ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

кислими породами бути не більш 30 %, мінеральних порошків з побічних продуктів промисловості – згідно з табл. 7.5.

Визначення набрякання зразків із суміші мінерального порошку та бітума. Кількість бітуму у суміші для виготовлення зразків має бути такою, щоб залишкова пористість зразків дорівнювала 5 – 6 % за об’ємом. Набрякання цих зразків непрямо характеризує вміст у порошку глинистих частинок та стійкість асфальтобетону при перемінному зволоженні та висиханні. Величину набрякання зразків визначають як приріст їх об’єму після насичення їх водою у вакуумприладі та наступного витримування у гарячій воді.

З проби мінерального порошку, яка підготована згідно з методикою, наведеної вище, беруть 100 г порошку, розміщують його у металічній чашці і нагрівають активований мінеральний порошок до температури 135–140 °С, неактивований – до 150– 160 °С. До нагрітої чашки вводять попередньо збезводнений та нагрітий до температури 140–150 °С бітум марки БНД 60/90 або БНД 90/130. Орієнтовна кількість бітуму від маси мінерального порошку складає для активованих мінеральних порошків 8–14 %, для неактивованих 13–18 %.

Мінеральний порошок інтенсивно перемішують з бітумом ручним способом з використанням металічної ложки протягом 5 – 6 хв до повного й рівномірного об’єднання мінерального порошку з бітумом. З цією метою можливо також використовувати лабораторні змішувачі, призначені для приготування асфальтобетонних сумішей, при цьому пробу мінерального порошку збільшують до 1–3 кг (залежно від ємності змішувача), а тривалість перемішування обмежують 3–4 хв.

Зразки готують у циліндричних металічних формах з внутрішним діаметром 25 мм та двома вкладишами. Висота форми 70 мм, висота кожного вкладиша 35 мм. Товщина стінки форми 10 мм. Форму та вкладиші підігрівають до температури 80–90 °С у термостаті та протирають тканиною, яка трішки змочена керосином. Форму установлюють на підставку вертикально таким чином, щоб нижній вкладиш виступав з неї на 10–15 мм. Для цього використовують спеціальну підставку з заглибленням для вкладиша зазначеного розміру. Форму заповнюють попередньо зваженою сумішшю порошку з бітумом (26–32 г). Суміш ущільнюють штикуванням, потім форму закривають верхнім вкладишем. Форму

251

з сумішшю установлюють на нижню плиту пресу таким чином, щоб верхній та нижній вкладиші виступали з форми на 10–15 мм. Верхню плиту пресу доводять до зіткнення з верхнім вкладишем і починають ущільнення суміші у формі. Ущільнення під тиском 10 МПа триває 3 хв. Потім зразок видавлюють з форми. За цією методикою готують 3 зразка. Зразки випробовують на наступний день після виготовлення.

Перед випробуванням зразки очищують від частинок суміші, що налипли, витирають та зважують з точністю до 0,01 г на повітрі та у воді при температурі (20 ± 2) °С.

Середню густину зразків ρm (г/см3) обчислюють з точністю до

0,01 г/см3

ρm =	mρв
		,	(7.3)
	m −m1

де m – маса зразка на повітрі, г; m1 – маса зразка у воді, г; ρв – істнна щільність води (ρв = 1000 кг/м3, або 1 г/см3).

За величину середньої густини суміші мінерального порошку з бітумом приймають середнє арифметичне значення результатів трьох випробувань, розбіжність між якими не повинна перевищувати 0,02 г/см3.

Істинну густину суміші мінерального порошку з бітумом ρСУМ г/см3 розраховують на підставі попередньо визначених істинної щільності мінерального порошку та істинної щільності бітуму, з урахуванням їх кількості у суміші

	ρСУМ =	qМП + qБ			,	(7.4)
		qМП	+	qБ
		ρМП		ρб

де qМП, qБ – вміст у суміші відповідно мінерального порошку та бітуму, % за масою;

ρб – вміст у суміші бітуму, % за масою (понад 100 % мінеральної частини);

ρМП – істинна густина мінерального порошку, г/см3; ρБ – істинна густина бітуму г/см3).

