сегрегация асфальтобетонной смеси определение

Сегрегация и перепады температур в дорожном строительстве

Перепады температур и сегрегация являются серьезными проблемами, которые могут привести к раннему разрушению дорожного покрытия.

Сегрегация

Сегрегация — это неравномерное распределение грубых и мелких компонентов в асфальтобетонной смеси.

Одно из самых губительных для дорожного полотна, являются сегрегационные пятна, где рядом могут соседствовать участки дороги, разные по фракционному наполнению. Что приводит к быстрому разрушению дорожного полотна, образованию выбоин и трещин.

Температурные перепады

Для правильного уплотнения горячей асфальтобетонной смеси, температура в начале уплотнения должна быть в пределах 100-145°С. Основная часть работ по уплотнению, должна произойти при температуре выше 100°С, это даст необходимую степень уплотнения дорожному покрытию.

Стоит обратить внимание, на перепады температур между слоев. Более холодная масса поступает из поверхностного слоя (или коры), обычно образующегося при транспортировке от смесительного завода до рабочей площадки. Эти области будут быстрее охлаждаться до температуры прекращения уплотнения, что приведет к изолированным пятнам недостаточного уплотнения.

Nota bene:

Температура при которой дальнейшее уплотнение невозможно, обычно 70-80ºС. Кроме, когда в смеси используется ПАВ и минеральный порошок.

Выводы:

Таким образом, температурные перепады могут вызывать отдельные области недостаточного уплотнения, что приводит к снижению прочности, уменьшению долговечности, ускоренному старению дорожного покрытия.

Ошибки при строительстве дорожного полотна, такие как сегрегация или неправильно выбранный температурный режим при уплотнении, демонстрируют практически схожие симптомы и приводят к одинаковым типам повреждений.

Автор: П. Тихонов
Источник: Стройка

Источник

Сегрегируемость (разделимость) асфальта

Одним из технологических свойств асфальта является его однородность. Под ней понимают равномерность распределения зерен в составе смеси и стабильность ее качества.

Особенностью АБС и других зернистых материалов является их тенденция к сегрегации (разделению).

В контексте асфальтобетона важны два вида сегрегации:

Соответственно, под сегрегируемостью (разделимостью) понимают способность материала сопротивляться сегрегации и сохранять свою однородность. Улучшение этого свойства – одна из актуальных проблем в сфере дорожного строительства.

Если вам хочется больше узнать о методах оценки однородности АБС, рекомендуем прочитать нашу статью Однородность асфальта.

В этой же статье мы рассмотрим такие вопросы:

Подробно об этом читайте дальше.

Механизм и причины фракционной сегрегации

Тем не менее, в ходе практических опытов с различными материалами исследователи смогли выделить ряд закономерностей зернового разделения.

Так, АБС может расслаиваться под действием:

Давайте поговорим о каждом случае подробнее.

Сегрегация при свободной засыпке

Вы наверняка замечали, что зернистые материалы – такие как песок, щебень, гравий – при засыпке образуют конусообразную кучу. Угол наклона такого конуса в механике называют углом естественного откоса.

Он зависит от множества характеристик материала, в том числе от:

Суть этого свойства можно пояснить на примере обычного песка, с которым всем наверняка доводилось играть в детстве. Угол откоса сухого песка относительно небольшой – примерно 3 4°. Это говорит о том, что материал под своим весом быстро осыпается и совсем не держит форму. А вот у влажного он заметно больше – уже 45°. И действительно, влажный песок пластичен, из него можно лепить куличики и дворцы. При засыпке он образует достаточно высокую кучку.

Какое отношение это имеет к асфальту? Дело в том, что в состав асфальтобетонной смеси входят разные по размеру минеральные наполнители: щебень (или гравий) крупных и мелких фракций, песок. У каждого из них свой угол откоса. И при свободной засыпке они как бы стремятся принять форму, свойственную конкретно для этого материала. В результате смесь расслаивается.

