Задать вопрос
+7-932-129-43-76
+7-932-129-48-92
Задать вопрос
Быстро и надежно

Однородность асфальтобетонной смеси

Однородность асфальтобетонной смеси (АБС) характеризуется тем, насколько равномерно зерна наполнителя разного размера распределены в составе материала. Другими словами, асфальт можно назвать однородным в том случае, если в любой случайно взятой пробе будет постоянное соотношение разных фракций щебня, песка, битума и минерального порошка.

Это важное технологическое свойство, от которого напрямую зависит качество готового покрытия. Давайте представим, что мы асфальтируем дорогу неоднородной смесью. Тогда на ней появятся участки с преобладанием какого-то одного компонента – например, песка или крупного щебня. Их физико-механические свойства (плотность, прочность, водостойкость и другие) довольно сильно отличаются. На стыке таких участков пойдут трещины, и покрытие быстро придет в негодность.

Асфальт крупным планом

В ходе хранения и транспортировки АБС теряет однородность из-за явления сегрегации (разделения).

В соответствии с видами сегрегации, неоднородность может быть:

  • Фракционной
  • Температурной

Подробнее о сегрегации, ее причинах и способах борьбы с ней можно прочитать в нашей статье Сегрегируемость асфальта.
В этой статье мы рассмотрим следующие вопросы:

  • К каким дефектам дорожного покрытия может привести укладка неоднородной смеси
  • Как поддерживается однородность смеси на разных этапах производства и транспортировки асфальта
  • Какие существуют методы оценки однородности АБС

Давайте остановимся на каждом из них подробнее.

Дефекты асфальта, вызванные неоднородностью смеси

Асфальт – это довольно требовательный строительный материал, свойства которого могут измениться из-за небольших изменений в составе или нарушений технологии производства. Иногда по одному виду уложенного покрытия можно понять, что и на каком этапе пошло не так.

Например, использование неоднородной смеси приводит к следующим дефектам:

  • Короткие и длинные поверхностные волны
  • Неоднородность текстуры
  • Неровность покрытия
  • Сегрегация смеси

Ниже мы рассмотрим их подробнее.

Поверхностные волны

Этот дефект проявляется в виде волнообразных неровностей на поверхности асфальта. Они могут быть длинными и короткими. Промежутки между короткими волнами, как правило, составляют от 45 до 60 см (иногда – от 30 до 90 см). Длинные находятся на большем расстоянии друг от друга. Такая деформация обычно появляется на этапе разравнивания и предварительного уплотнения асфальта выглаживающей плитой асфальтоукладчика.

Причиной такого дефекта могут быть:

  • Неравномерная подача смеси в шнековую камеру асфальтоукладчика
  • Изношенность шарнирных сочленений выглаживающей плиты асфальтоукладчика
  • Неправильный монтаж или настройка датчика автоматического контроля за продольным уклоном
  • Несогласованность действий между асфальтоукладчиком и самосвалом, выгружающим смесь
  • Нерациональный подбор состава смеси или нарушение технологии производства (слишком высокая температура, наличие влаги)
  • Неоднородность жесткости смеси вследствие температурной или фракционной сегрегации

Остановимся на последнем пункте. Как мы уже отмечали, неоднородность смеси приводит к появлению в ее составе участков с разными свойствами. Одни из них легко поддаются уплотнению под относительно легкой плитой, а другие – наоборот, сильно сопротивляются. В результате выглаживающая плита то опускается, то приподнимается под давлением более жесткого материала, и на поверхности образуются волны.

Неоднородность текстуры

Ее можно заметить на глаз, а еще проще – на ощупь. Она проявляется в виде небольших неровностей на поверхности асфальта – например, выступающих крупных зерен щебня.

Дефекты текстуры появляются на этапе разравнивания и уплотнения асфальта.

Они могут свидетельствовать о:

  • Неравномерной подаче смеси под выглаживающую плиту асфальтоукладчика
  • Ошибках в работе выглаживающей плиты
  • Недостаточной толщине асфальтобетонного слоя – она должна не менее чем в 1,5 раза превышать максимальный размер зерен наполнителя
  • Недостаточно уплотненном основании
  • Неоднородности смеси

Мелкозернистые наполнители асфальта (мелкий щебень и песок) лучше поддаются разравниванию, тогда как участки с преобладанием крупных зерен утрамбовать и уплотнить гораздо сложнее. В результате они могут как бы выступать бугорками над поверхностью покрытия.

