Методы расчета состава асфальтобетонной смеси

Магистратура

 

О.А. КИСЕЛЕВА

 

 

РАСЧЕТ СОСТАВА асфальтоБЕТОННОЙ СМЕСИ

 

 

Для магистрантов, обучающихся по направлению 270100

«Строительство», методические указания к расчетно-графической работе

по дисциплине «Физические основы проектирования новых строительных

материалов»

 

Утверждено Редакционно-издательским советом ТГТУ

 

Печатный вариант электронного издания

 

 

 

 

Тамбов

РИС ТГТУ

УДК 625.855.3(076)

ББК 0311-033я73-5

К-44

 

 

Составители: к.т.н., доц. О. А. Киселева

 

Рецензент: д.т.н., проф. Леденев В.И.

 

 

Расчет состава асфальтобетонной смеси: Метод.указ. / Сост.: О.А. Киселева. Тамбов: ТГТУ, 2010 – 16 с.

 

Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по дисциплине «Физические основы проектирования новых строительных материалов» для магистрантов, обучающихся по направлению 270100 «Строительство».

 

Утверждено редакционно - издательским советом Тамбовского государственного технического университета

 

© ГОУ ВПО «Тамбовский государственный

технический университет» (ТГТУ), 2010

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания посвящены подбору состава асфальтобетона.

Для проектирования состава асфальтобетона необходимо знать следующее:

– зерновой состав заполнителей,

– марку битума,

– марку асфальтобетона.

Расчет состава асфальтобетона заключается в выборе рационального соотношения между составляющими материалами, обеспечивающего оптимальную плотность минерального остова при требуемом количестве битума и получение бетона с заданными техническими свойствами при определенной технологии производства работ.

 

МЕТОДЫ РАСЧЕТА СОСТАВА АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ

Наиболее широкое распространение получил метод расчета по кривым плотных смесей [1]. Он гласит, что наибольшая прочность бетона достигается при условии максимальной плотности минерального состава путем расчета гранулометрического состава и определения содержания оптимального количества битума и минерального порошка.

Расчет состава асфальтобетона включает в себя следующие этапы [1, 2]:

– расчет гранулометрического состава минеральной смеси по принципу минимума пустот,

– определение оптимального количества битума,

– определение физико-механических свойств рассчитанных смесей,

– внесение корректив в полученные составы смесей.

1. Расчет гранулометрического состава минеральной смеси. С этой целью для мелкого и крупного заполнителя по данным о частных остатков на ситах находят остатки А_i, % равные сумме частных остатков (а_i) на данном сите и на всех ситах мельче данного [3]. Полученные результаты с учетом марки асфальтобетона по крупности заполнителя вносятся в таблице 1.

2. Определяем количество заполнителя по фракциям. Расчет выполняется по предельным кривым, соответствующим выбранным коэффициентам сбега (рис. 1) [1]. Кривые с коэффициентом сбега меньше 0,7 относят к составам минеральной части асфальтобетонной смеси с незначительным содержанием минерального порошка. Составы, рассчитанные по коэффициенту сбега 0,9, содержат повышенное количество минерального порошка.

С этой целью в зависимости от марки асфальтобетона определяется требуемое количество песка на сите с разметом ячейки 1,25 или щебня на сите с размером ячейки 5 мм (для мелкозернистого асфальтобетона). Например, для крупнозернистого асфальтобетона количество частиц песка мельче 1,25 мм находится в пределах от 23 до 46 %. Принимаем 40 %. После этого определяем коэффициент для корректировки зернового состава песка

Т а б л и ц а 1

Гранулометрический состав минеральной смеси

Вид заполнителя	Остатки	Размеры отверстий сит
			2,5	1,25	0,63	0,315	0,14	0,07
Щебень	аi	а20щ	а10щ	а5щ
Аi	А20щ	А10щ	А5щ
Песок	аi				а2,5п	а1,25п	а0,63п	а0,315п	а0,14п
Аi				А2,5п	А1,25п	А0,63п	А0,315п	А0,14п
Минеральный порошок	аi						а0,63м	а0,315м	а0,14м	а0,07м
Аi						А0,63м	А0,315м	А0,14м	А0,07м

 

Определяется требуемое количество минерального порошка на сите с разметом ячейки 0,071. Для крупнозернистого асфальтобетона количество частиц мельче 0,071 мм находится в пределах от 4 до 18 %. Принимаем 10 %. После этого определяем коэффициент для корректировки зернового состава минерального порошка .

