Асфальтобетон тип г: Типы и марки асфальта: Классификация и особенности асфальтобетона

Marshall Mix Design — Pavement Interactive

Основные концепции метода расчета смеси Маршалла были первоначально разработаны Брюсом Маршаллом из Департамента автомобильных дорог штата Миссисипи примерно в 1939 году, а затем усовершенствованы U.С. Армия. В настоящее время метод Маршалла используется примерно в 38 штатах. Метод Маршалла направлен на выбор содержания асфальтового вяжущего с желаемой плотностью, которая удовлетворяет минимальной стабильности и диапазону значений расхода (White, 1985 ^[1] ).

Этот раздел состоит из краткой истории метода расчета смеси Маршалла, за которым следует общее описание фактического метода. В этом плане подчеркиваются общие концепции и обоснование конкретных процедур. Подробные процедуры различаются от штата к штату, но типичные процедуры доступны в следующих документах:

• Робертс, Ф.L .; Kandhal, P.S .; Brown, E.R .; Ли, Д.Ю. и Кеннеди, Т. (1996 ^[2] ). Горячие асфальтовые смеси, проектирование и изготовление смесей . Образовательный фонд Национальной ассоциации асфальтовых покрытий. Лэнхэм, Мэриленд.
• Национальная ассоциация асфальтобетонных покрытий. (1982 ^[3] ). Разработка процедур Маршалла для проектирования смесей для асфальтовых покрытий , Информационная серия 84. Национальная ассоциация асфальтобетонных покрытий. Лэнхэм, Мэриленд.
• Институт асфальта.(1997 ^[4] ). Методы проектирования смесей для асфальта , 6-е изд., MS-02. Институт асфальта. Лексингтон, Кентукки.

История метода Маршалла

(от White, 1985 ^[1] )

Во время Второй мировой войны Инженерный корпус армии США (USCOE) начал оценку различных методов проектирования смесей HMA для использования при проектировании покрытия аэродромов. Мотивом для этого поиска послужила постоянно возрастающая нагрузка на колеса и давление в шинах, производимое все более крупными военными самолетами.Ранняя работа на Экспериментальной станции водных путей армии США (WES) в 1943 году имела целью разработать:

«… простое устройство, подходящее для использования с существующим оборудованием California Bearing Ratio (CBR) для проектирования и контроля асфальтовых смесей…»

Наиболее многообещающим методом в конечном итоге оказался метод стабильности Маршалла, разработанный Брюсом Г. Маршаллом в Департаменте автомобильных дорог штата Миссисипи в 1939 году. Компания WES взяла исходный тест на стабильность Маршалла и добавила измерение деформации (с использованием расходомера), которое должно было помочь при обнаружении чрезмерно высокого содержания асфальта.Этот прилагаемый тест был в конечном итоге рекомендован для принятия в армию США, потому что:

1. Он был разработан, чтобы нагружать весь образец, а не только его часть.
2. Облегчает быстрое тестирование с минимальными усилиями.
3. Он был компактным, легким и портативным.
4. Он давал плотности, достаточно близкие к плотности поля.

WES продолжала совершенствовать метод Маршалла на протяжении 1950-х годов, проводя различные испытания материалов, транспортных нагрузок и погодных переменных.Сегодня метод Маршалла, несмотря на его недостатки, вероятно, является наиболее широко используемым методом составления смесей в мире. Вероятно, он получил такое широкое распространение, потому что (1) он был принят и использовался вооруженными силами США во всем мире во время и после Второй мировой войны и (2) он прост, компактен и недорого.

Методика расчета смеси по Маршаллу

Метод расчета смеси Маршалла состоит из 6 основных шагов:

1. Совокупный отбор
2. Выбор битумного вяжущего
3. Пробоподготовка (включая уплотнение)
4. Определение устойчивости с помощью стабилизатора Hveem
5. Расчет плотности и пустот
6. Выбор оптимального содержания битумного вяжущего

Совокупный выбор

Хотя Hveem специально не разрабатывала процедуру совокупной оценки и отбора, она включена сюда, поскольку она является неотъемлемой частью любого дизайна смеси.Типичная совокупная оценка для использования с методами расчета смеси Хвима или Маршалла включает три основных этапа (Roberts et al., 1996, ^[2] ):

1. Определить совокупные физические свойства . Он состоит из запуска различных тестов для определения таких свойств, как:
2. Определение других описательных физических свойств агрегата . Если агрегат приемлем в соответствии с шагом №1, выполняются дополнительные тесты, чтобы полностью охарактеризовать агрегат.Эти тесты определяют:
3. Выполните расчеты смешения, чтобы получить градацию агрегата проекта смеси. Часто агрегаты из более чем одного источника или склада используются для получения окончательной градации агрегатов, используемой в дизайне смеси. Пробные смеси этих различных градаций обычно рассчитываются до тех пор, пока не будет достигнута приемлемая окончательная градация дизайна смеси. Типичные соображения по поводу пробной смеси включают:
   • Должны быть соблюдены все спецификации градации. Типичные спецификации требуют, чтобы процент, оставшийся по массе на ситах определенного размера, находился в определенном диапазоне.
   • Градация не должна быть слишком близкой к кривой максимальной плотности мощности 0,45 FHWA. Если это так, вероятно, VMA слишком низко. Градация должна отклоняться от кривой максимальной плотности мощности 0,45 FHWA, особенно на сите 2,36 мм (№ 8).

