История асфальта

3. Холодный асфальтобетон приготовляется на жидких битумах, имеющих температуру от 80 до 120 °C и укладывается в покрытие лишь после того, как остынет полностью. Его структура продолжает свое формирование в течение 20-30 суток. К холодным асфальтобетонам  относят асфальтобетонную смесь, приготовляемую на битумных эмульсиях, которую укладывают при температуре окружающей среды.

Структура материала. Если минеральный материал состоит из зерен, асфальтобетон с его содержанием делится на:

− крупнозернистый, имеющий  наибольший размер зерен – 40мм и применяемый для укладки нижнего слоя в двухслойных асфальтобетонных покрытиях;

− среднезернистый (с крупностью зерен  25мм) и мелкозернистый ( с зернами диаметром в 15мм), применяемый обычно при строительстве крупных магистралей и дорог федерального значения, а также покрытия городских дорог с интенсивным движением;  

− песчаный (крупность зерен которого -  5мм), применяемый при устройстве пешеходных дорожек, тротуарного покрытия, а также для заливки автостоянок и торговых площадей.

По структуре (плотности) выделяют 2 типа  асфальтобетонов:

− плотный, суммарная пористость  которого составляет 3-5%  общего объема;

− крупнопористый, пористость которого равна 5-10% объема.

Дегтевый бетон

Дегтебетон – это материал, который по многим свойствам аналогичен асфальтобетону. При его производстве в качестве вяжущего применяется каменноугольный деготь (марки от Д-5 до Д-8), либо деготь, в составе которого находится каменноугольный пек, каменноугольное масло и сырой деготь. Дегтебетон укладывают как горячим, так и холодным.

Существует три типа дегтебетонов (в зависимости от крупности зерен минералов в его составе): различают крупно-, средне- и мелкозернистый дегтебетон. При его приготовлении используются те же минеральные материалы, что и при производстве асфальтобетона, причем отбирают их по аналогичным характеристикам.

Температура горячего дегтебетона при выходе из асфальтобетонной установки составляет 100-120 °C, при этом он уже готов к использованию. И все-таки такой состав менее водоустойчив и пластичен (что приводит к деформации в холодное время), а также менее износостоек и теплостоек, нежели асфальтобетон.

Сегодня дегтебетон запрещено применять в черте города, поэтому он почти не производится – гораздо выгоднее и безопаснее для проведения  дорожных работ купить асфальтобетон. Ранее этот материал применялся для ремонта и строительства дорог III категории[25].

2.2. Виды асфальтобетонных смесей

Современные асфальтобетонные заводы производят множество видов смесей различного назначения, применяемых в  разных климатических условиях. 

Полимерно-битумные смеси

Этот вид смесей существенно увеличивает долговечность покрытий. Битум смешивают с модифицированными полимерами, в результате чего, оставаясь химически стабильным, битум не окисляется и сохраняет целостность покрытия.

Полимерно-битумная смесь, залитая с соблюдением технологии,  обеспечивает превосходную адгезию, остается гибкой и эластичной  даже в сильные морозы и оказывает высокое сопротивление при циклических нагрузках.

Битумные материалы, модифицированные посредством атактического полипропилена (АПП), устойчивы к солнечному свету и ультрафиолетовому излучению[11]. Еще один полимер, при помощи которого модифицируют битум – это СБС (стирол-бутадиен-стирол), представляющий собой искусственный каучук. Он еще пластичнее, чем АПП, однако менее устойчив к ультрафиолетовому свету.

Холодные складируемые смеси

Холодные смеси применяются для осуществления ямочного ремонта, заделки стыков и швов дорожного покрытия. Материал, расфасованный в полиэтиленовые мешки, может транспортироваться на любое расстояние.

Холодная смесь может использоваться в любой сезон при температуре от -20°С до +30°С и обеспечивает долговременную адгезию к асфальтобетону и цементобетону. Она очень удобна и проста в использовании – не требует использования дорогостоящей техники для укладки, так как вибро- или ручной трамбовки вполне достаточно.

Литые смеси

Литые смеси[27], приготовляемые из мелкого щебня, природного или искусственного песка, минерального порошка, используются в стесненных условиях, где использование тяжелых катков и вибраторов невозможно. Этот материал имеет плотность, близкую к единице, не содержит пор и почти не нуждается в уплотнении. Для  укладки литого асфальтобетона  необходимо нагреть его до температуры  не менее 150°С.

