Методы испытаний и оценка качества материалов на органических вяжущих

В дорожном строительстве применяют различные виды материалов, обработанных органическими вяжущими материалами, для устройства оснований и покрытий способом полупропитки и пропитки, смешения на дороге и в установке. Наиболее высокими показателями свойств обладают бетоны на различных органических вяжущих, методы испытания которых одинаковы с методами испытаний асфальтобетонов (ГОСТ 12801-84), приведенных в данном разделе.

Определение плотности асфальтобетона

Для проведения испытания используют: весы гидростатические, стеклянный сосуд емкостью 2 - 3 литра.

Плотность асфальтобетона определяют с помощью гидростатического взвешивания. Образцы асфальтобетона взвешивают на воздухе с точностью до 0,01 г. Затем погружают на 30 мин в сосуд с водой. После этого образцы вытирают, взвешивают на воздухе, а потом в воде. Температура воды в процессе взвешивания должна быть 20 ±2 °С.

Плотность асфальтобетона определяют по формуле:

где g ₀ - масса образца, на воздухе, г;

g ₁ - масса образца, выдержанного в воде в течение 30 мин, на воздухе, г;

g ₂ - масса образца в воде, г;

g - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см³.

За величину плотности принимают среднее арифметическое результатов определений плотности трех образцов. Расхождения между результатами их испытаний не должны превышать 0,02 г/см³.

Определение плотности минерального остова асфальтобетона

Плотность минерального остова асфальтобетона рассчитывают по плотности асфальтобетона и соотношения в нам компонентов. Плотность минерального остова асфальтобетона вычисляют по формуле:

где r - плотность асфальтобетона, г/см³;

q ₀ - содержание минеральных материалов в асфальтобетоне, % от массы (принимается равным 100 %);

q_б - содержание битума (вяжущего материала) в асфальтобетоне, % от массы (сверх 100 % минеральной части асфальтобетона);

Определение истинной плотности минеральной части асфальтобетона расчетным методом

Расчет производится по результатам определения истинной плотности минеральных составляющих асфальтобетона: щебня, песка, минерального порошка. Истинную плотность минеральной части асфальтобетона вычисляют по формуле:

где g₁, g₂, g₃, … g_n - истинная плотность компонентов минеральной части асфальтобетона (щебня, песка, минерального порошка), г/см³;

q ₁, q ₂, q ₃, … q_n - содержание компонентов минеральной части асфальтобетона, % от массы.

Определение истинной плотности асфальтобетона расчетным методом

Истинную плотность асфальтобетона можно рассчитать по результатам определения истинной плотности минеральной части асфальтобетона, битума и содержания материалов в асфальтобетоне по формуле:

где g₀ - истинная плотность минеральной части асфальтобетона, г/см³;

g _б - плотность битума, г/см³;

q_м - содержание минеральных материалов в асфальтобетоне, % от массы (принимают за 100 %);

q_б - содержание битума в асфальтобетоне, % от массы (сверх 100 % минеральных материалов в асфальтобетоне).

Определение пористости минерального остова асфальтобетона

Пористость минерального остова асфальтобетона вычисляют по формуле:

где r - средняя плотность минерального остова асфальтобетона, г/см³.

g₀ - истинная плотность минерального остова асфальтобетона, г/см³.

Пористость минерального остова асфальтобетона вычисляют с точностью до 0,1 %.

Определение остаточной пористости асфальтобетона

Остаточную пористость асфальтобетона вычисляют по формуле:

где r _а - средняя плотность асфальтобетона, г/см³;

g _а - истинная плотность асфальтобетона, г/см³.

Определение водонасыщения асфальтобетона

Для определения водонасыщения асфальтобетона необходимы: вакуум-прибор, весы гидростатические или технические с приспособлением для гидростатического взвешивания не ниже 2-го класса точности, термометр ртутный с ценой деления шкалы 1 °С, сосуд емкостью 2,5 - 3 л.