Определяем коэффициент для корректировки зернового состава щебня (или песка) . И уточняем зерновой состав заполнителей (таблица 2).

Т а б л и ц а 2

Расчетный состав заполнителей

Вид заполнителя	Остатки	Размеры отверстий сит
			2,5	1,25	0,63	0,315	0,14	0,07
Щебень	аi	Кщ× а20щ	Кщ× а10щ	Кщ× а5щ
Аi
Песок	аi				Кп× а2,5п	Кп× а1,25п	Кп× а0,63п	Кп× а0,315п	Кп× а0,14п
Аi
Минеральный порошок	аi						Км× а0,63м	Км× а0,315м	Км× а0,14м	Км× а0,07м
Аi
∑А

По полученным данным строится кривая гранулометрического состава конкретной рассчитанной смеси, которая должна располагаться между предельными кривыми сбега. Уточняем количество компонентов наполнителя по фракциям с учетом типа асфальтобетона по таблица 3.

Т а б л и ц а 3

Оптимальный гранулометрический состав минеральной смеси

Тип смеси	Содержание зерен минерального материала, %, мельче данного размера, мм	Примерный расход битума, % по массе
				2,5	1,25	0,63	0,315	0,14	0,071
Смеси непрерывной гранолуметрии
Среднезернистые типов:А Б В	95-100 95-100 95-100	78-85 85-91 91-96	60-70 70-80 81-90	35-50 50-65 65-80	26-40 40-55 55-70	17-28 28-39 39-53	12-20 20-29 29-40	9-15 14-22 20-28	6-10 9-15 12-19	4-8 6-10 8-12	5-6,5 5-6,5 6,5-7
Мелкозернистые типов:А Б В		95-100 95-100 95-100	63-75 75-85 85-93	35-50 50-65 65-80	26-40 40-55 57-70	17-28 29-39 39-53	12-20 20-29 29-40	9-15 14-22 20-28	6-10 9-15 12-19	4-8 6-10 8-12	5-6,5 5,5-7 6-7,5
Песчаные типов:Г Д				95-100 95-100	75-88 80-95	45-67 53-86	28-60 37-75	18-35 27-55	11-23 17-55	8-14 10-16	7,5-9 7-9
Смеси прерывистой гранулометрии
Среднезернистые типов:А Б	95-100 95-100	78-85 85-91	60-70 70-80	35-50 50-65	35-50 50-65	35-50 50-65	35-50 50-65	17-28 28-40	8-14 14-22	4-8 6-10	5-6,5 5-6,5

П р о д о л ж е н и е т а б л и ц ы 3

Мелкозернистые типов:А Б		95-100 95-100	63-75 75-80	35-50 50-65	35-50 50-65	35-50 50-65	35-50 50-60	17-28 28-40	8-14 14-22	4-8 6-10	5-6,5 5,5-7
Смеси для нижнего слоя покрытия (крупнозернистые и среднезернистые)*	75-100	55-83	43-69	27-49	19-40	10-26	7-18	4-11	2-7	0-4	4-6
П р и м е ч а н и е: * – для данных смесей присутствует щебень крупностью 40 мм – 95-100

 

3. Определяем расход битума. Перспективным является расчет количества битума в смеси по методу, разработанному ХАДИ и основанному на битумоемкости минеральных компонентов. Расчет производится в два этапа: определение битумоемкости каждой фракции минеральной части смеси и расчет содержания битума. Для определения битумоемкости просушенные материалы рассеивают на фракции менее 0,071, 0,071-0,14, 0,14-0,315, 0,315-0,63, 0,63-1,25, 1,25-3, 3-5, 5-10 мм и т.д. до наибольшей крупности щебня. Битумоемкость каждой фракции представлена в таблица 4 [1]. Определяем содержание битума для каждой фракции (таблица 5).

