Цупиков С.Г. (ред.) Справочник дорожного мастера

Подождите немного. Документ загружается.

Сцепление органических вяжущих с каменными материалами

(адгезия).Сцепление битума оценивают в зависимости от степени смещения

битумной пленки с поверхности минерального материала путем сравнения с

фотографиями контрольных образцов, приведенных в ГОСТ. Для более

точного определения площади обнаженных от битума минеральных зерен

применяются методы адсорбации красителей, меченых атомов и др.

6.5.1. Битумы нефтяные

В соответствии с ГОСТ-22245-90 [66], вязкие дорожные битумы

разделяются на марки. Марка битума определяется комплексом показателей

качества. Дорожные битумы БНД отличаются от БН более высокими

показателями. Они являются улучшенными. Марки вязких дорожных

битумов приведены в табл. 6.5.1.

Таблица 6.5.1

Марки вязких дорожных битумов

Наименование показателя

БНД

200/300

БНД

130/200

БНД

90/130

БНД

60/90

БНД

40/60

Глубина проникания иглы

при 25С 201-300 131-200 91-130 61 -90 40-60

при 0С, не менее 45 35 28 20 13

Температура размягчения по «кольцу и шару», °С, не ниже 35 40 43 47 51

Растяжимость, см, не менее:

при 25С - 70 65 55 45

при 0°С 20 6,0 4,0 3,5 -

Температура хрупкости, °С, не выше -20 -18 -17 -15 -12

Сцепление с мрамором или песком Выдерживает

Битумы нефтяные применяются для строительства дорожных покрытий,

гидроизоляционных, кровельных и других видов работ. В зависимости от

назначения нефтеперерабатывающая промышленность выпускает

соответствующие по свойствам виды нефтяных битумов. Битумы вязкие

применяют в качестве вяжущего материала при строительстве дорожных и

аэродромных покрытий. Их изготавливают из окисленных и неокисленных

продуктов прямой перегонки нефти или компаундированием этих продуктов

с экстрактами селективной очистки. Изготовление вязких дорожных

нефтяных битумов из крекинг остатков и битумов деасфальтизации без

дополнительной переработки не допускается.

Область применения нефтяных вязких битумов в дорожном строительстве

приведена в табл. 6.5.2.

Таблица 6.5.2

Область применения вязких битумов

Марка

битума

Область применения

БНД

200/300

Для поверхностной обработки, холодных асфальтобетонных смесей, грунтасфальта

БНД

130/200

Для поверхностной обработки, горячих асфальтобетонных смесей

БНД

90/130

Для горячих смесей в южных районах, для устройства покрытий на автомагистралях с тяжелым

движением в районах с континентальным климатом

БНД 40/60 Для покрытий на автомагистралях в южных районах, литых асфальтобетонных смесях

Битумы нефтяные жидкие В зависимости от скорости формирования

структуры, жидкие битумы разделяют на 3 класса [ГОСТ Z 11955-82 ]:

СГ - среднегустеющие;

МГ - медленногустеющие;

МГО - медленногустеющие остаточные.

Жидкие битумы класса СГ допускается применять для устройства

дорожных покрытий и оснований во всех дорожно-климатических зонах.

Свойства битумов определяются, прежде всего, качеством нефти,

зависящим от соотношения в ней асфальтенов, смол, масел, парафина.

Основными свойствами жидких битумов являются вязкость и скорость

загустевания, температура размягчения, прилипания (адгезия).

Вязкость жидких битумов и дегтей определяют с помощью стандартного

вискозиметра по времени истечения вяжущего через калиброванное

отверстие (5 мм при 60С). Вязкость жидких битумов принято обозначать

. Она находится в пределах 25...200 с.

Скорость загустевания определяют по количеству испарившегося

разжижителя после выдерживания битума в термостате при t = 60°C в

течение 5 часов.

После выдержки потери составляют для битумов класса СГ - 10...7 %; МГ -

8...5 %.

Температура размягчения остатка после испарения летучих веществ

(разжижителя).

Прилипание - способность каменных материалов, предварительно

обработанных битумом, удерживать битумную пленку при ее вытеснении

методом кипячения в воде.

Справочник дорожного мастера

Получение жидких битумов производят путем разжижения вязких битумов

жидкими нефтяными продуктами. Добавка бензина, лигроина, керосина

прямой гонки несколько нарушает структуру битума. Лучшие результаты

обычно дают добавки к нефтяным битумам крекинг бензина, керосина и

более тяжелых нефтепродуктов.

