Способ проектирования состава песчаного асфальтобетона

 

<191 КЦ (1ц (51) 5 С04В26 2б

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

-4 (21) 4921962/33 (22) 25.03.91 (46) 15.10.93 Бюп. Ма 37-38 (76) Голубев Александр Иванович (54) СПОСОБ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОСТАВА

ПЕСЧАНОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА (57) Использование: дорожно-строительные материалы Сущность изобретения: способ проектирования состава песчаного асфальтобетона эаключа— ется в определении плотности и насыпной плотности песка и минерального порошка, определении их гранулометрического состава, расчете объемчых коэффициентов раэдвижки зерен с учетом гранулометрического состава песка и минерального порошка и толщины прослойки битума с последующим определением расхода песка, минерального порошка и битума на приготовление 1 м уплотнена ного асфальтобетона по формулам. учитывающим плопюсть и насыпную плотность песка и минерального порошка и объемные коэффициенты раздвижки зерен песка зернами минерального порошка, прослойкой битума и зерен минерального порошка прослойкой битума. Способ позволяет упростить проектирование смеси и обеспечивает формирование оптимально упакованного зернового каркаса

2001033

Изобретение относигся к строительным материалам и может быть использовано в лабораториях асфальтобетонных заводов и дорожно-строительных организаций, Известен способ приготовления песчаного асфальтобетона и оценки его эксплуатационных свойств при использовании активироваййого и tteaKTIII3(lpotlnttttoro песка..-ИзЬестный способ подборэ песчаного асфальтобетона является трудоемким и длительным, требует проведения бо»ьшого количества экспериментальных проверок и корректировок предвар(1тельно подобранных составов по графикам и таблицам, не гарантирует оптимллы(ости уг: Kct(3K!1 зерен минеральной гости асфлль1oб: тоtÿ, Наиболее близким по teхI I IecKOI1 сущности к предлагаемому явл .ст л способ проектирования составл лсфлльтобетонл с

11спользованием песка (3 качествe заполнителя.

Однако известный способ проектирования состава песчаного лсфл»ътобегонл основан на зкспериме1ITллыlot4 определеllè(4 коэффициента рлздвижки зерен и не учитывает влияние рлздвижки зерен битумной прослойкой, поэтому не обеспечивает оптимальной упаковки зерен в пр. гото(3ленном составе асфлльтобетона.

Цель изобре1ения -- упрощсн((е проектирования и формирование oIITI1t4;3»btto упакованного зернового клрклсл лсфальтобе1она, Достигается тем, что I3 cti(tc()5e tipoeKT(1 ровэния состава пссчлного л:флль обе1онл, вкл(очлющем ortpepefiet«te и 1(3(((ости и насыпной плотности песка и I little(3»»«ног(3 порошка, О П РЕДС»: iii1Е их грануло летрическс го сос ID("..1 I определение расхода сырьевых Kot4II(не»3 эв песка, минерального порошка и б(11уi i; для приготовления 1 м уплотненного асфлльтобетона, определяют объемные Koзффиц(4ен ы раздвижки зерен песка зерна(.1и минерального порошка по формуле.

d»I + (Змп! а=,; — — -- (1»-, ч « ф d»l где а — обьемный коэффи (».I(3 pççä(34жки зерен песка зернами мин(.рл»ъногcl Iiopnii ка. безразмерная величинл;

rI, Al — число узких фракций соотвеT(Iвенно песка и минерального порошка:

d»l, (1мп — размер зерен пе(;Kt3 tl » rи(, минерального порошка cooii!ereò»åítio, t1, q»I, qM»l — массовая дог,(i i (сtoòttèõ сстатКОВ На СИтаХ фраКцИИ rt 3„т Л it 14ИН ptanb— ного порошка, coo . с гс(воHtI(3, безразмерные величины. определяют обьемные коэффициенты раэдвижки зерен песка и минерального порошка прослойкой битума по формуле:

5 з

d»i, dM»t + h1 а6 =

d»l омп! где аь — объемный коэффициент раэдвижки зерен песка и минерального порошка прослойкой битума, безразмерная величина:

hI — толщина прослойки битума, м, а расход сырьевых компонентов определяют соответственно по формуле: пЕСка VII =

1, м; апмп апБ

20 минерального порошка

Зп тл 3, Ir3» ам»Б

75 битума т т

1» 1 - .з

tT т где Vtt, VM» насыпной объем песка и мине30 рального порошка соответственно, м;

ЧБ — объем битума, м; з, р„, р „ вЂ” плотность песка и минерального порошка соответственно, кг/м;

) и, yM — насыпная плотность песка и

35 минерального порошка соответственно, кг/м; а»м» — обьемный коэффициент раздвижки зерен песка частицами минерального порошка;

40 а,Б — объемный коэффициент раэдвижки зерен песка прослойкой битума; а,„„Б — объемный коэффициент раэдвижки частиц минерального порошка битумом.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1, Для приготовления состава песчаного асфальтобетона используется следующее сырье;

Песок природный кварцевый; минеральный порошок известняковый; битум марки БНД 90/130.

Гранулометрический состав природного песка определяют по ГОСТ 18318-73 с использованием набора сит по ГОСТ 358473, Определение плотности и насыпной плотности природного песка и порошка производят по ГОСТ 8735-65. Песок для строителы(ых работ. Методы испытаний, 2001033

По результатам испытаний получены следующие величины физических показателей минеральных материалов: песок, плотность — 2.65 т/м, насыпная . з плотность — 1,4 т/м, з

5 результаты ситового анализа природного песка следующие: частные остатки на ситах:

2,5 мм 4,0

1,25 мм 3.6 6 10

0,63 мм 11,1 (>

0,315 мм 31,2

0,14 мм 41,5 014 мм 86 $ минеральный порошок, плотность 2,70 15 т/м, насыпнал плотность — 1,86 м, фракз з ция < 0,071 мм.

Полученные физические показатели минеральных материалов служат исходными данными длл проектированил состава пес- 20 чаного асфальтобетона объемом 1 м .

Проектирование состава песчаного асфальтобетона производят в следующей последовательностии.

Определяют объемные коэффициенты 25 раздвижки зерен природного песка частицами минерального порошка по формуле: алБ = оп + бмп (0;63 + 0,009)з 1 043

0,63

30 (2,5 + 0,071)з = 1,088;

2,5

1,25 + 0,71)3 1,180;

1,25

40 (0315+0071)31840

Определяют долю участия в объемном коэффициенте раэдвижки зерен песка прослойкой битума с учетом массового содер45 жания черен в узких фракциях песка: (0,14 + 0,071)3 = 3 423

t (0 07 + 0,07)3 8 000

Определяют долю участил зерен песка в объемном коэффициенте раэдвижки зерен песка частицами минерального порошка с учетом содержания песка в частных остатках на ситах;

55 а о,14 =,079 0,416=0,448; (0,63 + 0,071)з = 1,378;

1 а 2,д = 1,088 . 0,040 = 0,044; а1,2g = 1,180 0,036 = 0,042; а о,вэ 1.378 0.111 - 0,153; а о,з1 - 1,840 0,312 0,574; а о,14 - ).423 0,415 - 1,379; а о,14- 8.00 0,086 - —

0,688, 2,880

Общий объемный коэффициент рвэдвижки зерен песка частицами минерального поРошка Равен ап 1л -2,880.

Определяют объемный коэффициент раэдйижки зерен песка прослойкой битума по формуле:

Гилщина битумной прослойки на зернах (частицах) различного размера приведена в источнике (1, с, 225 и 2, с. 64 — 65) а2,5 = (— ) = 1,С 17

2.5 + 0,0 l4 з

2,5

1,25 + 0,014 э а 1,2о — (1 2- = — ) = 1,034

1,25,0,315 + 0,0044)3 1 042 а " 0315

O,14 + 0,0036 з а 14 = (— — ) = 1,079;

0,14

0.07 + 0,00026 э

0,07 } 1,011. а г,s = 1,017 0,040 = 0,041; а;,-.5 =- 1,034 . 0,036 = 0,37; а о оз = 1,043 0,111 = 0,116; а о,з1 = 1.042 0,574 --- 0,598; а о,от= 1,0 1 0.086

0,087 .