Т а б л и ц а 4

Битумоемкость наполнителя

Размер фракций, мм	Битумоемкость, %
Гранитный материал	Диоритовый материал	Материал из плотного, прочного известняка	Чистый окатанный кварцевый песок и гравий
20-40	3,9	3,3	2,9	–
10-20	4,7		3,5	–
5-10	5,4	4,5	4,1	2,8
2,5-5	5,6	5,6	4,6	3,3
1,25-2,5	5,7	5,9	5,3	3,8
0,63-1,25	5,9		6,0	4,6
0,315-0,63	6,4	7,9	7,0	4,8
0,14-0,315	7,4		7,3	6,1
0,071-0,14	8,4		9,4
0,071		16,5

 

Т а б л и ц а 5

Определение содержания битума

Размер фракций	Частные остатки (в долях единицы)	Битумоемкость, % (из таблицы 4)	Общая битумоемкость, %
Щебень	Песок	Минеральный порошок	Щебень	Песок	Минеральный порошок
10-20							ст2×ст5
…
0,71							Ст4×ст7
Содержание битума=∑

 

Т а б л и ц а 6

Физико-механические характеристики асфальтобетонов

Показатели	Нормы на смеси для верхнего слоя	Нормы на смеси для нижнего слоя
I марка	II марка
Пористость минерального остова, % по объему для смесей типов: А (многощебеночные, щебня 50-65 %) Б (среднещебеночные, щебня 35-50 %) В (малощебеночные, щебня 20-35 %) Г (песчаные из дробленого песка с содержанием фракции 1,25-5 мм >33 %) Д (песчаные из природного песка)	15-19 15-19 18-22 –   –	15-19 15-19 18-22 18-22	16-22
Остаточная пористость, % по объему	3-5	3-5	5-10
Водонасыщение, % по объему для смесей: А Б и Г В и Д	2-5 2-3,5 1,5-3	2-5 2-3,5 1,5-3	3-8
Набухание, % по объему, не более	0,5		1,5
Предел прочности при сжатии, кгс/см2 для смесей типов при температурах 20-50 0С: А Б и Г В и Д при температуре 0 0С	–		–
Коэффициент водостойкости, не менее	0,9	0,85	–
Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении, не менее	0,8	0,75	–

 

Оптимальное содержание битума в смеси определяется по следующей формуле

где К – коэффициент, зависящий от марки битума (при БНД 60/90 – 1,05; БНД 90/130 – 1; БНД 130/200 – 0,95; БНД 200/300 – 0,9) [1]; Б_i – битумоемкость фракции i; Р_i – содержание фракции i в смеси в частях от целого.

4. Из таблицы 6 выписываем физико-механические показатели, характерные данному асфальтобетону.

ПРИМЕР РАСЧЕТА

Подобрать состав мелкозернистого асфальтобетона типа А. Наполнители: гранитный щебень, кварцевый песок, минеральный порошок полученный путем измельчения диорита.

Расчет полных остатков представлен в таблице 7.

Т а б л и ц а 7

Частные остатки

Вид заполнителя	Остатки	Размеры отверстий сит
				2,5	1,25	0,63	0,315	0,14	0,071
Щебень	аi
Аi
Песок	аi
Аi
Минеральный порошок	аi
Аi

 

Так как щебень мелкозернистый, то он просеивается через сито с размером ячейки 5 мм, и более крупные фракции удаляются.