Неровность покрытия

Здесь речь идет уже о более масштабных перепадах толщины асфальтобетонного слоя, которые появляются на этапе выравнивания смеси плитой асфальтоукладчика или уплотнения катками.

Причиной такого дефекта могут быть:

  • Слишком высокая скорость движения асфальтоукладчика, из-за которой выглаживающая плита не успевает отреагировать на изменение высоты слоя
  • Неправильная настройка плиты
  • Неоднородность температуры асфальтобетона

По мере остывания смеси она становится более жесткой и менее податливой. Соответственно, если в массе асфальта появляются холодные участки, они хуже прессуются под давлением катка. В таких местах толщина покрытия увеличивается.

Сегрегация смеси

На поверхности асфальта могут появляться своеобразные «узоры», сформированные скоплениями более крупных зерен наполнителя. Они указывают на то, что на одном из технологических этапов (изготовления, погрузки, транспортировки или укладки) смесь подверглась фракционной сегрегации.

Выделяется несколько видов сегрегации:

  • Концевая односторонняя
    В слое асфальта выделяются скопления крупных зерен, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга вдоль одного из краев уложенной полосы.
  • Концевая двусторонняя
    Узор аналогичен описанному выше, только такие скопления тянутся вдоль обоих краев полосы.
  • По центральной линии
    Примерно по центру полосы тянется линия, образованная крупными зернами щебня.
  • По шву
    Две щебеночные линии обрамляют края уложенной полосы.
  • Беспорядочная
    На поверхности выделяются хаотично расположенные скопления крупных зерен.

Подробнее о причинах появления таких дефектов и способах их предупреждения вы можете прочитать в нашей статье Сегрегируемость асфальта.

Как обеспечивается однородность асфальта при его производстве и укладке

Мы отмечали, что асфальтобетонные смеси имеют тенденцию к расслоению при хранении и транспортировке – сегрегации. Это явление с физико-механической точки зрения до конца не изучено. Но специалисты в области дорожного движения вывели ряд правил, которые позволяют с ним бороться. Они приводятся в методических рекомендациях по производству и укладке асфальта.

Меры по борьбе с сегрегацией принимаются на всех стадиях технологического процесса:

  • Проектирование состава смеси
  • Складирование минерального сырья
  • Приготовление смеси
  • Погрузка и выгрузка
  • Транспортировка до места проведения работ

Давайте рассмотрим их подробнее.

Проектирование состава смеси

Выбор оптимального соотношения компонентов АБС – это сложный процесс, в котором учитывается целый ряд факторов и желаемых свойств готового материала. При проектировании состава внимание в первую очередь уделяется физико-механическим характеристикам покрытия: плотности, пористости, прочности, водо-, морозо- и износостойкости и другим. Технологические свойства смеси тоже не остаются без внимания.

При подборе оптимального состава ориентируются на ряд закономерностей:

  • Смеси с прерывистым зерновым составом, в которых отсутствуют некоторые промежуточные фракции наполнителя, более склонны к сегрегации
  • Материал с высоким содержанием битума лучше сохраняет свою однородность
  • Внесение целлюлозного волокна, полимеров и других стабилизирующих добавок в битум снижает сегрегацию

Таким образом, если для конкретной задачи необходимо использовать смесь с прерывистым составом, ее могут дополнительно улучшить, чтобы предупредить расслаивание на фракции. Например, можно немного увеличить содержание битума или внести добавки-стабилизаторы.

Хранение и подача сырья

Неправильное складирование минерального наполнителя тоже может привести к расслаиванию готовой смеси.

На этом этапе следует придерживаться таких рекомендаций:

  • Разные фракции наполнителя должны храниться раздельно, чтобы обеспечить их правильную дозировку
  • Минеральные материалы на складе должны лежать ровными горизонтальными слоями или кучками с небольшим уклоном; в противном случае более крупные зерна под действием гравитации будут скатываться вниз
  • Если сегрегация наполнителя все-таки произошла, перед подачей в сушильный барабан его нужно дополнительно перемешать

Такие достаточно нехитрые правила позволяют повысить качество и однородность асфальта на выходе из смесителя.

Приготовление смеси

Большое влияние на однородность готового асфальтобетона оказывает правильное перемешивание.

