ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Визначення набухання асфальтобетону

Набухання асфальтобетонного зразка характеризується зростанням його об’єму після насичення водою у відсотках від початкового об’єму. Показник набухання асфальтобетону дозволяє непрямо судити про гідрофільність мінерального порошку, наявність пилувато-глинистих частинок у заповнювачах та про зчеплюваність бітуму з поверхнею мінеральних зерен.

Для визначення набухання асфальтобетону (Н, %) використовують дані, одержані при визначенні водонасичення і середньої густини асфальтобетону

	H =	(m5 −m6 ) −(m2 −m1)	100,	(7.33)
		(m2 −m1)

де m1 – маса зразка, витриманого у воді протягом 30 хв та зваженого на повітрі, г;

m2 – маса того ж зразка, зваженого у воді, г;

m5 – маса насиченого водою зразка, зваженого на повітрі, г; m6 – маса того ж зразка, зваженого у воді, г.

Показник набухання асфальтобетону визначають як середнє арифметичне значеннязрезультатів трьохпаралельних випробувань.

7.9.Визначення механічних властивостей асфальтобетонів та дьогтебетонів

Механічні властивості асфальтобетонів та дьогтебетонів характеризують їх здатність забезпечувати довговічність матеріала дорожніх покриттів під дією механічних навантажень від транспортних засобів. В експлуатаційних умовах матеріал дорожнього покриття зазнає дії стискаючих, розтягуючих, зсувних навантажень. Відповідно до цього міцність асфальтобетонів та дьогтебетонів визначають при стисканні, розтягуванні на згин та при зсуві. Ці показники міцності характеризують граничним навантаженням, вище якого зразок втрачає здатність чинити опір зовнішньому навантаженню. При низьких температурах випробування досягання границі міцності супроводжується порушенням суцільності матеріалу зразка. При високих температурах у матеріалі зразка під дією навантаження з’являються значні пластичні

281

деформації (в’язке руйнування) без помітного тріщиноутворення на першому етапі руйнування. Як і у випадку визначення фізичних властивостей асфальтота дьогтебетонів, визначення їх механічних властивостей розглядається на прикладі асфальтобетону.

Визначення границі міцності асфальтобетону при стиску

Для такого випробування використовують преси з механічним або гідравлічним приводом, що забезпечують стале деформування зразка зі швидкістю (3 ± 0,5) мм/с. Силовимірювач преса має забезпечувати визначення руйнівного навантаження з похибкою не більше 2 % від величини навантаження, що вимірюється.

У випадку асфальтобетону (дьогтебетону) швидкість деформування значно впливає на показники його міцності. Тому встановлена стандартна швидкість підйому плити преса при випробуванні асфальтобетонних зразків, що дорівнює 3 мм/хв. Цю швидкість перед проведенням випробування слід установити при холостому ході поршня преса. Зразки, призначені для випробування, розміщують у водяному термостаті на 1 годину. Температура води в термостаті залежно від мети випробування може бути 50 ± 1; 20 ± 1 або (0 ± 1) °С. Температуру (0 ± 1) °С забезпечують змішуванням води з льодом. Після години витримування зразки виймають з ванни, обтирають чистою тканиною і встановлюють на нижню плиту преса (по центру плити), поклавши під зразок і на нього прокладки щільного паперу. Зразки на рідких і емульгованих бітумах термостатують у повітряному середовищі протягом 2 годин. Зверху на зразок встановлюють шарнірний пристрій (рис. 7.5), що являє собою дві сталеві пластини, між якими розташована сталева кулька діаметром 6–8 мм. Шарнірний пристрій можливо не використовувати, але при цьому точність результатів випробування може знизитись (у випадку, якщо основи зразка не паралельні). Перед початком випробування верхню плиту випробувальної машини опускають майже до рівня пластини шарнірного пристрію, але не доводять до неї на 1,5–2 мм, вмикають двигун і подають тиск на асфальтобетонний зразок та слідкують при цьому за показниками силовимірювача. Зразок завантажують до тих пір, доки силовимірювач не досягне максимального показника, який приймають за показникруйнівногонавантаження.

