Содержание статьи
Введение в технологию ЩМА
Щебеночно-мастичный асфальтобетон представляет собой высокотехнологичный материал каркасного типа, разработанный для эксплуатации в условиях интенсивных транспортных нагрузок. В соответствии с ГОСТ Р 58406.1-2020, щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь определяется как рационально подобранная смесь, состоящая из минеральной части, битумного вяжущего и стабилизирующих добавок, способных удерживать битумное вяжущее при технологических температурах.
Основное отличие ЩМА от традиционных асфальтобетонных смесей заключается в повышенном содержании крупного заполнителя, который составляет 70-80 процентов от общей массы минеральной части. Данная особенность обеспечивает формирование прочного минерального каркаса, эффективно сопротивляющегося деформациям сжатия и сдвига.
Принцип каркасной структуры ЩМА
Концепция взаимного заклинивания
Фундаментальным принципом работы ЩМА является формирование устойчивого минерального каркаса по принципу взаимного заклинивания крупных частиц щебня. В отличие от плотных асфальтобетонных смесей, где щебень находится во взвешенном состоянии в мастичной матрице, в ЩМА зерна щебня находятся в непосредственном контакте друг с другом, образуя жесткую пространственную структуру.
Каркасная структура обеспечивает передачу нагрузок с уровня покрытия вниз через отдельные крупные частицы каменного материала. Это приводит к значительному снижению остаточных деформаций и повышению сдвигоустойчивости дорожного покрытия при воздействии транспортных нагрузок.
Роль битумной мастики
Битумная мастика в составе ЩМА выполняет несколько важных функций. Она заполняет пустоты между зернами щебня, обеспечивает водонепроницаемость покрытия и способствует адгезионному контакту между частицами минерального материала. Повышенное содержание битума в ЩМА составляет от 6,0 до 8,5 процентов по массе смеси, что существенно выше, чем в традиционных плотных асфальтобетонах.
Проход через сито 22,4 мм: 100 процентов
Проход через сито 16,0 мм: от 90 до 100 процентов
Проход через сито 11,2 мм: от 50 до 65 процентов
Проход через сито 8,0 мм: от 35 до 50 процентов
Проход через сито 4,0 мм: от 23 до 38 процентов
Проход через сито 2,0 мм: от 18 до 28 процентов
Проход через сито 0,063 мм: от 7 до 12 процентов
Требования к минеральным заполнителям
Щебень из горных пород
Качество щебня является определяющим фактором эксплуатационных характеристик ЩМА. В соответствии с ГОСТ Р 58406.1-2020 и ГОСТ 32703, к щебню предъявляются жесткие требования по физико-механическим показателям.
| Показатель | Требование | Обоснование |
|---|---|---|
| Марка по дробимости | Не ниже М1000 | Обеспечение прочности каркаса |
| Морозостойкость | Не ниже F50 | Сопротивление климатическим воздействиям |
| Марка по износу | От И1 до И2 | Стойкость к абразивному истиранию |
| Содержание лещадных зерен | До 15 процентов | Улучшение уплотняемости смеси |
Особое значение имеет форма зерен щебня. Кубовидная форма частиц обеспечивает более плотное взаимное заклинивание и повышает сдвигоустойчивость покрытия. Содержание зерен пластинчатой и игловатой формы ограничивается 15 процентами, так как такие зерна снижают прочность каркаса и ухудшают уплотняемость смеси.
Дробленый песок
Для производства ЩМА применяется исключительно дробленый песок, соответствующий требованиям ГОСТ 32730. Использование природного песка не допускается, поскольку округлая форма его зерен не обеспечивает необходимого взаимного заклинивания частиц.
Содержание глинистых частиц в дробленом песке, определяемое методом набухания, должно быть не более 0,5 процента по массе. Рекомендуемая марка по дробимости дробленого песка составляет не ниже М800. Дробленый песок заполняет пространство между крупными зернами щебня и входит в состав мастичной части смеси.
Минеральный порошок
Минеральный порошок в составе ЩМА выполняет функцию активного наполнителя, повышающего структурирующие свойства битумной мастики. Применяются минеральные порошки марок МП-1 и МП-2 по ГОСТ 32761. Допускается использование минерального порошка, армированного минеральными волокнами горных пород или целлюлозы.