Оценка асфальтового вяжущего

Тест Маршалла не имеет общей процедуры выбора и оценки типового асфальтового вяжущего. Каждая определяющая сущность использует свой собственный метод с модификациями для определения соответствующего связывателя и модификаторов, если таковые имеются.Оценка связующего может быть основана на местном опыте, предыдущей работе или установленной процедуре. Самая распространенная процедура — это связующая система Superpave PG. После выбора вяжущего проводится несколько предварительных испытаний для определения зависимости температуры и вязкости битумного вяжущего.

Подготовка образца

В методе Маршалла, как и в других методах разработки смесей, используется несколько пробных смесей заполнителя и асфальтового связующего (обычно 5 смесей по 3 образца в каждой, всего 15 образцов), каждая с различным содержанием асфальтового связующего.Затем, оценивая характеристики каждой пробной смеси, можно выбрать оптимальное содержание битумного вяжущего. Чтобы эта концепция работала, пробные смеси должны содержать диапазон содержания асфальта как выше, так и ниже оптимального содержания асфальта. Следовательно, первым шагом в подготовке пробы является оценка оптимального содержания асфальта. Затем на основе этой оценки определяется содержание пробной смеси асфальта.

Оценка оптимального содержания битумного вяжущего

Метод расчета смеси Маршалла может использовать любой подходящий метод для оценки оптимального содержания асфальта и обычно основан на местных процедурах или опыте.

Образец содержания битумного вяжущего

Основываясь на результатах оценки оптимального содержания битумного вяжущего, образцы обычно готовят из расчета 0,5 процента по весу от долей смеси, по крайней мере, два образца выше оцененного содержания битумного вяжущего и два ниже.

Уплотнение молотком Маршалла

Каждый образец затем нагревается до ожидаемой температуры уплотнения и уплотняется молотком Маршалла — устройством, которое оказывает давление на образец через тамперную ножку (рис. 1).Некоторые молотки автоматические, а некоторые — ручные. Основные параметры компактора:

• Размер образца = цилиндр диаметром 102 мм (4 дюйма), высота 64 мм (2,5 дюйма) (возможна корректировка для различной высоты образца)
• Опора трамбовки = плоская и круглая диаметром 98,4 мм (3,875 дюйма), соответствующая площади 76 см ² (11,8 дюйма ² ).
• Давление уплотнения = задано как расстояние свободного падения 457,2 мм (18 дюймов) ударника в сборе с массой 4536 г (10 фунтов).) скользящий груз.
• Количество ударов = обычно 35, 50 или 75 с каждой стороны, в зависимости от предполагаемой транспортной нагрузки.
• Метод моделирования = тамперная ножка ударяет по образцу сверху и покрывает почти всю площадь верхней части образца. После заданного количества ударов образец переворачивают и процедура повторяется.

Стандартная процедура пробоподготовки по методу Маршалла содержится в:

• AASHTO T 245: Сопротивление пластическому течению битумных смесей с использованием аппарата Маршалла

Тест на стабильность и текучесть по Маршаллу

Тест на стабильность и текучесть по Маршаллу обеспечивает меру прогнозирования производительности для метода расчета смеси Маршалла.Часть теста стабильности измеряет максимальную нагрузку, поддерживаемую испытуемым образцом, при скорости нагружения 50,8 мм / мин (2 дюйма / мин). Обычно нагрузка увеличивается до тех пор, пока она не достигнет максимума, а затем, когда нагрузка только начинает уменьшаться, загрузка прекращается и регистрируется максимальная нагрузка.

Во время нагружения прикрепленный индикатор с круговой шкалой измеряет пластический поток образца в результате нагружения (рис. 2). Значение расхода записывается с шагом 0,25 мм (0,01 дюйма) одновременно с максимальной нагрузкой.

Типовая устойчивость конструкции по Маршаллу и критерии потока показаны в таблице 1.

Таблица 1. Типовые критерии проектирования Маршалла (из Asphalt Institute, 1979 ^[5] )

Одна стандартная процедура расчета смеси по Маршаллу:

• AASHTO T 245: Сопротивление пластическому течению битумных смесей с использованием аппарата Маршалла

Анализ плотности и пустот

Все методы проектирования смесей используют плотность и пустоты для определения основных физических характеристик HMA.Обычно используются два разных измерения плотности:

1. Насыпной вес (G _mb ).
2. Максимальный теоретический удельный вес (TMD, G _мм ).

Эти плотности затем используются для расчета объемных параметров HMA. Измеренные выражения пустоты обычно:

Как правило, эти значения должны соответствовать местным или государственным критериям.