282

Рис. 7.5. Шарнірний пристрій для випробування зразків на стиск: 1 – сталева кулька; 2 – металеві пластини; 3 – прокладка з паперу; 4 – зразок асфальтобетону

Границю міцності при стиску обчислюють з точністю до

0,01 МПа

R =

P

10−1,

(7.34)

ст F

де Р – руйнівне навантаження, кгс;

F – початкова площа поперечного перерізу зразка, см2.

10–1 – коефіцієнт перерахунку результатів випробування з кгс/см2 у МПа.

За показник міцності зразка приймають округлене до другого десяткового знаку середнє арифметичне значення результатів трьох паралельних випробувань (МПа).

Визначення водостійкості асфальтобетону. Під впливом води показники механічних властивостей асфальтобетону погіршуються. Це стосується і границі міцності асфальтобетону на стиск. Здатність асфальтобетону чинити опір впливу води при випробуванні на стиск характеризують коефіцієнтом водостійкості асфальтобетону.

Для визначення коефіцієнта водостійкості асфальтобетону використовують ті ж зразки асфальтобетону, для яких визначали водонасичення і набухання. Після зважування водонасичених зразків їх занурюють у воду з температурою (20 ± 2) °С на 45–60 хв і після цього визначають границю міцності на стискання цих зразків. Коефіцієнт водостійкості Кв визначають з точністю до другого десяткового знака за формулою

283

K			Rв
	B	=	ст	,	(7.35)
			R20
			cт

де Rств – границя міцності при стиску при температурі (20 ± 2) °С водонасичених у вакуумі асфальтобетонних зразків, МПа;

Rст20 – границя міцності при стиску при температурі (20 ± 2) °С

асфальтобетонних зразків до водонасичення, МПа.

Визначення водостійкості асфальтобетону при тривалій дії на нього води

Більш об’єктивним, ніж звичайна водостійкість, є водостійкість асфальтобетону при тривалому водонасиченні. Попередньо водонасичені у вакуумній установці асфальтобетонні зразки переносять в іншу посудину з водою, в якій витримують протягом 15 діб. Температура води при цьому має бути (20 ± 2) °С, рівень води має бути не менш ніж на 30 мм вище верху зразків у посудині. Після закінчення 15 діб витримування у воді асфальтобетонні зразки вилучають з води і визначають границю їх міцності при стиску. Коефіцієнт водостійкості асфальтобетону при тривалій дії води Кст визначають до другого десяткового знака за формулою

= RВд

KВд Rст20 , (7.36)

ст

де RстВд – границя міцності асфальтобетонних зразків на стиск при температурі (20 ± 2) °С після дії на них води протягом 15 діб, МПа; Rст20 – границя міцності асфальтобетонних зразків при (20±2) °С

до водонасичення, МПа.

Експрес-метод оцінки водостійкості асфальтобетону

Метод призначений для апробації і накопичення даних. Коефіцієнт тривалої водостійкості асфальтобетону має принципове значення для прогнозування його поведінки в покритті. Але на його визначення витрачається 15 діб. За цей час може бути виготовлено велику кількість недоброякісної асфальтобетонної суміші. Для запобігання цього може бути використаний метод, що дозволяє за 4 години визначити коефіцієнт водостійкості асфальтобетону, який наближається за своїм значенням до коефіцієнта тривалої водостійкості асфальтобетону.

284

В основі цього методу покладено залежність коефіцієнта водостійкості асфальтобетону (як і адгезії бітуму) від температури. Згідно з цим методом одне й те ж значення коефіцієнта водостійкості асфальтобетону може бути одержано при різних значеннях часу і температури. При цьому чим більше температура, тим менший потрібен час витримування асфальтобетону у воді.

