ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Таблиця 7.3

Показники властивостей щебеню та гравію

Норми для сумішей марок

I

II

Властивості щебеню

гарячі суміші

холодні

пористі та

гарячі суміші типів

холодні

пористі та

типів

суміші типів

високопо-

суміші типів

високопо-

А

Б

В

Б.х

Вх

ристі

А

Б

В

Бх

Вх

ристі

1. Марка щебеню за міцністю:

1200

1200

1000

1000

800

800

1000

1000

800

800

600

600

із вивержених та метаморфічних

гірських порід, не нижче;

1200

1000

800

800

600

600

1000

800

600

800

600

400

з осадових гірських порід, не нижче;

із металургійних шлаків, не нижче;

–

1000

800

1000

800

800

1000

800

600

800

600

600

241

із гравію, не нижче;

–

1000

800

1000

800

600

1000

800

600

800

600

400

марка гравію, не нижче

–

–

–

–

–

–

–

-

600

800

600

400

2. Марка щебеню за зносом, не нижче:

Ст-I

Ст-I

Ст-II

Ст-II

Ст-III

Ст-II

Ст-II

Ст-III

Ст-III

Ст-IV

з вивержених та метаморфічних

гірських порід;

–

Ст-II

Ст-III

Ст-III

Ст-IV

Не нор-

Ст-II

Ст-III

Ст-IV

Ст-III

Ст-IV

Не нор-

з осадових гірських порід;

мується

мується

з металургійних шлаків;

–

Ст-I

Ст-II

Ст-II

Ст-II

Ст-1

Ст-II

Ст-III

Ст-III

Ст-IV

з гравію;

–

Ст-I

Ст-II

Ст-I

Ст-II

Ст-I

Ст-II

Ст-III

Ст-II

Ст-III

марка гравію, не нижче

–

–

–

–

–

–

–

Ст-III

Ст-II

Ст-III

3. Кількість подрібнених зерен у щебені

–

100

80

100

80

80

80

70

70

80

60

60

з гравія, % по масі, не менше

4.Марка за морозостійкістю для всіх

видів щебеню та гравію, не нижче:

F-50

F-50

F-50

F-50

F-50

F-25

F-50

F-50

F-25

F-25

F-25

F-15

в районах А-1, А-2, А-3, А-6;

в районах А-4, А-5, А-7

F-25

F-25

F-25

F-25

F-25

F-25

F-25

F-15

F-15

F-15

F-15

F-15

Вміст таких зерен не повинен перевищувати для сумішей типів А – 10 %, типів Б і Бх – 20 %, В і Вх – 30 % за масою. Для забезпечення потрібної щільності асфальтобетонів щебінь має бути фракційонованим. Стандартні фракції щебеню такі: 20–40 мм; 10–20 мм; 5– 10 мм. Для підвищення якості асфальтобетону передбачається більш вузьке фракціювання щебеню.

Щебінь для асфальтобетону має бути однорідним за міцністю та мати обмежений вміст пилувато-глинистих частинок, які погіршують зчеплення бітуму з поверхнею щебеню і сприяють набуханню асфальтобетону при зволоженні та зменшенню його водо- і морозостійкості. Виходячи із цього, кількість пилуватих та глинистих частинок у щебені з вивержених і метаморфічних гірських порід не повинна перевищувати 1 % для асфальтобетонів та марок І, ІІ та в щебені з осадових гірських порід для асфальтобетону марки I. В щебені з осадових гірських порід для асфальтобетону марки II вміст цих частинок не повинен перевищувати 2 %.

7.3. Пісок для асфальто- і дьогтебетону

Пісок збільшує щільність асфальтобетону, сприяє зниженню його вартості. Для приготування асфальтобетонних сумішей використовують природні і подрібнені піски, які одержують шляхом подрібнення кусків скельних гірських порід або гравію. Малий вміст природного (до 10–15 %) піску поліпшує ущільнюваність асфальтобетонної суміші, а значний його вміст знижує зсувостійкість асфальтобетону. Властивості пісків мають відповідати вимогам ДСТУ Б.В.2.7-32, ДСТУ Б.В.2.7.7-76, ДСТУ Б.В.2.-33,

ГОСТ 16193 та ГОСТ 26873.

