Чистота и наличие вредных примесей

Чистота имеет отношение к отсутствию определенных инородных или вредных примесей, которые делают заполнитель не пригодным для АГС. Промывая грязный заполнитель, можно снизить количество нежелательного инородного вещества до приемлемого уровня. Типичные нежелательные материалы включают растительные остатки, сланец, мягкие частицы, комки глины, глинистые покрытия на частицах заполнителя и, иногда, избыточную пыль после операции дробления. Кроме петрографического испытания, описанного ранее, для установления и количественного измерения нежелательных материалов могут быть использованы следующие испытания.

Определение песчаного эквивалента (ASTM D2419) используют для определения относительной доли пластичной мелкой фракции и мелких заполнителей. В этом испытании берут 85 мл заполнителя, прошедшего через сито № 4 (4,76 мм), перемешивают в прозрачном цилиндре, заполненном водой (внутренний диаметр цилиндра 1,25 дюйма или 32 мм, высота 17 дюймов или 432 мм, цилиндр градуирован от дна до 15 дюймов или до 381 мм через 10 делений), заполняют цилиндр смесью воды и флокулирующего агента (смесь хлорида кальция, глицерина и формальдегида). После перемешивания и осаждения в течение 20 мин, песок отделяется от коагулированной глины, измеряют высоту слоев глины и песка в цилиндре. Песчаный эквивалент представляет собой отношение высоты песка к высоте глины, умноженное на 100. Чистый заполнитель имеет высокое значение песчаного эквивалента. В технических условиях на заполнитель для АГС часто требуется, чтобы песчаный эквивалент был в диапазоне 25 - 35.

Комки глины и хрупкие частицы. Глина и хрупкие (слабые зерна)частицы (ASTM C142) могут присутствовать в виде комков. Вред, вызываемый этими комками, зависит от того, сохраняются ли они в таком же виде и в АГС. Эти комки в конечном АГС могут разрушаться при замораживании и размораживании, или при смачивании и сушке, вызывая отслоение, разрушение и другие, влияющие на срок службы АГС эффекты. Обычно, эти частицы могут быть удалены в процессе дробления на грохотах или при проведении промывки. Некоторые из этих частиц разрушаются при получении АГС. Наиболее вероятным источником этих комков являются природные пески и гравий. Если комки разрушаются при укладке АГС, при уплотнении смеси или при движении транспорта, за счет разрушения этих комков на или вблизи поверхности дорожного покрытия возможно образование выбоин. Если общий процент комков глины и хрупких частиц в АГС очень низкий (менее 1 %), поверхностные проблемы минимальны и характеристики покрытия удовлетворительные. Некоторое количество ямок и раковин образовываться может, но на другие характеристики это не влияет.

При проведении испытания на комки глины и хрупкие частицы заполнители сначала промывают и сушат для удаления материала, проходящего через сито № 200 (75 мкм) а затем разделяют на фракции различных размеров. Испытуемые образцы взвешивают и вымачивают в воде в течение 24 часов. Все частицы, которые после замачивания можно разломать пальцами, удаляют просеиванием в мокром виде и сортируют на комки глины и хрупких частиц, рассчитывают процент этого материала по отношению к весу образца, взятого на испытание. Технические условия обычно ограничивают предельное количество комков глины и хрупкого материала максимально до 1 %.

Показатель пластичности. Показатель пластичности (PI) (ASTM D4318) представляет собой разность пределом текучести и пределом пластичности материала, прошедшего через сито № 40 (0,42 мм). PI является мерой степени пластичности мелкой фракции (материала, проходящего через сито № 200) и может прямо указать количество и тип пластичной мелкой фракции. ASTM D1073 и D242 ограничивает предельное значение PI фракции заполнителя, прошедшей через сито № 40, мелкого заполнителя и минерального заполнителя величиной 4 или меньше.

Удельный вес

Удельный вес заполнителя нужен для пересчета веса в объем и обратно, расчета содержания пор в уплотненном АГС. По определению удельный вес заполнителя представляет собой отношение веса единицы объема материала к весу равного объема воды при температуре около 23 °C (73,4 °F). Для определения удельного веса обычно пользуются уравнением:

Удельный вес =

В метрической системе мер вес единицы объема воды 1,0 г/мл. Тогда формула для удельного веса приобретает вид, где вес выражен в граммах, а объем в миллилитрах.

Удельный вес =

Имеются четыре различных удельных веса заполнителя для АГС, в зависимости от методики определения объема частиц заполнителя:

1. Кажущийся удельный вес;

2. Объемный удельный вес;

3. Эффективный удельный вес;

4. Удельный вес пропитанного объема.

