СПОСОБ УСТРОЙСТВА ДОРОЖНОГО И АЭРОДРОМНОГО ПОКРЫТИЯ ИЗ ВИБРОЛИТОЙ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ И СПОСОБ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОСТАВА ВИБРОЛИТОЙ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ Российский патент 1998 года по МПК E01C7/18 C04B26/26 

Изобретение относится к дорожному и аэродромному строительству и может быть использовано при строительстве и капитальном ремонте асфальтобетонных покрытий автомобильных покрытий автомобильных дорог высоких категорий и взлетно-посадочных полос аэродромов.

Известен способ устройства покрытия из виброасфальта фирмы "StrabagBau AG" [1], который предусматривает укладку смеси, приготовленной при температуре 240 - 250^oC, и ее уплотнение при помощи виброплиты асфальтоукладчика без применения дорожных катков. В состав смеси входят вязкий битум (В-45), щебень фракций до 10 мм (около 60 мас.%), минеральный порошок фракций мельче 0,09 мм (около 17 мас.%) и песок. Для обеспечения требуемого коэффициента сцепления при укладке в покрытие втапливают черный щебень фракции 2 - 5 мм. Технология требует использования только высококачественных материалов, при этом механизм корректировки состава смеси (в случае производственной необходимости) не указан. Этот способ является наиболее близким к предлагаемому изобретению.

Известен способ проектирования состава асфальтового бетона по асфальтовяжущему веществу, заключающийся в установлении соотношения битума и минерального порошка, подборе каменного остова и соотношения его и асфальтового вяжущего вещества [2]. Ближайшим аналогом является способ проектирования состава асфальтобетонной смеси [3], включающий определение свойств битума, щебня, песка и минерального порошка, определение зерновых составов песка, щебня и их плотности в виброуплотеннном состоянии и расчет содержания в смеси каждого из указанных компонентов.

Задачей изобретения является получение асфальтобетонного покрытия, соответствующего существующим требованиям, из вибролитой асфальтобетонной смеси, изготовленной из различных исходных материалов, в том числе и более низкого качества, чем требуют ТУ 400-24-158-89^*, ГОСТ 9128-84 и [1], в частности, по запыленности минеральных заполнителей, при использовании стандартного технологического оборудования, а также снижения энергозатрат за счет уменьшения температуры укладки смеси.

Поставленная задача решается тем, что в способе устройства дорожного и аэродромного покрытия из вибролитой асфальтобетонной смеси используют смесь, изготовленную из щебня, песка, минерального порошка и битума, имеющую подвижность при температуре 200^oC не менее 25 мм, которую укладывают и виброуплотняют асфальтоукладчиком при температуре 190 - 210^oC, в которой используют дробленый из труднополируемых пород или из гравия щебень фракций 5 - 20 мм с содержанием пылеватых и глинистых частиц до 5 мас.%, песок природный с содержанием пылеватых частиц до 5 мас.% или дробленый с содержанием пылеватых частиц до 9 мас.% и битум с температурой размягчения не ниже 51^oC и температурой вспышки не ниже 240^oC при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Щебень фракции 5 - 20 мм - 41,0 - 49,0
Минеральный порошок - 13,0 - 19,0
Битум - 6,4 - 8,0
Песок - Остальное 5 - 7 кг/м².

Также поставленная задача решается тем, что в способе проектирования состава вибролитой асфальтобетонной смеси, включающем определение свойств битума, щебня, песка и минерального порошка, определение зернового состава щебня, песка и минерального порошки и расчет содержания компонентов в смеси, при определении зернового состава щебня устанавливают содержание в нем фракций 5 - 20 мм, 0,14 - 5 мм и мельче 0,071 мм, при определении зернового состава песка устанавливают содержание в нем фракций 0,14 - 5 мм и мельче 0,071 мм, при определении зернового состава минерального порошка устанавливают содержание в нем фракций мельче 0,071 мм, затем из условия обеспечения поровой структуры вибролитого асфальтобетона задают содержание в смеси щебня фракции 5 - 20 мм в пределах 41,0 - 49,0 мас.% и рассчитывают содержание фракций щебня до 20 мм, в том числе мельче 0,071 мм, мас.% по формулам:
Щ = щЩ : щ_5-20 (1),
щ^* = Щ•щ<0,071 (2),
где
Щ - содержание исходного щебня фракций до 20 мм в смеси, мас.%;
щЩ -заданное содержание щебня фракций 5 - 20 мм в смеси, мас.%;
щ_5-20 - содержание щебня фракций 5 - 20 мм в щебне, доля единицы массы.;
щ<0,071 - содержание частиц мельче 0,071 мм в щебне, доля единицы массы,
задают относительную плотность упаковки зерен щебня фракций 5 - 20 мм и рассчитывают оптимальное массовое соотношение песка фракций 0,14 - 5 мм и щебня фракций 5 - 20 мм в вибролитом асфальтобетоне по формуле:

где
G - оптимальное массовое соотношение песка фракции 0,14 - 5 мм и щебня фракции 5 - 20 мм;
G_п0,14-5 - содержание песка фракций 0,14 - 5 мм в смеси, мас.%;
G_щ5-20 - содержание щебня фракции 5 - 20 мм в смеси, мас.%;
ρcщ

_0,14-20 - средняя плотность щебня фракций 0,14 - 20 мм, т/м³;
ρвщ_0,14-20 - насыпная плотность щебня фракций 0,14 - 20 мм после виброуплотнения, т/м³;
ρвщ_5-20 - насыпная плотность щебня фракций 5- 20 мм после виброуплотнения, т/м³;
ρвп_0,14-5 - насыпная плотность песка фракций 0,14 - 5 мм после виброуплотнения, т/м³;
r - относительная плотность упаковки зерен щебня фракций 5 - 20 мм, зависящая от типа структуры асфальтобетона (для вибролитого асфальтобетона поровой структуры изменяется в пределах 0,70 - 0,80);
m и n - степенные показатели, зависящие от природы и крупности заполнителей,
после чего, исходя из этого соотношения, рассчитывают содержание в смеси фракций песка до 5 мм, в том числе мельче 0,071 мм, мас.%, по формулам:
П = щЩ • G : п_0,14-5 (4),
п^* = П • п < 0,071 (5),
где
П - содержание в смеси песка фракций до 5 мм, мас.%;
п_0,14-5 - содержание фракций 0,14 - 5 мм в песке, доля единицы массы;
п<0,071 - содержание частиц мельче 0,071 мм в песке, доля единицы массы,
затем задают суммарное содержание в вибролитой асфальтобетонной смеси битума и мелкодисперсных частиц менее 0,071 мм, содержащихся в щебне, песке и минеральном порошке в пределах 19,0 - 26,0 мас.%, для обеспечения подвижности смеси при укладке и условий для втапливания черного щебня в покрытие и определяют содержание минерального порошка в смеси по формуле:

где
Щ - содержание исходного щебня фракций до 20 мм в вибролитой асфальтобетонной смеси, мас.%;
П - содержание исходного песка фракций до 5 мм в вибролитой асфальтобетонной смеси, мас.%;
щ^* и п^* - содержание частиц мельче 0,071 мм в вибролитой асфальтобетонной смеси, поступивших с щебнем и песком, соответственно, мас.%;
A - задаваемое суммарное содержание в асфальтобетонной смеси битума (Б) и мелкодисперсных частиц мельче 0,071 мм, содержащихся в щебне, песке и минеральном порошке;
мп< 0,071 - содержание частиц мельче 0,071 мм в минеральном порошке, доля единицы массы,
и определяют количество битума (мас.%) в смеси по формуле:
Б = 100 = Щ - П - МП (7).

Пример. Проектирование состава вибролитой асфальтобетонной смеси ведут в следующей последовательности: устанавливают требования к вибролитому асфальтобетону в зависимости от условий эксплуатации покрытия (категории дороги, климатической зоны и др.) и условий укладки (температура воздуха, параметры асфальтоукладчика) на основании ТУ 400-24-158-89^* (табл.1).

Экспериментально определяют характеристики свойств исходных материалов, указанные в табл. 2 и 3.

Рассчитывают несколько составов смеси в рекомендуемых пределах задаваемых характеристик (r, щЩ, А). При расчете используют значения r, m и n в пределах, установленных расчетно-экспериментальным путем в аналоге (Соколов Ю. В. Расчет и оптимизация состава дорожного асфальтобетона: Методические указания к лабораторной работе). Пример расчета приведен в табл, 4;
Итоговое содержание компонентов представлено в двух вариантах; а) битум входит в 100% смеси и б) битум - сверх 100%, вне скобок приведено содержание зерен щебня фракций 5 - 20 мм и зерен песчаных фракций до 5 мм, поступающих из щебня и песка, в скобках - содержание исходного щебня фракции до 20 мм и исходного песка фракции до 5 мм (см. табл. 5).

Проверяют на лабораторном спецоборудовании соответствие свойств расчетных составов требуемым показателям свойств вибролитого асфальтобетона (табл. 6).