252

Залишкову пористість зразків з суміші порошку з бітумом розраховують з точністю до 0,01 % на підставі попередньо визначених середньої густини зразків та істинної густини суміші мінерального порошку з бітумом

V СУМ =	1	− ρСУМm		100,	(7.5)
ПОР		ρСУМ
де ρСУМ – середня густина	зразків		з	суміші порошку	з біту-
мом, г/см3;

ρСУМ – істинна густина зразків з суміші порошку з бітумом, г/см3. Якщо визначена залишкова пористість нижче потрібної (5–6 %), готують 3–4 суміші порошку з бітумом зі зміною кількості бітуму у сумішах на 0,3–0,5 % та формують з них зразки і визначають залишкову пористість зразків з усіх трьох сумішей

згідно з методикою, що описана вище.

Набрякання зразків визначають для зразків із залишковою пористістю у межах норми (5–6 %). Ці зразки розташовують у посудині з водою, яка має температуру (20 ± 2) °С, таким чином, щоб рівень води над зразками був не менше 3 см. Посудину зі зразками установлюють до вакуум-приладу і витримують протягом 1,5 год при залишковому тиску 10–15 мм рт.ст. Потім тиск підвищують до нормального і зразки витримують у тій же посудині ще 1 год. Потім зразки переносять до посудини місткістю 2–3 л, наповненою водою з температурою (60 ± 2) °С. Зразки витримують при такій температурі протягом 4 год, потім поміщують до води з температурою (20 ± 2)°С і витримують у ній протягом 15–20 год. Після цього зразки витягають з води, обтирають м’якою тканиною або фільтрувальним папером і зважують з точністю до 0,01 г на повітрі та у воді. Якщо температура води за 15–20 год витри-

мування змінилась більш, ніж на ±2 °С, треба за			30 хв до
зважування зразків її довести до (20 ± 2)°С.
Набрякання зразків обчислюють з точністю до 0,01 %
H =	(m3 −m2 ) −(m −m1)	100,	(7.6)
	m −m1

де m – маса зразка на повітрі перед витримуванням у воді г; m1 – маса зразка у воді перед витримуванням у воді г;

253

m2 – маса зразка на повітрі після насичення водою; m3 – маса зразка у воді після насичення водою, г.

За величину набрякання зразків з суміші мінерального порошку з бітумом приймають середнє арифметичне значення з результатів трьох паралельних випробувань, розбіжність між якими не повинна перевищувати 0,2 %. Набрякання сумішей з використанням якісного неактивованого мінерального порошку згідно з ДСТУ Б В.2.7-121-2003 не повинно перевищувати 2,5 %, сумішей з використанням активованого порошку – 1,5 %.

Визначення показника бітумоємності

Бітумоємність мінерального порошку є характеристикою його адсорбційної здатністі. Показник бітумоємності – це кількість мінерального масла, при якому його суміш зі 100 см3 мінерального порошку має консистенцію з глибиною занурення металічного товкачика приладу Віка циліндричної форми діаметром (10 ± 0,1) мм, яка дорівнює 8 мм.

Пробу мінерального порошку масою 200–250 г висушують

усушильній шафі при температурі 105–110 °С протягом 5 год, потім охолоджують у ексикаторі та просівають крізь сито з отворами 1,25 мм. Активований мінеральний порошок випробують

уповітряно-сухому стані.