Асфальтобетон помещают в сосуд с водой. Температура воды 20 ± 2 °С, уровень над образцами не менее 3 см. Сосуд с образцами помещают в вакуум-прибор и создают остаточное давление в нем 2000 Па. Через 1 ч 30 мин давление доводят до атмосферного и выдерживают образцы в воде с температурой 20 ± 2 °С 1 час. После этого асфальтобетон вынимают из воды, вытирают мягкой тканью к взвешивают на воздухе и в воде с точностью до 0,01 г,

Водонасыщение асфальтобетона вычисляют по формуле:

где g₀ - масса сухого, не насыщенного водой образца на воздухе, г;

g₁ - масса образца, выдержанного в течение 30 мин в воде, и взвешенного на воздухе, г;

g ₂ - масса того же образца в воде, г;

g ₃ - масса насыщенного водой образца на воздухе, г.

Водонасыщение определяют с точностью до 0,1 %. Расхождение между наибольшим и наименьшим результатом трех определений не должно превышать 0,5 %.

Определение набухания асфальтобетона

При определении набухания асфальтобетона используют показатели, полученные при определении плотности и водонасыщения асфальтобетона.

Набухание асфальтобетона после насыщения его водой определяют по формуле:

где q₁ - масса асфальтобетона, выдержанного в течение 30 мин в воде и взвешенного на воздухе, г;

q ₂ - масса того же образца в воде, г;

q ₃ - масса насыщенного образца на воздухе, г;

q ₄ - масса насыщенного образца в воде, г.

Расхождение между наибольшим и наименьшим результатами трех определений не должно превышать 0,2 %.

Определение предела прочности при сжатии

Для проведения испытания необходимы: пресс механический 50 - 100 кН, сосуды емкостью 3 - 8 л для термостатирования образцов, термометр ртутный с ценой деления 1 °С.

Предел прочности при сжатии асфальтобетонных образцов определяют с помощью механического пресса при скорости деформирования образца 3 ± 0,5 мм/мин. При прочности образцов менее 1,5 МПа точность силоизмерителя должна быть не менее 0,05 МПа, а при прочности более 1,5 МПа - соответственно не менее 0,1 МПа.

Образец после термостатирования ставят в центре нижней плиты пресса, затем опускают верхнюю плиту, не доводя ее до поверхности образца на 1 - 1,5 мм. Затем включают электродвигатель и начинают нагружать образец. Во избежание остывания образца при соприкосновении с металлическими плитами под образцы подкладывают прокладки из плотной бумаги.

Для равномерной передачи усилия на образец можно использовать дополнительное шарнирное устройство. Разрушающую нагрузку определяют при максимальном показании силоизмерителя.

Предел прочности при сжатии вычисляют по формуле:

где Р - разрушающая нагрузка.

S - первоначальная площадь поперечного сечения образца, см².

За результат определения принимают среднее арифметическое значений испытаний трех образцов. Расхождение между результатами испытаний этих образцов не должно превышать 10 %. При отсутствии механических прессов испытания можно, в виде исключения, производить на гидравлических прессах с максимальным усилием не более 10 т при скорости холостого хода поршня 3 ± 0,5 мм/мин. Не разрешается использовать для испытаний гидравлические прессы с ручным приводом.

Определение коэффициента водостойкости асфальтобетона

Коэффициент водостойкости асфальтобетона при температуре 20 °С подсчитывают по результатам его испытаний на сжатие по формуле:

где - предел прочности при сжатии асфальтобетона при 20 °С после его водонасыщения, МПа;

- предел прочности при сжатии асфальтобетона при 20 °С в сухом состоянии, МПа.

Определение водостойкости асфальтобетона при длительном водонасыщении

При проведении испытания используют: пресс с механическим приводом и максимальным усилием 50 кН, вакуум-прибор, сосуды емкостью 3 - 8 л для термостатирования образцов, термометр ртутный с ценой деления шкалы 1 °С.

Перед испытанием образцы взвешивают на воздуха и в воде. Затем производят водонасыщение асфальтобетонных образцов, а потом переносят в сосуд с водой, где их выдерживают в течение 15 суток. Температура воды в процессе испытания должна быть 20 ± 2 °С. По истечении 15 суток образцы извлекают из воды, обтирают мягкой тканью, взвешивают на воздухе и в воде.