Определяем количество заполнителя по фракциям. Для мелкозернистого асфальтобетона количество частиц щебня мельче 5 мм находится в пределах от 84 до 70 %. Принимаем требуемое содержание щебня крупнее 5 мм 25 %. Определяем коэффициент для корректировки зернового состава щебня К_щ=25*100/(100-28)=34,7.

Требуемое количество минерального порошка на сите с разметом ячейки 0,071 находится в пределах от 10 до 25 %. Принимаем 15 %. Коэффициент для корректировки зернового состава минерального порошка равен К_м=15*100/74=27,7.

Определяем коэффициент для корректировки зернового состава песка К_п=100-35-28=37.

Уточняем зерновой состав заполнителей с учетом марки асфальтобетона по крупности заполнителя (таблица 8).

Т а б л и ц а 8

Зерновой состав заполнителей

Вид заполнителя	Остатки	Размеры отверстий сит
			2,5	1,25	0,63	0,315	0,14	0,071
Щебень	аi			28*0,35=9,8
Аi			9,8
Песок	аi				16*0,37=5,9	22*0,37=8,2	20*0,37=7,4	30*0,37=11,1	12*0,37=4,4
Аi					31,1	22,9	15,5	4,4
Минеральный порошок	аi						7*0,28=2	10*0,28=2,8	9*0,28= 2,5	74*0,28=20,7
Аi								23,2	20,7
∑А			74,8		59,1	50,9	41,5	27,6	20,7

 

Проверяем правильность выбора зернового состава минеральной смеси. Для этого строим график гранулометрического состава и наносим его на кривые сбега (рис. 5). Из рисунка видно, что график входит в допустимую область. Расчет выполнен правильно.

Зная битумоемкость отдельных фракций, определяем расход битума (таблица 9).

Определяем расчетное содержание битума марки БНД 90/130 Б=1*6,71=6,71 %. Проверяем содержание битума по табл. 3. Так как количество битума по расчету больше нормативного 5-6,5 % принимаем Б=6,71 %.

Выписываем физико-механические показатели, характерные данному асфальтобетону:

– пористость минерального остова –18-22 %,

– остаточная пористость – 3-5 %,

– водонасыщение – 1,5-3 %,

– набухание – 0,5 %,

– предел прочности при сжатии – 10 кгс/см²,

– коэффициент водостойкости – 0,9,

– коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении – 0,8.

 

Т а б л и ц а 9

Определение содержания битума

Размер фракций	Частные остатки (в долях единицы)	Битумоемкость, % (из табл.4)	Общая битумоемкость, %
Щебень	Песок	Минеральный порошок	Щебень	Песок	Минеральный порошок
2,5-5	0,098			4,6			0,45
1,25-2,5		0,059			3,8		0,22
0,63-1,25		0,082			4,6		0,38
0,315-0,63		0,074	0,02		4,8	7,9	0,36+0,16
0,14-0,315		0,111	0,028		6,1	9,0	0,68+0,25
0,071-0,14		0,044	0,025			19,0	0,31+0,48
0,071			0,207			16,5	3,42
Содержание битума=∑	6,71

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Глушко И.М. Дорожно-строительные материалы. Учебник для автомобильно-дорожных институтов / Глушко И.М., Королев И.В., Борщ И.М. и др.. – М. 1983.

2. Горелышев Н.В. Материалы и изделия для строительства дорог. Справочник. / Горелышев Н.В., Гурячков И.Л., Пинус Э.Р. и др. – М.: Транспорт, 1986. – 288 с.

3. Корчагина О.А. Расчет состава бетонных смесей: Метод. указ./Корчагина О.А., Однолько В.Г. – Тамбов: ТГТУ, 1996. – 28 с.

