Méthodes de sélection de la composition des mélanges de béton bitumineux. Calcul de la composition du mélange de béton bitumineux Sélection de la composition des grains du mélange de béton bitumineux sévère

Composé mélange de béton bitumineux sélectionnés selon un cahier des charges établi sur la base d'un projet d'autoroute. La mission précise le type, le type et la qualité du mélange de béton bitumineux, ainsi que la couche structurelle du revêtement routier à laquelle il est destiné. Le choix de la composition d'un mélange de béton bitumineux comprend des tests et, sur la base de ses résultats, la sélection des matériaux constitutifs, puis l'établissement d'une relation rationnelle entre eux, garantissant la production de béton bitumineux dont les propriétés répondent aux exigences de la standard. Les matériaux minéraux et le bitume sont testés conformément aux normes en vigueur, et après avoir effectué l'ensemble des tests, l'adéquation des matériaux pour un mélange de béton bitumineux d'un type et d'une qualité donnés est établie, guidée par les dispositions de GOST Le choix. d'une relation rationnelle entre les matériaux constitutifs commence par le calcul composition des grains. Il est recommandé de sélectionner la partie minérale des mélanges de béton bitumineux à grains grossiers et fins en présence de sable grossier ou moyen, ainsi que de criblures de concassage, en fonction de compositions de grains continus en présence de sable naturel fin - selon des compositions intermittentes ; , où le cadre en pierre concassée ou en gravier est rempli d'un mélange qui ne contient pratiquement pas de grains de taille 5-0,63 mm.

La partie minérale du sable chaud et tiède et de tous types de mélanges de béton bitumineux à froid est sélectionnée uniquement en fonction de compositions de grains continus. Pour faciliter les calculs, il est conseillé d'utiliser les courbes des valeurs maximales des compositions de grains, construites conformément aux exigences de GOST (Fig.). Un mélange de pierre concassée (gravier), de sable et de poudre minérale est sélectionné de manière à ce que la courbe de composition des grains se situe dans la zone limitée par les courbes limites et soit la plus lisse possible. Lors du choix de la composition granulaire des mélanges à base de sable concassé et de gravier concassé, ainsi que de matériaux issus de criblures de concassage rochers, qui se caractérisent par une teneur élevée en grains fins (inférieurs à 0,071 mm), il est nécessaire de prendre en compte la quantité de ces derniers dans la teneur totale de la poudre minérale. Lors de l'utilisation de matériaux provenant de criblures de roches ignées concassées remplacement complet la poudre minérale, leur partie finement dispersée, est autorisée dans les mélanges pour béton bitumineux dense à chaud de grades III, ainsi que dans les mélanges pour béton bitumineux poreux et très poreux de grades I et II. Dans les mélanges pour béton bitumineux chaud, tiède et froid des qualités I et II, seul le remplacement partiel de la poudre minérale est autorisé ; dans le même temps, la masse de grains plus fins que 0,071 mm inclus dans le mélange doit contenir au moins 50 % de poudre minérale calcaire répondant aux exigences de GOST

Lors de l'utilisation de matériaux issus du concassage de criblures de roches carbonatées dans la composition de mélanges chauds et tièdes pour béton bitumineux dense des grades II et III, ainsi que de mélanges froids des grades I et II et de mélanges pour béton bitumineux poreux et hautement poreux des grades I et II, la poudre minérale peut être omise si la teneur en grains plus fins que 0,071 mm dans les criblures garantit la conformité des compositions de grains aux exigences GOST, et si les propriétés des grains plus fins que 0,315 mm dans les criblures répondent aux exigences GOST pour la poudre minérale. Riz. Compositions à grains continus de la partie minérale des mélanges chauds et tièdes à grains fins (a) et de sable (b) pour béton bitumineux dense utilisé dans couches supérieures revêtements

Lors de l'utilisation de produits de concassage de gravier polyminéral dans le béton bitumineux dans les zones climatiques routières IV-V, il est également permis de ne pas introduire de poudre minérale dans les mélanges de béton bitumineux de grade II si la masse de grains plus fins que 0,071 mm contient au moins 40 % de calcium et carbonates de magnésium (CaCO3 + MgCO3). Suite à la sélection de la composition des grains, il est établi pourcentage en poids entre les composants minéraux du béton bitumineux : pierre concassée (gravier), sable et poudre minérale. La teneur en bitume dans le mélange est présélectionnée conformément aux recommandations de l'annexe 1 de GOST et en tenant compte des exigences standard relatives à la porosité résiduelle du béton bitumineux pour une région climatique spécifique. Ainsi, dans les zones climatiques routières IV-V, l'utilisation de béton bitumineux avec une porosité résiduelle plus élevée qu'en I-II est autorisée, donc la teneur en bitume dans le béton bitumineux pour ces zones est prescrite plus près des limites inférieures recommandées, et en I -II - vers le haut.

En laboratoire, trois échantillons sont préparés à partir d'un mélange de béton bitumineux avec une quantité présélectionnée de bitume et sont déterminés : la densité moyenne du béton bitumineux, la densité moyenne et vraie de la partie minérale, la porosité de la partie minérale. et la porosité résiduelle du béton bitumineux selon GOST Si la porosité résiduelle ne correspond pas à celle sélectionnée, alors la teneur requise est calculée à partir des caractéristiques obtenues bitume B (%) selon la formule : B où V°pop est le. porosité de la partie minérale, % volume ; Vpore - la porosité résiduelle sélectionnée, % volume, est acceptée conformément à GOST pour une zone routière-climatique donnée ; gb - densité réelle du bitume, g/cm 3 ; Go = 1 g/cm 3 ; r°m - densité moyenne partie minérale, g/cm 3.

Après avoir calculé la quantité de bitume requise, le mélange est à nouveau préparé, trois échantillons en sont formés et la porosité résiduelle du béton bitumineux est déterminée. Si la porosité résiduelle coïncide avec celle sélectionnée, alors la quantité calculée de bitume est acceptée. Un mélange de béton bitumineux de composition sélectionnée est préparé en laboratoire : kg à gros grains, kg à grains fins et mélange de sable kg. Des échantillons sont réalisés à partir du mélange et leur conformité aux conditions physiques propriétés mécaniques GOST Si le béton bitumineux de la composition sélectionnée ne répond pas aux exigences standard pour certains indicateurs, par exemple la résistance à 50°C, il est alors recommandé d'augmenter (dans des limites acceptables) la teneur en poudre minérale ou d'utiliser du bitume plus visqueux ; si les valeurs de résistance à 0°C ne sont pas satisfaisantes, la teneur en poudre minérale doit être réduite, la viscosité du bitume doit être réduite ou un additif polymère doit être ajouté.

Si la résistance à l'eau du béton bitumineux est insuffisante, il est conseillé d'augmenter la teneur soit en poudre minérale, soit en bitume ; toutefois, la porosité résiduelle et la porosité de la matrice minérale doivent rester dans les limites prévues par la norme susvisée. Pour augmenter la résistance à l’eau, les revêtements de surface sont les plus efficaces. substances actives et poudres minérales activées. Lors de l'attribution de la teneur en bitume aux mélanges de béton bitumineux à froid, des mesures supplémentaires doivent être prises pour garantir que le mélange ne s'agglutine pas pendant le stockage. Pour ce faire, après avoir déterminé la quantité de bitume requise, des échantillons sont préparés pour les tests de mottage. Si l'indicateur d'agglomération dépasse les exigences de GOST, la teneur en bitume est réduite de 0,5 % et le test est répété. La quantité de bitume doit être réduite jusqu'à l'obtention de résultats de prise satisfaisants, cependant, il est nécessaire de s'assurer que la porosité résiduelle du béton bitumineux froid ne dépasse pas les exigences de GOST. Après avoir ajusté la composition du mélange de béton bitumineux, le mélange sélectionné. devrait être testé à nouveau. Le choix de la composition du mélange de béton bitumineux peut être considéré comme terminé si tous les indicateurs des propriétés des échantillons de béton bitumineux répondent aux exigences du GOST mentionné ci-dessus.