По результатам взвешивания подсчитывают длительное набухание асфальтобетонных образцов по формуле:

где g ₁ - масса образца, выдержанного в воде в течение 30 мин и взвешенного на воздухе, г;

g ₂ - масса того же образца в воде, г;

g ₅ - масса образца на воздухе после 15 суток выдерживания в воде, г;

g ₀ - масса того же образца в воде, г.

Коэффициент водостойкости асфальтобетона после длительного водонасыщения определяют по формуле:

где - предел прочности при сжатии асфальтобетонного образца при 20 °С после его длительного водонасыщения, МПа;

- предел прочности при сжатии сухого асфальтобетонного образца при 20 °С, МПа.

Асфальтобетонные смеси в зависимости от вязкости использованного битума и условий применения подразделяют на виды:

горячие - приготовленные с использованием вязких битумов, применяемые сразу после изготовления и имеющие температуру не ниже 120 °С;

теплые - приготовленные с использованием вязких битумов пониженной вязкости или жидких битумов, применяемые непосредственно после изготовления и имеющие температуру не ниже 70 °С;

холодные - приготовленные с использованием жидких битумов, применяемые сразу после изготовления или длительного хранения и имеющие температуру не ниже 5 °С.

Горячие и теплые смеси в зависимости от наибольшего размера частиц минерального материала подразделяются на:

крупнозернистые - с частицами размером до 40 мм,

мелкозернистые - с частицами размером до 20 мм,

песчаные - с частицами размером до 5 мм.

Асфальтобетоны из горячих и теплых смесей в зависимости от пористости подразделяют на:

плотные с остаточной пористостью от 2 до 7 %,

пористые с остаточной пористостью от 7 до 12 %,

высокопористые с остаточной пористостью от 12 до 18 %.

Требования к горячему и теплому асфальтобетону

Требования к гранулометрическому составу горячих и теплых асфальтобетонов приведены в табл. 40. Требования к горячему и теплому асфальтобетону для устройства верхних слоев покрытий даны в табл. 41, а для нижних слоев покрытий и оснований - в табл. 42. Требования к материалам для приготовления асфальтобетонных смесей приведены в ГОСТ 9128-84,

Определение слеживаемости холодных асфальтобетонных смесей

Слеживаемость холодных асфальтобетонных смесей определяют с помощью прибора для определения слеживаемости (рис. 11). Для испытания готовят три образца. Перед испытанием их выдерживают в течение 4 ч при 15 ± 2 °С. Образец устанавливают на подставку, а острие конуса вводят в отверстие образца. Груз поднимают до упорного кольца, а затем отпускают его. Удары груза по конусу повторяют до тех пор, пока образец полностью разрушится или острый конус коснется подставки.

Рис. 11. Прибор для определения слёживаемости холодной асфальтобетонной смеси:

1 - основание с подставкой; 2 - образец; 3 - отверстие в образце; 4 - конусный наконечник; 5 - груз; 6 - штанга; 7 - упорное кольцо; 8 - направляющая втулка; 9 - риска на штанге

Таблица 40

Наименование и тип смеси	Содержание, %, зерен минерального материала мельче, мм:
				2,5	1,25	0,63	0,315	0,14	0,071
Мелкозернистые типов	Непрерывные зерновые составы
А	95 - 100	78 - 100	60 - 100	35 - 50	24 - 38	17 - 28	12 - 20	9 - 15	6 - 11	4 - 10
Б	95 - 100	85 - 100	70 - 100	50 - 65	38 - 52	28 - 39	20 - 29	14 - 22	9 - 16	6 - 12
В	95 - 100	88 - 100	80 - 100	65 - 80	52 - 66	39 - 53	29 - 40	20 - 28	12 - 20	8 - 14
Песчаные типов:
Г	-	-	-	95 - 100	68 - 83	45 - 67	28 - 50	18 - 35	11 - 24	8 - 16
Д	-	-	-	95 - 100	74 - 93	53 - 86	37 - 75	27 - 55	17 - 33	10 - 16
Мелкозернистые типов	Прерывистые зерновые составы
А	95 - 100	78 - 100	60 - 100	35 - 50	23 - 50	22 - 50	18 - 50	14 - 28	8 - 15	4 - 10
Б	95 - 100	85 - 100	70 - 100	50 - 65	40 - 85	34 - 85	27 - 65	20 - 40	14 - 23	8 - 12