Для щільних асфальтобетонів марки I використовують подрібнений пісок, що одержують з гірських порід міцністю не менше 100 МПа або з гравію, марка за подрібнюваністю якого не нижче 800. Для виробництва пористих та високопористих асфальтобетонів марки II можна використовувати подрібнений пісок, для одерження якого міцність вихідної гірської породи має бути не менш 40 МПа. Вміст глинистих домішок у подрібненому піску не повинен перевищувати 0,5 % за масою, вміст пилуватих і глинистих частинок у природному піску не повинен перевищувати 3 %.

242

У подрібненому піску не допускається вміст зерен розміром більше 10 мм, зерен розміром від 5 до 10 мм може бути не більше 5 % за масою. Показники якості піску визначають за методиками, наведеними у розділі 2.

7.4. Поверхнево-активні речовини для асфальтобетону

Поверхнево-активні речовини (ПАР) – це речовини, що навіть при малому їх вмісті здатні зменшувати поверхневий натяг рідин, в яких вони розчинені, та адсорбуватись на поверхні кам’яних матеріалів відповідно до заряду їх поверхні. Завдяки цим особливостям введені до бітуму добавки ПАР підвищують його зчеплення з поверхнею кам’яних матеріалів, прискорюють процеси змочування та обволікання поверхні кам’яних матеріалів бітумом. Такі добавки сприяють скороченню тривалості і зниженню температури перемішування та підвищувати ущільнюваність асфальтобетонних сумішей.

Поверхнево-активні речовини за здатністю до дісоціації на іонів у розчині поділяють на два класи: іоногенні та неіоногенні. Серед іоногенних, тобто здатних до дисоціації на іони, виділяють аніонота катіоноактивні ПАР. Перші покращують взаємодію бітумів з поверхнею кам’яних матеріалів з основних карбонатних гірських порід, а другі покращують взаємодію бітуму з поверхнею кам’яних матеріалів з кислих гірських порід. До катіонактивних ПАР відносять вищі аліфатичні аміни, солі амінів, четвертичні амонієві основи та інші. До аніонактивних ПАР належать мила та алкилсульфонати жирних кислот, солі, різноманітні алкілсульфати та інші.

Зараз використання аніоноактивних ПАР у асфальтобетонах вичерпало себе, оскільки бітуми без добавок ПАР забезпечують достатнє зчеплення з мінеральними матеріалами із карбонатних гірських порід. Використання у асфальтобетоні кам’яних матеріалів із кислих гірських порід потребує застосування добавок катіонактивних ПАР, оскільки бітуми з поверхнею таких матеріалів мають низьке зчеплення. Завдяки ПАР підвищується водостійкість асфальтобетону та його протидія лущенню та викришуванню дорожнього асфальтобетонного покриття.

243

В Україні зараз використовують як добавки до органічних в’яжучих та асфальтобетонів катіонактивні ПАР виробництва фірм різних країн. Найбільш розповсюдженими є такі добавки: УДОМ-2 (Україна), ВЕТФІКС ВЕ (Швеція), СЕКАБАЗ (Франція), ТЕРАМІН (Польща). При використанні добавок ПАР важливим є виконання таких умов: точність дозування добавки ПАР, однорідність розподілу ПАР в об’ємі бітуму, витримування нормативних для кожної ПАР температурних режимів. Добавки сучасних катіонактивних ПАР забезпечують високе зчеплення бітуму з поверхнею кам’яних матеріалів при їх вмісті в бітумі 0,5–1,0 %. Температура зберігання бітуму з добавкою ПАР не повинна перевищувати 160–170 °С. В той же час температура перемішування асфальтобетонних сумішей, в яких використовується бітум з добавкою ПАР, на 10–15 °С нижча тієї, що приймають у звичайних сумішах. Однорідності розподілу добавки ПАР у бітумі досягають ретельним її перемішуванням з бітумом у робочому бітумному котлі при необхідній постійній температурі.