Un exemple de sélection de la composition d'un mélange de béton bitumineux. Il est nécessaire de sélectionner la composition d'un mélange de béton bitumineux chaud à grains fins de type B, grade II, pour béton bitumineux dense destiné à la pose de la couche supérieure de chaussée dans route III. zone climatique. Les matériaux suivants sont disponibles : - fraction de pierre de granit concassée 5-20 mm ; - fraction de calcaire concassé 5-20 mm ; - du sable de rivière ; - les matériaux issus des criblures de concassage de granit ; - les matériaux issus des criblures de concassage de calcaire ; - poudre minérale non activée ; - le bitume qualité pétrolière BND 90/130 (selon passeport). Les caractéristiques des matériaux testés sont données ci-dessous. Granit concassé : qualité de résistance lorsqu'il est écrasé dans un cylindre, qualité d'usure - I-I, qualité de résistance au gel - Mrz 25, densité réelle - 2,70 g/cm 3 ; calcaire concassé : qualité de résistance au broyage dans un cylindre - 400, qualité d'usure - I-IV, qualité de résistance au gel - Mrz 15, densité réelle - 2,76 g/cm 3 ; sable de rivière : teneur en poussière et particules d'argile - 1,8 %, argile - 0,2 % de la masse, densité réelle - 2,68 g/cm 3 ; matériau provenant de criblures de concassage de granit de qualité 1000 :

La teneur en poussières et particules d'argile est de 5 %, l'argile représente 0,4 % de la masse, la densité réelle est de 2,70 g/cm 3 ; matériau provenant de criblures de calcaire concassé de qualité 400 : teneur en poussières et particules d'argile - 12%, argile - 0,5% de la masse, densité réelle - 2,76 g/cm 3 ; poudre minérale non activée : porosité - 33 % du volume, gonflement des échantillons issus d'un mélange de poudre avec du bitume - 2 % du volume, densité réelle - 2,74 g/cm 3, capacité du bitume - 59 g, humidité - 0,3 % de la masse; bitume : profondeur de pénétration de l'aiguille à 25°C - 94×0,1 mm, à 0°C - 31×0,1 mm, température de ramollissement - 45°C, allongement à 25°C - 80 cm, à 0°C - 6 cm, Fraas température de fragilité - moins 18°C, point d'éclair - 240°C, résiste à l'adhérence à la partie minérale du mélange de béton bitumineux, indice de pénétration - moins 1. Selon les résultats des tests, la pierre de granit concassée peut être considérée comme appropriée pour la préparation de mélanges de type B, grade II, sable de rivière, matériaux issus de criblures de granit, poudre minérale et bitume grade BND 90/130.

Le calcaire concassé et les matériaux provenant des criblures de concassage de calcaire ne répondent pas aux exigences du tableau. 10 et 11 GOST pour les indicateurs de force. Compositions de grains de sélectionnés matières minérales sont donnés dans le tableau. Le calcul de la composition de la partie minérale du mélange de béton bitumineux commence par la détermination d'un tel rapport des masses de pierre concassée, de sable et de poudre minérale auquel la composition granulaire du mélange de ces matériaux satisfait aux exigences du tableau. 6 Tableau GOST

Calcul de la quantité de pierre concassée Conformément à GOST et Fig. 2, et la teneur en particules de pierre concassée de plus de 5 mm dans le mélange de béton bitumineux de type B est de 35 à 50 %. Pour ce cas Nous acceptons la teneur en pierre concassée Sh = 48 %. La pierre concassée contenant 95 % de grains de plus de 5 mm, de la pierre concassée sera nécessaire = La valeur résultante est inscrite dans le tableau. 7 et calculez la teneur de chaque fraction dans le mélange de pierre concassée (prenez 50 % de la quantité de chaque fraction de pierre concassée). Calcul de la quantité de poudre minérale Conformément à GOST et Fig. 2, et la teneur en particules plus fines que 0,071 mm dans la partie minérale du mélange de béton bitumineux de type B doit être comprise entre 6 et 12 %. Pour les calculs, nous prenons par exemple la teneur en particules plus proche de limite inférieure exigences, soit 7 %. Si le nombre de ces particules dans la poudre minérale est de 74%, alors la teneur en poudre minérale dans le mélange MP =

Cependant, pour nos conditions, il faut prendre 8 % de poudre minérale, car le sable et les matériaux issus des criblures de granit contiennent déjà une petite quantité de particules inférieures à 0,071 mm. Les données obtenues sont inscrites dans le tableau 7 et la teneur en poudre minérale de chaque fraction est calculée (prendre 8 %). Calcul de la quantité de sable La quantité de sable P dans le mélange sera : P = 100 - (Sh + MP) = (50 + 8) = 42% Puisque dans cet exemple deux types de sable ont été utilisés (rivière et matériaux de criblures de concassage de granit), il est nécessaire de déterminer la quantité de chacun séparément. La relation entre le sable de rivière Pr et les matériaux provenant des criblures de granit peut être établie par la teneur en grains plus fins que 1,25 mm, qui, selon GOST et Fig. 2, et dans le mélange de béton bitumineux de type B, il devrait être de 28 à 39 %. Nous acceptons 34 % ; dont 8%, comme calculé ci-dessus, sont la part de poudre minérale. Ensuite la part de sable reste 34-8 = 26% de grains plus fins que 1,25 mm. Considérant que la fraction massique de ces grains dans le sable de rivière est de 73 % et dans les matériaux issus des criblures de granit - 49 %, nous établissons une proportion pour déterminer la fraction massique sable de rivière dans la partie minérale du mélange de béton bitumineux :

Pour le calcul on prend Pr = 22% ; alors la quantité de matériau provenant des criblures de concassage de granit sera = 20 %. Après avoir calculé, comme pour la pierre concassée et la poudre minérale, la quantité de chaque fraction dans le sable et les matériaux provenant des criblures de granit, nous enregistrons les données obtenues dans un tableau. 7. En additionnant le nombre de particules inférieures à une taille donnée dans chaque colonne verticale, on obtient la composition globale en grains du mélange de matières minérales. La comparaison de la composition résultante avec les exigences de GOST montre qu'elle y répond. De même, on calcule la partie minérale d'un mélange de béton bitumineux de composition granulaire discontinue. Détermination de la teneur en bitume La pierre concassée, le sable, les matériaux issus des criblures de granit et la poudre minérale sont mélangés à 6 % de bitume. Cette quantité de bitume est la valeur moyenne préconisée en adj. 1. GOST pour toutes les zones climatiques routières. Trois échantillons d'un diamètre et d'une hauteur de 71,4 mm sont préparés à partir du mélange obtenu.

Le mélange de béton bitumineux contenant 50 % de pierre concassée, le mélange est compacté selon une méthode combinée : vibration sur plateforme vibrante pendant 3 minutes sous une charge de 0,03 MPa (0,3 kgf/cm 2) et compactage supplémentaire sur presse pendant 3 minutes. sous une charge de 20 MPa (200 kgf/cm 2). Au bout d'une heure, la densité moyenne (masse volumétrique) du béton bitumineux (échantillons) et la densité réelle de la partie minérale du béton bitumineux r° sont déterminées et, à partir de ces données, la densité et la porosité moyennes de la partie minérale du béton bitumineux. les échantillons sont calculés. Connaissant la véritable densité de tous les matériaux et choisissant la porosité résiduelle du béton bitumineux Vpor = 4% selon GOST, la quantité approximative de bitume est calculée. La densité moyenne des échantillons de béton bitumineux d'essai avec une teneur en bitume de 6,0 % (plus de 100 % de la partie minérale) est dans ce cas de 2,35 g/cm3.

G/cm 3 ; Depuis mélange témoin Trois échantillons sont réalisés avec 6,2% de bitume et la porosité résiduelle est déterminée. S'il est compris entre 4,0 ± 0,5 % (comme c'était l'habitude pour le béton bitumineux à grains fins à partir de mélanges de type B), alors un nouveau mélange est préparé avec la même quantité de bitume, 15 échantillons sont formés et testés conformément aux exigences de GOST (trois échantillon pour chaque type de test). Si les propriétés des échantillons préparés à partir du mélange sélectionné s'écartent des exigences GOST, il est alors nécessaire d'ajuster la composition du mélange et de le tester à nouveau.

Les compositions granulaires de la partie minérale des mélanges et bétons bitumineux doivent correspondre à celles indiquées dans le tableau. Les indicateurs des propriétés physiques et mécaniques du béton bitumineux utilisé dans des zones routières et climatiques spécifiques doivent correspondre à ceux indiqués dans le tableau.

Composants, formulation et propriétés L'aptitude d'une poudre à être utilisée dans le béton bitumineux coulé ne peut être évaluée objectivement qu'en testant les échantillons de béton bitumineux produits avec cette poudre. La prise en compte de cette circonstance importante permet d'utiliser dans certains types de béton bitumineux coulé même des poudres peu utiles à première vue, comme le loess, la marne broyée, pierre de gypse ou gypse, déchets de filtres-presses de l'industrie sucrière, déchets d'usines de soude, scories ferrochromes, etc. Le sable joue un rôle technologique et économique important dans la production de mélanges de béton bitumineux coulé. Lors du choix du sable, la préférence est donnée à sable naturel. Plus le grain est dense et gros, plus le mélange minéral est mobile et dense et moins il nécessite de bitume. Contrairement à la poudre minérale, la plupart des mers, rivières et lacs naturels sables de quartz V réaction chimique n'interagit pas avec le bitume. Pour la plupart des mélanges coulés, nous pouvons recommander des sables qui répondent aux exigences de la norme et du tableau.

Composants, formulation et propriétés Pour les mélanges de types I et II, l'utilisation de criblures de concassage contenant une quantité accrue de particules de poussière n'est pas recommandée afin d'éviter une détérioration de la mobilité des mélanges et une augmentation de la consommation de bitume. Il est conseillé d'utiliser du sable concassé uniquement comme additif au sable naturel arrondi dans la préparation des mélanges de types I et II. V forme pure ils ne peuvent être utilisés que dans des mélanges des types III, IV et V. Presque toutes les propriétés du béton bitumineux coulé sont considérablement améliorées lorsqu'une fraction de 3 à 5 mm de roches difficiles à polir est ajoutée au mélange. Le rapport entre la fraction 3-5 mm et la fraction 5-10 dans le mélange doit être pris comme 2:1 ou 1,5:1. La pierre concassée (gravier) pour les mélanges coulés de pierre concassée (gravier) doit répondre aux exigences et au tableau. 3. Il n'est pas recommandé d'utiliser de la pierre concassée obtenue par concassage de roches faibles (degré de cassabilité inférieur à 600) et poreuses. La pierre concassée poreuse absorbe rapidement le bitume, et pour assurer la mobilité nécessaire du mélange, la teneur en bitume doit être augmentée.