Применение битумов различных классов (СГ, МГ, МГО) связано с

потребностью получать различную скорость их загустевания. Скорость

загустевания зависит от условий испарения летучих фракций и

климатических условий применения.

Жидкие битумы класса МГ и МГО применяют при строительстве

дорожных покрытий облегченного типа и оснований во II...V дорожно-

климатических зонах.

При затруднительных условиях испарения летучих фракций, а также при

необходимости быстрого нарастания прочности дорожных покрытий

используют жидкий битум класса СГ.

Марки жидких битумов в пределах одного класса разделяют по вязкости.

Область применения их зависит от характера минеральных материалов,

способа обработки и климатических условий:

40/70 - для обеспыливания и предварительной обработки дорожных

покрытий, для обработки грунтовых смесей на полотне дороги;

41/70...71/30 - для обработки гравийных и щебеночных смесей холодным

способом на полотне дороги;

71/131 ...131/200 - для поверхностной обработки дорожных покрытий, для

приготовления горячего и холодного асфальтобетонов.

6.5.2. Битумы сланцевые

Сланцевые битумы являются органическими вяжущими материалами,

которые получают при нагревании горячих сланцев без доступа воздуха.

Дорожные сланцевые битумы бывают вязкие и жидкие.

Сланцевые битумы получают при нагревании сланцев в специальных

генераторах или туннельных печах до 550°С, при этом выделяется газ,

низкотемпературная смола в количестве 15...20 % от массы сланца и

полукокс. В процессе переработки низкотемпературную сланцевую смолу

разделяют на следующие фракции: автомобильный бензин - с началом

кипения смолы до 180°С; тракторное топливо - от 180 до 250°С; дизельное

топливо - от 225 до 325°С; мазут или битумная фракция как остаток после

отгона всех фракций - до 300 или 325°С. Этот остаток составляет около 60 %

и используется для получения остаточного или окисленного битума, а также

может быть применен как жидкий сланцевый битум.

По составу и свойствам сланцевые битумы несколько отличаются от

нефтяных. В сланцевых битумах также определяют грунтовый состав

(содержание масел, смол, асфальтенов). Содержание асфальтенов и смол в

них больше, а масел меньше. Показатели свойств сланцевых битумов

приведены в табл. 6.5.3.

Таблица 6.5.3

Характеристика сланцевых битумов

Показатели С-1 С-2 С-3 С-4 С-5 С-6

Вязкость по стандартному вискозиметру:

, не более 20 - - - - -

, не более - 5...12 12...2 20...3 35...10 100...20

Фракционный состав: выкипает при нагревании до 360С, % к

объему

10...4 10...35 5...25 2...15 0...10 0...5

Температура вспышки в открытом тигле, С не ниже 70 70 100 100 120 120

Область применения сланцевых битумов в основном та же, что и нефтяных битумов.

6.5.3. Каменноугольные дегти

Дегти получают в процессе пирогенетической, диструктивной (без или с

ограниченным количеством воздуха) переработки каменных и бурых углей.

В результате такой переработки получают ряд ценных продуктов, в том

числе смолообразные вещества - сырые дегти. В зависимости от вида

перерабатываемого сырья получают каменноугольные и древесные дегти.

По составу и структуре каменноугольные дегти подобны битумам, в них

входят преимущественно углеводороды ароматического ряда (производные

бензола) и их соединения с кислородом, азотом, серой и другими

элементами.

Основными свойствами, которые характеризуют каменноугольные дегти,

являются вязкость, пластичность, теплоустойчивость, прилипание,

погодоустойчивость.

Большинство высокомолекулярных углеводородных веществ, которые

входят в состав дегтей, имеют ненасыщенный характер. Они сравнительно

легко вступают во взаимодействия с веществами окружающей среды

(кислородом воздуха), образуя более сложные химические соединения. Этот

процесс ускоряется при действии высоких температур, ультрафиолетовых

лучей (солнечная радиация) и других факторов. В результате совместного

протекания процессов испарения масел и химического взаимодействия

компонентов дегти стареют более интенсивно, чем нефтяные битумы.