До фарфорової чашки діаметром 8–12 см відважують (з точністю до 0,1 г) 15 г мінерального масла з температурою (20 ± 2) °С. До масла поступово невеликими порціями додають мінеральний порошок і ретельно перемішують з ним. Коли суміш набуває пастоподібної консистенції і перестає прилипати до стінок фарфорової чашки, суміш укладають до металічної чашки діаметром 50 мм та висотою 20 мм і вигладжують ножем або шпателем урівень з краєм чашки, після чого установлюють чашку із сумішшю на підставку приладу Віка. До нижнього кінця стержню приладу закріплюють товкачик, а на верхню площадку встановлюють додатковий вантаж масою 170 г. Товкачик підводять до поверхні суміші і відзначають розташування покажчика на шкалі. Потім товкачик піднімають над поверхнею суміші на 20 мм та дають можливість стержню з товкачиком вільно упасти. Глибина занурення товкачика до суміші має дорівнювати 8 мм.

254

Якщо одержана глибина занурення більш або менш 8 мм, готують нову суміш порошку з маслом, для чого при кількості масла 15 г приймають масу порошку на 2–3 г більше або менше початкової та знов визначають глибину занурення товкачика приладу Віка.

Масу порошку, що витрачено на приготування його суміші з 15 г мінерального масла, при якій консистенція суміші відповідає глибині занурення товкачика 8 мм, визначають як різницю маси початкової проби та маси залишку проби.

Показник бітумоємності ПБ у г/100 см3 (маса масла у г на 100 см3 порошку) обчислюють за формулою

	ПБ =	15ρМП	100	,	(7.7)
		Q

де ρМП – істинна густина мінерального порошку, г/см3 ;

Q – маса порошку у суміші з 15 г масла, при якій глибина занурення товкачика до суміші дорівнює 8 мм, г.

Для неактивованих карбонатних мінеральних порошків марки I показник бітумоємності не повинен перевищувати 65 г, для таких самих порошків марки II – 75 г, порошків з відходів промисловості – 100 г, активованих мінеральних порошків марки I – 50 г масла на 100 см3 мінерального порошку.

Визначення гідрофобністі активованого мінерального порошку

Гідрофобність активованого мінерального порошку характеризується здатністю поверхні його частинок не змочуватись водою. Активований мінеральний порошок зберігає високі технологічні властивості протягом тривалого часу, не агрегує та не грудкується при зволоженні.

Для визначення гідрофобністі активованого мінерального порошку згідно з ГОСТ 12784 хімічний стакан ємністю 500–800 мл заповнюють дистильованою водою на 50 мм нижче краю. З середньої проби беруть 2 г порошку, зсипають порошок зі шпателю легким постукуванням його по краю стакана. Стакан залишають у спокої протягом 24 год. Порошок вважають гідрофобним, якщо через 24 год проба не осунеться на дно стакана.

255

Гідрофобність активованого мінерального порошку може бути також визначена прискореним методом ХНАДУ (ХАДІ) за тривалістю плавання проби порошку на поверхні киплячої дистильованої води. Для випробування зазначений вище хімічний стакан, заповнений дистильованою водою до рівня на 50 мм нижче краю, установлюють на піщаній бані або в іншому нагрівальному пристрої, під яким розташовано газовий пальник або інше джерело нагрівання бані (пристрію) і доводять воду у стакані до кипіння з середньою інтенсивністю. Пробу порошку масою 0,4 г у природному сухому стані зсипають зі шпателю на поверхню киплячої води легким постукуванням його по краю стакана. Одночасно з початком зсипання на поверхню води проби порошку вмикають секундомір. Вимикають його у момент, коли поверхня води виявиться вільною від частинок порошку і останні осунуться на дно стакана.

Ступінь гідрофобністі активованих мінеральних порошків, приготованих у лабораторії, необхідно визначати після прогріву порошку при температурі 120 °С протягом 4 год, що моделює прогрів порошку у процесі його виготовлення у виробничих умовах та високу температуру порошку у початковий період зберігання у складській ємності. Ступінь гідрофобності активованого мінерального порошку повинна бути не нижче 240 с.

Визначення вологості

Вологість мінерального порошку залежить від його гігроскопічністі – здатності вбирати вологу з вологого повітря або парогазової суміші. Підвищення вологості порошку супроводжується його грудкуванням під час зберігання та погіршенням адгезії бітуму до поверхні його частинок.

