Асфальтобетон (асфальтобетонная смесь) - важнейший дорожно-строительный материал, получаемый в результате уплотнения, при оптимальной температуре рационально рассчитанной и приготовленной смеси, состоящей из битумного вяжущего, минерального порошка и заполняющих компонентов.

При отсутствии в смеси крупного заполнителя (щебня или гравия) этот материал именуется песчаным асфальтом или асфальтовым раствором.

В асфальтовых растворах и бетонах матричным компонентом, соединяющим зерна заполнителей в единое целое, является асфальтовое связующее (называемое также асфальтовым вяжущим), представляющее собой композицию нефтяного битума с тонкомолотым минеральным порошком (как правило, из известняка, доломита и других карбонатных пород).

Минеральный наполнитель не только уменьшает расход битума, но и повышает прочностные свойства и теплостойкость материала (за счет перевода битума из объемного в пленочное состояние).

В зависимости от вида минеральной составляющей различают асфальтобетонные смеси:

- щебеночные,

- гравийные,

- песчаные.

В зависимости от температуры укладки асфальтобетонные смеси бывают:

- горячие – изготовляемые на вязких нефтяных дорожных битумах и применяемые непосредственно после приготовления – с температурой укладки не менее        120 °C,

- холодные – изготовляемые на жидких битумах – с температурой укладки свыше 5 °C.

Среди горячих иногда выделяют теплые асфальтобетонные смеси – изготовляемые на вязких и жидких битумах – с температурой укладки не менее 70 °C.

Наиболее распространены горячие асфальтобетонные смеси.

В зависимости от величины остаточной пористости асфальтобетоны из этих смесей делят:

а) на высокоплотные с остаточной пористостью 1-2,5 %;        

б) плотные с остаточной пористостью 2,5-5 %;

в) пористые с остаточной пористостью 5-10 % (для нижних слоев покрытий и основания);

г) высокопористые с остаточной пористостью 10-18 %.

В зависимости от наибольшего размера минеральных зерен горячие смеси подразделяют:

а) на крупнозернистые (с зернами до 40 мм);

б) мелкозернистые (с зернами до 20 мм);

в) песчаные (с зернами до 5 мм).

Холодные смеси подразделяют на:

- мелкозернистые;

- песчаные.

Горячие щебеночные и гравийные смеси в зависимости от содержания в них щебня или гравия, а также песчаные горячие смеси в зависимости от вида песка подразделяют на типы:

А – многощебенистые (с содержанием щебня от 50 до 60 %);

Б – среднещебенистые (с содержанием щебня от 40 до 50 %);

В – малощебенистые (с содержанием щебня от 30 до 40 %);

Г – песчаные смеси на песках из отсевов дробления, а также их смесях с природным песком при содержании последнего не более 30 %;

Д – песчаные на природных песках или смесях природных песков с отсевами дробления при содержании последних менее 70 % по массе.

Холодные щебеночные и гравийные смеси соответственно подразделяют на типы: Б_х и В_х,

Холодные песчаные смеси – на типы Г_х и Д_х.

Исходные материалы для асфальтобетонов.

Марку битума выбирают в зависимости от вида асфальтобетона, климатических условий строительства, категорий дороги. В необходимых случаях применяют полимерно-битумные вяжущие и модифицированные битумы.

Для асфальтобетонных смесей минеральный порошок получают путем тонкого измельчения известняков, доломитов и других карбонатных пород, а также основных доменных шлаков.

В горных породах для приготовления неактивированного минерального порошка содержание глинистых примесей не должно превышать 5 %.

Для приготовления активированного минерального порошка в горную породу перед измельчением вводят активирующую смесь, состоящую из битума и поверхностно-активного вещества (ПАВ) или продукта, содержащего ПАВ.

Тонкость помола порошков должна быть такой, чтобы при мокром рассеве сквозь сито с отверстиями 1,25 мм проходило 100 %; 0,315 мм – соответственно для активированного и неактивированного порошка – не менее 95 и 90 %; 0,071 мм – не менее 80 и 70 % порошка по массе.

Активированный минеральный порошок должен быть гидрофобным. Активированные порошки при хранении не комкуются, улучшают перемешивание и уплотнение смесей; расход битума при приготовлении асфальтобетона уменьшается.

В качестве крупного заполнителя применяют щебень с размерами зерен от 5 до 20 мм (в крупнозернистых смесях – до 40 мм) из горных пород магматического и метаморфического происхождения с прочностью не менее 100 МПа в водонасыщенном состоянии, а также пород осадочного происхождения и доменных шлаков с прочностью не менее 80 МПа.

Морозостойкость щебня должна составлять не менее 50 циклов испытания на морозостойкость для верхнего и не менее 25 – для нижнего слоев дорожного покрытия.

Гравий применяется тех же размеров, но его свойства хуже, чем у щебня, поэтому рекомендуется не менее 50 % гравия дробить в щебень.

Мелким заполнителем асфальтобетона является песок. Используют как дробленый песок (в т.ч. высевы при дроблении щебня), так и природный (речной, овражный, горный) с размерами зерен 0,14 - 5 мм.

Содержание в природном песке пылеватых, глинистых и илистых примесей должно быть не более 3 %, в том числе частиц менее 0,14 мм – не более 15 %.