T,327

2001033

=1,011;

Vnyc.см ЧБ

Р— y; Vп мп =

Рп ампБ

2,% — 1,4 . 0,262

Общий объемный коэффициент раздвижки зерен песка битумной прослойкой равен: апБ = 1,327.

Определяют объемный коэффициент раздвижки частиц л1инерального порошка битумной прослойкой по формуле;

0,035 + 0,00026 ампБ = — — — — — — — — 1,022, 0 035 ао,о71 = 1,011 0,0 =- 0,809

0,201 ао,озБ=-1,022 0,2 =- -- —-1.013

Общий объемный коэффициент раздвижки частиц минерального порошка битУмной пРослойкой Равен: ампБ = 1,013.

Определяют потребность природного

3 песка для приготовления 1 м песчаного асфальтобетона по формуле:

1 1 з

Чп -, — 2 88 1,327 — — 0,262 м, Определяют потребность м»не 7ального порошка для приготовлен»я 1 м песчаного асфальтобетона по формуле:

Определяют потребность битума для приготовления 1 м песчаного эсфальтобез тона по формуле:

14 0262 1,% .,65 ) (2,! Щ13) - 0,862 0,320 =- 0,276 м .

Определяют объем монол»тных зерен (частиц) минеральных ком»оно»поп и составе песчаного асфальтобе1она но формуле: /мон. (Vn — Vn Vnn)+(и мп — нмп нмп ) =

-(0,262-0,262 . 0,472)+(0,851 -0,%1 0,311) =

=(0,262 — 0.124)+ (0.51 — 0.265) - 0,138+ 0.586- 0,724 м, ) п 1,4 з

5 "" /эп 2.65

V п =1 — =1 — — -0472 м

Vïìn 1 =1 0,311 м. мп 1,86 3 ï 2,70

10 Объем песчаного асфальтобетона

Vna - Чмон + Vnyc,см - 0,724 + 0.276 - 1,000 м равен планируемому объему, Плотность проектируемого песчаного асфальтобетона определяется по формуле:

1 na =-/ п /мон.п +Рмп /мон.мп +РБ 1/Б =

= 2,65 . 0,138 + 2,7 0.586 + 1,02 0.276 =

=-0,366 - 1,582 + 0,282 = 2,230 т/м, Содержание компонентов в полученной

25 песчаной асфальтобетонной смеси. мас.%:

Песок 16,4

Минеральный порошок 71,0

Битум 12,6.

Пример 2. Методы испытаний мате30 риалов аналогичны примеру 1. Используется минеральный порошок другого гранулометрического состава (по ГОСТ

16557-79). Фракционирование минерально.о порошка через набор сит дает следую35 щие результаты: частные остатки на ситах:

1,25 лил 0,8%

0,63 мм 1,6%

0,315 мм 3,9%

40 0,14 мм 12,3%

0,071 мм 81,4% плотность минерального порошка — 2,7

1/м, насыпная плотность — 1.98 т/м .

3 з

Для приготовления песчаной смеси ас45 фальтобетона используется смесь природного песка следующего состава (искусственная смесь):

5мм 25мм 1,25 мм 3,8% 900% 62%

50 плотность песка — 2,65 т!м, насыпная плот3 ность — 1,63 т/м, з

Указанные материалы с приведенными физ»ческими показателями служат для проектирования состава песчаного асфальтобе55 тона объемом 1 м .

П ;оектирование состава песчаного асфальтобетона производят в следующей последовательности.