Composants, formulation et propriétés Dans les mélanges pour la couche supérieure, il est nécessaire d'utiliser de la pierre concassée provenant de roches denses et difficiles à polir, de forme cubique avec une taille maximale allant jusqu'à 15 (20) mm. De plus, pour les mélanges de pierre concassée de type I, des fractions de 3 à 15 avec un rapport de grains de 3 à 5, 5 à 10 et une taille en mm de 2,5 : 1,5 : 1,0 sont recommandées. Pour les mélanges de type V, la granulométrie maximale peut atteindre 20 mm et pour III - 40 mm. Dans ce dernier cas, la résistance de la roche originale peut être réduite de %.

Composants, formulation et propriétés Sans trop de dommages au béton bitumineux provenant des mélanges des types II, III et V, mais avec de grands avantages pour la production, les exigences de broyabilité des grains de pierre concassée peuvent être réduites. Le broyage des grains dans ces mélanges de béton bitumineux est peu probable, car la formation de la structure en monolithe se produit sous l'influence de la gravité ou des vibrations et sans la participation de rouleaux lourds. Dans les mélanges coulés de types II, III et V, le gravier peut être utilisé avec succès. En raison de la forme arrondie et du caractère ultra-acide de la surface des grains, le mélange présente une mobilité accrue avec une consommation moindre de bitume. Le bitume détermine la composition des phases du liant bitumineux dans le béton bitumineux, est soumis aux plus grands changements par rapport aux autres composants du mélange et affecte la résistance thermique du revêtement. Par conséquent, ils se concentrent principalement sur les qualités visqueuses ayant les propriétés indiquées dans le tableau. 4.

Composants, formulation et propriétés Si le bitume ne possède pas l'ensemble des propriétés spécifiées, il est amélioré par l'ajout de bitume naturel, de roches bitumineuses, d'élastomères, etc. Les additifs très efficaces comprennent le bitume naturel, bien compatible avec le bitume de pétrole et facile à utiliser. Les bitumes naturels se sont formés à partir du pétrole dans les couches supérieures la croûte terrestre en raison de la perte de fractions légères et moyennes - désasphaltage naturel du pétrole, ainsi que des processus d'interaction de ses composants avec l'oxygène ou le soufre. Sur le territoire de notre pays, le bitume naturel se retrouve dans diverses roches bitumineuses et se retrouve rarement sous sa forme pure. Composants, formulation et propriétés Les dépôts de bitume se présentent sous forme de couches, de lentilles, de veines et en surface. La plus grande quantité le bitume se trouve dans les dépôts de réservoirs et de lentilles. Les dépôts veineux sont rares dans notre pays. Une quantité importante de bitume naturel se trouve dans les dépôts de surface. De par leur composition chimique, ces bitumes s’apparentent aux bitumes de pétrole. Les bitumes naturels sont durs, visqueux et liquides. Bitume dur (asphaltite). Densité des asphaltites kg/m3, température de ramollissement °C. En moyenne, l'asphaltite contient 25 % d'huiles, 20 % de résines et 55 % d'asphaltènes. Les asphaltites ont des propriétés adhésives accrues en raison de la teneur élevée en tensioactifs naturels dans leur composition - acides asphaltogènes et leurs anhydrides. Les asphaltites résistent au vieillissement lorsqu'elles sont exposées au rayonnement solaire et à l'oxygène atmosphérique.

Composants, formulation et propriétés Des résultats positifs ont été obtenus en introduisant du polyéthylène broyé dans le mélange coulé, ainsi que de la poudre de caoutchouc finement broyée (TIRP) à raison de 1,5 % en poids de matières minérales. En tant qu'additif augmentant la résistance thermique du béton bitumineux coulé, il est recommandé d'utiliser du soufre dégazé sous forme de morceaux, de granulés (granulométrie jusqu'à 6 mm) ou de liquide. Le soufre est introduit dans le mélangeur sur des matières minérales chaudes, c'est-à-dire avant de nourrir le bitume. La quantité de soufre est prescrite entre 0,25 et 0,65 de la teneur en bitume. Dans ce cas, la quantité de bitume contenant du soufre est de 0,4 à 0,6 de la teneur en poudre minérale.

Composants, formulation et propriétés Pour résumer ce qui a été dit, il faut garder à l'esprit que la plupart des « savoir-faire » énumérés nécessitent de surmonter de graves problèmes techniques et technologiques, ainsi que des coûts financiers supplémentaires, que toutes les organisations ne peuvent pas résoudre. . En augmentant les coûts de production, ils ne contribuent pas toujours à améliorer les propriétés technologiques des mélanges et les performances du revêtement, ainsi que la santé humaine et l'environnement. Il est recommandé de sélectionner la recette du mélange à l'aide d'une technique spéciale. Le calcul de la teneur en composants commence après avoir déterminé la composition granulométrique (granulométrique) de toutes les matières minérales et construit une courbe de tamisage. La courbe doit s'inscrire dans les limites recommandées pour un type particulier de mélange. 53 Composants, formulation et propriétés Si la courbe de tamisage ne s'inscrit pas dans les limites recommandées, ajuster la teneur des grains individuels en modifiant leur quantité dans mélange minéral. Lors du calcul de la quantité de poudre minérale, il est nécessaire de procéder à un ajustement en fonction de la teneur en poussière de sable et de pierre concassée dans le mélange minéral. Ensuite, guidé par les valeurs numériques de la composition des phases du liant bitumineux (B/MP) et de sa quantité (B+MP) pour le type de mélange coulé correspondant, une dose de bitume (bitume polymère ou autre liant bitumineux) est introduit et les indicateurs de propriété sont déterminés. Les principaux indicateurs des propriétés des échantillons de mélange coulé et de béton bitumineux, pour les valeurs données dont la composition est sélectionnée, sont pour les types : I et V - mobilité, profondeur d'indentation du tampon et saturation en eau ; II - mobilité, résistance à la compression à +50 °C et profondeur d'indentation du tampon ; III - mobilité et saturation en eau ; IV - saturation en eau et résistance à la compression à +50 °C.

Composants, formulation et propriétés La résistance à la traction en flexion et le module d'élasticité à 0 °C sont éventuellement déterminés, ainsi que le coefficient de résistance à la fissuration comme rapport des valeurs de ces indicateurs. Si les propriétés du mélange et du béton bitumineux sont entièrement conformes à celles requises (tableau), la sélection est considérée comme réussie. Tableau - Propriétés physiques et mécaniques du béton bitumineux coulé

Le matériau de construction routière le plus utilisé au XXe siècle - l'asphalte - est divisé en plusieurs types, qualités et types. La base de la séparation n'est pas seulement et pas tant la liste des composants initiaux inclus dans le mélange de béton bitumineux, mais le rapport de leurs fractions massiques dans la composition, ainsi que certaines caractéristiques des composants - en particulier la taille de les fractions de sable et de pierre concassée, le degré d'épuration de la poudre minérale et du même sable.

Composition d'asphalte

L'asphalte de tout type et de toute marque contient du sable, de la pierre concassée ou du gravier, de la poudre minérale et du bitume. Cependant, comme pour la pierre concassée, lors de la préparation de certains types revêtement de la route il n'est pas utilisé - mais si les zones d'asphaltage sont réalisées en tenant compte d'un trafic élevé et de fortes charges à court terme sur la surface, alors de la pierre concassée (ou du gravier) est nécessaire - comme matériau de formation de cadre élément de protection.

Poudre minérale- un élément de départ obligatoire pour la préparation d'asphalte de tout grade et type. En règle générale, la fraction massique de la poudre - et elle est obtenue en concassant des roches contenant une teneur élevée en composés carbonés (en d'autres termes, du calcaire et d'autres dépôts organiques pétrifiés) - est déterminée en fonction des tâches et des exigences. pour la viscosité du matériau. Un pourcentage élevé de poudres minérales permet de l'utiliser dans des travaux tels que le pavage de routes et de chantiers : le matériau visqueux (c'est-à-dire durable) amortira avec succès les vibrations internes des structures de pont sans se fissurer.

La plupart des types et qualités d’asphalte sont utilisés sable- l'exception, comme nous l'avons dit, concerne les types de revêtements routiers où la fraction massique est élevée gravier. La qualité du sable est déterminée non seulement par le degré de sa purification, mais également par la méthode de production : extrait méthode ouverte En règle générale, le sable nécessite un nettoyage en profondeur, mais le sable artificiel, obtenu par concassage de roches, est considéré comme prêt « à travailler ».

