Способ проектирования состава асфальтобетона

(76) Голубев Александр Иванович(54) СПОСОБ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОСТАВААСФАЛЬТОБЕТОНА(57) Использование: дорожно-строительные материалы. Сущность изобретения; способ проектирования состава асфальтобетона заключается в определении плотности и насыпной плотности щебня(гравия), песка и минерального порошка, определе -нии их гранулометрического состава, расчете объемных коэффициентов раздвижки зерен с учетомгранулометрического состава и толщины прослойки Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам ОПИСАНИК ПАТЕНТУ битумд с последующим определением расхода щебня (гравия), песка, минерального порошка и биэтума на приготовление 1 м уплотненного асфаль - тобетонд по формулам, учитывающим плотность и насыпную плотность щебня (гравия), песка и минерального порошка, и толщину прослойки битума и объемные коэффициенты раздвижкн зерен щебня (гравия) песком, минеральным порошком, зерен песка минердльнымн порошком, прослойкой битума и зерен минерального порошка прослойкой битума. Способ позволяет упростить проектирование смеси и обеспечить формирование оптимально упакованного зернового ндркдсдТаблица 1 Зависимость состава смеси асфальтобетона от гранулометрического состава щебня (припостоянстве физических показателей основный компонентов),35Расход компонентов для приготовления асфальтобетронной смеси составила;ЩебеньПесок Минеральныйпорошок 0,168 м 0,312 т 12,0% Битум 0,054 м 0,054 м 2,1% Результаты испытаний образцов приведены в табл. 2.Применение предлагаемого способа проектирования состава асфальтобетона по сравнению с прототипом обеспечивает воэможность точного определения соотношения компонентов для приготовления единицы объема планируемого состава асфальтобетона на основе ограниченного числа исходных физических показателей минеральных компонентов (гранулометрический состав, плотность и насыпная плотность), сокращение объема экспериментальных испытаний, точного учета свойств производственных материалов на состав и через состав и структуру - на эксплуатационные свойства альфальтобетона.Предлагаемый способ проектирования состава асфальтобетона, основанный на математическом описании физической сущности явлений и процессов уплотнения сыпучих и наполненных систем, может быть использован в качестве основы для управления составом и структурой асфальтобетона с применением современной вычислительной техники.Предлагаемый способ готов для проведения широких производственных испытаний, не требующих капитальных затрат,23 2001032 24 Составитель А,ГолубьевРедактор Е,Полионова Техред М.Моргентал Корректор О.Густи Заказ 3108 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 Формула изобретенияСПОСОБ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОСТАВА АСФАЛЬТОБЕТОНА, ВКЛЮЧаЮщий ОпределЕнИЕ плОтнО- сти и насыпной плотности щебня (гравия), песка и минерального порошка, их грану лометрического состава, расчет обьемных коэффициентов раэдвижки зерен с учетом гранулометрического состава, определение расхода сырьевых компонентов щебня (гравия), песка, минерального порошка и3битума для приготовления 1 м уплотненной асфальтобетонной смеси, отличающийся тем, что объемные коэффициенты и раздвижки зерен щебня (гравия) зернами песка и минерального порошка и песка минеральным порошком определяют по фор- муле 3щфпТщ;и,+А,;ЛП, а ,Чщ и МП щп п 1 и 520где ощ 1 п - размер зерен щебня (гравия) и песка соответственно, м; бп мп) - размер зерен песка и частиц минерального порошка, м; 25 гп,п,з - число узких фракций соответственно щебня (гравия), песка и минерального порошка; Ощщ пп мп - массовая