2001033

10 (dn + бмп)з

dï

5 6Ъ = 1.428 0,016 0,023; (5 + 1,25)з = 1.953;

10 (5 + 0,63)3 1,428 (5 + 0,315)з = 1,201; (5 + 0,14)з = 1,086;

5+0,071)з =1043

25 (2,5 + 0,63)з 1 963

1 (2,5 +0,315)з = 1,428;

30 а 12 =- 1,180 0,814 = 1 2

0,961

I (2,5 + 0,14)з 1 178

Определяют долю участия в общем обьемном коэффициенте раздвижки зерен сме35 си песка частицами минерально1о порошка с учетом содер кэния узких фракций в смеси песка; (1,25 + 1,25)3 8.00;

1,25

40 а р,g = 1,138 0,900 - 1,024; (1,25 + 0,63)э = 3,402;

Общий обьемный коэффициент раздвиж :н зерен песка частицами минерального порошка: а„,, =- 1,145.

Определяют объемный коэффициент разд;ижки зерен песка прослойкой битума по формуле: (1,25 + 0,071)з = 1,180 .

1,25

Определяют долю участия зерен песка в объемном коэффициенте раздвижки зерен песка частицами минерального порошка с учетом содержания узких фракций мине- 55 рального порошка.

Г +„ Э а„г,= —"— оп

Определяют объемные коэффициенты раздвижки зерен смеси песка частицами минерального порошка по формуле: ау,5 =(— ) =3,375;

2,5+1,25 g

2,5

= (2,5 + 0,071)з = 1,088;

2,5

1а (1,25 + 0,315)з 1,963

I а 1 25 = (1,25 + 0,14)з f 375 а5 = 1,953 0,008 = 0,016; а г,5 = 3,375 0.008 - 0,027; а 1,zq —— 8,000 0,008- 0,064 а р,5 = 1,963 0,016- 0,031: а 1,25 = 3,402 0,016- 0.014; а5 = 1,201 0.039 - 0,047; а 2,5 = 1,428 0,039- 0,056: с а 1,25 = 1,963 0,039 - 0,077 а5 = 1,096 0,123- 0,134; а 2,s = 1,178 0,123= 0.145; а 1 25 = 1,375 0,123 - 0,169; й., — 1,043 0,814—

0,849 . аг„; =1,088 0,814=

0,886

1,138 а =1,069 0.038=0.041; а1-„; = 1,285 0,062 = 1 145

0.080

Толщина битумной прослойки на зернах (част11цэх) приведена в работе f1, с. 225, 2. с.

64 — 65j. п r r

2001033

12 (5 + 0,033)э = 1,020:

5 / 1 1 апнц апБ 1,145 1.018

= 0.858 м;

Определяют потребность минерально10 го порошка для приготовления 1 м песчаного асфальтобетона по формуле:

v„„= y" "" =

Рп ампБ

15 апБ= 1,018

Определяют обьемный коэффициент раздвижки частиц минерально о порошка прослойкой битума по формуле:

= (1 — 0,528) (1 — 0.718) - 0.472 0,28230 -=0 133 мэ

Определяют объем монолитных зерен (частиц) минеральных компонентов в составе песчаного асфальтобетона по формуле:

Нмон. = (Vn )/и Vnn) + (VMn Чмп Чпмп)

35 = (0,858 — 0,858 0.385)+ (0,462 — 0.462 0,267)= (0,858 — 0,330) + (0,462 — 0.123) = 0,528 +

+0,339 = 0,867 мэ; где

40 Vïï = 1- — = 1 — = 0,385 м, ъ и 1,63 3, пп — Рп — 2 65

Обьем песчаного асфальтобетона

Vna = Нмон+ Vnyc.åì = 0,867+ 0,133 1,000 з

Vnyc.ем. = V5

50 равен планируемому объему.