На асфальтовых заводах, как правило, используются два вида смесительных установок:

  • Гравитационные со свободным перемешиванием
  • Лопастные с принудительным перемешиванием

Для производства качественного материала рекомендуется использовать вторые. Они позволяют не только сократить время изготовления материала, но и обеспечивают максимально равномерное обволакивание наполнителя битумом.

На этом этапе также важную роль играет время работы смесителя. Если процесс закончить слишком рано, битум не успеет полностью покрыть щебень и песок. Но слишком долгое перемешивание, как ни странно, тоже может привести к сегрегации – особенно если речь идет о гравитационных установках.

Примерное время замешивания приведено в таблице ниже:

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 мы разместили эту же самую таблицу в виде картинки:

Таблица продолжительности смешивания материала в лопастных смесителях

После приготовления смеси она поступает в накопительные бункеры, где лежит до погрузки в самосвал.

Погрузка и выгрузка смеси

В ходе производства АБС, она несколько раз пересыпается из одного места в другое.

Такое перемещение осуществляется при:

  • Выгрузке материала из смесителя в накопительные бункеры
  • Погрузке асфальта в самосвалы
  • Выгрузке смеси из самосвала на землю или в приемный бункер асфальтоукладчика

На каждом из этих этапов существует опасность сегрегации. И даже вполне качественный материал может прийти в негодность, если сделать что-то не так.

При пересыпке АБС нужно придерживаться ряда принципов:

  • Смесь должна выгружаться с высоты не более 2 м
  • Нельзя допускать образования высокой конусообразной кучи материала
  • Материал должен сбрасываться единой массой, а не высыпаться постепенно

Также желательно дополнительно перемешать смесь перед началом укладки. Если асфальт укладывается вручную, это можно сделать при помощи обычной лопаты. В дорожном строительстве рекомендуется использовать специальные машины-перегружатели.

Транспортировка до места проведения работ

Меры предосторожности на этом этапе направлены в основном на защиту АБС от остывания – температурной сегрегации. Хотя существует также опасность разделения зернового состава, особенно если речь идет о крупнозернистых смесях.

Для этого следует придерживаться ряда правил:

  • Использовать такой транспорт, который создает минимум вибраций в кузове во время движения
  • Для перевозки литых АБС использовать дополнительное оснащение, которое обеспечивает постоянное перемешивание смеси
  • Кузов самосвала желательно теплоизолировать или оснастить системой подогрева
  • Смесь рекомендуется накрыть плотным пологом для защиты от ветра и осадков

Если все эти рекомендации будут соблюдены, то потребитель получит качественный и стабильный по своим свойствам материал.

Итак, мы рассмотрели способы борьбы с фракционной и температурной сегрегацией АБС. Теперь давайте поговорим о том, как в полевых и лабораторных условиях можно отличить качественный материал от некачественного.

Методы оценки однородности асфальта

Для большинства ключевых технологических свойств асфальтобетонных смесей (удобоукладываемости, уплотняемости, сегрегируемости) пока что нет нормированных методик измерения и оценки. А вот проверка материала на однородность предусмотрена ГОСТ 9128-2013 и связанными с ним стандартами. Это объясняется тем, что данную характеристику достаточно легко измерить и численно выразить.

В нормативных и методических документах предусмотрены такие методы оценки однородности:

  • Визуальный осмотр
  • По показателям средней плотности
  • По коэффициенту вариации показателя предела прочности на сжатие при температуре 50°С (для горячих смесей)
  • По коэффициенту вариации водонасыщения (для холодных смесей)

Далее – подробнее о каждом способе.

Визуальная оценка однородности

Этот метод используется в полевых условиях, когда нужно быстро определить, пригодна ли смесь к укладке, и при необходимости довести ее до приемлемого состояния – например, дополнительно перемешать.

Для этого из массы материала отбираются 2-3 случайные пробы и осматриваются на предмет наличия дефектов.

В однородной смеси не должно быть:

  • Комков наполнителя
  • Скоплений битума и минерального порошка
  • Зерен наполнителя, не покрытых битумом
  • Расслаивания битума (для щебеночно-мастичных асфальтобетонов)

Естественно, оценка однородности таким образом получается очень грубая. По сути, она всего лишь помогает забраковать очевидно некачественный материал. Но путем визуального осмотра невозможно оценить степень фракционной неоднородности, не говоря уже о температурной.

Для более точной оценки качества смесей и асфальтобетонных покрытий используются экспериментально-математические методы. О них мы и поговорим ниже.