При этом наблюдается два основных принципа сортировки:

Открытым остается вопрос о взаимодействии этих двух закономерностей. Например, как поведет себя смесь щебня неправильной формы и отшлифованного речного песка при засыпке? Ответить на него можно только экспериментальным путем.

Сегрегация при вертикальных колебаниях

Асфальтобетонная смесь подвергается вертикальным колебаниям в ходе транспортировки и укладки – например, когда самосвал «подпрыгивает» на неровностях дороги или когда ее уплотняют виброкатком.

Такое воздействие на материал вызывает следующие эффекты:

Давайте кратко их рассмотрим.

Просеивание мелких частиц

Это явление интуитивно понятно и заключается в том, что мелкие частицы материала под действием легкой вибрации просачиваются сквозь промежутки между крупными зернами. Получается, что при перевозке асфальтобетонной смеси мелкий наполнитель в ее составе падает на дно кузова, тогда как крупная щебенка остается лежать в верхних слоях.

Эффект «бразильского ореха»

А вот это явление было бы очень сложно предсказать без специальных экспериментов. Оно заключается в том, что крупная и тяжелая частица, засыпанная мелкозернистым материалом, под действием вертикальных колебаний «всплывает» наверх.

Механизм у этого эффекта такой: при вертикальной тряске тяжелая частица приподнимается, и под ней образуются воздушные пустоты. Под действием силы тяжести их тут же заполняют мелкие зерна. Этот процесс неоднократно повторяется, и в результате крупное зерно поднимается к самому верху смеси.

Обратный эффект «бразильского ореха»

Это любопытное явление было подтверждено в ходе очень простого опыта. В банку с песком поместили два разных по плотности предмета: стальную гайку и пластмассовый болт. Банку затем хорошенько встряхнули. Тяжелая гайка ожидаемо поднялась на поверхность в соответствии с эффектом «бразильского ореха». А вот легкий болт опустился на дно даже несмотря на то, что его плотность была ниже плотности песка.

Ряд исследований позволил вывести примерную зависимость между диаметрами и массами зерен, которая запускает прямой или обратный эффект «бразильского ореха». Ее можно представить в виде соотношения:

Переход от одного режима к другому при этом осуществляется при изменении амплитуды и частоты колебаний.

Сегрегация при горизонтальных колебаниях

Этот вид сегрегации также наблюдается при транспортировке смеси или уплотнении покрытия с использованием виброкатков и виброплит.

Здесь выделяются три эффекта:

Кратко остановимся на каждом из них.

Эффект «бразильского ореха»

Он идентичен описанному выше явлению с точностью до наоборот. При горизонтальных колебаниях тяжелые включения опускаются на дно, тогда как легкие всплывают на поверхность.

Механизм этого вида сегрегации изучен хуже, чем аналогичный эффект при вертикальной вибрации. Исчерпывающего объяснения для него пока нет.

Расслоение бинарной смеси

Как и при вертикальных колебаниях, горизонтальная вибрация приводит к разделению смеси на составляющие. При этом более крупные зерна занимают верхний слой, а мелкие – нижний.

Отдельно стоит упомянуть влияние влажности на скорость и эффективность сегрегации. Эксперименты показали, что при небольшом увлажнении смеси ее сегрегируемость резко возрастает. Но если продолжить добавлять влагу, то процесс расслоения замедляется. Именно на этом наблюдении базируется один из способов борьбы с сегрегацией асфальта – увеличение содержания битума в составе смеси.

Сегрегация при круговой вибрации

Это явление было открыто в ходе эксперимента, для которого смесь шариков разной массы засыпали на круглый поднос и начали сообщать им вихреобразные колебания. В результате произошло разделение смеси по массе: тяжелые шарики оказались в центре подноса, а легкие центробежной силой отнесло к стенкам.

Сегрегация при вращении барабана

Данный вид сегрегации проявляется в ходе приготовления АБС в мешалках гравитационного действия.