7.5. Мінеральний порошок для асфальтобетону та дьогтебетону

Мінеральний порошок для асфальтобетону та дьогтебетону являє собою продукт тонкого подрібнення гірських порід різного походження (найчастіше карбонатних гірських порід) та відходів промисловості. Розмір зерен мінерального порошку в основному має бути менше 0,071 мм.

Мінеральний порошок є обов’язковим компонентом асфальтобетону (дьогтебетону). Він структурує органічне в’яжуче і створює разом з ним асфальтов’яжучу речовину у асфальтобетоні або дьогтев’яжучу речовину у дьогтебетоні. Ця речовина – своєрідний клей, що склеює між собою зерна піску та щебеню, перетворюючи всі складові після їх ущільнення в бетон на основі органічного в’яжучого. При цьому, завдяки високій питомій поверхні мінерального порошку, що складає 80–90 % від загальної поверхні всіх мінеральних матеріалів (щебеню і піску), які входять до складу асфальтобетону (або дьогтебетону), майже весь бітум (дьоготь) в складі сумішей переводиться в тонку структуровану плівку, властивості якої значно кращі властивостей вільного бітуму (дьогтю).

244

Мінеральні порошки бувають двох видів: неактивований і активований. Неактивований мінеральний порошок одержують простим помелом вихідної гірської породи або відходів промисловості, а для одержання активованого порошку необхідно при помелі додавати до вихідного мінерального матеріалу активуючу суміш, частіше за все суміш бітуму з ПАР у співвідношенні за масою 1:1 – 1:2. Кількість активуючої суміші, що вводять при помелі мінерального матеріалу, дорівнює (1,5 %– 2,5 %) від маси матеріалу, що розмелюється. Для дьогтебетону застосовують мінеральні порошки, в яких активатором може бути кам’яновугільний дьоготь.

Активовані мінеральні порошки для асфальтобетону відрізняються від неактивованих гідрофобністю, тобто незмочуваністю водою поверхні частинок. Наявність активатора у складі активованого мінерального порошку поліпшує перемішуваність асфальтобетонних сумішей та їх ущільненість, зменшує оптимальний вміст у них бітуму, сприяє підвищенню водота теплостійкості асфальтобетону, його міцності. Активація – ефективний спосіб підвищення якості мінеральних порошків, що одержують з побічних продуктів промисловості – мелених металургійних шлаків, золи та золошлакових сумішей ТЕС, пилу виносу цементних заводів та ін. Це поширює сировинну базу для виробництва мінеральних порошків та сприяє охороні навколишнього середовища.

Залежно від виду вихідного мінерального матеріалу і властивостей порошку, що отримується при помолі цього матеріалу, порошки поділяються на дві марки I та II.

Для виготовлення неактивованих мінеральних порошків марки II, окрім карбонатних гірських порід, стандарт дозволяє використовувати основні породи (вапняки-черепашники згідно з ДСТУ Б.В.2.7-27, менілітові сланці) та інші, а також суміші тонкоподрібнених кислих порід (гранітів, андезитів, сієнітів та інших) з карбонатними породами (при вмісті карбонатних у суміші не менше 50 %).

Окрім мінеральних порошків з карбонатних гірських порід, у якості мінеральних порошків допускають використовувати:

245

–для щільних асфальтобетонів марки I цемент низької активності не вище М300 за ДСТУ Б.В.2.7-46 за умовою відповідності його гранулометричного складу нормативним вимогам до гранулометричного складу мінерального порошку;

–для щільних асфальтобетонів із гарячих та холодних асфальтобетонних сумішей марки II, гарячих пористих і високопористих асфальтобетонів із гарячих сумішей марок I і II – молоті основні металургійні шлаки, а також цемент низької активності;

–для щільних асфальтобетонів із гарячих сумішей марки II, пористих і високопористих асфальтобетонів марок I і II – порошкоподібні відходи промисловості, що відповідають вимогам ДСТУ БВ.2.7-121-2003. Вимоги до неактивованих та активованих мінеральних порошків наведені у табл. 7.4.

