Закономерности распределения битума в асфальтобетоне

С целью экономии битума необходимо строить нижний слой покрытия из бетона на каменноугольных или комплексных вяжущих и полностью заменить битум в основаниях на другие альтернативные вяжущие материалы.

Проведены исследования, связанные с введением в битум и асфальтобетон серы, что позволяет значительно снизить расход битума. Перспективным является развитие процессов специальной переработки углей способом термического растворения с целью получения вяжущих для дорожного строительства.

Взаимосвязь толщины битумной пленки на минеральных зернах с вязкостью вяжущего, видом и размером минеральных зерен позволила обосновать закономерности распределения вяжущего в асфальтобетоне, изучить условия формирования и строение битумных пленок в нем. Распределение вяжущего в асфальтобетоне связано с размером и типом поверхности минеральных зерен, поэтому были выведены зависимости, связывающие природу минеральных зерен с их размером и удельной поверхностью, получены формулы для расчетов. По этим формулам рассчитаны толщины битумных пленок на минеральных зернах, входящих в состав асфальтобетона и определена их битумоемкость.

Битумоемкость минеральных материалов принята отправной точкой в проектировании асфальтобетона с минимальным расходом битума. Зная битумоемкость исходных материалов, выбирая оптимальное соотношение в смеси, можно прогнозировать расход битума в асфальтобетоне.

Приведена сущность расчета состава асфальтобетона по битумоемкости минеральных компонентов и показано, что данный расчет в наибольшей степени позволяет учесть структурно-минералогические признаки минеральных материалов и подобрать состав асфальтобетона с минимальным количеством вяжущего.

Рассмотрение технологии производства асфальтобетона как стадийного процесса позволило в теоретическом и практическом плане предопределить пути снижения расхода битума за счет интенсификации приготовления, укладки и уплотнения смеси.

Анализ действующих сил между минеральными зернами позволил определить пути дезагрегации частиц, обволакивание их битумной пленкой расчетной толщины и получение асфальтобетона с заданными свойствами. Эти пути выражаются в оптимизации порядка дозирования материалов и ПАВ при традиционной технологии и внедрении в производство двуступенчатой технологии, когда в первую очередь в асфальтосмесителе приготавливают асфальтовяжущее, затем в него вводят песок и щебень. Новая технология снижает расход битума на 10-15% и уменьшает энергетические затраты на 8-12%.

С точки зрения экономии битума значительный экономический эффект достигается продлением срока службы покрытия и его регенерации. Этому вопросу в книге уделено значительное внимание. Рассмотрены обратимые и необратимые процессы, происходящие в асфальтобетонном покрытии при эксплуатации. Приведены данные об интенсифицирующем влиянии движущихся транспортных средств на старение асфальтобетона, анализ повреждений асфальтобетонных покрытий и дорожной конструкции в целом, систематизация дефектов и способов восстановления покрытий.

Особое внимание уделено составам и свойствам асфальтобетонов на комплексных органических вяжущих и показана перспектива их применения. Показано, что асфальтобетоны на комплексных органических вяжущих обладают различными свойствами, в некоторых случаях они уступают асфальтобетону, а в некоторых превосходят. Приведены сведения о продуктах нефтехимической, коксохимической промышленности, составы и свойства асфальтобетона с их использованием.

Формирование пленки начинается с объединения битума с минеральными материалами и в основном заканчивается при укладке, уплотнении и остывании асфальтобетона. Полное обволакивание минеральных зерен битумной пленкой решающим образом влияет на прочность и долговечность асфальтобетона. При недостатке вяжущего асфальтобетон разрушается вследствие проникания воды и отслаивания битумной пленки. В процессе уплотнения смеси избыток битума приводит к его миграции из зон повышенного напряжения в зоны малого напряжения.

Формирование пленки обусловливается, прежде всего, хорошим смачиванием битумом минерального материала. Это достигается снижением вязкости битума и нагревом минерального материала до рабочей температуры. Ухудшает смачивание вода, адсорбируемая из воздуха, плохое просушивание материала и его загрязнение пылью. Улучшение смачивания битумом минерального материала достигается предварительной обработкой его поверхностно-активными веществами.