Здесь нужно отметить два явления:

Ниже мы кратко их рассмотрим.

Радиальная сегрегация

Выше мы отмечали, что при круговом вращении в горизонтальной плоскости тяжелые зерна смещаются к центру, а легкие – к краям. Было бы логично ожидать, что такое же явление будет наблюдаться в барабанном смесителе. В реальности же эффект прямо противоположный: мелкие частицы скапливаются в центре, тогда как крупные смещаются к краям.

Осевая сегрегация

При длительной работе гравитационного смесителя радиальная сегрегация переходит в осевую. Она проявляется в расслоении смеси на полосы крупно- и мелкозернистого материала, расположенные вдоль оси вращения барабана.

Одно из возможных объяснений этого явления состоит в том, что более крупные и тяжелые зерна задерживаются у торцов барабана, тогда как мелкие перемещаются к его середине. Однако единой рабочей теории пока не существует.

Наблюдения за сегрегацией зернистых материалов в барабане в свое время позволили вывести ряд новых требований к производству АБС.

Теперь при замешивании асфальта рекомендуется:

Теперь давайте поговорим о втором виде неоднородности, который может серьезно ухудшить качество АБС.

Механизм температурной сегрегации

Это явление с физической точки зрения объяснить гораздо легче, чем зерновое расслоение. Оно заключается в том, что масса асфальтобетонной смеси в ходе ее хранения и транспортировки остывает неравномерно. Перепады температур впоследствии приводят к дефектам покрытия.

Вот как это происходит:

Эти места в покрытии отличаются повышенной пористостью, а значит – более подвержены воздействию влаги, менее морозостойки. Именно здесь в первую очередь начинает крошиться асфальт, появляются трещины и выбоины.

Способы борьбы с сегрегацией

Сегрегация асфальтобетонной смеси может существенно снизить качество готового дорожного покрытия. Поэтому специалисты в области дорожного строительства всех стран бьются над решением этой проблемы.

Способы борьбы с разделением АБС можно представить в виде трех основных этапов:

Давайте поговорим о каждом из них подробнее.

Подготовительный этап

Борьба с сегрегацией будущего асфальта начинается еще до производства самой смеси.

Она подразумевает:

При выборе наполнителя опираются на два главных принципа:

То есть при проектировании смесей обычно отдают предпочтение дробленому наполнителю с непрерывным зерновым составом. Но иногда от этого правила отступают. Например, если речь идет о строительстве особо прочных асфальтов – такие укладывают из смесей с 75% щебня в составе и минимальным содержанием мелких фракций. Еще один пример отступления – если в регионе нет качественного щебня и его приходится заменять гравием.

В таких случаях сегрегируемость понижают за счет дополнительных модификаций:

Такие меры позволяют получить сбалансированные составы, в которых соблюдаются требования как к физико-механическим, так и к технологическим характеристикам асфальта.

При складировании минерального сырья следует придерживаться таких рекомендаций:

При соблюдении этих правил снижается вероятность фракционной сегрегации на последующих этапах производства.

Приготовление смеси

Дозированный в соответствии с рецептом и высушенный наполнитель поступает в асфальтосмеситель, где соединяется с разогретым битумом.

Здесь используются два вида установок:

Не последнюю роль здесь играет и время работы установки.

Вот какие режимы перемешивания рекомендуются для разных видов асфальта:

Вид смеси

Продолжительность смешивания в лопастных

смесителях, с Перемешивание сухого наполнителя Смешивание с битумом Песчаная 15 45-60 Мелкозернистая 15 30-45 Крупнозернистая — 20-30

Для вашего удобства, ниже представлена та же самая таблица в виде картинки:

Нарушение технологии приготовления АБС приводит к появлению беспорядочной сегрегации в дорожном покрытии. Подробнее об этом и других дефектах мы поговорим в заключительном разделе.

