Требования к материалам для производства ЩМА

Минеральные материалы

Важнейшим элементом структуры асфальтобетона является щебень.

Для приготовления щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей принято использовать щебень соответствующих фракций (5-10, 10-15 и 15-20 мм) из плотных трудно шлифуемых горных пород, обладающий хорошим сцеплением с битумным вяжущим.

Допускается использовать щебень из металлургических шлаков, соответствующий общим техническим требованиям. Он обеспечивает высокие фрикционные свойства поверхности устраиваемых покрытий, что важно для безопасности автомобильного движения.

Применяемый щебень по форме зерен должен относиться к 1-й или 2-й группе. Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы с соотношением геометрических размеров более чем 1:3 не должно превышать 15%. Качественный щебень с улучшенной формой зерен, как правило, изготавливают по специальной технологии на соответствующем дробильно-сортировочном оборудовании.

Марка щебня по дробимости в цилиндре должна быть не ниже 1200 для изверженных и метаморфических горных пород и не ниже 1000 - для осадочных горных пород и гравия. Марка щебня по истираемости должна соответствовать И 1, марка по морозостойкости должна быть не ниже F 50.

Для приготовления смесей щебеночно-мастичного асфальтобетона необходимо использовать песок только из отсевов дробления горных пород с прочностью не ниже 1000, отвечающий требованиям ГОСТ 8736-93.

Зерновой состав песка должен обеспечивать требования к зерновому составу минеральной части щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси. Содержание глинистых частиц в песке, определяемое методом набухания, не должно превышать 0,5 %, при этом содержание зерен мельче 0,16 мм в песке из отсевов дробления не нормируется.

Каменная пыль, содержащаяся в песке из отсевов дробления, может быть использована в полном объеме при приготовлении щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей вместо части минерального порошка, тем более что относительное содержание ее в составе смеси, как правило, не превышает 30 % от требуемого количества частиц мельче 0,071 мм.

Минеральный порошок для приготовления ЩМА должен отвечать требованиям ГОСТ Р 52129-2003. Стандартный минеральный порошок для асфальтобетонных смесей марки МП-1 получают в результате помола карбонатных горных пород (известняка или доломита) в специальных мельницах. Он может быть как неактивированным, так и активированным, содержащим небольшое количество добавок поверхностно-активного вещества и гидрофобизатора, введенных в процессе помола минерального сырья.

При использовании в ЩМА активированного минерального порошка следует принимать во внимание, что если для активации применялись маловязкие продукты, то может наблюдаться пластифицирующее действие, проявляющееся в снижении показателей сцепления при сдвиге и прочности при сжатии. Некоторые активаторы негативно влияют на показатель стекания вяжущего, что вынуждает увеличивать содержание стабилизирующей добавки в смеси.

При соответствующем технико-экономическом обосновании допускается применять в качестве минерального порошка не только пыль из системы пылеулавливания асфальтосмесительной установки (зерна из отсевов дробления горных пород мельче 0,16 мм), но и другие техногенные отходы промышленного производства, отвечающие требованиям ГОСТ Р 52129-2003 к порошку марки МП-2. Их пригодность в качестве минерального порошка должна обосновываться соответствующими лабораторными испытаниями как самого порошка, так и образцов ЩМА, приготовленных на его основе.

Стабилизаторы

Чтобы удерживать горячий битум на поверхности зерен минерального материала во время промежуточного хранения и транспортирования щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, в их состав вводят специальные структурирующие (стабилизирующие) добавки, позволяющие повысить толщину пленок вяжущего.

Вид и свойства этих добавок имеют большое значение для обеспечения требуемого содержания вяжущего и повышения качества смеси. Стабилизирующее действие проявляется в способности препятствовать сегрегации и отслоению (стеканию) битумного вяжущего при высоких технологических температурах.

В настоящее время широко применяются стабилизирующие добавки на основе целлюлозных волокон благодаря своей технологичности и относительно низкой себестоимости.

К стабилизирующим добавкам чаще всего предъявляют технические требования по термостойкости, влажности и однородности. Иногда приводятся рекомендации по геометрическим размерам волокон, удельной поверхности и распределению размеров фибр по длине. Действие стабилизирующих добавок заключается в увеличении толщины пленок битума, что обеспечивает качество и однородность асфальтобетонных смесей.