Enfin, bitume est la pierre angulaire de l’industrie du pavage. Produit du raffinage du pétrole, le bitume est contenu dans un mélange de n'importe quelle marque en très petite quantité - sa fraction massique dans la plupart des variétés atteint à peine 4 à 5 pour cent. Bien qu'il soit largement utilisé dans des travaux tels que le pavage de zones au terrain complexe et la réparation de routes, l'asphalte coulé possède une teneur en bitume de 10 pour cent ou plus. Le bitume confère à une telle toile une élasticité et une fluidité considérables après durcissement, lui permettant de se répartir facilement mélange prêt autour du site.

Marques et types d'asphalte

En fonction du pourcentage des composants répertoriés, Il existe trois qualités d'asphalte. Caractéristiques, champ d'application et composition du mélange diverses marques sont décrits dans GOST 9128-2009, qui prend entre autres en compte la possibilité d'ajouter des additifs supplémentaires qui augmentent la résistance au gel, l'hydrophobicité, la flexibilité ou la résistance à l'usure du revêtement.

En fonction du pourcentage de filler contenu dans le mélange routier, celui-ci est divisé en types suivants:

• A - 50-60 % de pierre concassée ;
• B - 40 à 50 % de pierre concassée ou de gravier ;
• B - 30 à 40 % de pierre concassée ou de gravier ;
• G - jusqu'à 30 % de sable provenant des criblures de concassage ;
• D - jusqu'à 70% de sable ou mélange avec des criblures de concassage.

Asphalte grade 1

Cette marque produit une large gamme de types de revêtements différents - de denses à très poreux, avec une teneur importante en pierre concassée. Domaine de leur utilisation- construction de routes et aménagement paysager : mais les matériaux poreux ne conviennent pas du tout au rôle de revêtement proprement dit, couche supérieure du revêtement routier. Il est préférable de les utiliser pour construire des fondations et niveler la base pour poser des types de matériaux plus denses.

Asphalte de qualité 2

La plage de densité est à peu près la même, mais la teneur et le pourcentage de sable et de gravier peuvent varier considérablement. Il s’agit du même asphalte « moyen », avec une très large gamme d’applications : et la construction d'autoroutes, leur réparation, ainsi que l'aménagement de territoires pour les parkings et les places ne peuvent se faire sans cela.

Asphalte de qualité 3

Les revêtements Mark 3 se distinguent par le fait que la pierre concassée ou le gravier ne sont pas utilisés dans leur fabrication - ils sont remplacés par des poudres minérales et surtout du sable de haute qualité obtenu par concassage de roches dures.

Le rapport sable et pierre concassée (gravier)

Le rapport entre la teneur en sable et en gravier est l'un des les indicateurs les plus importants, qui détermine le champ d'application d'un type particulier de revêtement. En fonction de la prévalence de l'un ou l'autre matériau il est désigné par les lettres de A à D : A - plus de la moitié est constitué de fine pierre concassée ou de gravier, et D - environ 70 pour cent est constitué de sable (bien que le sable soit principalement utilisé à partir de roches concassées).

Le rapport entre le bitume et les composants minéraux

Non moins important - après tout, cela détermine les caractéristiques de résistance de la surface de la route. La teneur élevée en poudres minérales augmente considérablement sa fragilité. C'est pourquoi Les asphaltes sableux ne peuvent être utilisés que dans une mesure limitée : amélioration des zones de parc ou des trottoirs. Mais les revêtements à haute teneur en bitume sont les bienvenus dans tous les travaux : surtout s'il s'agit de construction de routes dans des conditions climatiques difficiles, avec températures inférieures à zéro, si la vitesse des travaux est telle que dans les 24 heures, les équipements routiers circuleront sur le nouveau revêtement routier et qu'une fois la route terminée, les véhicules lourds se précipiteront.

Le calcul consiste à sélectionner un rapport rationnel entre les matériaux qui composent le mélange de béton bitumineux.

La méthode de calcul utilisant des courbes de mélanges denses s'est généralisée. La plus grande résistance du béton bitumineux est obtenue avec la densité maximale du noyau minéral, la quantité optimale de bitume et de poudre minérale.

Il existe une relation directe entre la composition des grains du matériau minéral et la densité. Les formulations contenant des grains seront optimales. différentes tailles, dont les diamètres sont réduits de moitié.

Où d 1 - le plus grand diamètre de grain, réglé en fonction du type de mélange ;

d 2 - le plus petit diamètre de grain correspondant à la fraction de poussière et de poudre minérale (0,004...0,005 mm).

Granulométrie, selon le niveau précédent

(6.6.2)

Le nombre de tailles est déterminé par la formule

(6.6.3)

Nombre de factions P. un de moins que le nombre de tailles T

(6.6.4)

Rapport des fractions adjacentes en masse

(6.6.5)

Où À- coefficient d'évasion.

La valeur indiquant combien de fois le montant de la fraction suivante est inférieur à la précédente est appelée coefficient d'échappement. Le mélange le plus dense est obtenu avec un coefficient de ruissellement de 0,8, mais un tel mélange est donc difficile à sélectionner, selon la suggestion de N.N. Ivanova, coefficient d'évasion À accepté de 0,7 à 0,9.

En Russie, le choix le plus répandu de la composition de la partie minérale des mélanges de béton bitumineux repose sur les courbes limites des compositions de grains. Le mélange de pierre concassée, de sable et de poudre minérale est choisi de manière à ce que la courbe de composition des grains se situe dans la zone limitée par les courbes limites et soit la plus lisse possible. Composition des factions le mélange minéral est calculé en fonction de la teneur des composants sélectionnés et de leurs compositions en grains selon la relation suivante :

j - numéro de composant ;

n est le nombre de composants dans le mélange ;

Lors du choix de la composition des grains d'un mélange de béton bitumineux, notamment utilisant du sable issu de criblures de concassage, il est nécessaire de prendre en compte les grains contenus dans le matériau minéral de taille inférieure à 0,071 mm, qui, lorsqu'ils sont chauffés dans le tambour de séchage, sont soufflés et déposés dans le système de dépoussiérage.

Ces particules de poussière peuvent être soit retirées du mélange, soit dosées dans la centrale de malaxage avec la poudre minérale. La procédure d'utilisation du dépoussiérage est précisée dans réglementations technologiques pour la préparation de mélanges de béton bitumineux, en tenant compte de la qualité du matériau et des caractéristiques de la centrale d'enrobage.

Ensuite, conformément à GOST 12801-98, la densité moyenne et réelle du béton bitumineux et de la partie minérale est déterminée et, sur la base de leurs valeurs, la porosité résiduelle et la porosité de la partie minérale sont calculées. Si la porosité résiduelle ne correspond pas à la valeur normalisée, alors la nouvelle teneur en bitume B (% en poids) est calculée selon la relation suivante :

Avec la quantité calculée de bitume, le mélange est à nouveau préparé, des échantillons en sont formés et la porosité résiduelle du béton bitumineux est à nouveau déterminée. Si cela correspond à celui requis, alors la quantité calculée de bitume est prise comme base. Dans le cas contraire, la procédure de sélection de la teneur en bitume, basée sur une approximation du volume poreux normalisé dans le béton bitumineux compacté, est répétée.

Une série d'échantillons est formée à partir d'un mélange de béton bitumineux avec une teneur en bitume donnée en utilisant une méthode de compactage standard et déterminée complexe complet indicateurs de propriétés physiques et mécaniques, prévus par GOST 9128-97. Si le béton bitumineux ne répond aux exigences standard pour aucun indicateur, la composition du mélange est modifiée.

Si le coefficient de frottement interne est insuffisant, la teneur en fractions importantes de pierre concassée ou de grains concassés dans la partie sableuse du mélange doit être augmentée.

Si l'adhérence au cisaillement et la résistance à la compression à 50°C sont faibles, la teneur en poudre minérale doit être augmentée (dans des limites acceptables) ou un bitume plus visqueux doit être utilisé. Pour des valeurs de résistance élevées à 0°C, il est recommandé de réduire la teneur en poudre minérale, de réduire la viscosité du bitume, d'utiliser un liant polymère-bitume ou d'utiliser des additifs plastifiants.

Si la résistance à l'eau du béton bitumineux est insuffisante, il est conseillé d'augmenter la teneur en poudre minérale ou en bitume, mais dans des limites qui fournissent les valeurs requises de porosité résiduelle et de porosité de la partie minérale. Pour augmenter la résistance à l'eau, il est efficace d'utiliser des tensioactifs (tensioactifs), des activateurs et des poudres minérales activées. La sélection de la composition du mélange de béton bitumineux est considérée comme complète si tous les indicateurs de propriétés physiques et mécaniques obtenus lors des tests d'échantillons de béton bitumineux répondent aux exigences de la norme. Cependant, dans le cadre des exigences standard relatives au béton bitumineux, il est recommandé d'optimiser la composition du mélange dans le sens d'une augmentation des propriétés opérationnelles et de la durabilité de la couche structurelle construite du revêtement routier.