Таблица 2. Типичный минимальный VMA по Маршаллу (от Asphalt Institute, 1979 ^[5] )

Выбор оптимального содержания асфальтового вяжущего

В конечном итоге оптимальное содержание битумного вяжущего выбирается на основе объединенных результатов анализа стабильности и текучести по Маршаллу, анализа плотности и анализа пустот (рис. 3). Оптимальное содержание битумного вяжущего может быть достигнуто с помощью следующей процедуры (Roberts et al., 1996 ^[2] ):

1. Постройте следующие графики:
   • Содержание битумного вяжущего в зависимости от плотности. Плотность обычно увеличивается с увеличением содержания асфальта, достигает максимума, а затем уменьшается. Пиковая плотность обычно возникает при более высоком содержании битумного вяжущего, чем пиковая стабильность.
   • Содержание асфальтового вяжущего в зависимости от стабильности по Маршаллу. Это должно соответствовать одной из двух тенденций:
   • * Стабильность повышается с увеличением содержания битумного вяжущего, достигает пика, затем снижается.
   • * Стабильность снижается с увеличением содержания битумного вяжущего и не достигает пика. Эта кривая характерна для некоторых смесей переработанного HMA.
   • Зависимость содержания асфальтового вяжущего от текучести.
   • Содержание асфальтового вяжущего по сравнению с воздушными пустотами. Процент воздушных пустот должен уменьшаться с увеличением содержания асфальтового вяжущего.
   • Содержание битумного вяжущего по сравнению с VMA. Процент VMA должен уменьшаться с увеличением содержания битумного вяжущего, достигать минимума, а затем увеличиваться.
   • Содержание асфальтового вяжущего по сравнению сVFA. Процент ЛЖК увеличивается с увеличением содержания битумного вяжущего.
2. Определите содержание асфальтового вяжущего, которое соответствует среднему содержанию воздушных пустот в технических характеристиках (обычно это 4 процента). Это оптимальное содержание битумного вяжущего.
3. Определите свойства при этом оптимальном содержании битумного вяжущего, сверяясь с графиками. Сравните каждое из этих значений со значениями спецификации, и если все они находятся в пределах спецификации, то предыдущее оптимальное содержание битумного вяжущего является удовлетворительным.В противном случае, если какое-либо из этих свойств выходит за пределы диапазона спецификации, смесь следует переработать.

% PDF-1.5 % 974 0 obj> эндобдж xref 974 153 0000000016 00000 н. 0000005007 00000 н. 0000003356 00000 н. 0000005185 00000 п. 0000005313 00000 п. 0000005348 00000 п. 0000005654 00000 н. 0000005680 00000 н. 0000005828 00000 н. 0000006435 00000 н. 0000007190 00000 н. 0000007226 00000 н. 0000007431 00000 н. 0000007630 00000 н. 0000007695 00000 н. 0000008501 00000 н. 0000009175 00000 н. 0000010020 00000 н. 0000010923 00000 п. 0000011896 00000 п. 0000012848 00000 п. 0000013766 00000 п. 0000014443 00000 п. 0000017113 00000 п. 0000049933 00000 н. 0000094510 00000 п. 0000094562 00000 п. 0000094636 00000 п. 0000094725 00000 п. 0000094869 00000 п. 0000095026 00000 п. 0000095122 00000 п. 0000095277 00000 п. 0000095326 00000 п. 0000095447 00000 п. 0000095549 00000 п. 0000095696 00000 п. 0000095745 00000 п. 0000095840 00000 п. 0000095889 00000 п. 0000096046 00000 п. 0000096095 00000 п. 0000096177 00000 п. 0000096263 00000 п. 0000096411 00000 п. 0000096460 00000 п. 0000096571 00000 п. 0000096701 00000 п. 0000096846 00000 п. 0000096906 00000 н. 0000096989 00000 п. 0000097092 00000 п. 0000097235 00000 п. 0000097284 00000 п. 0000097412 00000 п. 0000097557 00000 п. 0000097710 00000 п. 0000097759 00000 п. 0000097840 00000 п. 0000097976 00000 п. 0000098075 00000 п. 0000098124 00000 п. 0000098224 00000 п. 0000098273 00000 п. 0000098375 00000 п. 0000098424 00000 п. 0000098524 00000 п. 0000098572 00000 п. 0000098667 00000 п. 0000098714 00000 п. 0000098818 00000 п. 0000098865 00000 п. 0000098912 00000 п. 0000099005 00000 н. 0000099089 00000 н. 0000099138 00000 н. 0000099187 00000 п. 0000099236 00000 п. 0000099285 00000 п. 0000099380 00000 п. 0000099502 00000 н. 0000099551 00000 п. 0000099697 00000 п. 0000099746 00000 н. 0000099859 00000 п. 0000099908 00000 н. 0000099957 00000 н. 0000100006 00000 н. 0000100055 00000 н. 0000100197 00000 н. 0000100246 00000 н. 0000100326 00000 н. 0000100406 00000 н. 0000100455 00000 н. 0000100547 00000 н. 0000100596 00000 н. 0000100645 00000 н. 0000100694 00000 п. 0000100743 00000 н. 0000100829 00000 н. 0000100919 00000 н. 0000101024 00000 н. 0000101073 00000 п. 0000101122 00000 н. 0000101222 00000 н. 0000101271 00000 н. 0000101371 00000 н. 0000101420 00000 н. 0000101525 00000 н. 0000101574 00000 н. 0000101674 00000 н. 0000101723 00000 п. 0000101772 00000 н. 0000101821 00000 н. 0000101881 00000 п. 0000101930 00000 н. 0000101979 00000 п. 0000102095 00000 н. 0000102144 00000 п. 0000102273 00000 н. 0000102322 00000 н. 0000102479 00000 п. 0000102528 00000 н. 0000102706 00000 н. 0000102755 00000 н. 0000102873 00000 н. 0000102961 00000 н. 0000103096 00000 н. 0000103145 00000 н. 0000103250 00000 н. 0000103299 00000 н. 0000103348 00000 п. 0000103473 00000 п. 0000103522 00000 н. 0000103571 00000 н. 0000103620 00000 н. 0000103701 00000 п. 0000103805 00000 н. 0000103854 00000 н. 0000103903 00000 п. 0000103952 00000 н. 0000104001 00000 п. 0000104082 00000 н. 0000104199 00000 п. 0000104248 00000 н. 0000104428 00000 н. 0000104477 00000 н. 0000104584 00000 н. 0000104633 00000 п. 0000104745 00000 н. 0000104794 00000 н. 0000104843 00000 н. 0000104892 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 976 0 obj> поток xVOg Gak`uTm, R uRz! ch S $$ ~ UA`DptN3fMĸl% 엽 w ׯ ~ i} ~

