61. Асфальтобетоны и растворы: получение, свойства и применение

Асфальтовый бетон получают в результате отвердевания асфальтобетонной смеси, состоящей из битумного связующего (смесь битума и минерального порошка) и заполнителей — мелкого (песка) с диаметром зерен до 5 мм и крупного (щебня или гравия) с диаметром зерен 5…40 мм. Асфальтовые бетоны подразделяются на мелкозернистые с диаметром зерен до 15 мм; среднезернистые с диаметром зерен до 25 мм; крупнозернистые с диаметром зерен до 40 мм. Если в составе заполнителей используется только песок, то материал называется асфальтовым раствором. Асфальтовый раствор содержит обычно 9… 11 % битума по массе. Расход битума в асфальтобетонах составляет примерно 4…9 %.

Асфальтовые бетоны применяются для устройства дорожных, тротуарных, аэродромных покрытий, укрепления и гидроизоляции откосов гидротехнических сооружений, для устройства полов в промышленных цехах, складских помещениях и для других целей. Асфальтовый раствор используется в основном для тех же целей, но по сравнению с асфальтобетоном он обладает более высокой деформативной способностью, что требует применения высоковязких битумов. Укладку этих материалов осуществляют чаще всего в горячем состоянии. В некоторых случаях для верхних слоев дорожных покрытий или при ремонтных работах используют холодные составы на битумных растворителях (лигроине и др.). Иногда холодный асфальт изготавливают на битумной эмульсии.

Асфальтовое связующее. Помимо битума асфальтовое связующее содержит тонкомолотый минеральный наполнитель, частицы которого рассматриваются как центры активного структуро- образования, образующие вокруг себя ассоциаты из асфальтенов и смол битума. По этой причине концентрация минерального порошка в асфальтовом связующем для битумов, богатых асфальте- нами, должна быть меньше, чем для битумов, обедненных этой фракцией. Для битумов БНД-60/90 и БНД-90/130 эта концентрация равна 55…60, а для БНД-130/200 и БНД-200/300 она составляет 65… 70%.

Увеличение содержания минерального порошка повышают вязкость и предел текучести, а также твердость и прочность связующего. При этом снижаются деформативные свойства и удобообрабатываемость смеси, понижается адгезия. Превышение оптимального содержания минерального порошка приводит к увеличению пористости и снижению прочности асфальтобетона.

Заполнители. Чем крупнее заполнители, тем меньше расход асфальтового связующего и ниже стоимость асфальтобетона. С увеличением размера зерен возрастают прочность, твердость и теплостойкость бетона, но снижаются деформативность и удобоукладываемость асфальтобетонной смеси.

Твердение горячего асфальтобетона продолжается несколько часов. При охлаждении битума в нем происходят структурные изменения, связанные с постепенным выделением из переохлажденной дисперсионной среды твердых частиц с наибольшей молекулярной массой. Дисперсная система при этом увеличивает вязкость. Микроструктура битумной фазы зависит от скорости охлаждения. При медленном охлаждении происходит образование частично-кристаллической структуры. При быстром понижении температуры растет содержание стекловатой фазы, что понижает долговечность связующего.

Прочность асфальтобетона как на сжатие, так и на растяжение невысока. Если у цементного бетона прочность составляет в среднем 20…60 МПа, то у асфальтобетона при нормальной температуре — только 5… 10 МПа. С понижением температуры прочность асфальтобетона возрастает и при -15 °С может достигать 15… 20 М Па. При водонасыщении прочность асфальтобетона снижается.

Долговечность асфальтобетона определяется воздействием среды как на его органическую, так и на минеральную составляющие. В условиях атмосферы битумы быстро стареют. В условиях постоянного пребывания гидроизоляции под водой главным фактором разрушения является поглощение битумом воды и его набухание. Интенсивность этих процессов зависит от химического состава битума и минерального наполнителя и растет с увеличением количества водорастворимых веществ в битуме (особенно кислот и щелочей) и длительности контакта с водной средой. С понижением марки битума растет его водопроницаемость.

В чистых битумах диффузионное водопоглощение идет интенсивно, и уже через три года строительные битумы разрушаются. Наиболее агрессивное воздействие на битумы оказывают щелочные и кислотные растворы. Далее по агрессивности следуют морские воды, минерализованные грунтовые и пресные воды. Способность битумов противостоять действию агрессивных вод зависит от структуры битума. Чем меньше непредельных связей в макромолекулах битума, тем выше его стойкость. Для повышения водоустойчивости необходимо либо наполнить битум минеральным наполнителем, либо совместить его с полимерными добавками.

Для получения коррозионно-стойкого асфальтобетона вид заполнителей и наполнителей выбирают с учетом химического состава воды-среды. Кислые породы (кварцевые пески, кварциты, гранит) нестойки в щелочной среде, в которой наиболее стойкими являются карбонатные породы. Однако последние разрушаются в кислых и углекислых водах.

Повышение долговечности асфальтобетона возможно путем создания плотной водонепроницаемой структуры. Высоконаполненные и плотные гидротехнические асфальтобетоны с первоначальной пористостью менее 3 % вполне водоустойчивы — их водопоглощение через 10 лет не превышает 6%, а коэффициент размягчения (отношение пределов прочности на сжатие водонасыщенного и сухого образцов) около единицы. Пористые асфальтобетоны, наоборот, с первоначальной пористостью 3…5% постепенно разуплотняются в воде, и их водопоглощение достигает 15%, а коэффициент размягчения уменьшается до 0,5.

Опалубка для асфальтобетона не должна иметь адгезии к битуму. На металлическую опалубку наносят антиадгезионное покрытие.