Определяют область рациональных структур и составов и для конкретных условий производства выбирают оптимальный состав.

В производственных условиях апробировали состав N 2. Проверка технологических свойств смесей для вибролитого асфальтобетона после транспортирования показала возможность их перевозки в тентованных автомобилях-самосвалах в течение 60 мин без расслоения в пути и с сохранением достаточной подвижности смесей для устройства покрытия.

На объектах опытного строительства смесь для вибролитого асфальтобетона с подвижностью 30 мм и температурой 190 - 210^oC укладывали асфальтоукладчиками. Проведенные исследования позволили сделать вывод, что наиболее эффективно смесь укладывается асфальтоукладчиками типа "Супер" при скорости движения 1 - 3 м/мин с колебаниями виброплиты с частотой 2580 - 2900 кол/мин и амплитудой 0,4 - 0,5 мин. При этих режимах смесь равномерно распределяется и после виброуплотнения образует сплошное и ровное покрытие с требуемыми физико-механическими свойствами. Требуемый коэффициент сцепления обеспечивали втапливанием в еще не остывшее покрытие черного щебня фракции 3 - 10 мм при расходе 5 - 7 кг/м².

Испытания вырубок и кернов из покрытия выявили полное соответствие физико-механических свойств вибролитого асфальтобетона заданным требованиям.

Изобретение относится к области строительства и капитального ремонта асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог высоких категорий и взлетно-посадочных полос аэродромов. Способ устройства покрытия предусматривает укладку и виброуплотнение асфальтоукладчиком специально запроектированной вибролитой асфальтобетонной смеси и втапливание в еще не остывшее покрытие обработанного битумом щебня фракции 3 - 10 мм. Вибролитую асфальтобетонную смесь с подвижностью при температуре 200^oC не менее 25 мм укладывают при температуре 190 - 210^oC и используют в ней щебень фракции до 20 мм с содержанием пылеватых и глинистых частиц до 5 мас.%, дробленый из труднополируемых пород или из гравия, песок природный с содержанием пылеватых частиц до 5 мас. % или дробленый с содержанием пылеватых частиц до 9 мас.% и битум с температурой размягчения не ниже 51^oC и температурой вспышки не ниже 240^oC при следующем соотношении компонентов указанных материалов в 100% смеси, мас. %: щебень фракции 5 - 10 мм 41,0 - 49,0; минеральный порошок 13,0 - 19,0; битум 6,4 - 8,0; песок остальное. Состав вибролитой асфальтобетонной смеси проектируют с учетом условий строительства и эксплуатации покрытия, свойств битума, щебня, песка и минерального порошка. Содержание компонентов рассчитывают исходя из общего содержания в смеси минеральных частиц мельче 0,071 мм и щебня фракции 5 - 20 мм с учетом относительной плотности упаковки его зерен в каркасе вибролитого асфальтобетона. Задавая содержание щебня фракции 5 - 20 мм, определяют содержание в смеси песка исходя из оптимального массового соотношения песка фракций 0,14 - 5 мм и щебня фракций 5 - 20 мм при виброуплотнении; содержание минерального порошка рассчитывают исходя из задаваемого суммарного количества в смеси битума и всех минеральных частиц мельче 0,071 мм; количество битума определяют как разницу между 100 мас.% и содержанием всех минеральных компонентов. В результате получают асфальтобетонное покрытие, соответствующее требованиям из исходных материалов более низкого качества, при использовании стандартного технического оборудования. 2 с.п. ф-лы, 6 табл.

