способ устройства дорожного и аэродромного покрытия из вибролитой асфальтобетонной смеси и способ проектирования состава вибролитой асфальтобетонной смеси

Формула изобретения

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_{п 0,14-5} - содержание песка фракций 0,14 - 5 мм в смеси, мас.%;

G_щ5-20 - содержание щебня фракций 5 - 20 мм в смеси, т/м³;

^c_{щ 0,14-20} - средняя плотность щебня фракций 0,14 - 20 мм, т/м³;

^в_{щ 0,14-20} - насыпная плотность щебня фракций 0,14 - 20 мм после виброуплотнения, т/м³;

^в_{щ 5-20} - насыпная плотность щебня фракций 5 - 20 мм после виброуплотнения, т/м³;

^в_{п 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.

Описание изобретения к патенту

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^* = Щщ<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.%;

^c_{щ 0,14-20} - средняя плотность щебня фракций 0,14 - 20 мм, т/м³;

^в_{щ 0,14-20} - насыпная плотность щебня фракций 0,14 - 20 мм после виброуплотнения, т/м³;

^в_{щ 5-20} - насыпная плотность щебня фракций 5- 20 мм после виброуплотнения, т/м³;

^в_{п 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.