Существуют различные методы сортировки битума, такие как разжевывание, сортировка по проникающей способности, сортировка по вязкости и сортировка битума по суперпрочности, которые рассматриваются в этой статье.
История градации битума
Корреляция между жесткостью битума и температурой зависит от типа используемого битума. Тип битума зависит от его происхождения, а также от метода очистки.
На рисунке ниже показано, что битум А и битум Б имеют разную зависимость от температуры.
График, отражающий зависимость между температурой и жесткостью для различных битумов
В связи с этими различиями необходимо было установить температуру испытания. Температура, при которой может быть проведена градация битума. Это также даст возможность сравнить различные битумные вяжущие. Например, если у нас есть битумы A и B, то битум B при температуре 25oC жестче, чем битум A при той же температуре. Но при температуре 60 градусов Цельсия ситуация меняется на противоположную.
Жесткость битума при более низкой температуре также является важным критерием устойчивости к термическому растрескиванию. Приведенное выше объяснение битумов А и В следует из оценок, полученных для трех температур 25, 60 и 135 градусов Цельсия, как показано на рисунке 1.
Температура 135 градусов близка к тем температурам, при которых битумная смесь используется для смешивания и уплотнения во время строительства. При такой температуре битум приобретает форму моторного масла, тонким слоем. В таком состоянии он легко смешивается с заполнителями.
Чтобы иметь правильную температуру смешивания и уплотнения асфальтовых смесей, необходимо определить жесткость битума. Здесь необходимо определить жесткость в терминах кинетической вязкости.
Температура 60 градусов Цельсия похожа на температуру битумного покрытия в экстремально летний день. Здесь возможной причиной разрушения будет колейность. Определение жесткости при температуре 60 градусов будет более полезным для обеспечения адекватной устойчивости в летний сезон. На основе этого значения можно поддерживать минимальное значение жесткости для вяжущего. Здесь жесткость определяется с учетом вязкости.
Колейность, возникающая в битумном дорожном покрытии сразу после нескольких периодов строительства
Среднегодовая температура асфальтового покрытия в течение года почти близка к 25 градусам Цельсия. Определение жесткости битума при 25 градусах поможет нам найти максимальную жесткость, необходимую для сопротивления таким повреждениям, как усталостное растрескивание или гравий.
Эти повреждения возникают после пяти-десяти лет эксплуатации, т.е. с возрастом. Колея возникает просто в результате строительства. Но сгребание происходит через некоторое время, что свидетельствует о неадекватности конструкции.
Усталостная трещина, образующаяся в битумном покрытии после определенного возраста
Различные методы сортировки битума
Ниже перечислены различные методы, используемые для сортировки битума
Градация битума путем разжевывания
В 19 веке жевание было методом, используемым для определения жесткости, т.е. твердости битума. В то время еще не было разработано испытание на пенетрацию. Его проводили опытные инспекторы из США. На основании проведенного испытания образец либо принимался, либо браковался. Температура испытуемого битума была такой, что она соответствовала температуре человеческого тела.
Градация битума по пенетрации
В 1903 году Американское общество по испытанию материалов (ASTM) D 04 провело градуировку битума при температуре 25 градусов Цельсия для испытания дорожных и тротуарных материалов.
Испытание на проникновение включает в себя проникновение иглы, нагруженной 100 г, в образец битума, выдержанный при температуре 25 градусов Цельсия в водяной бане в течение 5 секунд. Величина проникновения измеряется в миллиметрах.
1 единица пенетрации = 0,1 мм.
Чем больше значение пенетрации, тем мягче становится битум. Стандарт ASTM D 946 устанавливает 5 классов пенетрации для битумных вяжущих. К ним относятся:
Система градации по пенетрации – это 100-летний метод градации битума. В Индии до 2006 года наиболее широко использовался битум марки 60-70. Для строительства дорог с низкой интенсивностью движения и для напыления использовался битум с пенетрацией от 80 до 100.
Недостатками пенетрационной градации битума являются:
- Метод градации по пенетрации не является фундаментальным тестом. Он использует эмпирические тесты.
- Для битума, модифицированного полимерами, этот метод не может быть использован.
- При более высоких и более низких температурах во время эксплуатации, сходство при 25 градусах Цельсия влияет на характеристики. Как показано на рисунке ниже, три битумных вяжущих со степенью пенетрации от 60 до 70 откладываются в зависимости от значений жесткости.
График зависимости жесткости от температуры для трех вяжущих A, B и C с классом пенетрации 60-70
Три вяжущих A, B и C имеют одинаковые значения жесткости 65 при 25 градусах Цельсия, но разные значения при более высоких и низких температурах. Следовательно, битум С подвержен образованию колеи при более высокой температуре эксплуатации, так как его жесткость при высоких температурах низкая.