В зависимости от конструкции дорожной одежды, способов приготовления

полуфабрикатов и климатических условий в дорожном строительстве

применяют дегти следующих марок:

Д-1 - для обеспыливания дорог и поверхностной обработки;

Д-1 и Д-2 - для обработки грунтово-гравийных и щебеночных материалов

при смешении на дороге в холодном состоянии;

Д-3 и Д-4 - для обработки грунтово-гравийных материалов в смесительных

установках в холодном состоянии;

Д-5 и Д-6 - для поверхностной обработки дорожных покрытий,

изготовления холодного дегтебетона и щебеночных смесей в смесительных

установках;

Д-6 - для глубокой пропитки щебеночных дорожных покрытий и

изготовления горячего дегтебетона.

Применять дегти в городских условиях запрещено из-за содержания в

дегте фенолов.

6.5.4. Битумные эмульсии

Эмульсиями называют дисперсные системы, в которых одна жидкость

(фаза) в виде мельчайших капель размером 0,1 мкм диспергирована

(раздроблена) в другой жидкости (среде), не смешивающейся с ней.

Дорожные битумные эмульсии представляют собой жидкость темно-

коричневого цвета, получаемую путем диспергирования битума в водном

растворе эмульгатора или щелочного вещества.

По структуре эмульсии делят на прямые и обратные. В прямых эмульсиях

битум равномерно распределен в воде в виде мельчайших капель,

окруженных слоем эмульгатора, в обратных вода равномерно распределена в

битуме или дегте в виде мельчайших капель, стабилизированных слоем

эмульгатора. Прямые эмульсии имеют разновидности: анионные, катионные,

пасты. Анионные эмульсии в качестве эмульгатора содержат мыла

высокомолекулярных соединений органических кислот, катионные -

органические азотосодержащие соединения.

В качестве анионоактивных эмульгаторов применяют мыла: щелочные

соли нафтеновых, сульфонафтеновых, смоляных органических кислот,

сульфитно-спиртовая барда и др. Эти соединения содержатся в отходах

лесохимической и топливной промышленности.

К катионоактивным эмульгаторам относятся катионовые мыла,

являющиеся производными четвертично замещенного аммония и солями

аминов.

К твердым эмульгаторам относятся тонкоизмельченные порошки глин,

извести, цемента, сажи, угля и т.д. Для повышения устойчивости к твердым

эмульгаторам, как правило, добавляют органические эмульгаторы (мыла,

сульфитно-спиртовую барду и др.).

В настоящее время широко используются более экономичные

эмульгаторы: талловое масло, жировой гудрон, полимеры канифольно-

экстракционного производства, стеарин и ка-тионактивные препараты ХД-

180, ХД-34, а также карбоксиломин. При диссоциации этих веществ

поверхностно-активным является катион, который понижает поверхностное

натяжение воды, растекается по битуму и способствует его дисперсированию

при перемешивании.

В соответствии с технологическими условиями применения дорожных

эмульсий, к ним предъявляются следующие требования [ГОСТ Z 18659-81 ]:

Скорость распада - нарушение равновесия дисперсной системы при

взаимодействии эмульсии с каменным материалом за счет адсорбции

эмульгатора, испарения и поглощения воды. Скорость распада эмульсии

определяют при смешении ее с цементом. Время от начала смешения до

образования неразмешиваемого комка характеризует скорость распада в

минутах.

По скорости распада дорожные битумные эмульсии подразделяют на три

класса: БА - быстрораспадающиеся; СА - среднераспадающиеся; МА -

медленнораспадающиеся.

Вязкость эмульсии - выбирают в зависимости от условий и способа

обработки минеральных материалов. Ее определяют на вискозиметре типа

ВУ или на вискозиметре для нефтяных битумов со сточным отверстием 3 мм

при температуре 20+2°С. По величине вязкости и содержанию в них битума

эмульсии класса БА подразделяют на марки БА-1 и БА-2, класса МА - на

марки МА-1 МА-2.

Содержание битума с эмульгатором характеризует концентрацию

эмульсии и определяется в процентах как отношение массы битума с

эмульгатором к массе эмульсии. Содержание битума с эмульгатором

определяется как остаток при выпаривании воды из эмульсии.

Однородность эмульсии определяют процеживанием ее навески через

сито с сеткой №14. Однородность устанавливают в процентах как отношение

остатка на сите и навеске эмульсии. Она должна быть не более 0,5 %.

Устойчивость эмульсии определяют по изменению ее однородности при

хранении, при выдерживании проб эмульсии в течение недели или месяца.

Устойчивость при транспортировании определяют после двух часов

встряхивания навески эмульсии. Если эмульсия не распалась, т.е. не

произошло необратимого разделения ее на битум и воду, то она выдержала

испытание.

Дорожные битумные эмульсии должны отвечать требованиям согласно

табл. 6.5.4 [67].