Таблиця 7.4

Технічні вимоги до мінеральних порошків

	Норми за марками та видами порошку
Назва показника		мінерального
		марка I		марка II
	активованийнеактивований		неактивований
1	2	3		4
1. Вміст частинок, % за масою
дрібніше 0,071 мм	80	70		40
дрібніше 1,25 мм	100	100		100
2. Пористість при ущільненні під
тиском 40 МПа, % за об’ємом
не більше	30	35		40
3. Набрякання зразків із суміші
порошку з бітумом, % за об’ємом
не більше	1,5	2,5		3,0
4. Показник бітумоємності, г
не більше	50	65		75
5. Вологість, % за масою
не більше	0,5	1,0		2,5
6. Вміст глинистих домішок в неак-	-	5		5
тивованому порошку за масою, не
більше, в тому числі полуторних
оксидів Аl2O3+Fe2O3, не більше	-	1,7		1,7

246

			Закінчення табл. 7.4
	1	2	3	4
7.	Вміст глинистих домішок в
активованому порошку, % за ма-		15	-	-
сою, не більше, в тому числі вміст
полуторних оксидів Аl2O3+Fe2O3,		5	5	5
не більше %
8.	Вміст органічних домішок	немає	немає	немає
9.	Число пластичності порошку
не більше		4	4	4
10. Вміст вільного оксиду або гі-
дроксиду кальцію		немає	немає	немає

Властивості порошкоподібних відходів промисловості, що можуть використовуватися в якості мінерального порошку (ДСТУ Б.В.2.7-119-2003) наведені у табл. 7.5.

Таблиця 7.5

Технічні вимоги до матеріалів, що використовують у якості мінеральних порошків

		Назва показника	Норми для матеріалів
			подрібнені основні	зола виносу і золо-
			металургійні шлаки	шлакові суміші
	1.	Зерновий склад, за масою,
	дрібніше 1,25 мм		100	100
	дрібніше 0,315 мм		90	85
	дрібніше 0,071 мм		70	65
	2. Пористість, % заоб’ємом, небільш		40	45
	3.	Набрякання зразків із суміші
	мінерального порошку з бітумом, %
	за об’ємом, не більше		2,5	не нормується
	4.	Коефіцієнт водостійкості зразків із
	суміші порошку з бітумом, не менш		0,7	0,6
	5.	Показник бітумоємності, г/100
	см3, не більш		100	100
	6.	Вміст водорозчинних сполук, %		1
	за масою, не більш		не нормується
	7.	Вологість, % за масою, не більш	1,0	не нормується
	8.	Вміст вільного СаО, % за масою	0	0

247

Якість мінерального порошку характеризують його мінеральним та гранулометричним складом, пористістю в ущільненому стані, набряканням зразків з суміші мінерального порошку з бітумом, бітумоємністю, вологістю.

Визначення гранулометричного (зернового) складу мокрим способом. Зерновий склад мінерального порошку, який характеризують переважно вмістом зерен, що дрібніші за 0,071 мм, у значній мірі визначає його активність, тобто структуруючу здатність. З середньої проби відбирають 100 г мінерального порошку. Активований порошок відбирають у повітряно-сухому стані, неактивований – з середньої проби, висушеної до постійної маси при температурі 105–110 °С протягом 5 год і охолодженої у ексикаторі до кімнатної температури.

Зерновий склад активованого мінерального порошку визначають мокрим способом. При визначенні зернового складу активованого мінерального порошку до питної води вводять один із змочувачів у такій кількості: рідкий – 15 г, пастоподібний (у вигляді розчину у дистильованій воді 1:1) – 10 г (або 120 крапель), порошкоподібний – 3 г на 1 л води. Як змочувачі можна використовувати миючі засоби або речовини типу опанолів (наприклад, ОП-7, ОП-10 і т. ін.). При визначенні зернового складу неактивованого мінерального порошку також використовують мокрий спосіб, але при цьому змочувач не застосовують.

Для випробування пробу мінерального порошку поміщують до фарфорової чашки, носик якої знизу змазано вазеліном, заливають невеликою кількістю звичайної питної води (з добавкою змочувача або без змочувача) і розтирають протягом 2–3 хв товкачиком з гумовим наконечником.

