Структура и классификация асфальто- и полимерасфальтобетонных смесей

Основные свойства асфальтобетона тесно связаны с его струк­турой. Применительно к такому сложному многокомпонентному ма­териалу, каким является асфальтобетон, понятие "структура" также является весьма сложным, поскольку им объединяются представления о различных особенностях этого материала – размерах и распределении по размерам минеральных частиц, их взаимном расположении, характере распределения битума в асфальтобетоне и свойствах би­тумных слоев на минеральных зернах, объеме пор и их распределении по размерам, соотношении объемов замкнутых и сообщающихся пор и др. Обобщенный термин "структура асфальтобетона" слагается из представлений об элементарных и взаимосвязанных структурах этого материала. Свойства каждой из названных элементарных структур оказывают большое влияние на структуру асфальтобетона, а, следовательно, и на его свойства.

Характерные для асфальтобетона (при положительных темпера­турах) вязко-пластические свойства определяются в основном осо­бенностями структуры дисперсной системы битум - минеральный по­рошок, выполняющий роль вяжущего материала. Рассматриваемую дис­персную систему следует отнести к коагуляционным структурам.

Структура асфальтобетона предопределяется:

- структурой минерального остова, структурой битума, особенностями взаимодействия минеральных материалов с битумом, плотностью асфальтобетона и особенностями его капиллярно-поровой структуры.

Структуру асфальтобетона методологически целесообразно рас­сматривать как трехкомпонентную систему, состоящую из микро-, мезо- и макроструктур. Микроструктура – это структура асфальтовяжущего вещества, мезоструктура – асфальтового раствора (песок + асфальтовяжущее вещество), макроструктура – асфальтобетона (щебень + асфальтовый раствор).

Макроструктура формируется щебнем, который рассматривается как основной структурообразующий элемент мелко- и крупнозернистых асфальтобетонов. В песчаном асфальтобетоне макроструктура формируется зернами 5-1,25 мм. Структурообразующая роль щебня также как и песка, значительно отличается от роли минерального порошка. Его основное назначение заключается в формировании пространственного каркаса, обеспечивающего прочность асфальтобетона.

При незначительном содержании щебня свойства асфальтобетона определяются свойствами асфальтового раствора, поскольку зерна щебня являются отдельными вкраплениваниями, "плавающими" в раствор­ной части – базальная структура. Зерна щебня в этом случае раз­делены толстыми прослойками раствора и являются своего рода инерт­ным заполнителем, размер, свойства поверхности, форма зерен щеб­ня не оказывают в этом случае существенного влияния на свойства асфальтобетона. Больше того, в некоторых случаях введение 10-20% щебня может привести к снижению прочности асфальтобетона по сравнению с прочностью асфальтового раствора за счет снижения однородности системы.

Дальнейший рост содержания щебня приводит к возникновению отдельных контактов между зернами через тонкие плёнки ориентиро­ванного битума – поровая структура. Прочность битумных слоев настолько велика, что битум под нагрузкой практически не вытесняется. Однако, если нагрузки при уплотнении весьма велики, то возможно разрушение зерен в зонах контакта от сосредоточенных контактных напряжений. При этом разрушается и битумная плёнка, возникают прямые контакты по минеральным зернам, что приводит к возникновению конденсационных связей (конденсационная микроструктура). Порог формирования конденсационных связей наступает при содержании щебня более 45%.

При увеличении щебня до 60-65% в асфальтобетоне формируется пространственный каркас. Крупные минеральные зерна контактируют друг с другом непосредственно или через настолько тонкие прослой­ки битума, что вяжущее приобретает в них свойства твердого тела. Дальнейшее увеличение количества щебня приводит к формированию контактной структуры, в которой объем пустот в щебеночном кар­касе значительно превышает объем асфальтового раствора, создает материал с большой пористостью и пониженной прочностью.

Макроструктура асфальтобетона

	базальная	поровая	контактная
щебень	<35%	50-60	65 и >
песок	>40%	30-40	30
минеральный порошок	>15%	~10	5
Битум/минеральный порошок	0,5-0,6%	0,6-0,9	0,9-1,1
Содержание битума	7,5-9,0% и >	6-9,0%	4,5-5,5%

Под структурой минерального остова следует понимать характер и взаимное расположение минеральных частиц, входящих в состав асфальтобетона. Минеральный остов воспринимает на себя значительную часть усилий. Поэтому важно, чтобы он состоял из достаточно прочных частиц и был плотным. Прочность асфальтобетона в немалой степени зависит от величины внутреннего трения, которое обуслов­лено формой, размерами и характером поверхности минеральных частиц. Большую роль в формировании структуры асфальтобетона играет и структура материалов, образующих минеральный остов.

На структуру асфальтобетона оказывают свойства свободного и адсорбированного битума.