1. Способ устройства дорожного и аэродромного покрытия из вибролитой асфальтобетонной смеси, включающий приготовление асфальтобетонной смеси смешиванием щебня, песка, минерального порошка и битума, укладку и виброуплотнение полученной смеси асфальтоукладчиком с последующим втапливанием в горячее покрытие черного щебня, отличающийся тем, что при приготовлении асфальтобетонной смеси используют дробленый из труднополируемых пород или из гравия щебень фракций 5 - 20 мм с содержанием пылеватых и глинистых частиц до 5 мас. %, песок природный с содержанием пылеватых частиц до 5 мас.% или дробленый с содержанием пылеватых частиц до 9 мас.% и битум с температурой размягчения не ниже 51^oС и температурой вспышки не ниже 240^oС, а полученную асфальтобетонную смесь, имеющую подвижность при 200^oС не менее 25 мм, укладывают в покрытие при 190 - 210^oС, при этом компоненты смеси находятся в следующем соотношении, мас.%:
Щебень фракции 5 - 20 мм - 41,0 - 49,0
Минеральный порошок - 13,0 - 19,0
Битум - 6,4 - 8,0
Песок - Остальное
2. Способ проектирования состава вибролитой асфальтобетонной смеси, включающий определение свойств битума, щебня, песка, минерального порошка и расчет содержания компонентов в смеси, отличающийся тем, что при определении зернового состава щебня устанавливают содержание в нем фракций 5 - 20, 0,14 - 5 и мельче 0,071 мм, при определении зернового состава песка устанавливают содержание в нем фракций 0,14 - 5 и мельче 0,071 мм, при определении зернового состава минерального порошка устанавливают содержание в нем фракций мельче 0,071 мм, затем из условия обеспечения поровой структуры вибролитого асфальтобетона, задают содержание в смеси щебня фракции 5 - 20 мм в пределах 41,0 - 49,0 мас.% и рассчитывают содержание фракций щебня до 20 мм, в том числе мельче 0,071 мм, мас.% по формулам
Щ = щЩ : щ_5-20;
щ^* = Щ • щ < 0,071,
где Щ - содержание исходного щебня фракций до 20 мм в смеси, мас.%;
щЩ - заданное содержание щебня фракций 5 - 20 мм в смеси, мас.%;
щ_5-20 - содержание щебня фракций 5 - 20 мм в щебне, доля единицы массы;
щ < 0,071 - содержание частиц мельче 0,071 мм в щебне, доля единицы массы,
задают относительную плотность упаковки зерен щебня фракций 5 - 20 мм и рассчитывают оптимальное массовое соотношение песка фракций 0,14 - 5 мм и щебня фракций 5 - 20 мм в вибролитом асфальтобетоне по формуле
,
где G - оптимальное массовое соотношение песка фракции 0,14 - 5 мм и щебня фракции 5 - 20 мм;
G_п0,14-5 - содержание песка фракций 0,14 - 5 мм в смеси, мас.%;
G_щ5-20 - содержание щебня фракций 5 - 20 мм в смеси, т/м³;
ρcщ

_0,14-20 - средняя плотность щебня фракций 0,14 - 20 мм, т/м³;
ρвщ_0,14-20 - насыпная плотность щебня фракций 0,14 - 20 мм после виброуплотнения, т/м³;
ρвщ_5-20 - насыпная плотность щебня фракций 5 - 20 мм после виброуплотнения, т/м³;
ρвп_0,14-5 - насыпная плотность песка фракции 0,14 - 5 мм после виброуплотнения, т/м³;
r - относительная плотность упаковок зерен щебня фракций 5 - 20 мм, зависящая от типа структуры асфальтобетона (для вибролитого асфальтобетона поровой структуры изменяется в пределах 0,70 - 0,80);
m и n - степенные показатели, зависящие от природы и крупности заполнителей,
после чего, исходя из этого соотношения, рассчитывают содержание в смеси фракций песка до 5 мм, в том числе мельче 0,071 мм, по формулам, мас.%,
П = щЩ • G : п_0,14-5;
п^* = П • п < 0,071,
где П - содержание в смеси песка фракций до 5 мм, мас.%;
п_0,14-5 - содержание фракций 0,14 - 5 мм в песке, доля единицы массы;
п < 0,071 - содержание частиц мельче 0,071 мм в песке, доля единицы массы,
затем задают суммарное содержание в вибролитой асфальтобетонной смеси битума и мелкодисперсных частиц менее 0,071 мм, содержащихся в щебне, песке и минеральном порошке в пределах 19,0 - 26,0 мас.%, для обеспечения подвижности смеси при укладке и условий для втапливания черного щебня в покрытие и определяют содержание минерального порошка в смеси по формуле

где Щ - содержание исходного щебня фракций до 20 мм в вибролитой асфальтобетонной смеси, мас.%;
П - содержание исходного песка фракций до 5 мм в вибролитой асфальтобетонной смеси, мас.%;
щ^* и п^* - содержание частиц мельче 0,071 мм в вибролитой асфальтобетонной смеси, поступающих со щебнем и песком соответственно, мас.%;
А - задаваемое суммарное содержание в асфальтобетонной смеси битума (Б) и мелкодисперсных частиц мельче 0,071 мм, содержащихся в щебне, песке и минеральном порошке;
мп < 0,071 - содержание частиц мельче 0,071 мм в минеральном порошке, доля единицы массы,
и определяют количество битума, мас.%, в смеси по формуле
Б = 100 - Щ - П - МП.