Рпа /мон.п /)n + /мон.мп /Ъп + ЧБ P5 = — — 2,65 0,528+ 2,7 0,339 + 1 02 0,133 = 1,339+

+0,915 + 0,136 = 2,450 т/м: содержание компонентов в планируемой песчаной асфальтобетонной смеси, мас. (,: ампБ- 1,021

2,5 + 0,014)3 =- 1,017;

/1 25 + 0 014)э а 1,25 = (1 2 а5 = 1,020 0.038 = 0,039: а 2,5 = 1,017 0,900 = 0,915; а1,25 = 1,034 0.062 = 1 018, 0,064 .

Общий обьемный коэффициент раэдвижки зерен песка прослойкой битума равен:,1,25 + 0,014 g 1 014

@125 =(, 25 = 1,034 а =(063+009) =1043, 1,0.315 + 0,0044 э — 042

0,315

0,14 + 0,0036 э аoi4 =(— — — ) =1079;

0.14.0,07 + 0,00026,э 1 011, ао.оп =(-

0.07 а 1.25 = 1.034 0,008= 0,0083; а о,бз = 1.043 0,016= 0,0166; а о,з15 = 1,042 0,039 = 0,406, ao,è = 1,079 0,123 = 0,1327; ао,ол =1,011 0,814 = —

0,8229, 1,021

Общий объемный коэффициент раэдвижки зерен (частиц) минерального порошка прослойкой битума равен:

Определяют потребность смеси песка для приготовления 1 м песчаного асфальтобетона по формуле: — 0,462 м

2,65 — 1,63 0,858 з

1 1

Определяют потребность битума для приготовления 1 м песчаного асфальтобетона по формуле:

ve= (1 Й вЂ” чл) . (1 м ) (1---Y65 — ) (1-,— ) =

1,Я 0,858 1,98

Vпмп —— - 1 — -" — "- = 1 — = 0,267 M

Плотность (объемная масса) проектируемого песчаного асфальтобетона определяется по формуле;

2001033

57,1

Vìn

-,0462 м битума:

Н9- (— Д -— ) (1 — — 92 — ) = (2Ж ) (1 ) 2,65 — 1,4 1 1,86

= 0,472 0,325 - 0.153 м

Vìoí. - (1 — 0,472 1) + (0,462 — 0,31 1 0,462)=

= 0,528 + 0,318 = 0,846 м

Плотность уплотненной смеси составит:

na = 0,528 2,65+ 0,318 . 2,7+ 0,153 1.02 =

= 2,414 т/м

Расход компонентов для приготовления 1 м уплотненного асфальтобетона соэ ставит: песка — 1,399 т 58,0% (мас.) минерального порошка 0,859 т 30.6% битума 0,156 т 6,4%

Пример 4. Бескаркасная структура асфальтобетона при anMn = 1 и ггпБ -1,02.

Расход компонентов для приготовления

1 м уплотненного асфальтобетона составит

1 1 песка Ч вЂ”, . а,Б 1 1,02

= 0,980 м; минерального порошка

Клп Н 2,69 — 1.4 0,990

Pn 4тмпБ 2,65 1,002

-0,481 м, битума

tr ю

Н9= (1-н - — "-) (1 — — — ) =

Песок

Минеральный порошок 37,4

Битум 5,5

Пример 3. Каркасная структура песчаного асфальтобетона (смесь минерального порошка с битумом не нарушает скелетную структуру песка как заполнителя асфальтобетона), ее формирование происХОДИТ ПРИ аг1мл =1 И алЬ 1, ПРИ ЭтОМ РаСход песка для получения 1 м уплотненного асфальтобетона составит: Vn - 1 м минерального порошка:

/ — ЛЗ вЂ” > 1 Г- тдт>=

2,65 — 1,4 0,980 1,86

0.482 0,312 -0,152 м

Чмон. - (0,98 — 0.98 0,472) +

5 +(0,481 — 0,481 0.311) "0,517+ 0,331-0,848 м .

yù - 0.517 2,65+ 0,331 2,7+

+0,152 1,02 - 2,42 т/м .

Расход компонентов для приготовления

10 1 м уплотненного асфальтобетона составит:

Песка 1.370 т 56,6%

Минерального порошка 0,894 т 37,0%

15 0,155 т 6,4%

Битума

2,419 т 100,0%

Полученный состав использован для приготовления образцов. результаты испытаний соответствуют требованиям ГОСТ

9128 — 84.