Jusqu'à récemment, l'optimisation de la composition du mélange destiné à la construction des couches supérieures des revêtements routiers était associée à une augmentation de la densité du béton bitumineux. À cet égard, dans construction de route Trois méthodes ont été créées et sont utilisées dans la sélection des compositions de grains de mélanges denses. Ils s'appelaient à l'origine :

• - méthode expérimentale (allemande) de sélection de mélanges denses, qui consiste à remplir progressivement un matériau par un autre ;
• - méthode des courbes, basée sur la sélection d'une composition de grains qui se rapproche de courbes mathématiquement « idéales » prédéterminées de mélanges denses ;
• - Méthode américaine de mélanges standards, basée sur des compositions éprouvées de mélanges à partir de matériaux spécifiques.

Ces méthodes ont été proposées il y a environ 100 ans et ont été développées davantage.

L'essence de la méthode expérimentale de sélection de mélanges denses est de remplir progressivement les pores d'un matériau à grains plus gros avec un autre matériau minéral plus petit. En pratique, la sélection du mélange s'effectue dans l'ordre suivant.

A 100 parties en poids du premier matériau, ajouter séquentiellement 10, 20, 30, etc., parties en poids du second, en déterminant après mélange et compactage la densité moyenne et en choisissant un mélange avec un nombre minimum de vides à l'état compacté. .

S'il est nécessaire de réaliser un mélange de trois composants, un troisième matériau est ajouté au mélange dense de deux matériaux en portions progressivement croissantes et le mélange le plus dense est également sélectionné. Bien que cette sélection d'une charpente minérale dense soit laborieuse et ne prenne pas en compte l'influence de la teneur en phase liquide et des propriétés du bitume sur le compactage du mélange, elle est néanmoins encore utilisée dans les travaux de recherche expérimentale.

De plus, la méthode expérimentale de sélection des mélanges denses a été utilisée comme base pour les méthodes de calcul pour la préparation de mélanges de béton denses à partir de matériaux en vrac de différentes tailles et a été développé davantage dans les méthodes de conception expérimentale. Le principe du remplissage séquentiel des vides est utilisé dans la méthodologie de conception de compositions optimales de béton bitumineux routier, qui utilisent de la pierre concassée, du gravier et du sable de n'importe quelle granulométrie.

Selon les auteurs des travaux, la méthodologie informatique et expérimentale proposée permet un contrôle optimal de la structure, de la composition, des propriétés et du coût du béton bitumineux. Les éléments suivants sont utilisés comme paramètres variables de contrôle structurel :

• - coefficients de séparation des grains de pierre concassée, de gravier et de sable ;
• - concentration volumique de poudre minérale dans le liant bitumineux ;
• - critère de composition optimale, exprimé par le coût total minimum des composants par unité de production.

Sur la base du principe du remplissage séquentiel des vides avec de la pierre concassée, du sable et de la poudre minérale, la composition approximative du mélange pour béton bitumineux haute densité à base de bitume liquide a été calculée.

La teneur en composants du mélange a été calculée sur la base des résultats de valeurs préétablies de la densité réelle et apparente des matières minérales. La composition finale a été affinée expérimentalement en faisant varier conjointement le contenu de tous les composants du mélange en utilisant la méthode de planification mathématique d'une expérience simplexe. La composition du mélange, qui assure une porosité minimale du noyau minéral du béton bitumineux, a été considérée comme optimale.

La deuxième méthode de sélection de la composition granulaire du béton bitumineux repose sur la sélection de mélanges minéraux denses dont la composition granulaire se rapproche des courbes idéales de Fuller, Graf, Herman, Bolomey, Talbot-Richard, Kitt-Peff et d'autres auteurs. Dans la plupart des cas, ces courbes sont représentées comme des dépendances en loi de puissance de la teneur en grains requise dans le mélange en fonction de leur taille. Par exemple, la courbe de distribution granulométrique Fuller d’un mélange dense est donnée par l’équation suivante :

D est la plus grande taille de grain du mélange, mm.

Standardiser la composition des grains d'un mélange de béton bitumineux dans les environnements modernes méthode américaine Lors de la conception de « Superpave », des courbes granulométriques de densité maximale sont également adoptées, correspondant à une loi de puissance d'exposant de 0,45.

De plus, en plus des points de contrôle qui limitent la plage de teneur en grains, il existe également une zone de limitation interne, située le long de la courbe granulométrique de densité maximale dans l'intervalle entre les grains de taille 2,36 et 0,3 mm. On pense que les mélanges dont la distribution granulométrique s'étend le long de la zone limite peuvent présenter des problèmes de compactage et de stabilité au cisaillement, car ils sont plus sensibles à la teneur en bitume et deviennent plastiques en cas de surdosage accidentel de liant organique.

Il est à noter que GOST 9128-76 prescrit également pour les courbes de composition des grains des mélanges denses une zone restrictive située entre les courbes limites de granulométrie continue et discontinue. En figue. 1, cette zone est ombrée.

Riz. 1. - Compositions granulaires de la partie minérale à grains fins :

Cependant, en 1986, lorsque la norme a été rééditée, cette restriction a été annulée car sans importance. De plus, dans les travaux de la succursale de Leningrad de Soyouzdornia (A.O. Sal), il a été montré que les compositions de mélanges dites « semi-discontinues » traversant la zone ombrée sont dans certains cas préférables aux compositions continues en raison de la plus faible porosité du partie minérale du béton bitumineux et intermittente - en raison d'une plus grande résistance au délaminage.

La base méthode domestique La construction de courbes de composition granulométrique de mélanges denses s'est basée sur les études bien connues de V.V. Okhotin, dans lequel il a été démontré que le mélange le plus dense peut être obtenu à condition que le diamètre des particules composant le matériau diminue dans la proportion de 1:16 et que leur poids soit de 1:0,43. Cependant, étant donné la tendance des mélanges formulés avec ce rapport de fractions grossières et fines à se ségréguer, il a été proposé d'ajouter des fractions intermédiaires. Dans le même temps, la quantité pondérale d'une fraction d'un diamètre 16 fois plus petit ne changera pas du tout si vous remplissez les vides non seulement avec ces fractions, mais, par exemple, avec des fractions d'un diamètre de grain 4 fois plus petit.

Si, lorsqu'ils sont remplis de fractions d'un diamètre de grain 16 fois plus petit, leur teneur en poids était égale à 0,43, alors lorsqu'ils sont remplis de fractions d'un diamètre de grain 4 fois plus petit, leur teneur doit être égale à k = 0,67. Si vous introduisez une autre fraction intermédiaire dont le diamètre diminue de 2 fois, alors le rapport des fractions devrait être k = 0,81. Ainsi, le nombre pondéral des fractions, qui diminuera toujours du même montant, peut être exprimé mathématiquement comme une série de progression géométrique :

Y1 - montant de la première fraction ;

k - coefficient de ruissellement ;

n est le nombre de fractions dans le mélange.

De la progression résultante, on dérive la valeur quantitative de la première fraction :

Ainsi, le coefficient de ruissellement est généralement appelé le rapport pondéral des fractions dont les tailles de particules sont liées comme 1:2, c'est-à-dire comme le rapport des tailles de cellules les plus proches dans ensemble standard tamis

Bien qu'en théorie, les mélanges les plus denses soient calculés à l'aide d'un coefficient d'écoulement de 0,81, en pratique, les mélanges à composition granulaire discontinue se sont révélés plus denses.

Ceci s'explique par le fait que les calculs théoriques présentés pour la préparation de mélanges denses basés sur le coefficient de ruissellement ne prennent pas en compte la séparation des gros grains du matériau par des grains plus petits. A cet égard, P.V. Sakharov a noté que des résultats positifs en termes d'augmentation de la densité du mélange ne sont obtenus qu'avec une sélection étape par étape (intermittente) des fractions.

Si le rapport des tailles des fractions mélangées est inférieur à 1:2 ou 1:3, alors les petites particules ne comblent pas l'espace entre les gros grains, mais les séparent.

Les courbes de composition granulométrique de la partie minérale du béton bitumineux avec différents coefficients de ruissellement sont représentées sur la Fig. 2.

Riz. 2. - Composition granulométrique de la partie minérale des mélanges de béton bitumineux avec différents coefficients de ruissellement :

Plus tard, le rapport entre les diamètres des particules des fractions adjacentes a été clarifié, excluant la séparation des gros grains dans un mélange minéral multifractionné. Selon P.I. Bojenov, afin d'exclure la séparation des gros grains par les petits, le rapport entre le diamètre de la fraction fine et le diamètre de la grosse fraction ne doit pas dépasser 0,225 (c'est-à-dire 1 : 4,44). Compte tenu des compositions de mélanges minéraux testées en pratique, N.N. Ivanov a proposé d'utiliser des courbes de composition granulométrique avec un coefficient de ruissellement allant de 0,65 à 0,90 pour sélectionner les mélanges.

Les compositions granulométriques des mélanges denses de béton bitumineux, axées sur l'ouvrabilité, ont été standardisées en URSS de 1932 à 1967. Conformément à ces normes, les mélanges de béton bitumineux contenaient une quantité limitée de pierre concassée (26 à 45 %) et une quantité accrue de poudre minérale (8 à 23 %). L'expérience dans l'utilisation de tels mélanges a montré que des vagues, des cisaillements et d'autres déformations plastiques se forment dans les revêtements, en particulier sur les routes à trafic lourd et intense. Dans le même temps, la rugosité de la surface des revêtements était également insuffisante pour assurer une adhérence élevée aux roues des voitures, en fonction des conditions de sécurité routière.