(Продолжение таблицы 40)

Наименование и тип смеси	Содержание, %, зерен минерального материала мельче, мм:
					2,5	1,25	0,63	0,315	0,14	0,071
Плотные, крупнозернистые типов:	Непрерывные зерновые составы
А	95 - 100	65 - 80	55 - 70	45 - 62	35 - 50	24 - 38	17 - 28	12 - 20	9 - 15	6 - 11	4 - 10
Б	95 - 100	78 - 86	70 - 80	62 - 74	50 - 65	38 - 52	28 - 39	20 - 29	14 - 22	9 - 16	6 - 12
	Прерывистые зерновые составы
А	95 - 100	65 - 80	55 - 70	45 - 62	35 - 50	28 - 50	22 - 50	18 - 50	14 - 28	8 - 15	4 - 10
Б	95 - 100	78 - 86	70 - 80	62 - 74	50 - 65	40 - 65	34 - 65	27 - 65	20 - 40	14 - 23	6 - 12
Пористые и высокопористые крупно- и мелкозернистые	Непрерывные зерновые составы
95 - 100	70 - 100	57 - 100	45 - 76	27 - 65	18 - 50	10 - 38	7 - 28	4 - 22	3 - 15	2 - 8
Высокопористые песчаные	-	-	-	-	95 - 100	68 - 100	45 - 100	28 - 88	18 - 73	10 - 45	4 - 10
Пористые и высокопористые крупно- и мелкозернистые	Прерывистые зерновые составы
95 - 100	65 - 100	54 - 100	42 - 88	30 - 65	25 - 65	18 - 65	12 - 65	8 - 40	5 - 22	2 - 8

ГОСТ 9128-84 Таблица 41

Наименование показателей	Нормы для асфальтобетонов из смесей марок
I	II	III
для дорожно-климатических зон
I	II, III	IV, V	I	II, III	IV, V	I	II, III	IV, V
Предел прочности при сжатии, МПа, при температурах:
а) 20 °С для всех типов асфальтобетона не менее	2,5 2,2	2,5 2,2	2,5 1,9	2,2 2,0	2,2 1,8	2,2 1,8	2,0 1,6	2,0 1,6	2,0 1,6
б) 50 °С не менее для асфальтобетонов типов:
А	0,9 -	0,9 -	0,9 -	0,8 -	0,8 -	0,8 -	-	-	-
Б и В	0,9 0,9	1,1 0,9	1,3 1,0	0,8 0,8	1,0 0,8	1,2 0,9	0,8 0,7	0,9 0,7	1,1 0,8
Г	1,0 1,0	1,3 1,0	1,6 1,2	0,9 0,9	1,2 1,0	1,4 1,1	0,8 0,8	1,1 0,9	1,3 1,0
Д	-	-	-	1,0 0,8	1,2 0,9	1,2 1,0	0,8 0,6	0,9 0,70	1,0 0,8
в) 0 °С для всех типов асфальтобетонов, не более	9	11	13	10 7,5	12 7,5	13 8,5	10	12	13
Пористость минерального остатка, % объема асфальтобетона типа
А и Б	15 - 19	18 - 19	15 - 19	15 - 19	15 - 19	15 - 19	15 - 19	15 - 19	15 - 19
В, Г и Д	18 - 22	18 - 22	18 - 22	18 - 22	18 - 22	18 - 22	18 - 22	18 - 22	18 - 22
Водонасыщение, % от объема асфальтобетона, типа:
А	2,0 - 3,5	2,0 - 5,0	3,0 - 7,0	2,0 - 3,5	2,0 - 5,0	3,0 - 7,0	2,0 - 3,5	2,0 - 5,0	3,0 - 7,0
Б и Г	1,5 - 3,0	1,5 - 4,0	2,5 - 6,0	1,5 - 3,0	1,5 - 4,0	2,5 - 6,0	1,5 - 3,0	1,5 - 4,0	2,5 - 6,0
В и Д	1,0 - 2,5	1,0 - 4,0	2,5 - 6,0	1,0 - 2,5	1,0 - 4,0	2,5 - 6,0	1,0 - 2,5	1,0 - 4,0	2,5 - 6,0
Остаточная пористость, % от объема	2,5 - 3,5	2,0 - 5,0	3,0 - 7,0	2,5 - 3,5	2,0 - 5,0	3,0 - 7,0	2,5 - 3,5	2,0 - 5,0	3,0 - 7,0
Коэффициент водостойкости, не менее	0,95 0,90	0,90 0,80	0,85 0,75	0,90 0,85	0,85 0,75	0,80 0,70	0,85 0,80	0,75 0,70	0,70 0,60
Коэффициент водостойкости после длительного водонасыщения, не менее	0,90 0,85	0,85 0,75	0,75 0,70	0,85 0,80	0,75 0,65	0,70 0,60	0,75 0,70	0,65 0,60	0,60 0,50
Набухание, % от объема, не более	0,5 0,5	0,5 0,7	0,5 0,7	1,0 1,0	1,0 1,5	1,5 1,7	1,5 1,0	1,0 1,5	1,5 1,7
Примечание: в числителе приведены требования к асфальтобетону из горячих смесей, в знаменателе - из теплых смесей.