Для визначення вологості мінерального порошку від середньої проби порошку відбирають 20 г з точністю 0,02 г і поміщують до попередньо висушеного та зваженого разом з кришкою скляного стаканчика (бюксу). Потім кришку стаканчика (бюксу) закривають і стаканчик (бюкс) зважують разом з пробою. Далі стаканчик (бюкс) без кришки з пробою установлюють до сушильної шафи. Пробу неактивованого мінерального порошку висушують до постійної маси при температурі (105–110) °С. Пробу активованого мінерального порошку висушують при температурі (60 ± 2) °С. Після

256

цього стаканчик (бюкс) закривають кришкою, охолоджують у ексикаторі до кімнатної температури та зважують.

Вологість мінерального порошку визначають з точністю до 0,1 %

W =	m1 −m2		100 ,	(7.8)
	m	−m
	2	3
де m1 – маса стаканчика (бюксу)			з мінеральним	порошком до
висушування, г;

m2 – маса стаканчика (бюксу) з мінеральним порошком після висушування, г;

m3 – маса стаканчика (бюксу), г.

За величину вологості мінерального порошку приймають середнє арифметичне значення результатів випробування двох проб. Розбіжність між результатами двох визначень не повинна перевищувати 0,1 %. Вологість активованого мінерального порошку не повинна перевищувати 0,5 %, у випадку звичайного карбонатного порошку марки I та у випадку порошку з основних металургійних шлаків – 1,0 %, порошку із золи виносу та золошлакової суміші ТЕС – не нормується, звичайного карбонатного мінерального порошку марки II – 2,5 %.

7.6. Розрахунок складу асфальтобетонів та дьогтебетонів

Властивості асфальтобетону (дьогтебетону) та його структура значною мірою залежать від його складу. Розрахунок складу асфальтота дьогтебетону має на меті забезпечити певний рівень показників якості асфальтобетону (дьогтебетону), принаймні не нижчий того, що його передбачено діючими державними стандартами. Виконання цієї умови може бути досягнуто у випадку раціонального кількісного співвідношення мінеральних складових різної крупності та в’яжучого.

Для розрахунку складу асфальтота дьогтебетонів використовуються однакові принципи та методи. В подальшому буде розглядатись приклад розповсюдженого з цих матеріалів, а саме асфальтобетону.

257

Розрахунок складу асфальтобетону включає такі етапи: розрахунок і побудову теоретичних граничних кривих щільних мінеральних сумішей; переведення теоретичних кривих у стандартні шляхом їх прив’язки до стандартних нормованих розмірів сит або надання даних про раціональне співвідношення зерен мінеральних частин у табличній формі; визначення кількісного співвідношення мінеральних складових (щебеню, піску, мінерального порошку), що забезпечує нормовану щільність мінерального кістяка; введення поправок на істину густину мінеральних складових; розрахунок оптимального вмісту бітумного (дьогтевого) в’яжучого.

Розрахунок теоретичних кривих щільних мінеральних сумішей

згідно з методом Іванова М.М., Охотіна В.В. базується на трьох головних принципах.

Перший з них полягає у тому, що мінеральна суміш складається із суми фракцій мінеральних зерен

Y1 + Y2 + Y3 + Y4 + … Yn = 100 %.

(7.9)

Другий принцип зводиться до того, що розмір кожного наступного зерна d у 2 рази менше попереднього

d1

=

d2

=

d3

=

dm−1

= 2

(7.10)

d2

d3

d4

dm

або

d1

d1

d1

d2 =

d3 =

…dm =

.

(7.11)

2

22

2m−1

Звідси кількість зерен у суміші дорівнює

т =

lg d1 −lg dm

+1,

lg 2

а кількість фракцій на одиницю менше

п =

lg d1 −lg dm

.