Применение предлагаемого способа проектирования состава песчаного асфальтобетона по сравнени.о с прототипом обес25 печивает возможность точного определения соотношения компонентов на основе проведения лишь трех видов испытаний минерального сырья (синтовой анализ, измерение массы, объема материала с последующим определением плотности и насыпной плотности сыпучих компонентов).

Для каждого конкретного производственного набора cblpt,cOI, материалов необходимо производить расчет соотношений компонентов по предлагаемому способу, т.к. свойства проектируемого состава находятся в прямой зависимости от физических показателей сыпучих компонентов и физической закономерности упаковки зерен с

40 учетом размеров зерен (частиц), пустотности кол1поне11тов, раздвижки зерен всеми компонентами системы.

Способ проектирования состава песчаного асфальтобетона по сравнению с суще45 ству1о1цил1и способами подбора состава предусматривас1 з 1ач11тельное сокращение объема экспери9лентальных проверок и корректировок результатов рэсчетов, Способ готов для немедлен11огс внедрения в производство, в таил числе с использованислt соврем,1нt ых вычислительных срiдств, обеспечивающих воэможность оптнл1;;За ЦИИ СОС1а СОВ В ЗаВИСИМОСтИ От ХаРаКтерI1c TMK сt/Iрьевых 1латер;1алов. (5bj!Q. B. Соколов. Проектирование состава доро.кн ых ас 1:ал 1.тобе гонов, Учебное пособие. Cr1ск, С.1ЫДИ, 1979. с. 64 — 65, с. 91-92.

Р Снеtt (1. А. Асфальтовый бетон. — M.:

Высшая школа, 19СЭ с. 325 — 328.

2001033

16

Составитель А.Голубев

Редактор Е.Полионова Техред M.Moðãåíòàë Корректор Н.Милюкова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5. Заказ 3108

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

СПОСОБ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОСТАВА ПЕСЧЛНОго АсфАльтоБетонА, включающий определение плотности и насыпной плотности песка и минерального порошка, определение их гранулометрического состава, расчет объемных коэффициентов раздвижки зерен с учетом гранулометрического состава и определение расхода сырьевых компонентов для приготовления 1 м уплотнен- 10

3 ного асфальтобетона. отличающийся тем, что объемные коэффициенты раздвижки зерен песка зернами минерального порошка определяют по формуле

3 15

n " dn +dpfn ! !! !лл л!лл! ! где а - объемный коэффициент раздвижки зерен песка зернами минерального порошка, безразмерная величина; и и m - число узких фракций соответственно песка и минерального порошка; бп1, дмп1 . РаЗМЕР ЭЕРЕН СООтВЕтСтВЕННО песка и минерального порошка, м;

Цп1, О!,и! - МаССОВаЯ ДОЛЯ ЧаСтНЫХ ОСтатков на ситах фракций соответственно песка и минерального порошка, безразмерные величины, а объемные коэффициенты раздвижки зе- 30 рен песка и минерального порошка прослойкой битума определяют по формуле

dn.d„n+Ë; ! ал = !! n! млт где и6 - объемный коэффициент раздвижки зерен песка и минерального порошка прослойкой битума, безразмерная величина;

hi — толщина прослойки битума, м; и расход сырьевых компонентов определяют по формулам соответственно

Vn л . ™ ллмл

V ! n 1 n Vn л!л рл any

x(1 — "" )

Рмп clun6 где Vn Ч!п - насыпной объем песка и минерального порошка соответственно, м;

V6- Объвм битума, М; рп, у!.!и - плотность соответственно песка и минерального порошка, кг/м; аппп — насыпная плотность соответственно песка и минерального порошка; ип6 - объемный коэффициент раэдвижки зерен песка зернами минерального порошка; и!!п6 объемный коэффиЦиент РазДвижки зерен песка прослойкой битума.