Des changements fondamentaux ont été apportés à la norme pour les mélanges de béton bitumineux en 1967. GOST 9128-67 comprenait de nouvelles compositions de mélanges pour les bétons bitumineux à ossature avec contenu accru pierre concassée (jusqu'à 65 %), qui a commencé à être incluse dans la conception des routes à forte intensité de trafic. La quantité de poudre minérale et de bitume dans les mélanges de béton bitumineux a également été réduite, ce qui s'est justifié par la nécessité de passer du plastique à des mélanges plus rigides.

Les compositions de la partie minérale de nombreux mélanges de pierre concassée ont été calculées à l'aide de l'équation d'une parabole cubique liée à quatre granulométries témoins : 20 ;

Lors de la recherche et de la mise en œuvre du béton bitumineux à ossature grande importance a été donné pour augmenter la rugosité des revêtements. Méthodes de construction de chaussées en béton bitumineux avec surface rugueuse se reflètent dans les recommandations élaborées au début des années 60 du siècle dernier et qui ont été initialement mises en œuvre dans les installations du Glavdorstroy du ministère des Transports de l'URSS. Selon les promoteurs, la création des aspérités aurait dû être précédée de la formation d'une charpente spatiale en béton bitumineux. En pratique, cela a été réalisé en réduisant la quantité de poudre minérale dans le mélange, en augmentant la teneur en gros grains concassés et en compactant complètement le mélange, dans lequel les grains de pierre concassée et les grosses fractions de sable entrent en contact les uns avec les autres. La production de béton bitumineux avec une structure à ossature et une surface rugueuse a été assurée avec une teneur de 50 à 65 % en poids de grains supérieurs à 5 (3) mm. dans les mélanges à grains fins de type A et 33 à 55 % des grains sont supérieurs à 1,25 mm. V mélanges de sable type G avec une teneur limitée en poudre minérale (4 à 8 % dans les mélanges à grains fins et 8 à 14 % dans les mélanges sableux).

Des recommandations pour assurer la résistance au cisaillement des chaussées en béton bitumineux grâce à l'utilisation de béton bitumineux à ossature en augmentant le frottement interne de l'ossature minérale sont également présentes dans des publications étrangères.

Par exemple, les entreprises routières du Royaume-Uni, lors de la construction de chaussées en béton bitumineux dans les pays tropicaux et subtropicaux, utilisent spécifiquement des compositions de grains sélectionnées selon l'équation de la parabole cubique.

La stabilité des revêtements réalisés à partir de tels mélanges est assurée principalement grâce au calage mécanique de particules de forme anguleuse, qui doivent être soit de la pierre concassée durable, soit du gravier concassé. L'utilisation de gravier non concassé dans de tels mélanges n'est pas autorisée.

La résistance des revêtements aux déformations par cisaillement peut être augmentée en augmentant la taille des pierres concassées. La norme américaine ASTM D 3515-96 prévoyait des mélanges de béton bitumineux différenciés en neuf qualités en fonction de la granulométrie maximale de 1,18 à 50 mm.

Plus la qualité est élevée, plus la pierre concassée est grosse et plus la teneur en poudre minérale dans le mélange est faible. Les courbes des compositions de grains, construites le long d'une parabole cubique, fournissent, lors du compactage de l'enduit, une armature rigide de gros grains, qui assure la principale résistance aux charges de transport.

Dans la plupart des cas, la partie minérale du mélange de béton bitumineux est choisie parmi les composants à gros grains, à grains moyens et à grains fins. Si la densité réelle des matières minérales constitutives diffère considérablement les unes des autres, il est alors recommandé de calculer leur teneur dans le mélange en volume.

Les compositions granulaires de la partie minérale des mélanges de béton bitumineux, testées en pratique, sont standardisées dans tous les pays techniquement développés, en tenant compte de leur domaine d'application. En règle générale, ces compositions sont cohérentes les unes avec les autres.

D'une manière générale, il est généralement admis que l'élément le plus développé dans la conception de la composition du béton bitumineux est le choix de la composition granulométrique de la partie minérale soit selon des courbes de densité optimales, soit selon le principe de remplissage séquentiel des pores. La situation est plus compliquée avec le choix du liant bitumineux de la qualité requise et avec la justification de sa teneur optimale dans le mélange. Il n'existe toujours pas de consensus sur la fiabilité des méthodes de calcul permettant de déterminer la teneur en bitume d'un mélange de béton bitumineux.

Les méthodes expérimentales actuelles de sélection du contenu du liant suggèrent différentes méthodes fabrication et tests d'échantillons de béton bitumineux en laboratoire et, surtout, ne permettent pas de prédire de manière fiable la durabilité et l'état opérationnel des revêtements routiers en fonction des conditions d'exploitation.

P.V. Sakharov a proposé de concevoir la composition du béton bitumineux sur la base d'une composition présélectionnée de liant bitumineux. Le rapport quantitatif de bitume et de poudre minérale dans le liant bitumineux a été choisi expérimentalement en fonction du taux de déformation plastique (par la méthode de résistance à l'eau) et de la résistance à la traction des échantillons de huit pièces. La stabilité thermique du liant bitumineux a également été prise en compte en comparant les indicateurs de résistance à des températures de 30, 15 et 0°C. Sur la base de données expérimentales, il a été recommandé de respecter le rapport pondéral bitume/poudre minérale (B/MP) compris entre 0,5 et 0,2.

En conséquence, les compositions de béton bitumineux se caractérisaient par une teneur accrue en poudre minérale. Dans d'autres études, I.A. Rybiev a montré que les valeurs rationnelles de B/MP peuvent être égales à 0,8 et même supérieures. Sur la base de la loi de résistance des structures optimales (règle d'alignement), une méthode de conception de la composition du béton bitumineux en fonction des conditions opérationnelles données de la chaussée a été recommandée. Il a été déclaré que la structure optimale du béton bitumineux est obtenue lorsque le bitume est transformé en film.

Dans le même temps, il a été démontré que la teneur optimale en bitume dans le mélange dépend non seulement du rapport quantitatif et qualitatif des composants, mais également de facteurs technologiques et de modes de compactage.

Par conséquent, la justification scientifique des indicateurs de performance requis du béton bitumineux et des méthodes rationnelles pour les atteindre continue d'être la tâche principale associée à l'augmentation de la durabilité des revêtements routiers.

Il existe plusieurs méthodes de calcul pour déterminer la teneur en bitume dans un mélange de béton bitumineux, tant par l'épaisseur du film de bitume à la surface des grains minéraux que par le nombre de vides dans le mélange minéral compacté.

Les premières tentatives pour les utiliser dans la conception de mélanges de béton bitumineux se sont souvent soldées par des échecs, ce qui a obligé à améliorer les méthodes de calcul pour déterminer la teneur en bitume du mélange. N.N. Ivanov a proposé de prendre en compte la meilleure compactabilité du mélange de béton bitumineux chaud et une certaine réserve de dilatation thermique du bitume, si le calcul de la teneur en bitume est effectué en fonction de la porosité du mélange minéral compacté :

B - quantité de bitume,% ;

P - porosité du mélange minéral compacté, % ;

c6 - densité réelle du bitume, g/cm. cubique;

c - densité moyenne du mélange sec compacté, g/cm. cubique;

0,85 est le coefficient de réduction de la quantité de bitume dû à un meilleur compactage du mélange avec le bitume et le coefficient de dilatation du bitume, qui est pris égal à 0,0017.

Il convient de noter que les calculs du contenu volumétrique des composants du béton bitumineux compacté, y compris le volume des pores d'air ou la porosité résiduelle, sont effectués dans toute méthode de conception sous la forme d'une normalisation du volume des phases. A titre d'exemple sur la Fig. 3 donné composition volumétrique béton bitumineux de type A sous forme de diagramme circulaire.

Riz. 3. - Normalisation du volume de phases dans le béton bitumineux :

Selon ce diagramme, la teneur en bitume (% en volume) est égale à la différence entre la porosité de la matrice minérale et la porosité résiduelle du béton bitumineux compacté. Ainsi, M. Durieu a préconisé une méthode de calcul de la teneur en bitume dans un mélange de béton bitumineux chaud basée sur le module de saturation. Le module de saturation du béton bitumineux avec liant a été établi sur la base de données expérimentales et de production et caractérise pourcentage liant en mélange minéral ayant une surface spécifique de 1 m2/kg.

Cette méthodologie est adoptée pour déterminer la teneur minimale en liant bitume en fonction de la composition en grains de la partie minérale dans la méthode de conception des enrobés LCPC. développé par le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées de France. La teneur pondérale du bitume selon cette méthode est déterminée par la formule :

k est le module de saturation du béton bitumineux avec liant.