Погрузка, транспортировка и выгрузка смеси

На последнем этапе технологического процесса принимаются меры по борьбе сразу с двумя видами сегрегации: фракционной и температурной.

Опасность зернового расслоения АБС возникает при засыпке материала в накопительные бункеры и кузов самосвала, а также в ходе транспортировки – из-за тряски машины.

Для его предотвращения нужно соблюдать такие правила:

Принимаются также меры по защите смеси от слишком быстрого охлаждения.

Методические и нормативные документы предписывают:

Применение мер по борьбе с сегрегацией на всех этапах производства позволяет получить качественный и однородный материал. А из него, в свою очередь, можно уложить действительно прочный и долговечный асфальт.

Как по внешнему виду асфальта определить причины сегрегации

При укладке неоднородной смеси на поверхности асфальта могут появляться характерные узоры, образуемые скоплениями крупного заполнителя. Такие образования – это слабые точки покрытия. Они имеют пониженные показатели плотности и быстро начинают крошиться, если по дороге активно ходит транспорт.

По их расположению можно с определенной долей вероятности предположить, на каком этапе технологического процесса были допущены ошибки.

Выделяют такие виды сегрегации асфальтобетона:

Сразу отметим, что все из них, кроме последнего, связаны с использованием автоматизированной техники для укладки. Давайте рассмотрим их подробнее.

Концевая сегрегация от грузовых автомобилей (двусторонняя)

Этот вид сегрегации проявляется в виде скоплений щебня, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга вдоль двух краев полосы, уложенной асфальтоукладчиком. Они могут иметь форму, похожую на треугольник, за что их еще называют «крыльями».

Название «сегрегация от грузовых автомобилей» здесь используется неслучайно. Дело в том, что к такого рода дефекту обычно приводят ошибки на этапе транспортировки смеси.

Это может быть:

Таким образом, для предупреждения такого дефекта необходимо соблюдать правила погрузки, выгрузки и транспортировки АБС. Нелишним будет также перемешать смесь пе р ед укладкой – например, с использованием специального перегрузчика.

Концевая сегрегация от грузовых автомобилей (односторонняя)

Это частный вид описанной выше сегрегации. Его отличие состоит в том, что скопления щебня – «крылья» – расположены только вдоль одного края уложенной полосы.

Основная вероятная причина такого дефекта – неправильная загрузка смеси в накопительный бункер или силос для ее хранения до погрузки в самосвалы. Обычно это значит, что асфальт засыпали одной конусообразной кучей, которая расслоилась под действием гравитации.

Для предупреждения этого вида сегрегации нужно соблюдать правила погрузки смеси в накопительные бункеры: не выгружать материал с высоты более 2 м, сбрасывать его единой массой и не допускать образования конуса.

Сегрегация по центральной линии

Этот дефект проявляется в виде участков с преобладанием щебня, которые тянутся вдоль центральной линии уложенной полосы. Такой вид сегрегации достаточно распространен. Как правило, он появляется на этапе укладки асфальта и связан с недостатками работы шнеков.

Лопастные шнеки асфальтоукладчика – это специальные приспособления, которые принимают АБС из приемного бункера и распределяют ее по подготовленному основанию. В норме они должны обеспечивать равномерное распределение смеси по полосе, но не всегда справляются с этой задачей.

Вероятные причины сегрегации по центру таковы:

Для предупреждения такого дефекта нужно следить за тем, чтобы АБС в приемном бункере асфальтоукладчика и при подаче в шнековую камеру не расслаивалась. Также необходимо обращать особое внимание на правильную настройку шнеков.

Сегрегация по шву (краям)

В этом случае зона скопления щебня тянется вдоль краев уложенной полосы. Такая сегрегация тоже появляется на этапе укладки и обусловлена ошибками в работе асфальтоукладчика.

К ней может привести:

Для предупреждения этого дефекта нужно в первую очередь внимательно отнестись к настройке составных элементов асфальтоукладчика.