Влияние градации заполнителя на колейность асфальтобетона при использовании устройства слежения за колесами во Вьетнаме

В этой статье представлена ​​связь между колейностью и градацией заполнителя асфальтобетона с использованием устройства слежения за колесами при 60 ° C и 30 000 циклов на воздухе.Эксперимент проводился на образцах горячего асфальта с использованием трех градаций заполнителя, включая максимальные размеры заполнителей 9,5 мм, 12,5 мм и 19 мм. Результат эксперимента показал, что максимальный размер заполнителя имеет большое влияние на колейность асфальтобетона.

1 Введение

В последние годы раннее повреждение асфальтобетонного покрытия было обычной проблемой во Вьетнаме, что снижает качество покрытия и, в частности, явление колейности.Колейность определяется как остаточная деформация, вызванная нагрузкой, вдоль пути колеса гибкого покрытия из-за повторяющегося движения транспорта. Это скопление небольших деформаций, вызванных повторяющимися тяжелыми нагрузками. Колейность — одна из самых опасных форм повреждения тротуаров, поскольку из-за нее вода попадает в пруд на колесном пути, что приводит к аквапланированию и увеличению количества дорожно-транспортных происшествий. Большая часть этой колейности может быть связана с неправильным составом смеси [1].

В результате развития национальной экономики Вьетнама в последние годы значительно увеличилось количество транспортных средств, что привело к повышению спроса со стороны растущей дорожной сети.Рост количества автомобилей показан на Рисунке 1 [2].

Рисунок 1:

Рост транспортных средств во Вьетнаме в период 2012–2018 гг. [2].

При нынешней ситуации с дорожным движением во Вьетнаме появление колейности является относительно обычным явлением, особенно на некоторых основных дорогах, таких как Национальное шоссе 1, Национальное шоссе 3, Национальное шоссе 5, шоссе Восток-Запад и т. Д., Показанные на Рис. 2. В некоторых случаях сильная колея возникла в первое лето после открытия автомагистралей для движения, например, дорога, проходящая через провинцию Ха Нам, часть провинции Тхань Хоа национальной автомагистрали 1A, маршрут Фан Ранг – Тап Чам и т. Д. .

Рисунок 2:

Колеи на национальной автомагистрали 1, Вьетнам.

Существует три основных типа колейности на асфальтовом покрытии: колейность поверхностного износа, колейность конструкции и колейность нестабильности. Типы колейности асфальтового покрытия показаны на рисунке 3. Факторы, влияющие на характеристики колейности дорожного покрытия, можно разделить на три группы: свойства материала, такие как свойство битума, содержание вяжущего, агрегатные свойства и т. Д.; климатические и транспортные; и качество строительства.

Рисунок 3:

Виды колейности асфальтовых покрытий [3].

Некоторые исследования показывают, что конструкция градаций агрегатов с максимальным размером агрегатов считается устойчивой к колейности. Однако градации заполнителя должны соответствовать требованиям мелкого заполнителя, заполняющего пустоты в крупном заполнителе, а также выбора максимального размера заполнителя крупного заполнителя, который зависит от толщины слоя асфальтобетона и текущих стандартов проектирования асфальта [4 ], [5].Следовательно, необходимо изучение агрегатного состава и учет влияния максимального размера агрегатов на колейность. В данной статье представлены результаты начального лабораторного исследования влияния градации агрегатов на устойчивость к колейности.

2 Состав материала

Механические свойства материала соответствуют стандартам ASTM, AASHTO и Вьетнам. Разработаны и использованы три типа градации агрегатов с максимальным размером агрегата 9.5 мм; 12,5 мм и 19 мм.

2.1 Совокупная градация

Правильное сочетание градации заполнителя улучшает несущую способность каркаса, что сильно влияет на важные свойства асфальтобетона. Градационная кривая трех типов градации заполнителей показана на рисунке 4.

Градация заполнителя и содержание битума смешиваются для создания смеси с воздушными пустотами (V _a ) трех проектных классов с максимальным размером заполнителя 19 мм, 12.5 мм и 9,5 мм составляют 4% ± 0,5%.