доля узких фракций соответственно щебня (гравия) пе ска и минерального порошка, безразмерная величина, а объемные коэффициенты иб раздвижки зерен щебня (гравия) песка и минерального порошка прослойкой битума определя ют по формуле ощ,п; ггтг+ 1 цбфщ;п,МП; где ощ 1 пмп - размер зерен щебня (гравия),40 песка и частиц минерального порошка соответственно,м;1 и - толщина прослойки битума, м,и расход сырьевых компонентов определяют по формулам:щебня г авия=(УщРщ ащп ащмп ащбУп( Рмпимпб)где рщ, м, - плотность соответственнощебня (гравия), песка и минерального порошка, кг/мэ;ущ,п,мп - насыпная плотность соответственно щебня (гравия), песка и минерального порошка, кг/м;ащп - объемный коэффициент раздвижкизерен щебня (гравия) песком;ащмп - объемный коэффициент раздвижки зерен щебня (гравия) частицами минерального порошка;ащб - объемный коэффиЦиент РазДвижкизерен щебня (гравия) прослойкой битума,апмп - обьемный коэффициент раэдвижки зерен песка частицами минерального порошка;апб - объемный коэффиЦиент РазДвижкизерен песка прослойкой битума;ампб - ОбЪЕМНЫй КОЭффИЦИЕНт РазДВИжки частиц минерального порошка битумом, 2001032з20 ощ и мп + иаБ =бщ и мп где аБ - объемный коэффициент раздвижки зерен щебня (гравия), песка и минерального порошка прослойкой битума,безразмерная величина;дщ и мп размер зерен щебня (гравия),песка и минерального порошка соответственно, м;и - толщина прослойки битума, м, арасход сырьевых компонентов определяютсоответственно по формулам:щебня (гравия) Чщ(т) =35 =, м,1 3ащп%цмпащБ песка2 Й ).40РщЙщпащмпащБ апмпапБ А1минерального порошка 4 5 7 п , 3Рп апмп апБl апмБ 50 з 55пдф бщ и + Оп мп;а=рт Чпп рупьоп п Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано в лабораториях дорожно-строительных организаций и асфальтобетонных заводов. Известен способ подбора соотношений минеращНымфомпонентое для приготовления смесиасфальтобетона.Одтако известный способ имеет существенные недостатки: длительность проведения испытаний сырья и образцов, недостаточная точность подбора соотношений компонентов, отсутствие оптимальности в упаковке зерен подобранной асфальтобетонной смеси.Наиболее близкил по технической сущности к предлагаемому является способ проектирования асфальтобетона,Недостатками известного способа проектирования состава асфальтобетонной смеси являются: длительность и многооперационность испытаний сырья и образцов, сложный и длительный расчет состава смеси, основанный на использовании величин, полученных эмпирическим путем (коэффициенты раздеижки), отсутствие оптимальности в формировании зернового каркаса заполненной системы. Цель изобретения - упрощение проектирования, снижение материальных, энерго- и трудозатрат на испытание материалов, получение оптимально упакованной системы с учетом физических показателей конкретного сырья,,Достигается это тем, что в способе проектирования состава асфальтобетона, включающем определение плотности и насыпной плотности щебня (гравия), песка и минерального порошка, их гранулолетрического состава. расчет обьемных коэффициентов раздеижки зерен с учетом гранулометрического состава, определение расхода сырьевых компонентов - щебня (гравия), песка, минерального порошка и битума для приготовления 1 м уплотненной3асфальтобетонной смеси, определяот обьемные коэффициенты раздвижки зерен щебня (гравия) зернами песка и миерального порошка и песка - минерзльыл порошком по формуле: а - объемный коэффициент раздвижки зерен щебня (гравия) зерна лпеска и минерального порошка. зерен песка - частицами минерального порошка, безразмерная величина;Ощ и - размер зерен щебня (гравия) и песка соответственно, м;Оп мп- размер зерен песка и частиц минерального порошка соответственно, м;т, и, э - число узких фракций соответственно щебня (гравия), песка и минерального порошка;рщп пп и, - массовая доля узких фракций соответственно щебня (гравия), песка и минерального порошка, безразмерная величина. определяют объемные коэффициенты раздвижки зерен щебня (гравия), песка и линерального порошка прослойкой битума по формуле: битулаМБ= АВ 11 м,ОмпампБ/ где рщ п.