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 Аi, % равные сумме частных остатков (аi) 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]; Бi – битумоемкость фракции i; Рi – 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 Кщ=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 Км=15*100/74=27,7.
Определяем коэффициент для корректировки зернового состава песка Кп=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