2.2 Тип агрегата

В этом исследовании в качестве скелета заполнителя использовались своего рода измельченный заполнитель и минеральный наполнитель, изготовленные из известняка (Таблица 1). Некоторые физические свойства заполнителей показаны в таблице 2.

Совокупные градации согласно Вьетнамскому стандарту TCVN 8819: 2011 [6].

В экспериментах используются некоторые физические свойства агрегатов.

2,3 Битум

Асфальтовое связующее, используемое в этом исследовании, представляло собой битум с проницаемостью 60/70, поставляемый Petrolimex (Вьетнамская национальная нефтяная группа) с оптимальным содержанием асфальта 5.3%. Эксперименты свойств битума проводились в лаборатории на оборудовании Matest, импортированном из Италии. Свойства битума приведены в таблице 3.

Свойства битума марки проницаемости 60/70.

3 Эксперимент

В исследовании использовался британский стандарт BS EN 12697-22: 2003 [7], метод B с автоподъемным рычагом ECO Wheel Tracker (Cooper Technology) (небольшое устройство).Входные параметры эксперимента следующие:

1. —

   Количество циклов: 30 000 циклов (60 000 проходов).

2. —

   Скорость вращения колеса: 26,5 цикла в минуту.

3. —
4. —

Смесь заполнителей сушили до постоянной массы, а затем перемешивали в смесителе объемом 40 л с расчетной массой для каждого образца. После смешивания смесь выливалась в форму размером 300 мм × 300 мм × 50 мм.Его уплотнили с помощью роликового компактора. В таблице 4 показано количество собранных образцов для каждой градации.

Экспериментальный план по количеству экз.

4 Результаты испытаний

Результаты трехступенчатого теста на колейность после 30 000 циклов (60 000 проходов) показаны на Рисунке 5.

Рисунок 5:

Результаты испытаний на колейность при 60 ° C на воздухе.

Результаты испытаний для трех градаций с использованием одного и того же типа асфальтового вяжущего при 60 ° C и 30 000 циклов (60 000 проходов) на воздухе показывают, что устойчивость к колейности при максимальном размере заполнителя 19 мм является наилучшей.

5 Выводы

Есть много факторов, вызывающих ухудшение состояния асфальтобетонного покрытия. Однако в рамках статьи авторы обнаружили:

1. —

   При проектировании градации заполнителя с учетом влияния максимального размера заполнителя колейность с максимальным размером заполнителя 19,5 мм имеет лучшую стойкость, чем максимальный размер заполнителя 12,5 мм и максимальный размер заполнителя 9,5 мм.

2. —

   Для всесторонней оценки колейности образца асфальтобетона в лаборатории требуется больше образцов и больше экспериментов с большим количеством типов градации заполнителя, типов битумного вяжущего, добавки, коэффициентов нагрузки, температуры, количества проходов и условий испытаний.

Ссылки

[1] Lundy JR. Характеристики постоянной деформации смесей штата Орегон с использованием анализатора асфальтового покрытия, докторская диссертация, Университет штата Орегон, 2004 г. Поиск в Google Scholar

[2] Vietnam Register. Обзор транспортных средств во Вьетнаме, 2018 г. Поиск в Google Scholar

[3] NRC CNRC. Методы уменьшения колеи на перекрестках. Дороги и тротуары, Федерация канадских муниципалитетов и Национальный исследовательский совет, Канада.2003, 48. Поиск в Google Scholar

[4] Эрнандо Д. Влияние градации агрегатов на характеристики асфальтобетона, Университет Флориды, 2012. Поиск в Google Scholar

[5] Гонсалвес FP, Ceratti JA. Исследование постоянных деформаций в слоях асфальтобетона, Университет Сан-Паулу, Бразилия, 2008 г. Поиск в Google Scholar

[6] Вьетнамский стандарт. TCVN 8819: 2011 — Технические условия для строительства и приемки асфальтобетонных покрытий из горячей смеси, 2011 г. Поиск в Google Scholar

[7] Британский стандарт.BS EN 12697-22: 2003 — Метод испытания битумных смесей для горячего асфальта — Часть 22: Отслеживание колес, 2003. Поиск в Google Scholar

Влияние различных типов летучей золы на свойства асфальтобетонных смесей

В целях сохранения природных ресурсов все больше исследуется использование отходов и альтернативных материалов при строительстве и содержании дорог. В данной статье представлены результаты испытаний износостойких асфальтобетонных смесей (AC 11s SURF 50/70), изготовленных с различным процентным содержанием летучей золы, используемой в качестве частичной или полной замены минерального наполнителя.Свойства летучей золы были определены для оценки их пригодности для использования в асфальтовых смесях. Экспериментальные исследования проводились на образцах асфальта, содержащих летучую золу из трех различных источников с 25%, 50%, 75% и 100% заменой минерального наполнителя. Контрольная смесь была приготовлена ​​со 100% минеральным наполнителем. В статье представлены объемный состав, стабильность и текучесть асфальтобетонных смесей, испытанных на стандартных образцах Маршалла, чувствительность к воде и устойчивость к остаточной деформации.Результаты этого исследования показывают, что удовлетворительный объемный состав может быть достигнут путем добавления летучей золы, в то время как объемная плотность и пустоты в смеси минералов и асфальта обычно зависят от типа летучей золы и ее содержания. Стабильность и текучесть смесей с летучей золой более благоприятны по сравнению с контрольной смесью. Чувствительность к воде смесей с летучей золой обычно ниже по сравнению с контрольной смесью и зависит от типа и процентного содержания летучей золы. Устойчивость асфальтобетонных смесей к остаточной деформации зависит от типа и процентного содержания летучей золы.Результаты, полученные в этом исследовании, являются важным шагом на пути к более широкому внедрению летучей золы в асфальтобетонные смеси.