мп - плотность соответствующего щебня (гравия), песка и минерального порошка, кг/м;з,ущ п.мп - насыпная плотность соответственно щебня (гуавия), песка и минерального порошка, кг/м;2001032 ащп - объемный коэффициент раздвижки щерен щебня (гравия) песком;ащл - объемный коэффициент раэдвижки зерен щебня (гравия) частицами минерального порошка; 5ащб- объемный коэфФициент раэдвижки зерен щебня (гравия) прослойкой битума;а,мп - объемный коэффициент раэдвижки зерен песка частицами минерального порошка;10апБ - обьемный коэффициент раздвижки зерен песка прослойкой битума;арпб - обьемный коэффициент разРдвижки частиц минерального порошка битумом,15 Результаты ситового анализа следу:це: 2,5 1,25 С,63 ,315 0,14 0 15 О 15 30 350,14 5,0Определяют объемные коэффициентыраздвижки зерен щебя зернаци песка по 405 формуле: 5 + 0,315Способ осуществляют следующим об. разом.П р и м е р 1, Для приготовления состава асфальтобетона используется следуощее сырье:щебень гранитный;песок природный кварцевый;минеральный порошок известняковый; битум марки БНД 90/130. Размер зерен, мОстатки на ситах, %Плотность песка 2,66 т/м;з.Насыпная плотность песка 1,44 т/м .з Для расчетов используется линеральный порошок с фракцией0,071 мм, плотностью 2,70 т/м, насыпной плотностьюз1,86 т/м (фракция0,071 выделена из.известнякового минерального порошка с тонкостью помола, мас,% 85).Характеристики битума БНД 90/130 взяты из источника (1, с. 225),Проектировале состава асфальтобетона объемом 1 м прпизцодится в следующейзпоследовательности. Щебень гранитный подвергается разделению на узкие фракции на вибростоле наситах 15, 10, 5 и 2.5 мм (по ГОСТ 8269 - 64),Щебень из естественного камня и гравиядля строительных работ. Методы испытаний),Результаты силового анализа щебняследуощие;размер зерен15 мм 010 мм 355 мм 60",(25 мм 5Плотность и насыпная плотность гранитного щебня, определенные по ГОСТ8269-64 (Щебень из естественного камня играш;й для строительньх работ, Методы испытаний), имеот величины соответственно2,70 и ,51 т/м,зОпределение гранулометрического состав, плотости и насыпной плотности природного псска н порошка проводися поГОС 1 8735-75, (Песок для строительных работ, 1 Лотодь испытаний), По результатам испытаий получеы следующие физическиепоказаели песка:(2,5 + 0,07)з= 1,086;а г,5Определяют долю участия зерен песка 15 в обьемном коэффициен(е разд( кки зерен щебня с учетом частных огтг(т( и ( л ситах; а 5= (- - - ) =-1,043: 5+0,71 з(2,5 + 0,014)з 1,017; 5 = 1,0 350 = 0,3 600 = 0,6 о = 1,016 а 5=. 1,020 9( 1,0 Общий обье вижки зерен ще равен ащг, .= 1,01 раэ- йкой(те р;ззд. ки зерен х ост з ( ко а ситах Общий объемный коэффициент раэдвижки зерен щебня зернами песка равен Определяют обьемный коэффициент раздвижки зерен щебня частицами минерального порошка по формуле: а (о= () =1,021; 10+ 0,71 3гх (о = 1,021 0,35 = 0,357;а 51,043 0,60 = 0,626; гх г,5= 1,088 0,05 = -0,054 Общий коэффициент раэдвижки зеренщебня частицами минерального порошка: Определяют обьемный коэффициент раздвижки зерен щебня битумной прослойкои по формуле: гх (о= ( -) =1,016; 10+0,54 3= 1,021; = 1,011; м.