Випробування з використанням експрес-методу виконують на асфальтобетонних зразках, виготовлених за стандартною методикою. Зразки занурюють у посудину з водою, температура якої (20 ± 1 °С). Рівень води над зразками має бути не меншим 3 см. Посудину зі зразками встановлюють до вакуум-сушильної шафи, де створюють і підтримують тиск не більше 2000 Па (15 мм. рт. ст) протягом 1,0 години. Потім тиск доводять до атмосферного і зразки витримують у тій же посудині з водою з температурою (20 ± 1) °С протягом 30 хв. Після цього асфальтобетонні зразки на металевій сітці переносять до водяної бані з температурою (85 ± 0,5) °С і витримують в ній протягом 50 хв. По закінченні цього терміну витримування зразки разом з металевою сіткою поміщують у посудину для термостатування у воді з температурою (20 ± 1) °С на 1,5 години. Після закінчення термостатування зразки випробовують для визначення границі міцності на стиск.

Коефіцієнт прискореної водостійкості асфальтобетону дорівнює відношенню середньої міцності на стискання асфальтобетонних зразків, що були витримані в умовах вакууму і підвищеної

температури Rcвт.п до середньої міцності на стиск таких же зразків, що не були піддані водонасиченню Rc20т

Rв.п

Кв.п = Rc20т . (7.37)

cт

Середню границю міцності сухих та водонасичених зразків визначають за результатами трьох випробувань, розбіжність між якими не повинна перевищувати 10 %.

Коефіцієнт прискореної водостійкості визначають до другого десяткового знака.

Крім розглянутих вище механічних властивостей асфальтобетону, в ДСТУ Б.В.2.7-89-99 викладені методи визначення границі

285

міцності на розтягування при розколюванні, границі міцності на розтягування при вигині і показників деформативності, зсувостійкості, морозостійкості асфальтобетону.

7.10. Визначення властивостей холодних асфальтота дьогтебетонних сумішей

Особливістю холодних асфальтобетонних та дьогтебетонних сумішей є їх здатність зберігати пухкий стан після охолодження до нормальної температури при зберіганні на складі у штабелях та при транспортуванні. Цю здатність забезпечують використанням рідких бітумів та дьогтів, обмеженням вмісту в’яжучого у складі суміші та оцінюють показником злежуванності. Властивості рідких органічних в’яжучих у складі холодних сумішей впливають на температурні режими їх приготування та випробування (див. табл. 7.12). До початку формування зразків асфальтобетону (дьогтебетону) органомінеральна суміш має охолоджуватись до температури (20 ± 2) °С. Суміш ущільнюють пресуванням під тиском 40 МПа протягом 3 хв. Далі розглядаються методи визначення властивостей холодних асфальтобетонів, оскільки методи випробування холодних дьогтебетонів аналогічні.

Фізичні властивості холодного асфальтобетону визначають згідно з методиками, наведеними у п. 7.8. Відмінності полягають у витримуванні зразків протягом 30 хв у воді під вакуумом та 30 хв у воді при атмосферному тиску при визначенні водонасичення; наважки асфальтобетонної суміші у киплячий воді з розчиненою у ній кухонною сіллю протягом 3 хв при визначенні зчеплення бітуму з поверхнею мінеральних складових у холодній асфальтобетонній суміші.

Міцність холодного асфальтобетону (дьогтебетону) на стиск визначають тільки при температурі 20 °С, оскільки вважають, що міцність його при 0 °С не перевищує небезпечної величини через використання у його складі рідкого бітуму (дьогтю). При визначенні міцності холодного асфальтобетону (дьогтебетону) зразки перед випробуванням витримують протягом 2 год у повітряному середовищі в ємності розміром 3–8 л. При відсутності спеціальної ємності для витримування зразків у повітряному середовищі зразки холодного асфальтобетону (дьогтебетону)

286

розташовують на дерев’яній або фарфоровій підставці у посудині, встановленій у інший посудині більшого розміру. Простір між стінками цих двох посудин заповнюють водою із завданою температурою.