Частично минеральный порошок может быть заменен пылью из системы пылеулавливания смесительной установки, при условии что содержание пыли в зернах мельче 0,063 мм не превышает 50 процентов по массе. При этом содержание глинистых частиц в минеральном материале из системы пылеулавливания не должно превышать 5,0 процентов по массе.
Стабилизирующие добавки в ЩМА
Назначение стабилизаторов
Повышенное содержание битума в ЩМА создает риск его стекания в процессе транспортирования и укладки смеси. Для предотвращения расслоения смеси и удержания битумного вяжущего при технологических температурах применяются специальные стабилизирующие добавки.
Стабилизирующие добавки обеспечивают сорбцию избыточного битума, удерживая его на поверхности минеральных зерен. Это предотвращает образование масляных пятен на поверхности покрытия и обеспечивает однородность смеси при хранении в накопительных бункерах и транспортировании.
Целлюлозные волокна
Основным типом стабилизирующих добавок для ЩМА являются целлюлозные волокна. Применяются гранулированные или негранулированные целлюлозные волокна, изготовленные из древесной целлюлозы. Волокно должно иметь ленточную структуру нитей и быть однородным, без пучков и скоплений нераздробленного материала.
| Показатель | Требование по ГОСТ Р 58406.1-2020 |
|---|---|
| Влажность | Не более 8,0 процентов по массе |
| Термостойкость при 220 градусов Цельсия | Не более 7,0 процентов по изменению массы |
| Рекомендуемый расход | От 0,3 до 0,5 процента от массы смеси |
Типы целлюлозных добавок
Гранулированные целлюлозные добавки представляют собой прессованные гранулы цилиндрической формы, в которых каждое целлюлозное волокно покрыто битумом или синтетическим воском. Битумное или восковое покрытие обеспечивает негигроскопичность и хорошую сыпучесть гранул, исключает их комкование при длительном хранении.
На российском рынке широко применяются стабилизирующие добавки различных производителей. Технология гранулирования существенно упрощает требования к системе дозирования на АБЗ и повышает равномерность распределения волокон в смесителе без увеличения времени сухого смешивания.
При смешивании с минеральными материалами гранулы легко разрушаются, и волокна равномерно распределяются по всему объему асфальтобетонной смеси. Целлюлозные волокна обладают высокой масляной адсорбцией, достигающей 630-1100 процентов по массе, что позволяет эффективно удерживать избыток битумного вяжущего.
Альтернативные стабилизаторы
Помимо целлюлозных волокон, допускается применение других добавок, способных сорбировать битумное вяжущее при технологических температурах, не оказывая отрицательного воздействия на вяжущее и смесь. К таким добавкам относятся полимерные и минеральные волокна с круглым или удлиненным поперечным сечением нитей длиной от 0,1 до 10,0 миллиметров.
Обоснование пригодности стабилизирующих добавок и оптимального их содержания в смеси устанавливается посредством проведения испытаний ЩМА и проверки устойчивости к расслаиванию. При подборе состава ЩМА необходимо обеспечить показатель стекания вяжущего в пределах от 0,07 до 0,15 процента по массе.
Технология производства ЩМА на асфальтобетонном заводе
Оборудование асфальтобетонного завода
Производство щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей осуществляется на стандартных асфальтосмесительных установках, дополнительно оборудованных системой подачи стабилизирующей добавки. Технологический процесс включает следующие основные операции: приемку и хранение материалов, дозирование компонентов, нагрев и сушку минеральных материалов, смешивание компонентов и выдачу готовой смеси.
Система подачи стабилизирующей добавки состоит из загрузочного бункера, дозирующего устройства и системы транспортировки добавки в смеситель. Конструкция агрегата обеспечивает прием, дозирование и выдачу в смеситель гранулированных целлюлозных добавок с насыпной плотностью 500 плюс-минус 50 килограммов на кубический метр.
Подготовка минеральных материалов
Щебень, дробленый песок и минеральный порошок хранятся раздельно в соответствующих бункерах. Перед подачей в сушильный барабан минеральные материалы дозируются в заданных пропорциях согласно утвержденному рецепту. Точность дозирования обеспечивается весовыми дозаторами с относительной погрешностью не более 1 процента.
В сушильном барабане происходит нагрев и сушка минеральных материалов до температуры от 160 до 180 градусов Цельсия. Образующаяся пыль и выхлопные газы через систему воздуховодов попадают в фильтровальную установку, где отделяется пыль и фильтруются выхлопные газы. Отделенная пыль частично возвращается в смесь для использования в качестве минерального порошка.