Перевозимые в спецмашинах (кохерах), литые смеси чаще всего используются при ямочном ремонте, а также при проведении работ в зимних условиях.

Щебеночно-мастичные смеси

Сегодня широко распространено применение щебеночно-мастичных смесей  для восстановления дорог с асфальтобетонным покрытием.  От обычного асфальтобетона такая смесь отличается структурой повышенной жесткости, которая передает основную часть нагрузки с поверхностных слоев покрытия на более глубокие (этому служат крупные каменные части материала). Очень долговечные и трещинностойкие, щебеночно-мастичные смеси существенно уменьшают вероятность деформации дорожного покрытия.

Такая смесь приготовляется при повышенной температуре, однако свойств сегрегации у ЩМА не выявлено ни на одном этапе производственного процесса. Увеличивая сроки эксплуатации дорожного полотна в среднем в три раза, щебенно-мастичный асфальт помогает снизить затраты на ремонт дорог почти в четыре  раза.

Помимо перечисленных смесей, на АБЗ изготавливаются также резино-битумные смеси, используемые в качестве покрытий заниженной жесткости  (например, на беговых дорожках спортивных стадионов), а также цветные, используемые в качестве декоративного покрытия  площадей перед парками, административными зданиями и культурно-просветительными учреждениями.

Асфальтовая крошка   

Асфальтовая крошка является продуктом переработки деформированных асфальтовых покрытий. Материал представляет из себя крошку с битумными остатками и нашел широкое применение при строительстве дорог. 

В отличие от песка и щебенки, крошка укладывается намного плотнее и, слеживаясь и плавясь на солнце,  со временем становится похожей на настоящий асфальт. Она очень устойчива к размытию – битум, являющийся одной из ее составных частей, связывает и уплотняет материал. Кроме того, продукт переработки асфальта дешевле щебня в три раза[25].

3. Механические свойства асфальтового бетона.

Свойства асфальтового бетона могут существенно меняться при изменении температуры материала. Так, при обычной температуре он может быть упругим и пластичным, при повышенной – вязким и пластичным, а пониженная температура может сделать его хрупким.

Вот почему при производстве асфальтобетона,  который затем идет на покрытие улиц и магистралей городов, особое внимание обращают на его механические прочностные свойства.

Прочность

Характеристика прочности асфальтобетона зависти от  предела прочности при одноосном сжатии стандартных цилиндрических образцов при заданной температуре испытания.

Определяют прочность сжатием асфальтобетона  (цилиндрические образцы диаметром и высотой в 50,5 или 71,4 мм, что  зависит от крупности заполнителя) при температуре  20° С и 50°С. Предел прочности асфальтобетона при сжатии невысок – так, при 20° С он равен лишь 2,45—2,94 МН/м2 (25—30 кГ/см2).

Чем ниже температура, тем выше сопротивление сжатию, а с ее повышением  до 50°С оно падает до 0,98—1,17 МН/м2 (10—12 кГ/см2).

Сопротивление

Очень важная характеристика асфальтобетона при сжатии – это  сопротивление растягивающим усилиям. Тестируя, образец обычно  располагают на плите пресса по образующей.

Одной из характерных особенностей асфальтобетона является его высокое сопротивление ударным воздействиям.

Пластичность

Асфальтобетон в покрытии часто испытывает деформацию,  образуя трещины и волны. На это влияют не только его недостаточная прочность на сжатие, растяжение или сдвиг, но и малая пластичность при низких температурах или, напротив, чрезмерная пластичность в жару.

Именно поэтому для покрытий необходима асфальтобетонная масса с оптимальной структурой, которая исключает повышенную пластичность бетона (при заданной прочности) и обеспечит его высокую способность его к упругоэластичной деформации.

Износостойкость

Износостойкость асфальтобетона – важная характеристика, определяемая  потерей в массе материала с квадратного сантиметра покрытия. Потерю можно определить, рассчитав  разницу массы образца до и после истирания.

Высокая износостойкость свойственна образцам, в составе которых присутствуют минеральные материалы - щебень, песок из прочных твердых пород.