Согласно рисунку 3-9 кажущийся удельный вес включает только объем частиц заполнителя. В него не входит объем любых пор или капилляров, заполняемых водой при замачивании в течение 24 часов. Объемный удельный вес включает общий объем частиц заполнителя и объем пор, заполняемых водой при 24-часовом замачивании. Эффективный удельный вес и удельный вес пропитанного объема включают общий объем заполнителя и пор, которые заполняются водой при 24-часовом замачивании за вычетом объема крупных пор, которые заполняются битумом. Объем твердого тела (V_s) содержит внутренние поры, которые могут заполняться как водой, так и битумом. Поскольку объем способных к заполнению пор не может быть определен точно, для практических целей они рассматриваются как часть объема твердого тела. При уменьшении размера частиц заполнителя дроблением часть этих внутренних пор раскрывается, увеличивая тем самым кажущийся удельный вес заполнителя.

Воздушные пустоты в уплотненном АГС выглядят в смеси как маленькие воздушные пустоты между частицами заполнителя, покрытыми битумом. Выбор удельного веса заполнителя используемого при расчетах асфальтобетонной смеси имеет существенное влияние на расчетное количество воздушных пустот в уплотненном АГС. Эффективный удельный вес заполнителя в смеси зависит от степени поглощения асфальта заполнителем. Если в расчетах используют кажущийся удельный вес, поры между пленкой битума и заполнителем (поры, не заполненные асфальтом) учитываются в расчете. Если используют объемный удельный вес, предполагается, что поры, заполненные водой, не поглощают асфальт; следовательно, измеренный объем пор включает объем воздуха между покрытыми частицами заполнителя за вычетом объема поглощенного битума. За исключением редких случаев, ни объемный, ни кажущийся удельный вес, не обеспечивают точного измерения объема воздушных пустот в смеси АГС. Истинный случай поглощения битума при расчете объема пор в укатанном асфальтобетонном дорожном покрытии наиболее близко описывает концепция эффективного удельного веса. В этом случае в расчет принимают истинные поры между частицами, покрытыми асфальтом, и не включают поры между асфальтом и заполнителем. Эффективный удельный вес равен или выше объемного удельного веса, и равен или ниже кажущегося удельного веса. Если поглощение заполнителя равно нулю, все четыре типа удельных весов заполнителя теоретически равны между собой.

Объемный и кажущийся удельный вес крупных и мелких заполнителей может быть определен согласно ASTM CI27 и CI28, соответственно. Эффективный удельный вес можно рассчитать из теоретически максимального удельного веса (удельный вес по Райсу) используя ASTM D2041. Удельный вес пропитанного образца использовала Американская корпорация инженеров при разработке и контроле АГС, в том случае, когда поглощение воды было выше 2,5 %. Удельный вес пропитанного образца, по сути, подобен эффективному удельному весу, но включает погружение заполнителя в битум, тогда как удельный вес по Райсу получен при испытаниях действительных смесей АГС. Дальнейшее обсуждение расчета доли пустот приведено в главе 4.

Удельный вес и поглощение крупных заполнителей. Оборудование и методика определения удельного веса и поглощения крупных заполнителей приведены в AASHTO T85 и ASTM C127. Методика кратко описана ниже:

 

W_S = вес заполнителя после сушки в печи

Удельный вес воды g_w = 1 г/мл

(Для простоты в этих расчетах используется только метрическая система мер.)

V_S           = Объем твердого тела

V_PP         = Объем пор способных пропускать воду

V_AP         = Объем пор, поглощающих битум

V_PP - V_AP = Объем пор, пропускающих воду, но не поглощающих битум

 

Кажущийся удельный вес = G_SA =

 

Объемный удельный вес = G_SB =

 

Эффективный удельный вес = G_SE =

Рисунок 3—9. Соотношение между различными видами удельных весов частиц заполнителя

Приблизительно 5 кг тщательно промытого заполнителя, остающегося на сите № 4 (4,75 мм) высушивают в печи до постоянного веса. Высушенный образец погружают в воду на 24 часа. Извлекают заполнитель из воды, отжимают и подвергают поверхностной сушке, пока не удалится видимая пленка воды. Поверхность выглядит все еще влажной. Взвешивают образец в условиях поверхностной сушки и обозначают этот вес B. Насыщенный, сухой с поверхности образец помещают в проволочную корзинку и погружают в воду, определяют вес погруженного образца и обозначают его C. Затем образец удаляют из воды, позволяют стечь влаге, загружают в печь и высушивают до постоянного веса. Вес образца, высушенного в печи обозначают А. Удельный вес и поглощение рассчитывают по следующим формулам:

                                   Кажущийся удельный вес = G_sa =                                (1)

                                     Объемный удельный вес = G_sb =                                 (2)

                                            Поглощение, % =                                         (3)

где

A = вес заполнителя, высушенного в печи, г;

B = вес насыщенного поверхностно сухого заполнителя (SSD), г;

C = вес заполнителя, погруженного в воду г.