1. Введение

Строительство и содержание дорог требует большого количества высококачественных материалов. В целях сохранения природных ресурсов был проведен ряд исследований, подтверждающих применимость различных отходов и альтернативных материалов в бетонных и асфальтовых покрытиях, таких как стальной шлак, резиновые отходы, отходы полиэтилена, переработанный бетон и асфальтный заполнитель. как отходы строительства и сноса [1–6].

Одним из наиболее перспективных из этих материалов является летучая зола, побочный продукт сгорания угля, который образуется при производстве электроэнергии на тепловых электростанциях. В глобальном масштабе ежегодно образуется почти один миллиард тонн летучей золы [7], и ее захоронение представляет собой серьезную экологическую проблему. Как материал с пуццолановой активностью, летучая зола широко используется в различных областях, таких как бетон, улучшение почвы и строительство дорог, а именно для насыпей, а также для несвязанного и связанного основания и слоев основания [8–12].

Исследования возможности его применения в асфальтобетонных смесях начались примерно в середине прошлого века в рамках усилий по внесению вклада в устойчивую инженерию с целью получения смесей с удовлетворительными свойствами, снижения вредного воздействия захоронения и сохранения природных Ресурсы. Он усилился в последние несколько десятилетий и сосредоточился на двух подходах.

Один из подходов направлен на использование летучей золы в битумном растворе вместо определенного количества битума [13] с целью улучшения его свойств, в основном устойчивости к остаточной деформации, жесткости, вязкости при высоких температурах и температурной чувствительности. [13–15].

Соболев и др. [13] изучали влияние летучей золы на реологические характеристики битума и мастики с использованием реометра динамического сдвига (DSR). Исследование включало два типа асфальтовых вяжущих и два типа летучей золы: класс C и класс F, как определено в стандарте ASTM C618 [16], который различает золу на основе общего содержания кремнезема, алюминия и оксида железа (SiO ₂ + Al ₂ O ₃ + Fe ₂ O ₃ ). Исследование микроструктуры битума с летучей золой с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) продемонстрировало эффект остановки трещин, вызванный частицами летучей золы при низких температурах.Исследование реологических характеристик мастик с использованием DSR подтвердило, что летучая зола может использоваться в качестве наполнителя битума, заменяя до 15% битума для повышения его устойчивости к остаточной деформации при высоких температурах. Наилучшее улучшение было достигнуто при добавлении 15% летучей золы класса F или 30% летучей золы класса C.

Sharma et al. [14] исследовали использование летучей золы с различным соотношением летучей золы к битуму (FA / B) в мастиках в диапазоне от 0,6 до 1,2. Авторы обнаружили, что температура размягчения, вязкость и комплексный модуль мастики увеличивались с увеличением содержания летучей золы, в то время как фазовый угол уменьшался, что указывает на улучшение сопротивления сдвигу с увеличением содержания летучей золы.Они также обнаружили, что мастики становятся менее чувствительными к соотношению FA / B с повышением температуры.

Как представители первого подхода к использованию летучей золы в асфальтобетонных смесях, эти исследования делятся общими выводами относительно улучшения свойств мастик, возможного снижения содержания битума и, следовательно, снижения затрат и воздействия на окружающую среду.

Исследования, которые рассматривают применение летучей золы в асфальтобетонных смесях и относятся ко второму подходу, включали различные классы летучей золы с различным химическим составом и содержанием летучей золы в смеси.Основная цель этих исследований заключалась в определении оптимального количества замены минерального наполнителя, а также влияния летучей золы на объемный состав, оптимальное содержание битума, механические свойства и характеристики асфальтобетонных смесей [13, 14, 17–22] .

Sharma et al. [14] обнаружили, что оптимальное содержание битума (OBC) в асфальтовых смесях с летучей золой класса C в качестве наполнителя зависит от содержания наполнителя и пустот Ригдена. OBC уменьшается с увеличением содержания летучей золы. Мистри и Рой [21] пришли к аналогичному выводу для смеси плотного битумного щебня с летучей золой класса F.OBC немного снижался с увеличением содержания летучей золы до 6%, и что при добавлении до 4% летучей золы в плотную битумно-щебеночную асфальтобетонную смесь OBC можно было снизить на 7,5% по сравнению с контрольной смесью с 2%. гашеной извести в качестве фильтра. Однако Androic et al. [20] показали увеличение содержания воздушных пустот для асфальтовых смесей летучей золы по сравнению со смесью с каменным наполнителем, что указывает на необходимость повышенного содержания битума в смесях с летучей золой.

