/>
W={(667-661)/(662-380)}*100=2,13
(всоотвествии с ГОСТ водонасыщение должно составлять от 1,5-4,0%)
Остаточная пористость
Остаточнаяпористость определяется расчетом на основании предварительно установленныхистинной ρ и средней ρm плотностей асфальтобетона.
/>
где />– истинная плотностьасфальтобетона
/>
/>
(в соотвествии с ГОСТ 9128-97
остаточная пористость должна составлять от 2,5до 5,0%)
Таблица 11Показатели 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 итребований ГОСТ 9128 — 97 получил, что водонасыщение по объёму 2,13 соответствуеттребуемому значению ГОСТ (для типа Б — W = 1,5 — 4%).
ГЛАВА 5 «ТЕХНОЛОГИЯПРИГОТОВЛЕНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОНА»
Асфальтобетонные смеси (горячие и холодные)изготавливают на стационарных или передвижных асфальтобетонных заводах (АБЗ).Стационарные строятся там, где имеется постоянная потребность васфальтобетонных смесях — в городах, у крупных транспортных узлов. ПередвижныеАБЗ создают при строительстве или реконструкции магистральных автомобильныхдорог.
Удалённость завода от места укладки горячей илитёплой смеси определяют продолжительностью её транспортирования, которая недолжна превышать 1,5 часа. Целесообразный радиус обслуживания строящихсяавтомобильных дорог с одного АБЗ составляет 60 … 80 км. Расстояниетранспортирования холодной асфальтобетонной смеси не имеет ограничения иопределяется технико-экономическими расчётами.
Выбор площадки для АБЗ определяется из условийнаименьшего расстояния транспортирования готовой смеси и исходных материалов,наличия железнодорожных и водных путей и других условий. Наилучшее место дляразмещения АБЗ выбирают на основе технико-экономических изысканий. Современныйуровень развития техники позволяет полностью механизировать производствоасфальтобетонных смесей на АБЗ.
Поступающие на завод минеральные материалывыгружают на специальные площадки, которые должны иметь твёрдое покрытие.Рекомендуется устраивать крытые склады или навесы для хранения 10…15 — дневногозапаса щебня мельче 20 мм и песка. Каменный материал для производстваминерального порошка после просушки во вращающемся барабане размалывают вшаровых или трубных мельницах. Хранят минеральный порошок в закрытых помещенияхбункерного типа или в силосах. Для механизации складских операций обычноприменяют автопогрузчики, ленточные конвейеры, транспортные эстакады и другиемашины и механизмы.
Асфальтобетонную смесь приготавливают, какправило, одним из следующих способов:
1. васфальтосмесителях принудительного перемешивания периодического действия спредварительным просушиванием, нагревом и дозированием минеральных материалов.Ввиду наиболее широкого распространения этой технологии она названатрадиционной;
2. васфальтосмесителях принудительного действия, в которых отдозированные холодныевлажные минеральные материалы перемешивают с горячим битумом, а затем онипоступают в сушильный барабан, где их нагревают до заданной температуры. Такаятехнология названа беспыльной;
3. васфальтосмесителях свободного перемешивания барабанного типа, в которыхотдозированные минеральные материалы просушиваются, нагреваются и смешиваются сбитумом. Такая технология называется турбулентной.
В нашей стране асфальтобетонные смесиизготавливают в основном по традиционной технологии в смесителях периодическогодействия.
Технологическая схема асфальтобетонного завода
/>
1) Пылеуловитель.
2) Блокциклонов.
3) Кабинауправления.
4) Нагревательбитума.
5) Бункерыдля готовой смеси.
6) Смеситель.
7) Агрегатминерального порошка.
8) Сортировочноеустройство.
9) Сушильныйбарабан.
10) Бункера агрегата питания.
Холодный влажный песок и щебень подаются сосклада в бункера агрегата питания 10 с помощью погрузчиков. Из бункеровагрегата питания холодный и влажный песок и щебень непрерывно подаются спомощью питателей в определённых пропорциях на сборный ленточный конвейер,расположенный в нижней части агрегата питания. Со сборного конвейера материалпоступает на наклонный ленточный конвейер, который загружает холодные и влажныепесок и щебень в барабан сушильного агрегата 9. В барабане песок и щебеньвысушивают и нагревают до рабочей температуры. Нагрев материала осуществляетсявследствие сжигания жидкого или газообразного топлива в топках сушильныхагрегатов. Газы и пыль, образующиеся при сжигании топлива и просушиванииматериала, поступают в пылеулавливающее устройство, состоящее из блока циклонов2, в котором пыль осаждается. Не осаждённая тонкая пыль улавливается мокрымпылеуловителем 1 и удаляется в виде шлама.
Нагретые до рабочей температуры песок и щебеньпоступают из сушильного барабана на элеватор, который подаёт их в сортировочноеустройство смесительного агрегата 8. Сортировочное устройство разделяет материалына фракции по размерам зёрен и подаёт их в бункеры для горячего материала. Изэтих бункеров песок и щебень различных фракций поступают в дозаторы, а оттуда всмеситель 6.
Минеральный порошок поступает из агрегатаминерального порошка 7, в состав которого входит оборудование для хранения итранспортирования этого материала. С помощью дозатора, установленного наагрегат минерального порошка, обеспечивается заданное содержание порошка всмеси. Из дозатора порошок подаётся в смеситель шнеком.
Битум, разогретый в хранилище до жидкотекучегосостояния, с помощью нагревательно-перекачивающего агрегата подаётся внагреватель 4 битума, в котором обезвоживается и нагревается до рабочейтемпературы. 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 илинаправляется с помощью подъёмников в бункеры для готовой смеси 5.
Управление асфальтосмесительными установкамиосуществляется из кабины 3.
К асфальтосмесительным установкам такого типаотносятся ДС-158 производительностью 50т/ч, ДС-842 производительностью 200т/ч.
Асфальтосмесители, работающие по такойтехнологической схеме, служат надёжно и дают высокое качество продукции.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результатепроведенной работы по проектированию состава асфальтобетона были оцененыисходные материалы (песок, щебень, мин. порошок, битум). На основании этойоценки, с учетом категории дороги и дорожно-климатической зоны былзапроектирован асфальтобетон типа Б, марки II.
Всоответствии с требованиями ГОСТ 9128-97 рассчитан состав минеральной частиасфальтобетона (графическим методом и по кривым плотных смесей), содержаниещебня составило – 43%, песка – 46%, минерального порошка – 11%.
Так жеопределено оптимальное содержание битума, которое составило 6 % и обозначенытребования, в соответствии с которыми делается этот выбор.
На основанииданных испытаний образцов асфальтобетона рассчитаны: водонасыщение, остаточная пористость,пористость минеральной части, водостойкость. В результате сравнения основныхпараметров и физико-механических показателей асфальтобетона с требованиями куказанным показателям ГОСТ 9128-97 сделан вывод о том, что тип и марказапроектированного асфальтобетона отвечают всем требованиям.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. СНиП2.05.02 – 85 – ''Автомобильные дороги''.
2. ГОСТ9128 – 97 – ''Смеси асфальтобетонные, аэродромные и асфальтобетон''.
3. ЯрмолинскаяН.И. – ''Дорожный асфальтобетон с применением минеральных порошков изтехнологических отходов промышленности''.
4. ГрушкоИ.М. – ''Дорожно – строительные материалы''.