Асфальтобетон горячей укладки, применяемый на городских дорогах, теряет в среднем от  0,2 до1,5 мм в год.

Водостойкость

Водостойкость асфальтового бетона определяется  двумя характеристиками: во-первых, это величина набухания, во-вторых -  коэффициент водоустойчивости, определяемый отношением предела прочности при сжатии образцов асфальтобетона при температуре 20° С.  Испытания проводятся отдельно с сухим и водонасыщенным асфальтобетоном.

Коэффициент водоустойчивости (еще одно его название - коэффициент размягчения) для асфальтобетона надлежащего качества равен 0,9, но может быть и выше.

Водостойкость целиком зависит состава асфальтобетона: вода, смачивающая

гидрофильные поверхности минеральных зерен, смывает с них битумную пленку, снижая таким образом водостойкость асфальтобетона. Поэтому асфальтовый бетон, произведенный с применением минеральных материалов, обладающих гидрофобными свойствами, наиболее водостоек[25].

Характеристики физико-механических свойств, а также  структура асфальтобетонной смеси, применяемой в строительстве, должны соответствовать требованиям ГОСТ 9128—67.

4. Химические свойства материалов на основе асфальта.

Асфальт – это вязкий некристаллический материал, в основной своей массе состоящий из углеводородов. По химическому составу асфальт – это  не менее 80% углерода и около 15% водорода, остальные 5% включают кислород, серу, азот и некоторое количество различных металлов.

Больше всего в природном асфальте (до 75%) содержится битумов, представляющих собой  искусственный, остаточный продукт переработки нефти, который отличается твёрдой или вязкой консистенцией.

В состав нефтяных битумов входит несколько групп веществ, которые имеют различную растворимость: асфальтены, асфальтогеновые кислоты, нейтральные смолы, нефтяные масла, карбены и карбоиды (вещества, которые невозможно растворить, используя  органические соединения).

Асфальтены обеспечивают такие характеристики, как твёрдость и высокая температура размягчения битумов, смолы придают им эластичность и цементирующие свойства, масла — морозостойкость.

Асфальт является сложным материалом: он считается коллоидным и представляет собой дисперсию материала, имеющего высокую молекулярную массу в жидкости с  более низкой молекулярной массой. 

Асфальт – очень гибкий материал, хорошо склеивается с другими поверхностями, износостоек и водонепроницаем, а также чрезвычайно устойчив к воздействию большого количества  солей, кислот и щелочей. При всех своих замечательных свойствах он имеет свойство разрушаться при неправильном использовании. Воздействие воды, влияние перепадов температур и ультрафиолетового излучения приводят к медленному расщеплению асфальта на углекислый газ и воду.

У асфальта отличные термопластические свойства: так, твердые асфальты являются пластмассами, которые легко  подвергаются формованию и обработке в форме в горячем или холодном состоянии при оказываемом на них высоком давлении.

При температуре окружающей среды асфальт является жидкостью с очень высокими характеристиками вязкости,  непригодной для обработки. При этом можно преобразовать асфальт для придания ему состава, пригодного к обработке. Сделать это можно, используя следующие способы:

• Нагревание: асфальт нагревают для использования на больших и средних площадях (дорожных покрытиях, кровельных покрытиях больших зданий и т.д.);

• Смешивание с нефтехимическими растворителями (разбавление) – это самая дорогостоящая операция, в которой растворители используются для уменьшения вязкости асфальта; 

• Эмульгация в воде для создания эмульсии – наиболее дешевый процесс, наносящий меньше всего вреда окружающей среде.

Свойства асфальтовых эмульсий

Асфальтовые эмульсии – это дисперсии из очень тонко измельченного битума, находящегося  в водной среде. Такие эмульсии характеризуются  низкой вязкостью – их используют  при температуре окружающей среды, то есть этот материал идеален для строительной отрасли и применяется очень широко.  Существует два класса асфальтовых эмульсий: химические (эмульсии со щелочным эмульгатором) и глинистые.

Асфальтовые эмульсии чаще всего применяют  при строительстве дорожных покрытий для автострад, устройстве кровельных покрытий, а также в качестве  адгезивных и герметизирующих соединений в строительной отрасли.