Мистри и Рой [21] обнаружили, что до 4% летучей золы стабильность по Маршаллу была ниже для контрольной смеси с 2% гашеной извести.Стабильность по Маршаллу увеличивалась с увеличением содержания летучей золы до 6% от летучей золы, а затем снижалась с увеличением содержания летучей золы. Androic et al. [20] пришли к аналогичному выводу, но получили самую высокую стабильность с 3% летучей золы. Однако Kar et al. [17] обнаружили, что стабильность асфальтобетонных смесей с летучей золой была постоянно ниже по сравнению с контрольной смесью при содержании битума от 4% до 7%.

Ликитлерсуанг и Чомпурат [18] обнаружили, что соотношение стабильности и текучести смесей с содержанием летучей золы от 1% до 5% было почти постоянным и сходным с контрольной смесью, что подтверждается выводами Мистри и Роя [ 21].

Соболев и др. [19] обнаружили, что асфальтовые смеси с летучей золой имеют более высокий модуль упругости по сравнению с традиционными смесями с каменной пылью, что является результатом повышенного комплексного модуля упругости асфальтовых мастик с летучей золой. Подобные результаты сообщаются Sharma et al. [14].

Sharma et al. [14] обнаружили, что прочность на непрямое растяжение (ITS) возрастала с увеличением содержания летучей золы для всех четырех типов летучей золы, которые были протестированы. Ликитлерсуанг и Чомпурат [18] также получили небольшое увеличение ITS с увеличением содержания летучей золы при температурах 25 ° C и 55 ° C.Однако результаты Kar et al. [17] указывают, что асфальтобетонные смеси с летучей золой имеют несколько более низкую ИТС по сравнению с контрольной смесью. Sharma et al. [14] также обнаружили, что горизонтальная деформация растяжения при разрушении была наибольшей для смесей с 7% летучей золы и что летучая зола с высоким содержанием CaO показала самые большие деформации, что указывает на более высокую устойчивость к низкотемпературному растрескиванию.

Коэффициент непрямого сопротивления растяжению (ITSR) является общим параметром, используемым для оценки чувствительности асфальтобетонных смесей к влаге и представляет собой соотношение ITS образцов, кондиционированных в воде, и сухих образцов.В качестве альтернативы, в индийских спецификациях [22] используется остаточная стабильность (RS) как мера чувствительности асфальтобетонных смесей к влаге. Sharma et al. [14] обнаружили, что как ITSR, так и RS асфальтовых смесей летучей золы были равны или превышали соответствующие значения традиционных асфальтовых смесей с каменным наполнителем. Оба соотношения уменьшались с увеличением содержания летучей золы. Наибольшее улучшение устойчивости к влаге было получено с летучей золой с наибольшим содержанием CaO. Это подтверждают Likitlersuang и Chompoorat [18], которые также обнаружили увеличение ITSR для смесей с летучей золой.Однако Kar et al. [17] обнаружили, что RS для смесей с летучей золой немного ниже для обычных смесей с каменным наполнителем, но также удовлетворяет требованиям согласно спецификациям [22].

Sharma et al. [14] — единственная справочная информация, отражающая стойкость асфальтобетонных смесей с летучей золой к остаточной деформации, полученная с помощью испытания на статическую ползучесть. Авторы обнаружили, что смеси с золой-уносом обладают благоприятной устойчивостью к колейности по сравнению со смесью с каменным наполнителем. Однако испытание проводилось при относительно низкой температуре 30 ° C, что не является полностью репрезентативным для устойчивости к колейности, а испытание на статическую ползучесть уступает имитационным испытаниям, доступным в настоящее время, таким как испытание слежения за колесом.

На основании обзора литературы можно сделать вывод, что добавление летучей золы к асфальтовым смесям может привести к улучшению свойств и характеристик смеси. Однако результаты предыдущих исследований очень часто противоречат друг другу, что позволяет сделать вывод о том, что достоверность некоторых из представленных результатов может ограничиваться конкретным типом золы уноса, использованной в этих исследованиях.

Целью исследования, представленного в этой статье, было изучить влияние трех зол-уносов со значительно различающимся химическим составом на свойства асфальтобетонных смесей, чтобы получить более общий вывод о возможности использования золы-уноса в асфальтобетонных смесях.Кроме того, целью было оценить влияние различных процентных долей замещения минерального наполнителя, от 25% до полного замещения, на свойства и характеристики асфальтобетонных смесей, включая объемный состав и устойчивость к воде и остаточной деформации.

2. Материалы и методы

В этом исследовании в качестве контрольной смеси использовалась асфальтобетонная смесь с максимальным размером заполнителя 11 мм (AC 11s SURF 50/70). Смесь изготовлена ​​из кварц-латитового каменного заполнителя (Карьер «Штитарица», Мойковац, Черногория) фракций 0/4, 4/8 и 8/11 мм, известнякового минерального наполнителя производства компании «Шишкович», Подгорица. , Черногория, и дорожный битум В 50/70 (НПЗ «Панчево», Сербия).Кроме того, летучая зола с трех тепловых электростанций (ТЭС) в регионе была использована в качестве частичной или полной замены минерального наполнителя: ТЭС «Плевля» -Плевля, Черногория; ТЭС «Гацко» -Гацко, Босния и Герцеговина; и ТЭС «Косово B» -Приштина, Косово (это обозначение без ущерба для позиций по статусу и соответствует резолюции 1244/1999 СБ ООН и заключению Международного суда по декларации независимости Косово), обозначается как летучая зола «P» (от ТЭС «Плевля»), «G» (от ТЭС «Гацко») и «К» (от ТЭС «Косово Б»).

