Размеры и гранулометрический состав

Желательные кривые гранулометрического состава. Гранулометрический состав заполнителя представляет собой распределение частиц по размеру, выраженное в процентах от общего веса. Гранулометрический состав в виде процентов от общего объема более важен, но выражение в процентах по весу более простое и общепринято на практике. Гранулометрический состав по весу и по объему приблизительно один и тот же, поскольку удельные веса различных применяемых заполнителей приблизительно одинаковы. Если для особых смесей имеется большая разница удельных весов заполнителей, то гранулометрический состав следует выражать в процентах от общего объема. Гранулометрический состав определяют ситовым анализом, а именно, пропускают материал через серию сит с прогрессивно уменьшающимися от верхнего до нижнего значений отверстиями, и взвешивают материал, остающийся на каждом сите. Гранулометрический состав заполнителя обычно выражают как общий процент прошедших через сита различных размеров.

Гранулометрический состав заполнителя может быть представлен графически в виде кривой, где на оси ординат отложен общий процент по весу, прошедший через сито данного размера в линейной шкале, а на оси абсцисс - размер частиц в логарифмической шкале. Типичные сита, применяемые для ситового анализа и технические требования к гранулометрическому составу заполнителя для АГС суть 2 дюйма, 11/2 дюймов, 1 дюйм, 3/4 дюйма, 1/2 дюйма, 3/8 дюйма, № 4, № 8, № 16, № 30, № 50, № 100, и № 200 (50,8 mm, 38 мм, 25,4 мм, 19 мм, 12,5 мм, 9,5 мм, 4,75 мм, 2,36 мм, 1,18 мм, 0,6 мм, 0,3 мм, 0,15 мм, и 0,075 мм, соответственно). Сито 3/8-дюйма имеет отверстия, равные 3/8 дюйма. Сито № 8 имеет 8 отверстий на дюйм. Отверстия в сите № 8 меньше 1/8 дюйма, поскольку диаметр проволоки играет определяющую роль в размере отверстия. Размер последовательных сит отличается множителем около 2, если нанести их в логарифмическом масштабе, the distances расстояние между соседними размерами сит обычно примерно равны. Иногда гранулометрический состав заполнителя выражают как сплошной, или хорошо отсортированный, однородно отсортированный (открытый), и прерывистый  , с пропуском некоторых фракций, как показано на рисунке 3—10.

Гранулометрический состав, по-видимому, наиболее важная характеристика заполнителя. Он влияет почти на все важные свойства АГС, включая жесткость, стабильность, долговечность, проницаемость, работоспособность, усталостную прочность, сопротивление трения и стойкость к влиянию влаги. Поэтому при разработке асфальтобетонных смесей гранулометрический состав рассматривается в первую очередь, и в большинстве стран в технических требованиях к заполнителю, который может быть использован в АГС, ставятся ограничения на гранулометрический состав заполнителя.

Теоретически, по-видимому, обосновано, что наилучший гранулометрический состав для АГС должен быть таким, чтобы он давал самый плотный каменный каркас из частиц заполнителя. Гранулометрический состав, дающий максимальную плотность, обеспечивает увеличение стабильности за счет увеличения контактов между частицами и снижения количества пор в минеральном заполнителе. Однако, пространство в воздушных пустотах должно быть достаточным для того, чтобы внедрилось достаточное количество вяжущего, чтобы обеспечить стабильность, и оставалось бы некоторое воздушное пространство в смеси, чтобы избежать выдавливания битума и образования колеи. Через мерно плотный каркас (при низком содержании пор в минеральном заполнителе) проявляется в смеси также в том, что она становится более чувствительной к изменению содержания битума.

Многие исследователи предлагали идеальные гранулометрические составы для получения максимальной плотности. Одно из наилучших предложений дают так называемые кривые Фуллера, предложенные Фуллером и Томпсоном (15). Уравнение Фуллера для кривой максимальной плотности имеет вид:

                                                          P = 100 (d/D)ⁿ                                                      (8)

где d – диаметр отверстия в данном сите, P – общий процент прошедший через сито, или более мелкий, и D – максимальный размер заполнителя. Работы Фуллера и Томпсона показали, что максимальная плотность может быть получена для заполнителя, если n=0.5.

Рисунок 3-10. Принятые термины, используемые для определения гранулометрических составов заполнителя

В начале 1960-х годов Федеральное управление автомобильных дорог США (FHWA) утвердило диаграммы гранулометрического состава заполнителей, основанные на распределении Фуллера с использованием в уравнении показателя экспоненты 0,45. Эти диаграммы очень удобны для определения кривой максимальной плотности и для регулировки гранулометрического состава заполнителя. С помощью этих диаграмм, кривые максимальной плотности могут быть легко получены проведением прямых линий из начала координат в левом нижнем углу до точек действительного процента от номинального максимального размера. Номинальный максимальный размер в технических условиях определяется как самый большой размер ячейки сита, на котором не остается никакого материала. Рисунок 3-11 показывает семейство кривых максимальной плотности на такой диаграмме. Федеральное управление автомобильных дорог США рекомендует использовать эту диаграмму как часть процедуры разработки состава АГС.

Гранулометрический состав максимальной плотности может не обеспечивать достаточного количества пор в заполнителе, чтобы обеспечить такое содержание вяжущего, чтобы пленка битума была нужной толщины для максимального срока службы без выдавливания вяжущего. В таких случаях отклонения от кривых максимальной плотности необходимы, чтобы увеличить общий объем пор в минеральном заполнителе (VMA). Были предложены требования к VMA и его изменению с изменением максимального номинального размера заполнителя (см. Главу 4). Большинство компаний, занимающихся дорожными покрытиями, предпочитают, чтобы распределение шло приблизительно параллельно распределению максимальной плотности, но точки отклонялись на несколько процентов выше или ниже линии. Две линии пересекаются при номинальном максимальном размере, и эти точки отличаются на несколько процентов от среднего размера сита. Требование к минимальному VMA необходимо, чтобы обеспечить достаточный объем пор в заполнителе, позволяющий ввести нужное для прочности смеси количество вяжущего и необходимое для поддержания устойчивости смеси количество воздушных пустот. Дорожная асфальтобетонная смесь Superpave, разработанная в рамках "Стратегической Программы Автодорожных Исследований" (SHRP) требует несколько выбранных контрольных точек на диаграмме распределения частиц по размеру (см. Главу 4).

Максимальный размер заполнителя. Максимальный размер частиц заполнителя в смеси важен для обеспечения хороших характеристик. Если максимальный размер частиц слишком мал, смесь может стать неустойчивой, если он слишком велик, могут возникнуть проблемы с работоспособностью и расслоением смеси. Для максимального размера частиц существуют две маркировки (ASTM C125):

1. Максимальный размер обозначается как самое мелкое сито, через которое проходит 100 % частиц образца заполнителя

2. Номинальный максимальный размер обозначается как самое крупное сито, на котором остаются некоторое количество частиц заполнителя, обычно не более 10 %.

Диаграмма гранулометрического состава Федерального автодорожного управления США
с показателем степени 0,45