Особливість розрахунку складу холодного асфальтобетону (дьогтебетону) полягає в тому, що після експериментального визначення вмісту в’яжучого за показниками фізико-механічних властивостей його величину зменшують на 10–15 % для запобігання злежування сумішей під час витримування їх у штабелі на складі або при транспортуванні у будь-якому транспортному засобі.

Зразки з холодної асфальтобетонної суміші під час розрахунку складу випробовують у прогрітому та непрогрітому станах, тому після витримування їх протягом 12–48 год після виготовлення частину з них прогрівають у сушильній шафі при температурі (90 ±

± 2) °С. Тривалість прогрівання дорівнює 2 год при використанні у складі асфальтобетону рідких середньогустіючих бітумів та 6 год у випадку використання рідких повільногустіючих бітумів – розріджених та залишкових. Прогріті зразки випробовують на наступну добу після прогріву. Вважають, що прогрів зразків з холодної асфальтобетонної суміші моделює зміни у асфальтобетоні при його експлуатації у дорожньому покритті через випаровування рідких фракцій бітуму у його складі. Нормовані показники фізикомеханічних властивостей холодних асфальтобетонів наведені у табл. 7.13 (згідно з ГОСТ 9128-84).

Таблиця 7.13

Технічні вимоги до асфальтобетонів із холодних сумішей

		Норми для
	Показники	асфальтобе-
		тонів марок
		I	II
	1	2	3
	1. Пористість мінерального кістяка (% за об’ємом) для
	асфальтобетонів із сумішей типів:
	Бх, не більше	18	18
	Вх, не більше	20	20
	Гх і Дх, не більше	21	21

287

Закінчення табл. 7.13

	1	2	3
2.	Залишкова пористість (% за об’ємом) для асфальтобетонів	6–10	6–10
із сумішей всіх типів
3.	Водонасичення до прогрівання (% за об’ємом) для	5–9	5–9
асфальтобетонів із сумішей всіх типів
4.	Набрякання до прогрівання (% за об’ємом) для асфальто-	1,2	2,0
бетонів із сумішей всіх типів, не більше
5.	Границя міцності при стиску (МПа) при температурі 20 °С:
до прогрівання асфальтобетонів із сумішей всіх типів		1,5	1,3
Бх, Вх, не менше
Гх, не менше		1,7	–
Дх, не менше		–	1,2
після прогрівання асфальтобетонів із сумішей всіх типів:		1,8	1,6
Бх, Вх, не менше
Гх, не менше		2,0	–
Дх, не менше		–	1,5
6.	Коефіцієнт водостійкості до прогрівання, не менше	0,75	0,60
7.	Коефіцієнт водостійкості після прогрівання, не менше	0,90	0,80
8. Коефіцієнт тривалої водостійкості до прогрівання, не менше		0,50	0,40
9. Коефіцієнттривалоїводостійкостіпісляпрогрівання, неменше		0,75	0,65
10. Злежуванність за числом ударів, не більше		10	10

Зразки з холодних дьогтебетонних сумішей випробовують тільки у непрогрітому стані. Вимоги до фізико-механічних показників властивостейдьогтебетонів зхолоднихсумішей наведеніутабл. 7.14.

Таблиця 7.14

Технічні властивості дьогтебетонів із холодних сумішей

		Норми для
	Показники	дьогтебетонів із
		сумішей марок
		I	II
	1	2	3
	1. Границя міцності при стиску (МПа (кгс/см2) при
	температурі
	20 °С, не менш	1,2(12)	0,7(7)
	2. Коефіцієнт водостійкості, не менш	0,65	0,50

288

Закінчення табл. 7.14

		1	2	3
	3.	Коефіцієнт водостійкості при тривалому	0,5	0,45
	водонасиченні, не менш
	4.	Набрякання, % за об’ємом, не більш	3,0	4,0
	5.	Водонасичення, % за об’ємом, не більш	3–4	5–11
	6.	Пористість мінерального кістяку, % за об’ємом,	20	22
	не більш
	7.	Залишкова пористість, % за об’ємом	6–10	6–10
	8.	Злежуванність за кількістю ударів, не більш	10	10

Злежуванність холодної асфальтобетонної (дьогтебетонної) суміші – це її ущільнення під дією власної маси у штабелі на складі або під дією маси та струшування у транспортному засобі і склеювання частинок суміші між собою у місцях їх контакту по плівках органічного в’яжучого.