Процесс смешивания
Смешивание компонентов ЩМА происходит в двухвальном смесителе принудительного действия. Процесс смешивания состоит из нескольких этапов. На первом этапе осуществляется сухое перемешивание нагретых минеральных материалов со стабилизирующей добавкой в течение 5-10 секунд. За это время гранулы стабилизирующей добавки разрушаются, и целлюлозные волокна равномерно распределяются в минеральной смеси.
Второй этап включает подачу в смеситель нагретого битумного вяжущего и минерального порошка. Температура битума должна соответствовать температурному интервалу смешивания, который определяется в зависимости от вязкости применяемого вяжущего. Для битумов марки БНД 50/70 рекомендуемая температура приготовления составляет от 160 до 175 градусов Цельсия.
Температурные режимы
Температура щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси при выпуске из смесителя должна находиться в температурном интервале смешивания. Этот интервал определяется как диапазон температур, при котором динамическая вязкость битумного вяжущего находится в пределах 0,17 плюс-минус 0,02 Паскаль-секунда.
| Марка битума | Температура приготовления, градусы Цельсия |
|---|---|
| БНД 50/70 | От 160 до 175 |
| БНД 70/100 | От 155 до 170 |
| БНД 100/130 | От 150 до 165 |
| БНД 130/200 | От 140 до 160 |
Хранение и отгрузка готовой смеси
Готовая щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь из смесителя поступает в бункер-накопитель, где может храниться в течение ограниченного времени при поддержании требуемой температуры. Конструкция бункера-накопителя предусматривает теплоизоляцию и, при необходимости, подогрев для предотвращения чрезмерного остывания смеси.
Отгрузка смеси производится в автомобили-самосвалы через автоматическое загрузочное устройство. Кузова автомобилей-самосвалов должны быть чистыми и обработаны антиадгезионным средством. Для снижения температурных потерь при транспортировании кузова укрываются пологом или тентом из водонепроницаемого материала.
Контроль стекания вяжущего
Сущность метода контроля
Испытание на стекание вяжущего является обязательным методом контроля качества щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей. Метод определения устойчивости смеси к расслаиванию по показателю стекания вяжущего регламентирован приложением А к ГОСТ Р 58406.1-2020.
Сущность метода заключается в оценке способности горячей щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси удерживать содержащееся в ней вяжущее при технологических температурах. Испытание моделирует условия хранения смеси в накопительном бункере и транспортирования.
Оборудование и материалы
Для проведения испытания применяются весы с относительной погрешностью 0,1 процента от определяемой величины, стаканы химические термостойкие вместимостью 1000 кубических сантиметров диаметром 10 сантиметров, покровные стекла, термометр с диапазоном измерения от 120 до 200 градусов Цельсия и сушильный шкаф с принудительной конвекцией воздуха.
Методика проведения испытания
Приготовленную смесь разогревают до максимальной температуры интервала смешивания и тщательно перемешивают. Пустой стакан взвешивают и помещают в сушильный шкаф для предварительного нагрева при требуемой температуре не менее 10 минут. Затем в стакан помещают не менее 1200 граммов смеси, стакан со смесью взвешивают и закрывают покровным стеклом.
Стакан со смесью помещают в сушильный шкаф и выдерживают при максимальной температуре интервала смешивания в течение 60 плюс-минус 5 минут. После выдержки стакан вынимают, снимают покровное стекло и удаляют смесь, перевернув стакан вверх дном на 10 плюс-минус 1 секунду. При этом стакан не встряхивают. Допускается удалять вручную только прилипшие к стенкам стакана зерна щебня.
В = (g3 − g1) / (g2 − g1) × 100
где:
g1 — масса пустого стакана, граммы;
g2 — масса стакана со смесью, граммы;
g3 — масса стакана после удаления смеси, граммы.
Требования к показателю стекания
Показатель стекания вяжущего щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси должен быть не более 0,20 процента по массе. Это значение обеспечивает устойчивость смеси к расслаиванию в процессе загрузки-выгрузки и транспортирования.
При подборе состава смеси рекомендуется, чтобы показатель стекания вяжущего находился в пределах от 0,07 до 0,15 процента по массе. Если при испытании показатель стекания превышает 0,20 процента, необходимо увеличить содержание стабилизирующей добавки на 0,05-0,1 процента или уменьшить количество битума.