Водну дисперсію (воду і взмулені частинки порошку) з чашки зливають на сито з сіткою № 0071, розміщену над посудиною ємністю 6–10 л. Потім пробу порошку, що залишилася у чашці, додатково заливають водою, розтирають, і воду із взмуленими частинками порошку знов зливають на сито. Цю операцію повторюють, поки вода після розтирання у ній порошку не буде залишатись прозорою. Частинки порошку, що залишилися при цьому на ситі, промиваються водою, після чого ті з них, що не пройшли крізь отвори сита, повертають до залишків порошку

248

у фарфорову чашку. Воду, що залишилась у чашці, зливають, чашку з порошком поміщують до сушильної шафи для висушування залишку проби порошку при температурі 105–110 °С до постійної маси.

Розтирання мінерального порошку безпосередньо на ситі не допускається. Після висушування залишок проби порошку просівають крізь сита з отворами 1,25; 0,63; 0,315; 0,14 та 0,071 мм. Просівання здійснюють на струшувальному столику протягом 5–7 хв. Перед закінченням просівання кожне сито ручним способом інтенсивно струшують над листом паперу протягом 1 хв. Просіювання вважають закінченим, якщо маса частинок, що пройшли крізь сита з отворами 1,25 та 0,63 мм, не перевищує 0,05 г, та тих частинок, що пройшли сита з отворами 0,315; 0,14 та 0,071 мм – 0,02г.

Визначення середньої густини в ущільненому стані

Середню щільність мінерального порошку в ущільненому стані під навантаженням 40 МПа визначають у спеціальній розбірній формі (рис. 7.1). Форма складається з двох пустотілих металічних циліндрів, металічних вкладиша та піддону. Об’єм нижнього пустотілого циліндру дорівнює (100 ± 0,5) см3. Нижню частину форми з піддоном зважують з точністю ±0,5г. Потім на нижню частину форми установлюють верхню. Середню пробу порошку у кількості 1 кг висушують протягом 5 год при температурі 105–110 °С, охолоджують, трохи розтирають у фарфоровій ступці для подрібнення грудок і просівають крізь сито з отвором № 1,25. Активований мінеральний порошок випробують у повітряно-сухому стані.

Пробу порошку частинами переносять до зібраної форми і заповнюють її на 15–20 мм нижче верхнього краю. Порошок у формі пошарово розподіляють і піддають штикуванню, потім злегка натискують вкладишем і форму з вкладишем та підставкою установлюють на нижню плиту пресу. Ущільнювальне навантаження поступово доводять до 40 МПа і підтримують протягом 3 хв, після чого навантаження знімають і форму разом із вкладишем та піддоном переносять на лист паперу або металічний лист. Вкладиш та верхню частину форми знімають. Надлишок мінерального порошку над нижньою частиною форми зрізають ножем або металічною лінійкою. Зовнішні частини форми очищають від порошку. Потім нижню частину форми з піддоном та ущільненим порошком зважують з точністю ±0,5 г.

249

Рис. 7.1. Роз’ємна металічна форма для визначення середньої густини мінерального порошку в ущільненому стані: 1 – верхня частина; 2 – нижня частина роз’ємної форми; 3 – піддон форми; 4 – вкладиш

Середню густину порошку ρМПm у кг/м3 (г/см3) підраховують за формулою

	ρmМП =	m −m1	,	(7.1)
		V

де m – маса нижньої частини форми з піддоном та ущільненим мінеральним порошком, г;

m1 – маса нижньої частини форми з піддоном, г;

V – об’єм порошку у нижній частині форми, який дорівнює

100 см3.

Визначення пористості мінерального порошку в ущільненому стані. Пористість мінерального порошку в ущільненому стані визначають розрахунком з точністю до 0,1 %

VПОР = 1−	ρmМП	100 ,	(7.2)
	ρМП

де ρМПm – середня густина мінерального порошку, ущільненого навантаженням 40 МПа (400 кгс/см2), г/см3;

ρМП – істинна густина мінерального порошку, г/см3.

Пористість звичайного мінерального порошку марки 1 з карбонатних гірських порід не повинна перевищувати 35 %, активованих порошків марки I з цих же порід у суміші з тонкоподрібненими

250