Для визначення злежуванності холодних асфальтобетонних сумішей з них готують зразки у спеціальних циліндричних формах діаметром 71,4 мм з двома циліндричними вкладишами. У центрі нижнього вкладиша 4 (рис. 7.6) закріплено сталевий стержень діаметром 3 мм та довжиною 180 мм. Верхній вкладиш форми 2 має у центрі отвір діаметром 3,5 мм. Висота нижнього вкладиша складає 50 мм, верхнього – 80 мм.

Рис. 7.6. Металічнаформадляущільненнязразківзхолодноїасфальтобетонної (дьогтебетонної) сумішідлявипробуванняназлежуванність: 1 – підставки підформу; 2 – нижнійвкладиш; 3 – сталевийстержень; 4 – форма;

5 – верхнійвкладиш; 6 – отвіруверхньомувкладиші; 7 – вантаж

289

Перед ущільненням асфальтобетонну суміш та форму 4 з вкладишами 2 та 5 нагрівають у сушильній шафі до температури (80 ± 2) °С. Форму установлюють на спеціальну підставку, яка забезпечує вихід нижнього вкладиша 2 з форми на 25–30 мм. Пробу нагрітої суміші у кількості 440–460 г висипають через лійку до форми. Верхній вкладиш 5 уводять до форми таким чином, щоб стержень, який укріплено у нижньому вкладиші, вільно увійшов до отвору 6 у верхньому вкладиші. Підтримуючи форму, підставку забирають і на верхній вкладиш установлюють вантаж 7, маса якого разом з масою верхнього вкладиша дорівнює 20 кг, тобто забезпечує тиск на суміш 0,05 МПа (0,5 кгс/см2), який моделює тиск на нижні шари асфальтобетонної суміші у штабелі на складі від маси розташованих вище шарів суміші при висоті штабелю 2 м. Під цим навантаженням суміш витримують 3 хв, після чого вантаж забирають, форму піднімають та знімають зі зразка. Висота одержаного зразка має дорівнювати 60 мм. Потім знімають зі зразка верхній вкладиш, а зразок обережно двома руками знімають зі стержня та переносять до місця зберігання, де витримують при температурі повітря (20 ± 2) С протягом 4–24 год. Якщо зразок після ущільнення одразу розсипається, готують інший зразок, який витримують у формі після зняттявантажу притемпературі (20 ± 2) °С не менш 4 год.

Прилад для випробування має підставку для зразка з отвором (рис. 7.7). Уздовж спрямовуючої втулки приладу 8 вільно переміщується штанга 6 з нагвинченим на неї конічним наконечником 4.

Кут у вершині конусу 15°. Уздовж штанги вільно переміщується вантаж 5 у вигляді циліндру масою 500 г. Маса штанги з наконечником також дорівнює 500 г. Висота підйому вантажу уздовж штанги обмежена зверху упорним кільцем і складає 20 см. На штанзі нанесено риску для фіксування моменту, коли вістря конусу при випробуванні зразка торкається нижньої підставки приладу.

Для визначення величини злежуванності зразок з асфальтобетонної суміші установлюють на основу приладу, вістря конусу обережно уводять до отвору зразка, однією рукою злегка підтримують зразок, а іншою піднімають вантаж до упорного кінця та відпускають його. Удари вантажем по основі конуса повторюють до тих пір, доки зразок повністю зруйнується, або вістря конуса торкнеться підставки приладу. Під час випробування необхідно спостерігати за тим, щоб при піднятті вантажу вістря конуса не виходило вгору з отвору у зразка.

290