Таким образом, смешав 0.091 м фракции с размерами зерен 30 мм, 0,279 м фракз ции с размерами зерен 20 мм и 0,775 м фракции с размерами зерен 10 мм, получим 1 м смеси с оптимально упакованными зернами(арифметическая сумма насыпных объемов всех трех фракций равна 1,145 мз), значит, произошло увеличение насыпной плотности смеси на (1,145 - 1) = 0,145 мЭ 10+1,2 10) -1,201; ) -1,098; а 10 -Чмон.с)30 + 7 см.ш 10+1 он.с 120 +РщЧмон с 110 1 о - с - ) -1 10 + 0,14 з Определяют потребность фракции сразмерами зерен 10 мм для указанной целипо формуле:- 0,775 м .Определяют остаточную пустотность смеси зерен щебня по формуле: Чпс 110 = 1 -- = 1 -=0,422Ус)10 1.56 Рс)10 2.7 где з Чо.п. = 0.775 0,422 = 0,327 м,Чмон.см = (Чс)ЗО Чс 1 ЗОЧпс 1 З 0) + Чмон.см = (0,091 - 0,091 0,303) +=0,157 + 0,448 + 1,210 - 1,815;Л усм - 0,1451.815 0.263 т/м . Проектирование состава асфальтобетона на основе смеси щебня (30, 20 и 10 мм), песка природного, минерального порошка и битума производят в следующей последовательности. Определяют объемные коэффициентыраздвижки зерен щебня зернами песка поформуле: сизо = ( -- у - -) = 1,014; 30+0,14 з,021 0,666 -0,680 1,018 фициент разами минераль,018,коэффи мной пр циент ослой 30 +0,07з 0 - ( 3 О+ 0 054) 10 35 Толщина б1, с,225 и 2, с,умной пленки по данн- 651. и зо1,008 87 = 0,088; и 20 = 1,010 0,247 = 0,2 0,6 1,0 и)о=1,01 0.247 = 0,263; а 2 о= 1,0 666 = -0,759, 1,1 17 1 о = 1,13 50 Общий коэ щебня зернамиОпределяю раздвижки эер рального порош О 16Ощнп -О а 10 ( в )нн в ) =1021 10+0,07 зОпределяют долю участия зерен пескв раэдвижке с учетом частных остатков нситах а зо = 1,130 0,15 = 0,17; а 1 о - 1,201 0,15 = 0,180 а зо = 1,032 0,30 = 0,310; а 2 о = 1,048 0,30 = 0,314; а 1 о = 1,098 0,30 = 0,329 азо= 1,014 0,35 = 0,400,а 2 о = 1,021 0,35 = 0,357;а 1 о = 1.043 0,35 = 0,365 а = 1,007 0,05 = 1090,0,050,а 2 о = 1,о 11 0,05 = 066,0,050,одержащие в смеси щебня газо - 8,7%, йо24,7%, с 1 о = 66-6% а зо = 1,090 0,087 = 0,095: ффициент раздвижки зерен песка равен ащп = 1,117. т объемный коэффициент ен щебня частицами минека по формуле: о = 1,011 0,247 = 0,250 Общий объемный коэф движки зерен щебня частиц ного порошка равен ащмп =Определяют обьемный развижки зерен щебня биту кой по формуле: Общий объемный коэффициент раздвижки зерен щебня битумной прослойкойаБ= 1,014.Определяют объемный коэффициентраздвижки зерен песка частицами минерального порошка (аналогично примеру 1):ипмп= 2,534,Определяют объемный коэффициент55 развижки зерен песка битумной прослойкой (аналогично пРимеРУ 1): апБ = 1,053.Определяют обьемный коэффициентразвижки частиц минерального порошка битумной (1 рс слойкой (аналогично примеру 1);ампБ= 1,011,18 2001032 17 Определяют обьемы монолитных зерен (частиц) минеральной смеси асфальтенобетона по формуле; 5 Чмон "(Чщ - ЧшЧпщ)+(Чп - ЧпЧпп)+ +(Чмп ЧмпЧпмп),Чщ 1,156 0,459) + 0,329 0.311) " ,284) + (0.156 - 0,102) - 0,583 + 894 м,анируемого ас Нм оп (0,8,02 О, 06 =- 1,574 + 0,223+ О,18 т/м, компот агентов альтобетона:м т 0,867 1, 0,156 О,ч 0,108 = 2,э Спдержанне мом составе эсф 1,44 планир мас.62,58,9 7 0,989 = 0,329 мз.потребность битума длям смеси асфальтобетона 4,ебень 5 Песок1,1 инеральныпорошокбитумРезультатыфальтобетона ирПримерасфдльтобетонагичны примеру 2 2 ип рмпЙмпБ(.7 1,011 Расход сырьевых компонентов для при отопления 1 м уплотненной асфальтобе з онной смеси составляет;9 м =0,106 Определяют потребность смеси щебня для приготовления 1 м смеси асфальтобетона по формуле: Определяют потребность песка по формуле: Определяют потребность минеральнопорошка по формуле;( Рщ щщп йщмп дц 5) х (1 -- -" = -- )1,815 )ЧБ= 1Рщ ЙцпПщмп0,10счетовведены3. Ка4 схор 0,613 24,3 0,108 43 остава смеси астабл, .асная структураданные анало