Градация битума по вязкости
В 1970-х годах в США был введен метод градации вязкости при температуре 60 градусов Цельсия. Это было сделано для того, чтобы обеспечить решение строительных проблем и иметь высокотемпературные характеристики. Это были нежные смеси, которые должны были подвергаться проталкиванию и встряхиванию под катком, без чего они не могут быть укатаны должным образом.
До 1970-х годов в строительстве США использовалась смесь с пенетрацией 60-70, которая проявляла отклонения в сторону колееобразования. Они показали более низкую вязкость при температуре 135 градусов Цельсия. Это вызвало проблемы с тендерной смесью в процессе строительства.
Тест на вязкость, в отличие от градации пенетрации, является фундаментальным тестом, проводимым при температуре 60 градусов Цельсия. Эта температура является максимальной температурой, которой подвергается дорожное покрытие летом. Измерение производится в единицах Пуаза.
В Индии имеется оборудование для испытания вязкости при 60 и 135 градусах. Они очень просты в обращении. В США определены шесть классов вязкости асфальтового цемента (АЦ). К ним относятся,
Марка
Вязкость при 60 градусах Цельсия, Пуазы
АК -2,5 САМЫЙ МЯГКИЙ
250±/-50
АС-5
500±/-100
АС-10
1000±/-200
АС-20
2000±/-400
AC-30
3000±/-600
AC-40 HARDEST
4000 ±/-800
В США битум упоминается как асфальтовый цемент или асфальт. Марки с более низкой вязкостью, т.е. AC-2.5 и AC-5, используются для холодных температур эксплуатации; в таких районах, как Канада. В северных штатах использовался AC-10. В основном в США использовался АС-2-.
Первоначально было определено только пять сортов, за исключением AC-30. Они имеют среднюю вязкость, которая удваивается от сорта к сорту. Это привело к тому, что диапазон вязкости не перекрывается. Но проблема слишком мягкого AC-20 и слишком твердого AC-40, с которой столкнулись страны Флорида, Джорджия и Алабама, заставила включить AC-30 и, следовательно, шесть сортов.
На рисунке ниже показан класс вязкости битума AC-30, который в Индии эквивалентен VG-30.
График зависимости температуры и жесткости (в терминах вязкости) битума AC-30 (VG-30)
Преимущества градации битума по вязкости
Преимущества системы градации по вязкости следующие:
Градация производительности битума Superpave
Градация битума по эксплуатационным характеристикам основана на оценке характеристик материала в процессе эксплуатации, в отличие от рациональной системы градации по вязкости. Система градации по вязкости больше похожа на метод градации, основанный на опыте. Она доказала свою превосходную эффективность в течение более 20 лет при строительстве дорожных покрытий в США.
Система градации Superpave была разработана в рамках 5-летнего стратегического планирования исследований автомобильных дорог (SHRP) с 1987 по 1992 год с целью создания системы градации битума по эксплуатационным характеристикам. Они были разработаны на основе инженерных характеристик, которые помогут в решении многих инженерных проблем.
Особенности системы оценки эффективности битума Superpave
Система оценки эффективности Superpave использует новый набор тестов битума. Метод включает в себя следующие основные характеристики:
Испытания, проводимые на дорожном покрытии в месте реализации проекта для всего диапазона температур в системе градации Superpave (согласно FHWA).
Характеристики Superpave зависят от климата. Степень эффективности Superpave (PG) для участков, где температура в течение 7 дней превышает 64 градуса Цельсия, а минимальная температура составляет -22 градуса, – это PG 64 – 22.
Доступные более высокие классы: PG 52, PG 58, PG 64, PG 70, PG 76 и PG 82. Более низкие марки: -4, -10, -16, -22, -28, -34 и так далее. Оба температурных уровня увеличиваются со скоростью 6 градусов.
Если в Раджастане на месте реализации проекта максимальная рекордная температура дорожного покрытия за 7 дней составляет 70 градусов, а минимальная температура -3 градуса, то для этого проекта будет использоваться битум PG 70-4.
Читать далее:
Почему битум используется в дорожном строительстве? Свойства и преимущества битума для дорожных покрытий
Различные виды битума, их свойства и применение
Испытания битума на качество и свойства для строительства дорожных покрытий
Битумные материалы – типы, свойства и применение в строительстве
Вязкость битумных материалов – измерения и факторы
- Вязкость битумных материалов – измерения и факторы.
- Виды битумных смесей для строительства дорожных покрытий и их применение.
- Виды битумных материалов в строительстве – применение и свойства.
- Различные виды битума, их свойства и применение.
- Почему битум используется в дорожном строительстве? Свойства и преимущества битума для дорожных покрытий.
- Долговечность битумных покрытий и факторы, влияющие на нее.
- Различные лабораторные испытания битума для строительства дорожных покрытий.