Таблица 6.5.4

Требования, предъявляемые к битумным эмульсиям

Показатели

БА-1 БА-2 СА МА-1 ГМА-2

быстрораспадающийс

среднераспадающийс

медленнораспадающийся

Скорость распада при смешении с

цементом, мин

Менее 5 Менее 5 5...10 Более 10 Более 10

Содержание битума с

эмульгатором

45...60 45...54 55...60 51...55 40...50

Вязкость при 20С по вискозиметру

ВУ, град

5...10 2...6 6...10 2...8 1,5...5

Вязкость при 20С по вискозиметру

ВУ для нефтяных битумов с

отверстием 3 мм, С

15...30 10...20 20...40 10...25 8...15

Устойчивость (при хранении) по

остатку на сите с сеткой №14, % не

более:

через 7 суток 0,8 0,7 0,8 0,8 0,7

через 30 суток 1,0 1,0 1,2 1,2 1,2

Определение свойств битума, выделенного из эмульсии, производят после испарения

воды. Глубина проникновения и растяжимость не должны уменьшаться более чем на 15 %

от показателей исходного материала. Битумные эмульсии в дорожном строительстве

начали применяться с 30-х годов не только в России, но и в Германии, Франции, Англии.

Для приготовления эмульсий используют нефтяные битумы от БНД

200/300 до БНД 40/60 в зависимости от климатических условий района

строительства, конструкции дорожной одежды. В качестве эмульгаторов

используют продукты, содержащие поверхностно-активные вещества (ПАВ),

в основном анионные (табл. 6.5.5) высшие органические кислоты или их

щелочные соли (мыла). В качестве щелочных веществ применяют едкий

натр, жидкое стекло, триполифосфат натрия.

ТаблицаZ 6.5.5

Состав раствора эмульгатора для приготовления прямых битумных эмульсий анионного

типа

Состав раствора

эмульгатора

Содержание компонентов, %

для быстрораспадающейся для среднераспадающейся для медленнораспадающейся

эмульсии эмульсии эмульсии

составы составы составы

1 2 3 1 2 3 1 2 3

1 Вода 97,28 98,48 97,88 96,38 98,48 97,72 95,86 97,5 93,0

2 Асидол-мылонафт 2,0 - - - - - - - -

3 Едкий натр 0,32 0,24 0,12 0,40 0,12 0,36 0,64 - -

4 Жидкое стекло 0,40 - - - - - - - -

5 Сульфитное мыло - - 2,0 - - - - - -

6 Соапсток - - - 3,22 - - - -

7 Стеарин - 1,22 - - - 1,92 - - -

8 Канифольное мыло - - - - 1,40 - - - -

9 Древесная смола - - - - - - 3,5 -

Щелочные

вытравки

- - - - - - - 2,5

Сульфитно-

спиртовая барда

- - - - - - - - 7

Технология приготовления разных видов эмульсий имеет свои особенности. Дорожные

эмульсии приготовляют на базах. Приготовление в основном сводится к диспергированию

жидкостей и стабилизации дисперсной системы. Для диспергирования жидкости

применяют гомогенизаторы, лопастные или шнеко-лопастные, акустические

диспергаторы.

6.5.5. Добавки, вводимые в органические вяжущие материалы

Для улучшения свойств органических вяжущих (битумов, дегтей),

повышения их прилипания к каменным материалам, пластичности, тепло- и

погодоустойчивости в битумы и дегти вводят соответствующие добавки.

Добавки по своему назначению и физико-химическому воздействию

подразделяют на следующие:

Разжижающие добавки вводят для понижения вязкости органических

вяжущих материалов. В качестве таких добавок используют лигроин,

керосин, нефть, мазут, жидкие крекинг-остатки, антраценовое масло.

Оптимальное содержание разжижителя определяют в лаборатории в

зависимости от требуемой вязкости (может колебаться от 2 до 50 %).

Пластифицирующие добавки вводят для уменьшения хрупкости и

придания большей пластичности. В качестве пластификаторов используют

зеленое масло, мазут, гудрон, антраценовое масло (или деготь). Указанные

пластификаторы являются также растворителями (разжижителями), и

содержание их колеблется от 2 до 40 %.

Модифицирующие добавки изменяют физико-химические свойства и

структуру вяжущего. Таким образом, разжижение и пластификация являются

частными случаями модификации. В качестве модифицирующей добавки

используют следующие добавки полимеров: поливинилацетат, полистирол,

дивинилстироловый термоэластопласт, эпоксидные смолы, каучуки.