Т а б л и ц а П 1

Данные к заданию

Вариант	Вид асфальтобетона	Тип асфальтобетона	Вид асфальтобетона по методу производства	Назначение асфальтобетона	Марка битума БНД
	крупнозернистый	А	горячий	Верхнее покрытие	60/90
	среднезернистый	Б	теплый	Нижнее покрытие	90/130
	мелкозернистый	В	горячий	Верхнее покрытие	130/200
	песчаный	Г	холодный	Нижнее покрытие	200/300
	крупнозернистый	Б	теплый	Верхнее покрытие	60/90
	среднезернистый	В	холодный	Нижнее покрытие	130/200
	мелкозернистый	А	теплый	Нижнее покрытие	90/130
	песчаный	Д	горячий	Верхнее покрытие	60/90
	крупнозернистый	В	горячий	Нижнее покрытие	90/130
	среднезернистый	А	теплый	Верхнее покрытие	60/90
	мелкозернистый	Б	холодный	Нижнее покрытие	200/300
	крупнозернистый	А	теплый	Нижнее покрытие	90/130
	среднезернистый	Б	горячий	Верхнее покрытие	60/90
	мелкозернистый	В	холодный	Верхнее покрытие	130/200
	песчаный	Г	теплый	Нижнее покрытие	90/130
	крупнозернистый	Б	холодный	Верхнее покрытие	200/300
	среднезернистый	В	горячий	Нижнее покрытие	90/130
	мелкозернистый	А	теплый	Нижнее покрытие	60/90
	песчаный	Д	холодный	Верхнее покрытие	130/200
	крупнозернистый	В	холодный	Верхнее покрытие	200/300
	среднезернистый	А	теплый	Нижнее покрытие	90/130
	мелкозернистый	Б	горячий	Верхнее покрытие	60/90
	песчаный	Д	теплый	Нижнее покрытие	90/130
	крупнозернистый	А	горячий	Нижнее покрытие	60/90
	среднезернистый	Б	холодный	Верхнее покрытие	130/200

 

Т а б л и ц а П 2

Данные к заданию

Вариант	Гранулометрия	Материал наполнителя
щебень	песок	минеральный порошок
	Непрерывная	гранит	кварцевый	диорит
	Непрерывная	диорит	кварцевый	диорит
	Непрерывная	гравий	из известняка	гранит
	Непрерывная	–	из известняка	из известняка
	Прерывистая	диорит	из известняка	гранит
	Непрерывная	гранит	кварцевый	из известняка
	Непрерывная	гравий	кварцевый	диорит
	Непрерывная	–	из известняка	диорит
	Непрерывная	гравий	кварцевый	из известняка
	Непрерывная	диорит	из известняка	из известняка
	Непрерывная	гранит	кварцевый	гранит
	Прерывистая	диорит	кварцевый	из известняка
	Непрерывная	гравий	из известняка	из известняка
	Непрерывная	гранит	из известняка	из известняка
	Непрерывная	–	кварцевый	диорит
	Непрерывная	гравий	кварцевый	гранит
	Непрерывная	гранит	из известняка	диорит
	Непрерывная	диорит	из известняка	диорит
	Непрерывная	–	кварцевый	гранит
	Прерывистая	гранит	из известняка	гранит
	Непрерывная	гравий	кварцевый	диорит
	Непрерывная	диорит	кварцевый	гранит
	Непрерывная	–	кварцевый	из известняка
	Непрерывная	гравий	из известняка	диорит
	Прерывистая	диорит	кварцевый	гранит

 

Т а б л и ц а П 3

Зерновой состав заполнителей

Вариант

Частные остатки, % на ситах с размером отверстий, мм

щебень

песок

минеральный порошок

2,5

1,25

0,63

0,315

0,14

0,63

0,315

0,14

0,07

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

 

 

Учебное издание

 

О. А. Киселева

 

РАСЧЕТ СОСТАВА

АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ

 

 

Подписано в печать

Формат 60 ´ 84 / 16. Усл. печ. л. 1.

Тираж 10 экз. Заказ №

РИС ТГТУ, Магистратура

392000, Тамбов, Советская, 106, к.28