Беспорядочная сегрегация

Она характеризуется наличием скоплений щебня, которые хаотично расположены в асфальтобетонном слое.

Причину такого вида сегрегации диагностировать трудно. Вероятнее всего, она появляется еще на этапе производства асфальта – при смешивании компонентов смеси на заводе. Однако речь может идти и о нарушениях на других этапах, особенно если покрытие укладывалось вручную, без использования автоматизированной техники.

Так что единственный верный способ предотвратить беспорядочную сегрегацию – поддерживать однородность АБС на всех стадиях ее производства и придерживаться описанных выше рекомендаций по укладке асфальта.

Подведем итог.

Асфальтобетонные смеси в процессе транспортировки, хранения и укладки теряют свою однородность. Это явление называется сегрегацией. Она бывает фракционной (расслаивание наполнителя по фракциям) и температурной (неоднородное остывание смеси). Механизмы фракционной сегрегации до конца не изучены. Она может проявляться при свободной засыпке материала, при перемешивании в барабане или под действием колебаний кузова. Для борьбы с сегрегацией принимаются меры на всех этапах производства асфальта: при проектировании состава, в ходе замешивания, а также при транспортировке и погрузке смеси в асфальтоукладчик.

Источник

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью «Инновационный технический центр».

2 ВНЕСЕН Управлением научно-технических исследований, информационного обеспечения и ценообразования Федерального дорожного агентства.

3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 28.12.2011 № 1013-р.

4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР.

ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

Методические рекомендации по определению фракционной
сегрегации асфальтобетонных смесей

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

В настоящем методическом документе использованы ссылки на следующие документы:

ГОСТ 12.1.004-91 Межгосударственный стандарт. Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.1.005-88 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны

ГОСТ 12.3.002-75 (СТ СЭВ 1728-89) Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности

ГОСТ 17.2.3.02-78 Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями

ГОСТ 30108-94 Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов

ГОСТ 9128-2009 Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия

ГОСТ 31015-2002 Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия

3 Термины и определения

В настоящем методическом документе применяются следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 сегрегация (расслоение): Изменение гранулометрического состава минеральных материалов и изменение содержания вяжущего в первоначально однородной асфальтобетонной смеси из-за отдельных перемещений частиц крупного и мелкого заполнителя в процессе работы со смесью.

3.2 качество смешения: Однородность состава асфальтобетонной смеси сразу после перемешивания.

3.3 показатель расслоения: Различие в содержании вяжущего и/или в результатах просеивания между мелкими и крупными частицами расслоившейся асфальтобетонной смеси.

3.4 растворная часть смеси: Часть асфальтобетонной смеси, минеральный наполнитель которой имеет размер частиц менее 2 мм.

4 Средства контроля и вспомогательное оборудование

Используется следующее оборудование:

— контейнеры (3 шт.) диаметром 500 мм;

— весы с точностью измерения ±0,2 кг;

— сушильный шкаф, способный вместить сегрегатор и обеспечивающий температуру нагрева до 200 °С с точностью ±2 °С;

— термометр с диапазоном измерений от 150 °С до 200 °С с точностью ±2 °С.

5 Отбор проб и приготовление образцов

В качестве образцов для испытания используется асфальтобетонная смесь, приготовленная в лабораторных условиях или отобранная в процессе производства работ при устройстве асфальтобетонного покрытия (смесь может быть отобрана на любом этапе производства работ: асфальтобетонный завод, кузов автомобиля-самосвала или бункер асфальтоукладчика).

Масса отобранной пробы составляет не менее 10 кг для песчаных асфальтобетонных смесей по ГОСТ 9128-2009, не менее 20 кг для мелкозернистых асфальтобетонных смесей по ГОСТ 9128-2009, ГОСТ 31015-2002 и не менее 40 кг для крупнозернистых асфальтобетонных смесей по ГОСТ 9128-2009.

6 Порядок проведения испытания

Подвесной металлический бункер сегрегатора должен быть чистым и сухим.