При введении модифицирующих добавок не всегда получают стабильные

результаты, но битумы становятся более теплостойкими, резко

увеличиваются растяжимость при 0°С, когезия, адгезия.

В России и за рубежом применяют регенерированную резину, резиновую

крошку, получаемую при вторичной переработке старых автомобильных

покрышек. Измельченную резину в порошкообразном (диспергированном)

состоянии вводят в битум в количестве 3...5 % при температуре 150...180°С и

тщательно перемешивают. При этом происходит набухание резиновых

частиц и образуется битумно-резиновая дисперсия, которая отличается

высокой растяжимостью при 0°С. Она придает асфальтобетону большую

упругость, уменьшает трещинообразование и скользкость, уменьшает его

старение.

Добавки, улучшающие прилипание (адгезию). Вопрос о физико-

химической природе адгезии изучен недостаточно. Анализ работ по адгезии

показывает, что она определяется двумя факторами: степенью гибкости

звеньев макромолекул и полярностью групп, входящих в структуру

макромолекулы. Ориентированная структура, наличие поперечных мостиков

между цепями макромолекулы снижают адгезию. Высокая разветвленность

молекул с полярными группами увеличивает ее. Все факторы,

способствующие большей подвижности звеньев макромолекул и

содержанию полярных групп, повышают адгезию. Таким образом, введение в

битум добавок, содержащих полярные группы и увеличивающих

подвижность звеньев высокомолекулярных соединений, будет

способствовать повышению его адгезии к каменным материалам. Такими

добавками являются поверхностно-активные вещества.

Поверхностно-активные вещества подразделяют на анионактивные и

катионактивные. К анионактивным относят высокомолекулярные

органические кислоты, мылонафтсоли нафтеиновых кислот, производные

карбоновых кислот - мыла, фенолы и др. К катионактивным веществам

относят амины, четырехзамещенные амониевые основания.

Для асфальтовых материалов содержание анионактивных добавок

составляет 3...10 % и катионактивных 0,5...3,0 % от массы вяжущего.

Применение ПАВ облегчает и ускоряет обволакивание и повышает

сцепление вяжущих с минеральными материалами.

Эффективность действия ПАВ зависит от вида каменного материала.

Катионактивные ПАВ обеспечивают повышение сцепления со всеми

горными породами, но особенно эффективно с кислыми. Анионактивные

повышают сцепление с карбонатами (основными) и почти не влияют на

сцепление с кислыми породами.

6.6. Асфальтобетон

Асфальтобетоном называют материал, который получают после

уплотнения асфальтобетонной смеси, приготовленной в смесителях в

нагретом состоянии из взятых в определенных соотношениях щебня (гравия),

песка, минерального порошка и битума. Смесь минерального порошка с

битумом называют асфальтовым вяжущим.

Асфальтобетонные смеси подразделяют на щебеночные, гравийные и

песчаные (ГОСТ Z 9128-97 ).

Асфальтобетонные смеси в зависимости от вязкости битума и условий

применения подразделяют на виды:

горячие - приготовленные с использованием вязких и жидких нефтяных и

дорожных битумов и применяемые непосредственно после приготовления с

температурой смеси при укладке не ниже 120°С;

холодные - приготавливаемые с использованием жидких нефтяных

дорожных битумов, допускаемые к длительному хранению и укладываемые с

температурой не ниже 5°С.

Горячие смеси в зависимости от наибольшего размера зерен минеральных

материалов подразделяют на:

крупнозернистые - с зернами размером до 40 мм;

мелкозернистые - с зернами размером до 20 мм;

песчаные - с зернами размером до 5 мм.

Холодные смеси подразделяют на мелкозернистые и песчаные.

Крупнозернистый асфальтобетон применяют для устройства нижнего слоя

покрытия, шероховатая и пористая поверхность которого обеспечивает

хорошее сцепление с верхним слоем.

Мелкозернистый асфальтобетон применяют для устройства верхнего слоя

или однослойного покрытия. Мелкозернистый асфальтобетон базальтовой

структуры применяют для устройства верхнего слоя двухслойных покрытий

при интенсивном движении с дополнительным втапливанием щебня для

создания шероховатой поверхности. Асфальтобетон этого типа обладает

высокой сопротивляемостью механическим воздействиям и атмосферным

факторам.

Песчаный асфальтобетон применяют для устройства верхнего слоя

покрытия на дорогах со средней интенсивностью движения.