2.1. Летучая зола

Для определения свойств отобранной летучей золы и оценки их пригодности для использования в асфальтобетонных смесях была проведена обширная программа испытаний (Таблица 1) для проверки химических, физических и механических свойств летучей золы, а также а также их воздействие на окружающую среду. Проверенные механические и физические свойства включали тесты, обычно используемые для минеральных наполнителей в асфальтовых смесях. Для оценки потенциального негативного воздействия на окружающую среду использования летучей золы были проведены испытания на наличие тяжелых металлов, радиоактивность и испытание на выщелачивание.

В таблице 2 показана их классификация в соответствии с выбранными образцами химический состав, а в таблицах 3 и 4 представлены результаты физических d механические свойства золы, которые важны для оценки пригодности их использования в асфальтовых смесях.

Зола P — алюмосиликатная зола класса F. активен, рекомендуя его для использования в цементной промышленности.Значительный процент CaO (21,08%), необычный для летучей золы класса F, также делает ее пригодной для использования в асфальтовых смесях. Гладкая текстура и сферическая форма частиц делают его пригодным для заливки [23], но силикатный компонент придает ему гидрофильность, т.е. более слабое сродство с битумом. Кроме того, эта зола-унос имеет более крупную фракцию по сравнению со стандартным минеральным наполнителем.

Высокая доля CaO в золе-уносе G (74,44%) и несколько меньшая в золе-уносе K (45,98%) рекомендуют их для использования в асфальтовых смесях из-за улучшенной адгезии заполнителя и битумного вяжущего, что положительно влияет на стабильность смеси.Однако летучая зола G и K не соответствует требованиям ASTM C 618-19 [16] для класса C с точки зрения минимального содержания SiO ₂ + Al ₂ O ₃ + Fe ₂ O ₃ 50%. Летучая зола G — это щелочная летучая зола с высоким содержанием CaO, тогда как летучая зола K имеет высокое содержание сульфатов и является высокощелочной летучей золой без пуццолановых свойств.

Все три золы уноса соответствуют требованиям соответствующих стандартов, касающихся экологической пригодности, представленных в таблице 1.

Чтобы определить пригодность летучей золы для использования в асфальтовых смесях, на образцах летучей золы были проведены следующие испытания (Таблица 4): (i) Распределение частиц по размерам (ii) Плотность частиц (iii) Пустоты в сухом уплотненном наполнителе / ​​мухе зола (пустоты Rigden), которые указывают на способность наполнителя / летучей золы удерживать битум (iv) Повышение температуры размягчения, определяющее степень жесткости смеси минерального наполнителя / летучей золы и битума (ΔR & B) (v) Битум число (BN), которое представляет кажущуюся вязкость смеси минерального наполнителя / золы-уноса и воды

Пустоты в сухом уплотненном минеральном наполнителе обычно находятся в диапазоне 28–45%, в то время как для известнякового наполнителя этот диапазон уже, 30–34% [24].Все три летучей золы имеют более высокий процент пустот Ригдена, чем минеральный наполнитель. Содержание пустот в летучей золе P немного выше, чем верхний предел для пустот в минеральном наполнителе, в то время как летучая зола K и G имеет значительно более высокое содержание пустот (55% и 59% соответственно), что не является необычным для летучей золы [25] , что указывает на более высокую абсорбцию масляных компонентов из битума, что увеличивает жесткость мастики и может отрицательно повлиять на свойства и старение битума и битумной смеси [26].

Повышение температуры размягчения кольца и шара (ΔR & B) указывает на увеличение жесткости битума 70/100, к которой добавлено 37,5% (об. / Об.) Определенного наполнителя. Минеральные наполнители имеют повышение температуры размягчения от 8 ° C до 25 ° C, с наиболее распространенным значением 15 ° C.

Увеличение ΔR & B для летучей золы P является самым низким и находится в пределах диапазона, в то время как ΔR & B летучей золы G немного выше верхнего предела, а ΔR & B летучей золы K значительно выходит за пределы диапазона ΔR & B для минерального наполнителя.Это означает, что летучая зола P вызывает наименьшее увеличение жесткости мастики (битума) по сравнению с двумя другими летучими золами, что способствует долговечности асфальтовых смесей и их устойчивости к растрескиванию.

BN указывает количество воды, которое необходимо добавить к летучей золе для достижения кажущейся вязкости, необходимой для производства асфальтовых смесей. У летучей золы G есть BN, подобный минеральному наполнителю, из-за высокого содержания CaO, в то время как у двух других летучей золы BN значительно выше.

2.2. Минеральный наполнитель

Минеральный наполнитель, использованный в этом исследовании, представляет собой стандартный материал, используемый для наполнителей в асфальтобетонных смесях в этом регионе. Свойства минерального наполнителя показаны в таблице 4. На рисунке 1 показано единое гранулометрическое распределение минерального наполнителя и трех образцов летучей золы.