Проба асфальтобетонной смеси нагревается в сушильном шкафу до температуры, заданной ГОСТ 9128-2009, ГОСТ 31015-2002.

При использовании смеси с модифицированными вяжущими, должна быть выбрана температура, обеспечивающая ту же вязкость смеси, что и при использовании обычного вяжущего.

Нагретая асфальтобетонная смесь помещается в подвесной металлический бункер сегрегатора. Определяется температура асфальтобетонной смеси. Затем открывается нижняя заслонка сегрегатора, при этом испытываемая асфальтобетонная смесь падает приблизительно с высоты 700 мм на платформу, после чего определяется время в секундах, за которое смесь высыпается из бункера. Далее вручную на плите сегрегатора открывается внутреннее отверстие размером 140 мм. При этом в первый контейнер собирается мелкая часть испытываемой смеси, упавшая с отвала через внутреннее отверстие. Затем открывается отверстие размером 220 мм. При этом во второй контейнер собирается средняя часть испытываемой смеси, упавшая с отвала. В третий контейнер собирается материал, остающийся на платформе, который именуется как крупная часть испытываемой смеси.

7 Обработка результатов испытания

Определяются содержание вяжущего методом растворения и гранулометрический состав крупных и мелких частей испытываемой асфальтобетонной смеси. Весь материал каждой части должен быть испытан.

Испытание средней части асфальтобетонной смеси не требуется для определения склонности к сегрегации и может быть исключено из процедуры испытания. Однако это испытание может быть включено в случае, когда необходимо подтвердить, что определенное количество вяжущего этой части находится в пределах между определенным количеством вяжущего крупной и мелкой частей смеси.

7.1 Вычисление показателя сегрегации вяжущего в асфальтобетонной смеси

Показатель сегрегации вяжущего вычисляют с точностью до 0,1 % по следующей формуле:

7.2 Вычисление показателя сегрегации каменных материалов в асфальтобетонной смеси

Показатель сегрегации крупных каменных материалов определяется по ситам с квадратным сечением ячейки размерами D (наиболее крупный размер), D /2 и 2 мм с точностью до 0,1 % по следующей формуле:

7.3 Вычисление показателя качества асфальтобетонной смеси

Содержание вяжущего в растворной части мелкой части асфальтобетонной смеси определяется с точностью до 0,1 % по следующей формуле:

Содержание вяжущего в растворной части крупной части асфальтобетонной смеси определяется с точностью до 0,1 % по следующей формуле:

Показатель качества асфальтобетонной смеси определяется с точностью до 0,1 % по следующей формуле:

8 Точность вычисления результатов

Расслоение вяжущего и каменных материалов в асфальтобетонной смеси SV

Содержание вяжущего в асфальтобетонной смеси В_т

Показатель качества асфальтобетонной смеси MQ

9 Требования безопасности и охраны окружающей среды

При приготовлении асфальтобетонных смесей могут соблюдаться общие требования безопасности по ГОСТ 12.3.002-75 и требования пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004-91.

Материалы для приготовления асфальтобетонных смесей (щебень, песок, минеральный порошок и вяжущее) по характеру вредности и степени воздействия на организм человека могут быть отнесены к малоопасным веществам, соответствуя классу опасности IV по ГОСТ 17.2.3.02-78.

Нормы предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в процессе проведения лабораторных испытаний не могут превышать норм, установленных ГОСТ 17.2.3.02-78.

Воздух в рабочей зоне при приготовлении асфальтобетонных смесей должен удовлетворять требованиям ГОСТ 12.1.005-88.

Удельная эффективная активность естественных радионуклидов в асфальтобетонных смесях не может превышать значений, установленных ГОСТ 30108-94.

Ключевые слова: сегрегация, расслоение, сегрегатор, показатель расслоения, качество смешения, растворная часть смеси

ООО «Инновационный технический центр»

Генеральный директор __________________________ Д.И. Оверин

Источник