• S- solde privé sur un tamis percé de trous mesurant 0,315 mm., % ;
• s - résidu partiel sur un tamis percé de trous mesurant 0,08 mm, % ;

La méthode de calcul de la teneur en bitume en fonction de l'épaisseur du film de bitume a été considérablement améliorée par I.V. Korolev. À partir de données expérimentales, il a différencié la surface spécifique des grains de fractions standards en fonction de la nature de la roche. L'influence de la nature du matériau de la pierre, de la granulométrie et de la viscosité du bitume sur épaisseur optimale film de bitume dans un mélange de béton bitumineux.

L'étape suivante consiste en une évaluation différenciée de la capacité du bitume en particules minérales inférieures à 0,071 mm. À la suite d'une prévision statistique de la composition des grains de poudre minérale et de la capacité du bitume de fractions dont la taille varie de 1 à 71 microns, une technique a été développée au MADI (GTU) qui permet d'obtenir des données calculées qui coïncident de manière satisfaisante avec la teneur expérimentale en bitume dans le mélange de béton bitumineux.

Une autre approche pour attribuer la teneur en bitume dans le béton bitumineux repose sur la relation entre la porosité de la matrice minérale et la composition granulaire de la partie minérale. A partir de l'étude de mélanges expérimentaux de particules de différentes tailles, des spécialistes japonais ont proposé un modèle mathématique de la porosité de la matrice minérale (VMA). Les valeurs des coefficients de dépendance de corrélation établie ont été déterminées pour le béton bitumineux-pierre concassée, qui a été compacté dans un compacteur rotatif (gyrateur) à 300 tours de moule. Un algorithme de calcul de la teneur en bitume, basé sur la corrélation des caractéristiques des pores du béton bitumineux avec la composition en grains du mélange, a été proposé dans l'ouvrage. Sur la base des résultats du traitement d'un ensemble de données obtenues lors d'essais de divers types de béton bitumineux dense, les dépendances de corrélation suivantes ont été établies pour calculer la teneur optimale en bitume :

K - paramètre de granulométrie.

Dcr - la granulométrie minimale de la fraction grossière dont la plus fine contient 69,1 % en poids du mélange, mm ;

D0 est la granulométrie de la fraction moyenne, inférieure à laquelle est contenu 38,1 % en poids du mélange, mm ;

Dfine est la granulométrie maximale de la fraction fine dont la plus fine contient 19,1 % en poids du mélange, mm.

Cependant, dans tous les cas, les dosages calculés de bitume doivent être ajustés lors de la préparation des lots de contrôle en fonction des résultats d'essais sur des échantillons de béton bitumineux moulés.

Lors de la sélection de la composition des mélanges de béton bitumineux, la déclaration suivante du Prof. N.N. Ivanova : « Il ne faut pas prendre plus de bitume que ce qui est déterminé en obtenant un mélange suffisamment solide et stable, mais il faut prendre autant de bitume que possible, et en aucun cas aussi peu que possible. Les méthodes expérimentales de sélection des mélanges de béton bitumineux impliquent généralement la préparation d'échantillons standards à l'aide de méthodes de compactage spécifiées et leur test dans des conditions de laboratoire. Pour chaque méthode, des critères appropriés ont été développés qui établissent, à des degrés divers, un lien entre les résultats des tests en laboratoire sur des échantillons compactés et caractéristiques de performance béton bitumineux dans les conditions d'exploitation.

Dans la plupart des cas, ces critères sont définis et standardisés par les normes nationales relatives au béton bitumineux.

Les schémas suivants pour les essais mécaniques d'échantillons de béton bitumineux sont courants, illustrés à la Fig. 4.

Riz. 4. - Schémas de test d'échantillons cylindriques lors de la conception de la composition du béton bitumineux :

a - selon Duriez ;

b - selon Marshall ;

c - selon Khvim ;

g - selon Hubbard-Field.

L'analyse de diverses méthodes expérimentales de conception de compositions de béton bitumineux indique des similitudes dans les approches d'attribution d'une formulation et des différences à la fois dans les méthodes de test des échantillons et dans les critères des propriétés évaluées.

La similitude des méthodes de conception d'un mélange de béton bitumineux repose sur la sélection d'un tel rapport volumétrique de composants qui garantit les valeurs spécifiées de porosité résiduelle et d'indicateurs standardisés des propriétés mécaniques du béton bitumineux.

En Russie, lors de la conception du béton bitumineux, des échantillons cylindriques standards sont testés pour la compression uniaxiale (selon le schéma Duriez), qui sont moulés en laboratoire selon GOST 12801-98, en fonction de la teneur en pierre concassée du mélange, soit avec un charge statique de 40 MPa, ou par vibration avec compactage supplémentaire ultérieur avec une charge de 20 MPa. Dans la pratique étrangère, la méthode Marshall est la méthode la plus largement utilisée pour concevoir des mélanges de béton bitumineux.

Aux États-Unis, jusqu'à récemment, les méthodes de conception de mélanges de béton bitumineux selon Marshall, Hubbard-Field et Hvim étaient utilisées. mais récemment, un certain nombre d'États ont introduit le système de conception « Superpave ».

Lors du développement de nouvelles méthodes de conception de mélanges de béton bitumineux à l'étranger, une grande attention a été accordée à l'amélioration des méthodes de compactage des échantillons. Actuellement, les conceptions de mélange Marshall offrent trois niveaux de compactage des échantillons : 35, 50 et 75 coups par côté, respectivement, pour des conditions de trafic léger, moyen et intense. Véhicule. Le Corps des ingénieurs de l'armée des États-Unis, grâce à des recherches approfondies, a affiné les essais Marshall et les a étendus à la conception de mélanges pour les chaussées des aérodromes.

La conception d'un mélange de béton bitumineux selon la méthode Marshall suppose que :

• - la conformité des matières minérales et bitumes initiaux aux exigences des spécifications techniques a été préalablement établie ;
• - la composition granulométrique du mélange de matières minérales a été choisie pour répondre aux exigences de conception ;
• - valeurs définies vraie densité bitumes visqueux et matériaux minéraux en utilisant des méthodes d'essai appropriées ;
• - une quantité suffisante de pierre est séchée et divisée en fractions pour préparer des lots de laboratoire de mélanges avec différentes teneurs en liant.

Pour les essais Marshall, des échantillons cylindriques standards d'une hauteur de 6,35 cm et d'un diamètre de 10,2 cm sont réalisés et compactés par impacts d'un poids tombant. Des mélanges sont préparés avec différentes teneurs en bitume, différant généralement les unes des autres de 0,5 %. Il est recommandé de préparer au moins deux mélanges avec une teneur en bitume supérieure à la valeur « optimale » et deux mélanges avec une teneur en bitume inférieure à la valeur « optimale ».

Pour attribuer plus précisément la teneur en bitume aux tests en laboratoire, il est recommandé d’établir d’abord une teneur en bitume « optimale » approximative.

Par « optimal », nous entendons la teneur en bitume dans le mélange qui assure une stabilité Marshall maximale des échantillons moulés. Environ pour la sélection, vous devez avoir 22 sud matériaux en pierre et environ 4 l. bitume

Les résultats des essais de béton bitumineux utilisant la méthode Marshall sont présentés dans la Fig. 5.

Sur la base des résultats des tests d'échantillons de béton bitumineux selon la méthode Marshall, les conclusions suivantes sont généralement tirées :

• - La valeur de stabilité augmente avec l'augmentation de la teneur en liant jusqu'à un certain maximum, après quoi la valeur de stabilité diminue ;
• - La valeur de la plasticité conditionnelle du béton bitumineux augmente avec l'augmentation de la teneur en liant ;
• - La courbe de densité en fonction de la teneur en bitume est similaire à la courbe de stabilité, mais son maximum est plus souvent observé à une teneur en bitume légèrement supérieure ;
• - La porosité résiduelle du béton bitumineux diminue avec l'augmentation de la teneur en bitume, se rapprochant asymptotiquement de la valeur minimale ;
• - Le pourcentage de pores remplis de bitume augmente avec la teneur en bitume.

Riz. 5. - Résultats (a, b, c, d) des essais de béton bitumineux selon la méthode Marshall :

Il est recommandé de déterminer la teneur optimale en bitume comme la moyenne de quatre valeurs​​établies selon les graphiques des exigences de conception. Un mélange de béton bitumineux avec une teneur optimale en bitume doit répondre à toutes les exigences pour spécifications techniques. Lors du choix final de la composition du mélange de béton bitumineux, des indicateurs techniques et économiques peuvent également être pris en compte. Il est généralement recommandé de sélectionner un mélange présentant la stabilité Marshall la plus élevée.

Cependant, il convient de garder à l'esprit que les mélanges présentant des valeurs de stabilité Marshall trop élevées et une faible ductilité ne sont pas souhaitables, car les revêtements de tels mélanges seront excessivement rigides et peuvent se fissurer lorsqu'ils sont conduits par des véhicules lourds, en particulier avec des bases faibles et des déflexions élevées. le revêtement. Souvent dans Europe de l'Ouest et aux États-Unis, la méthode Marshall de conception des mélanges de béton bitumineux a été critiquée. Il est à noter que le compactage par impact Marshall des échantillons ne modélise pas le compactage du mélange dans la chaussée, et que la stabilité Marshall ne permet pas une évaluation satisfaisante de la résistance au cisaillement du béton bitumineux.