Оценка однородности по средней плотности

Этот простой метод описывается в ОДМ 218.3.001-2006, разработанном ДорТрансНИИ.

Процедура выглядит таким образом:

  1. Из готовой смеси случайным образом отбираются 3-4 пробы.
  2. Из проб смеси формуются образцы. Для этого их помещают в гидравлический пресс и уплотняют под давлением 40 МПа в течение 5-10 с.
  3. Образцы взвешивают на воздухе, затем в течение 30 минут выдерживают в воде при температуре 20°С, после чего взвешивают в воде и на воздухе.
  4. Для каждой пробы вычисляют среднюю плотность по формуле:
    Формула для вычисления средней плотности

    Подробнее об этой характеристике асфальта вы можете прочитать в нашей статье Плотность асфальта.

  5. Полученные показатели плотности сравнивают между собой. Смесь считается однородной, если расхождения не превышают 0,03 г/см3.

Этот метод базируется на том, что разные фракции наполнителя отличаются по пористости, и в случае фракционной неоднородности это скажется и на плотности смеси. Например, если в одну пробу попало больше песка, а в другую – больше щебня, то первый образец будет плотнее, чем второй.

Минус этого метода – очень небольшая выборка. Ведь есть вероятность, что все 3-4 пробы материала случайно окажутся одинаковыми по плотности, хотя сама смесь неоднородна. Поэтому в нормативных документах предпочтение отдается статистическим методам исследования.

Оценка однородности по коэффициенту вариации предела прочности при сжатии

Этот метод используется для исследования горячих асфальтобетонных смесей и готовых дорожных покрытий. Он подробно описан в п. 27 ГОСТ 12801-98.

Процедура осуществляется следующим образом:

  1. Отбирается не менее 20 проб АБС или готового уплотненного покрытия (кернов). Из проб смеси формируются образцы в соответствии с требованиями ГОСТ 12801-98. Для этого они помещаются в гидравлический пресс и уплотняются под давлением 40 МПа в течение 5-10 с.
  2. Для каждого образца замеряется показатель предела прочности при сжатии при температуре 50°С в соответствии с п. 15 ГОСТ 12801-98. Подробнее об этой характеристике асфальта вы можете прочитать в нашей статье Предел прочности при сжатии.
  3. На основании полученных значений высчитывается среднеарифметический показатель прочности (X) по следующей формуле:
  4. Формула для вычисления среднеарифметического показателя прочности
  5. Определяется также среднеквадратическое отклонение показателя (Sn) по формуле:
  6. Формула для вычисления среднеквадратического отклонения показателя
  7. На основании среднеарифметического значения и среднеквадратического отклонения рассчитывается коэффициент вариации (CV):
Формула для вычисления коэффициента вариации

Коэффициент вариации показывает, насколько велик разброс значений прочности в исследуемой смеси. Чем он ближе к 0, тем более однородна смесь.

ГОСТ 9128-2013 устанавливает следующие требования к значению коэффициента вариации предела прочности при сжатии:

  • Для смесей марки I – не более 0,16
  • Для смесей марки II – не более 0,18
  • Для смесей марки III – не более 0,20

Этот метод измерения однородности хорош своей практической ориентированностью. С одной стороны, он позволяет оценить равномерность распределения зерен разных фракций в смеси. С другой – он сразу показывает, насколько стабильно асфальт проявляет свои физико-химические свойства.

Оценка однородности по коэффициенту вариации водонасыщения

Этот метод применяется для оценки качества холодных смесей и покрытий из них. Процедура вычисления осуществляется по той же схеме, что и в предыдущем подразделе. Разница только в том, что вместо показателей прочности в формулах применяются значения водонасыщения, замеренные для каждого из образцов.

Подробнее о процедуре измерения этого показателя вы можете прочитать в статье Водонасыщение асфальта.

ГОСТ 9128-2013 устанавливает следующие требования к значению коэффициента вариации водонасыщения:

  • Для смесей марки I и II – не более 0,15
  • Для смесей марки III – не нормируется

Однородность – это такое состояние АБС, которое характеризуется равномерным распределением компонентов в ее составе. Это свойство напрямую влияет на качество готового покрытия. Укладка неоднородной смеси может привести к дефектам дорожного покрытия и снизить срок его службы. В ходе производства и транспортировки асфальта принимаются меры для поддержания его однородности и борьбы с сегрегацией. Это качество асфальта можно оценить визуально или измерить экспериментально с применением методов математической статистики.