(7.12)

lg 2

Третій принцип виходить з того, що об’ємний вміст кожної наступної фракції у дорівнює об’єму попередньої (крупнішої)

258

фракцій, помноженій на коефіцієнт збігу Кзб. Значення коефіцієнту збігу приймається в межах 0,6–0,9. При цьому забезпечується можливість регулювання співвідношення між вмістом зерен (фракцій) різних розмірів

	Y2	=	Y3	=	Yп	=	Yп	= 0,6 −0,9 .	(7.13)
	Y		Y		Y		Y
	1		2		3		п−1

Виходячи з цього співвідношення, рівняння (7.9) можна записати так:

Y1 + Y1К + Y1К2(Y3) + T1К3 … + Y1Кп–1 = 100%,

(7.14)

звідси

Y(1 + К + К2 + К3 + … + Кп–1) = 100%.

(7.15)

Згідно з цим можна визначити об’єм першої фракції будьякого розміру за умовою, що розмір останньої фракції не менше 0,005 мм. Розмір такого зерна відповідає верхній межі часток глини, яких у складі мінеральної частини асфальтобетону теоретично не повинно бути, оскільки їх наявність знижує водостійкість асфальтобетону

	Y =	1− К	100% .	(7.16)
		1− Кп
	1

Визначивши за (7.12) кількість фракцій n та за (7.30) об’єм першої (найкрупнішої) фракції, розраховують усі часткові залишки (об’єм кожної із n фракцій), які потім перераховують у повні залишки. Сума усіх фракцій та повний залишок на останньому ситі має дорівнювати 100 %.

Користуючись табличними даними, накреслюють теоретичну криву щільної мінеральної суміші завданої крупності. Ця крива може бути представлена повними залишками на ситах або повними проходами крізь сита. Сума повних проходів та повних залишків на кожному ситі дорівнює 100 %.

Теоретична крива щільної суміші на сучасному етапі розвитку дорожнього машинобудування не може бути використана практич-

259

но, оскільки це пов’язано з необхідністю отримання великої кількості вузьких фракцій. Крім того, для кожної нової крупності суміші виникає необхідність дозування нових за розмірами фракцій. В зв’язку з цим нормативні документи передбачають стандартну крупність сумішей та стандартні розміри фракцій, які обмежуються стандартними ситами. Внаслідок цього теоретичні криві щільних сумішей приводять до стандартних розмірів зерен.

Крім того, регулюючи значення коефіцієнтів збігу, завдають межі повних залишків або повних проходів, які гарантують визначену стандартом пористість мінеральної частини асфальтобетону того чи іншого типу.

Державний стандарт України (ДСТУ Б.В.2.7-119-2003) містить вимоги до гранулометричних складів мінеральної частини гарячих та холодних асфальтобетонних сумішей, сумішей для верхніх, нижніх і підстиляючих шарів покриття. У табл. 7.6 наведені рекомендовані нормами зернові (гранулометричні) склади мінеральної частини щільних асфальтобетонів для верхніх шарів покриття та орієнтований вміст в них бітуму у відсотках за масою (понад 100 % від маси мінеральної частини).

Розрахунок складу мінеральної частини асфальтобетону за відомими гранулометричними складами кам’яних матеріалів

Для виготовлення асфальтобетонних сумішей у виробничих умовах використовують щебінь, штучний і природний піски, мінеральний порошок та бітум. Кожний із мінеральних матеріалів має свій гранулометричний склад. Завдання полягає в тому, щоб встановити таке кількісне співвідношення між мінеральними складовими, яке б забезпечило значення повних залишків на стандартних ситах у межах, рекомендованих стандартом, залежно від виду та типу суміші і групи асфальтобетону.

Нижче наводиться приклад розрахунку мінеральної частини дрібнозернистої (максимальний розмір зерен менше 20 мм) гарячої асфальтобетонної суміші з гранулометрією типу Б. Гранулометричні склади вихідних матеріалів (у частинних залишках) та їх густина наведені у табл. 7.7.

260