Как стабилизирующую добавку в смесях ЩМА рекомендуется использовать однородное короткофибровое целлюлозное волокно, имеющее в составе не менее 50 % фибр длиной от 0,5 до 1,9 мм. Пригодность неапробированных волокон (акриловых, минеральных, стеклянных и пр.), как и других добавок (резинового порошка, полимеров и пр.), следует предварительно обосновывать лабораторными испытаниями.

Волокнистая добавка должна быть однородной, без примесей, устойчивой к нагреву до температуры 220 °С и иметь влажность не более 8 % по массе. Она должна соответствовать требованиям соответствующей технической документации производителя, согласованной и утвержденной в установленном порядке.

Битумные вяжущие

Для приготовления щебеночно-мастичных смесей применяют битумы нефтяные дорожные вязкие, отвечающие требованиям ГОСТ 22245-90, полимерно-битумные вяжущие (ПБВ) по ГОСТ Р 52056-2003, а также другие, выпускаемые по технической документации, согласованной и утвержденной в установленном порядке.

Нефтяной дорожный битум представляет собой сложную дисперсную систему, состоящую из смеси разнообразных высокомолекулярных соединений нефти, которые по величине молекулярного веса и характеру растворимости в селективных растворителях объединяют в группы углеводородов (масел) смол и асфальтенов.

В районах с теплым и умеренно-континентальным климатом предпочтительно использовать остаточные битумы, в том числе битумы II структурного типа марок БН, коллоидная структура которых «золь».

Битумы I структурного типа применять не рекомендуется, так как они не устойчивы к старению. Обычно к I структурному типу или типу гель относятся сильно окисленные и состарившиеся битумы, присутствующие в старом асфальтобетоне, которые не отвечают требованиям ГОСТ 22245-90.

Независимо от условий применения необходимо ориентироваться на такие битумные вяжущие в ЩМА, которые имеют наиболее высокую адгезию с поверхностью применяемого щебня.

При плохом сцеплении вяжущего со щебнем рекомендуется использовать добавки активаторов или поверхностно-активные вещества, например, катионного типа в случае применения кислых каменных материалов.

В целях повышения устойчивости к воздействию тяжелых транспортных нагрузок и экстремальных температур рекомендуется применять ЩМА на основе полимерно-битумных вяжущих (ПБВ), особенно для устройства покрытий на мостах и городских улицах. Наиболее широкое применение в дорожном строительстве получили ПБВ, содержащие добавки трехблочного сополимера типа «стирол-бутадиен-стирол» (SBS) в количестве до 6,5 % от массы битума.

Различная физико-химическая природа структурных блоков сополимера обеспечивает образование самоорганизующейся трехмерной полимерной сетки в объеме ПБВ вследствие физической сшивки макромолекул полимера при охлаждении. За счет этого битумное вяжущее приобретает свойства, присущие эластомерам, что приводит к большей упругой деформативности (эластичности), к снижению хрупкости при низких температурах и к повышению сдвигоустойчивости покрытия при высоких температурах эксплуатации. Выбор марки полимерно-битумного вяжущего для ЩМА рекомендуется производить с учетом ОДМ.218.2.003-2006.

При использовании в смеси полимеров иногда допускается отказ от волокнистых добавок или уменьшение их процентного содержания, если показатель стекания вяжущего, как и другие показатели физико-механических свойств ЩМА, соответствуют регламентируемым действующим нормам.

Следует отметить, что ГОСТ 31015-2002 распространяется на щебеночно-мастичные смеси, содержащие стабилизирующую добавку, которая вводится на стадии приготовления смеси. В то же время в последнее время исследователи асфальтобетона и рационализаторы уделяют большое внимание технологиям приготовления щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей без применения специальных битумоудерживающих добавок. К этому подталкивают соображения экономии и стремление упростить технологический процесс.

Одно из направлений - изменение состава минеральной части за счет повышения содержания минерального порошка.

Другое - модификация структуры битумного вяжущего до начала приготовления смеси. Однако в первом случае может ухудшаться удобоукладываемость асфальтобетонной смеси.