С целью улучшения зернового состава минеральной части асфальтобетона (достижения минимальной пустотности смеси заполнителей) песок делят на две фракции по граничному зерну 1,25 или 0,63 мм в зависимости от крупности песка либо используют смесь двух песков (крупного и среднего).

Структуру асфальтобетона образует заполняющая смесь щебня или гравия с песком, скрепленная в монолит асфальтовяжущим веществом.

Микроструктура асфальтового связующего состоит из дискретных частиц минерального порошка и матричного вещества - битума.

На каждом уровне структуры можно выделить следующие ее типы.

Порфировая (базальная) характеризуется относительно большим количеством матричного связующего вещества, т.е. «плавающим» положением заполнителя (на макроуровне).

Характерна для асфальтобетона из малощебеночных смесей, при этом свойства заполнителя практически не оказывают влияния на свойства материала. Такую структуру имеет литой асфальтобетон (из высокопластичных смесей).

В случае контактной структуры дискретные частицы контактируют между собой через тонкие непрерывные пленки связующего. Такая структура в частности характерна для среднещебеночной асфальтобетонной смеси.

Здесь в полной мере проявляются свойства заполнителя, но важны также и свойства асфальтового связующего. Контактная структура, как правило, обеспечивает наиболее высокие прочностные и другие эксплуатационные свойства материала.

Законтактная структура характерна для многощебеночных смесей. Асфальтового связующего недостаточно для заполнения пор и создания непрерывной пленки на частицах минеральных компонентов.

Такие асфальтобетоны имеют высокую остаточную пористость и дренирующую способность – пропускать воду; применяются для нижнего слоя асфальтобетонного покрытия.

Наилучшая структура асфальтобетона, обеспечивающая заданный комплекс как технологических (пластичность смесей), так и эксплуатационных свойств, получается в результате оптимального совмещения необходимых типов структур на каждом уровне. 

Пористость ухудшает долговечность асфальтобетона в связи с возрастанием водопоглощения, снижением морозостойкости и химической стойкости.

Свойства асфальтобетонов зависят от состава, структуры и свойств составляющих материалов. Выбирают материалы в зависимости от типа асфальтобетона и его назначения. В любом случае материалы должны соответствовать техническим требованиям, обусловленным ролью в асфальтобетоне.

Механические свойства асфальтобетона в целом сильно зависят от температуры. Он может вести себя как упругохрупкое (при отрицательных температурах), как упруговязкопластичное (при обычных температурах), как вязкопластичное тело (при повышенных температурах).

Прочность асфальтобетона определяют при нескольких температурах (25 и 50 °С) и с заданной скоростью нагружения.

При испытании на сжатие используют цилиндрические образцы размерами (диаметр и высота) 50,5´50,5 или 71,4´71,4 мм (в зависимости от крупности заполнителя).

Прочность асфальтового связующего и асфальтобетона в целом во многом зависит от фазового отношения, т.е. соотношения битума и минерального порошка (Б/П), которое определяет при необходимом уплотнении смеси, пористость материала после отвердевания.

При оптимальном Б/П весь битум адсорбирован в виде тонких непрерывных пленок на поверхности частиц минеральных компонентов (прежде всего порошкообразного наполнителя), и асфальтовое связующее имеет наибольшую прочность.

Кроме того, прочность асфальтобетона зависит от содержания и вида песка и щебня, температуры и т.д. При температуре 20°С, предел прочности при сжатии асфальтобетона обычно составляет около 2,5 МПа, а при растяжении – в 6 - 8 раз меньше.

С повышением температуры предел прочности при сжатии снижается до 1,0 - 1,2 МПа (при 50°С).

Для повышения прочности асфальтобетона необходимо применять щебень и дробленый песок вследствие их шероховатой поверхности и улучшения сцепления с битумом (в случае гравия и природного песка прочность будет ниже). Относительное содержание компонентов должно обеспечивать наиболее плотную структуру материала, т.е. минимальную остаточную пористость.

Достижение наибольшей прочности вступает в определенное противоречие с трещиностойкостью асфальтобетона.

Трещиностойкость, т.е. сопротивляемость асфальтобетона температур­ным растягивающим напряжениям, может быть обеспечена применением возможно менее вязких битумов, деформативность которых сохраняется при низких температурах. Поэтому выбор показателей механических свойств зависит от условий эксплуатации. В теплом климате используют асфальтобетоны из менее пластичных смесей, в холодных условиях – асфальтобетоны с повышенной трещиностойкостью - из более пластичных смесей, а также теплые и холодные асфальтобетоны.

Важными свойствами асфальтобетона являются также водостойкость, морозостойкость, износостойкость.

Водостойкость оценивается отношением пределов прочности при сжатии образцов в водонасыщенном (в том числе при длительном водонасыщении) и сухом состояниях при температуре 20°С.

О водоустойчивости асфальтобетона также судят по величине набухания при насыщении образцов водой. Водостойкость асфальтобетона должна быть в пределах 0,6 - 0,9; величина набухания в воде не более 0,5 % (по объему).

В зависимости от показателей физико-механических свойств и применяемых материалов асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны подразделяются на марки.

Показатели физико-механических свойств плотных асфальтобетонов из горячих смесей различных марок для II и III дорожно-климатических зон должны соответствовать требованиям, указанным в табл. 1.