Таблица 42

Наименование показателей	Нормы для асфальтобетона из смесей марок
I	II
Предел прочности при сжатии, МПа, не менее при температурах:
а) 20 °С
пористого асфальтобетона	1,8	1,5
высокопористого асфальтобетона	1,4	1,2
б) 50 °С
пористого асфальтобетона	0,7	0,5
высокопористого асфальтобетона	0,5	0,4
Пористость минерального остова, % от объема не более:
пористого щебеночного (гравийного)
высокопористого щебеночного (гравийного)
высокопористого песчаного
Водонасыщение, % от объема не более:
пористого асфальтобетона
высокопористого асфальтобетона
Коэффициент водостойкости, не менее	0,7	0,6
Коэффициент водостойкости после длительного водонасыщения, не менее	0,6	0,5
Набухание, % от объема не более	1,0	2,0

За условный показатель слеживаемости холодной асфальтобетонной смеси принимают количество ударов, необходимое до полного разрушения образца.

Показатель слеживаемости вычисляют как среднее арифметическое результатов испытания трех образцов. Расхождение между результатами испытаний отдельных образцов из одного замеса не должно быть более двух ударов.

Требования к холодному асфальтобетону

Требования к гранулометрическому составу холодных асфальтобетонных смесей приведены в табл. 43, а к свойствам холодного асфальтобетона в табл. 44.

Таблица 43

Наименование и тип смеси	Содержание, %, зерен минерального материала мельче, мм:
				2,5	1,25	0,63	0,315	0,14	0,07
Мелкозернистые типа Бх	95 - 100	85 - 100	70 - 100	50 - 65	32 - 50	21 - 39	14 - 29	10 - 22	9 - 16	8 - 12
Мелкозернистые типа Вх	95 - 100	88 - 100	80 - 100	65 - 80	50 - 60	39 - 49	29 - 38	22 - 31	16 - 22	12 - 17
Песчаные типов Гх и Дх	-	-	-	95 - 100	66 - 82	46 - 58	26 - 54	18 - 43	14 - 30	12 - 20

Таблица 44

Наименование показателей	Нормы для асфальтобетона из смесей марок
I	II
Предел прочности при сжатии, МПа, при 20 °С, не менее:
а) до прогрева асфальтобетона типа
Бх, Вх	1,5	1,0
Гх	1,7	-
Дх	-	1,2
б) после прогрева асфальтобетона типа
Бх, Вх	1,8	1,3
Гх	2,0	-
Дх	-	1,5
Пористость минерального остова, % от объема, не более, асфальтобетона типа:
Бх
Вх
Гх и Дх
Водонасыщение, % от объема	5 - 9	5 - 9
Остаточная пористость, % от объема	6 - 10	6 - 10
Коэффициент водостойкости, не менее
а) до прогрева	0,75	0,60
б) после прогрева	0,90	0,80
Коэффициент водостойкости после длительного водонасыщения не менее
а) до прогрева	0,5	0,4
б) после прогрева	0,75	0,65
Набухание, % от объема, не более	1,2	2,0
Слеживаемость по числу ударов, не более