За результат испытаний принимают округленное до второго знака после запятой среднее арифметическое значение двух параллельных определений. Расхождение между результатами параллельных испытаний не должно превышать 0,05 процента по абсолютной величине.
Контроль качества готовой продукции
Приемо-сдаточные испытания
Приемо-сдаточные испытания проводят для каждой партии щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси. Партией считают количество смеси одного типа и состава, выпускаемое на одной смесительной установке в течение суток, но не более 2000 тонн. Для заводов с производительностью более 200 тонн в час партия может составлять до 3000 тонн.
При приемо-сдаточных испытаниях определяют температуру отгружаемой смеси, зерновой состав и количество вяжущего, максимальную и объемную плотность, содержание воздушных пустот и стекание вяжущего. Предельно допустимые отклонения фактических значений показателей от утвержденного рецепта строго регламентированы.
Периодические испытания
Периодические испытания щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси осуществляют не реже одного раза в 15 суток или не более чем каждые 30000 тонн. Также они проводятся при замене одного или более компонентов смеси. При периодических испытаниях дополнительно определяют пустоты в минеральном заполнителе, среднюю глубину колеи, коэффициент водостойкости и другие показатели, указанные в проектной документации.
| Показатель | Предельно допустимое отклонение |
|---|---|
| Содержание воздушных пустот | Плюс-минус 1,2 процента от объема |
| Количество вяжущего | Плюс-минус 0,4 процента от массы смеси |
| Проход через сито 8 миллиметров | Плюс-минус 5,0 процентов по массе |
| Проход через сито 4 миллиметра | Плюс-минус 5,0 процентов по массе |
| Проход через сито 2 миллиметра | Плюс-минус 4,0 процента по массе |
| Проход через сито 0,063 миллиметра | Плюс-минус 3,0 процента по массе |
Часто задаваемые вопросы
Заключение
Производство щебеночно-мастичного асфальтобетона на асфальтобетонном заводе представляет собой технологически отработанный процесс, обеспечивающий получение высококачественного материала для устройства верхних слоев дорожных покрытий. Ключевыми факторами успешного производства являются строгое соблюдение требований ГОСТ Р 58406.1-2020 к качеству исходных материалов, точное дозирование компонентов, правильный выбор стабилизирующих добавок и тщательный контроль технологических параметров.
Особое внимание следует уделять формированию каркасной структуры ЩМА по принципу взаимного заклинивания зерен щебня, что обеспечивает высокую сдвигоустойчивость и долговечность покрытия. Применение целлюлозных волокон в качестве стабилизирующих добавок предотвращает расслоение смеси и обеспечивает ее стабильность при хранении и транспортировании.
Отказ от ответственности
Автор статьи не несет ответственности за любые последствия, которые могут возникнуть в результате использования информации, представленной в данном материале. Все технические решения и технологические параметры должны приниматься квалифицированными специалистами с учетом конкретных условий производства и требований проектной документации. Перед внедрением любых технологических процессов необходимо провести собственные исследования и получить консультации профильных экспертов.
Информация о физико-механических свойствах материалов, технологических параметрах и методах испытаний приведена в справочных целях и может изменяться в зависимости от редакции нормативных документов. Автор рекомендует использовать актуальные версии стандартов и технических условий, действующих на момент проектирования и производства работ.
Источники
- ГОСТ Р 58406.1-2020 Дороги автомобильные общего пользования. Смеси щебеночно-мастичные асфальтобетонные и асфальтобетон. Технические условия
- Изменение номер 1 ГОСТ Р 58406.1-2020, утверждено Приказом Росстандарта от 21.04.2022 номер 219-ст
- ГОСТ 31015-2002 Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия
- ГОСТ 32703 Дороги автомобильные общего пользования. Щебень и гравий из горных пород. Технические требования
- ГОСТ 32730 Дороги автомобильные общего пользования. Песок дробленый. Технические требования
- ГОСТ 32761 Дороги автомобильные общего пользования. Порошок минеральный. Технические требования
- ГОСТ 33133 Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические требования
- Методические рекомендации по устройству верхних слоев дорожных покрытий из щебеночно-мастичного асфальтобетона. Союздорнии
- Техническая документация производителей стабилизирующих добавок для ЩМА