Удельный вес и поглощение мелких заполнителей. Оборудование и методика определения удельного веса и поглощения мелких заполнителей описаны в AASHTO T84 и ASTM CI28. Методика кратко описана ниже:

Для измерения удельного веса используют сосуд (пикнометр) заполняют его водой и регистрируют вес, обозначая его В. Приблизительно 1000 г мелкого заполнителя сушат в печи до постоянного веса. Высушенный образец погружают в воду на 24 часа. Мелкий заполнитель рассыпают на чистой плоской поверхности и осторожно обдувают потоком теплого воздуха, пока насыщенная поверхность не станет сухой. Условия поверхностно сухого насыщения достигаются при таком содержании влаги, при котором слегка уплотненный в первом конусе материал осыпается, если удалить конус. До тех пор, пока остается поверхностная влага, образец обладает некоторым сцеплением, но если влага испаряется, сцепление пропадает, и при удалении конуса заполнитель оседает. Испытание на осыпание конуса проводят несколько раз, чтобы убедиться в том, что определяется наивысшее содержание влаги (насыщение) при котором происходит осыпание. Приблизительно 500 г образца, насыщенного, но поверхностно сухого, помещают в сосуд и регистрируют его фактический вес, обозначая его – D. TСосуд заполняют водой, используя особую процедуру, и взвешивают, обозначая этот вес – С. Мелкий заполнитель удаляют из сосуда, сушат в печи до постоянного веса, этот вес обозначают -А. Удельный вес и поглощение рассчитывают следующим образом:

                                  Кажущийся удельный вес, G_sa =                              (4)

                                   Объемный удельный вес, G_sb =                               (5)

                                             Поглощение, % =                                         (6)

где,

A = вес образца после сушки в печи, г;

B = вес сосуда (пикнометра) заполненного водой, г;

C = вес сосуда (пикнометра) с образцом и водой, доходящей до калибровочной отметки г;

D = вес насыщенного, поверхностно сухого образца (500 +10 г).

Если испытывают образец, разделенный на фракции по размерам, (например крупный и мелкий), величину среднего удельного веса рассчитывают как среднее взвешенное для различных фракций с использованием следующей формулы:

                                   G =                                                                                   (7)

 

где,

G = средний удельный вес;

G₁, G₂,…G_n= значения удельного веса для фракций 1, 2,...n;

P₁ P₂,...P_n= весовой процент фракций 1, 2,...n.

 

Такое же уравнение можно использовать при расчете среднего удельного веса смеси заполнителей, в этом случае G₁, G₂,…G_n – удельные веса каждого из заполнителей 1, 2, …n, а P₁, P₂,…P_n - весовые проценты каждого из заполнителей 1,2,...n в смеси. Это уравнение можно использовать для расчета среднего объемного удельного веса или кажущегося удельного веса, но тип удельного веса должен быть одинаковым для всех заполнителей в смеси.

 

Пример 3-1. Кажущийся удельный вес заполнителя равен 2,750 г/см³, а поглощение воды – 2 %. Определить объемный удельный вес.

Вспомним, что

 

Если использовать метрическую систему,

где,

G_sa = кажущийся удельный вес;

G_sb = объемный удельный вес.

 

Объем наружных пор равен объему абсорбированной воды, если заполнитель находится в условиях SSD (насыщение при сухой поверхности). Предположим для данного примера, что вес сухого заполнителя 100 г, тогда

Объем воды (мл) = вес воды (г)

 

По условиям задачи содержание воды в условиях SSD составляет 2,0 %. Чтобы измерить все наружные поры заполнитель должен находиться в условиях SSD

Вес воды в условиях SSD = 0,02 (100) = 2 г

Объем воды в условиях SSD = 2 мл, так как 1 г воды занимает объем 1 мл

Поскольку объем наружных пор равен 2 мл

Из этого следует, что

G_SB =

G_SB = 2,607

Пример 3—2. Два заполнителя объединяют в равных пропорциях по весу для выполнения требований технических условий на АГС. Объемный удельный вес заполнителя #1 равен 2,500, а заполнителя #2 3,000. Требуется определить объемный удельный вес смеси.

Эту задачу можно решить двумя путями. Уравнение для определения среднего удельного веса смеси заполнителей имеет вид:

 

 

Заменяя значения, получим

 

Упрощая, имеем 

 

Следовательно, G = 2,725

Задача решается простыми операциями с весами и объемами. Два заполнителя соединяют в равных пропорциях по весу. Предположим вес заполнителя # 1 - 100 г. Тогда вес заполнителя #2 также 100 г.

Объем заполнителя #1 определяют по формуле:

Объем заполнителя 1 =

=

= 40,000

Объем заполнителя #2 определяют подобным образом:

Объем заполнителя 2 =

=

= 33,333

Следовательно, общий вес смешанного заполнителя – 200 г, а общий объем – 73,333 мл Из чего следует, что

 

и

G_sb = 2,727

Небольшое различие ответов вызвано ошибками при округлении. Обратите внимание на то, что среднее значение двух удельных весов не дает правильного ответа.

Среднее значение двух удельных весов равно 2,750, что не является правильным удельным весом смеси.