La méthode Khvim est également critiquée, dont les inconvénients incluent un équipement de test plutôt encombrant et coûteux.

De plus, certains paramètres métriques volumétriques importants du béton bitumineux liés à sa durabilité ne sont pas correctement divulgués dans cette méthode. Selon ingénieurs américains, la méthode Hvim de sélection de la teneur en bitume est subjective et peut conduire à la fragilité du béton bitumineux en raison de la nomination d'une faible teneur en liant dans le mélange.

La méthode LCPC (France) est basée sur le fait que les enrobés à chaud doivent être conçus et compactés lors de la construction à une densité maximale.

Par conséquent, des études spéciales ont été réalisées sur le travail de compactage calculé, qui a été déterminé comme 16 passages d'un rouleau avec pneumatiques, avec une charge par essieu de 3 tf à une pression des pneus de 6 bars. Sur un banc de laboratoire grandeur nature lors du compactage d'un mélange de béton bitumineux chaud, il a été démontré épaisseur standard couche égale à 5 tailles maximales de grains minéraux. Pour un compactage approprié des échantillons de laboratoire, l'angle de rotation du compacteur de laboratoire (gyrateur) a été standardisé à 1° et la pression verticale sur le mélange compacté était de 600 kPa. Où numéro standard la rotation du girateur doit être une valeur égale à l'épaisseur de la couche du mélange compacté, exprimée en millimètres.

Dans la méthode américaine du système de conception « Superpave », il est d'usage de compacter des échantillons d'un mélange de béton bitumineux également dans un girateur, mais avec un angle de rotation de 1,25°. Les travaux de compactage des échantillons de béton bitumineux sont standardisés en fonction de la valeur calculée de la charge totale de transport sur la chaussée pour laquelle le mélange est conçu. Un diagramme du compactage d'échantillons d'un mélange de béton bitumineux dans un dispositif de compactage rotatif est illustré à la Fig. 6.

Riz. 6. - Schéma de compactage d'échantillons de mélange de béton bitumineux dans un appareil de compactage rotatif :

La méthode de conception des enrobés du MTQ (Ministère des Transports du Québec, Canada) adopte le compacteur rotatif Superpave au lieu du gyrateur LCPC. Le nombre de tours calculé lors du compactage est accepté pour les mélanges d'une granulométrie maximale de 10 mm. égal à 80, et pour des mélanges d'une granulométrie de 14 mm. - 100 tours de rotation. La teneur estimée en trous d'air dans l'échantillon doit être comprise entre 4 et 7 %. Le volume nominal des pores est généralement de 5 %. Le volume efficace de bitume est établi pour chaque type de mélange, comme dans la méthode LCPC.

Il est à noter que lors de la conception de mélanges de béton bitumineux à partir des mêmes matériaux à l'aide de la méthode Marshall, de la méthode LCPC (France), de la méthode du système de conception Superpave (États-Unis) et de la méthode MTQ (Canada), à peu près les mêmes résultats ont été obtenus.

Bien que chacune des quatre méthodes impliquées diverses conditionséchantillons de joints :

• - Marshall - 75 coups des deux côtés ;
• - « Superpave » - 100 tours de rotation dans le gyrateur sous un angle de 1,25° ;
• - MTQ - 80 tours de rotation dans le gyrateur sous un angle de 1,25° ;
• - LCPC - 60 tours de rotation du compacteur effectif sous un angle de 1°C, des résultats tout à fait comparables ont été obtenus pour la teneur optimale en bitume.

Par conséquent, les auteurs des travaux sont arrivés à la conclusion qu'il est important de ne pas disposer de la méthode « correcte » de compactage des échantillons de laboratoire, mais d'avoir un système pour influencer la force de compactage sur la structure du béton bitumineux dans l'échantillon et sur ses performances dans le revêtement.

Il convient de noter que les méthodes rotatives de compactage des échantillons de béton bitumineux ne sont pas non plus sans inconvénients. Une abrasion notable du matériau pierreux a été constatée lors du compactage du mélange de béton bitumineux chaud dans le gyrateur.

Par conséquent, dans le cas de l'utilisation de matériaux pierreux caractérisés par une usure du tambour Los Angeles supérieure à 30 %, le nombre de tours normalisé du compacteur de mélange lors de l'obtention d'échantillons de béton bitumineux-pierre concassée-mastic est fixé à 75 au lieu de 100.

Cela dépend en grande partie des propriétés des ingrédients du mélange et de leur rapport.

Il existe plusieurs types de béton bitumineux dont la composition diffère sensiblement. Dans certains cas, la composition et les qualités des ingrédients de départ sont liées au mode de production.

• Ainsi, pour les zones climatiques 1 à 3, les AB denses et de haute densité sont fabriqués à partir de pierre concassée, dont la classe de résistance au gel est F50. Poreux et très poreux - des classes de pierre F 15 et F25.
• Pour les zones 4 et 5, seul de l'asphalte chaud haute densité est réalisé à base de pierre concassée classe F 50

Nous parlerons ci-dessous du rôle du sable dans la composition du béton bitumineux.

Sable

Il est ajouté à tous les types de béton bitumineux, mais dans certains bétons bitumineux sableux, il constitue la seule partie minérale. Ils utilisent à la fois les naturels - issus des carrières, et ceux obtenus par criblage lors du concassage. Les exigences relatives au matériel sont dictées par GOST 8736.

• Ainsi, pour le sable dense et de haute densité, le sable d'une classe de résistance de 800 et 1000 convient. Pour le sable poreux, il est réduit à 400.
• Le nombre de particules d'argile - moins de 0,16 mm de diamètre, est également réglementé : pour les plus denses - 0,5 %. Pour poreux – 1%.
• augmente la capacité de l'AB à gonfler et réduit la résistance au gel, ce facteur est donc particulièrement surveillé.

Poudre minérale

Cette partie forme un liant avec le bitume. La poudre remplit également les pores entre les grosses particules de pierre, ce qui réduit friction interne. Les granulométries sont extrêmement petites - 0,074 mm. Ils sont obtenus à partir du système de dépoussiérage.

En fait, la poudre minérale est produite à partir de déchets de cimenteries et d'usines métallurgiques - il s'agit de poussières de ciment, de mélanges de cendres et de scories, de déchets issus du traitement des scories métallurgiques. La composition des grains, la quantité de composés solubles dans l'eau, la résistance à l'eau, etc. sont réglementées par GOST 16557.

Composants supplémentaires

Pour améliorer la composition ou conférer certaines propriétés, divers additifs sont introduits dans le mélange initial. Ils sont divisés en 2 groupes principaux :

• des composants développés et fabriqués spécifiquement pour améliorer les propriétés - plastifiants, stabilisants, substances anti-âge, etc. ;
• déchets ou matières premières secondaires - soufre, caoutchouc granulé, etc. Le coût de ces additifs est bien entendu bien moindre.

Le choix et la conception de la composition du béton bitumineux pour routes et aérodromes sont discutés ci-dessous.

La vidéo ci-dessous vous expliquera le prélèvement pour évaluer la composition et la qualité du béton bitumineux :

Conception

La composition du revêtement en béton bitumineux est choisie en fonction de la destination : une rue d'une petite ville, une autoroute et une piste cyclable nécessitent un asphalte différent. Obtenir meilleure couverture, mais pour ne pas abuser des matériaux, utilisez les principes de sélection suivants.

Principes de base

• La composition des grains de l'ingrédient minéral, c'est-à-dire de la pierre, du sable et de la poudre, est fondamentale pour assurer la densité et la rugosité du revêtement. Le principe de la granulométrie continue est le plus souvent utilisé, et ce n'est qu'en l'absence de sable grossier que la méthode de la granulométrie intermittente est utilisée. La composition des grains - diamètres des particules et leur rapport correct - doit être entièrement conforme aux spécifications.

Le mélange est choisi de telle manière que la courbe se situe dans la zone située entre les valeurs limites et n'inclut pas les fractures : ces dernières signifient qu'il y a un excès ou un déficit d'une certaine fraction.

• Différents types d'asphalte peuvent former une structure encadrée et sans cadre du composant minéral. Dans le premier cas, il y a suffisamment de pierre concassée pour que les pierres entrent en contact les unes avec les autres et forment une structure de béton bitumineux clairement définie dans le produit fini. Dans le second cas, les pierres et grains de sable grossier n’entrent pas en contact. Une limite quelque peu conventionnelle entre les deux structures est la teneur en pierre concassée comprise entre 40 et 45 %. Lors du choix, cette nuance doit être prise en compte.
• La résistance maximale est garantie par la pierre concassée en forme de cube ou tétraédrique. Cette pierre est la plus résistante à l'usure.
• La rugosité de la surface est signalée par 50 à 60 % des pierres concassées provenant de roches difficiles à polir ou de sable provenant de celles-ci. Une telle pierre conserve la rugosité de l'écaillage naturel, ce qui est important pour assurer la résistance au cisaillement de l'asphalte.
• En général, l'asphalte à base de sable concassé est plus résistant au cisaillement que l'asphalte à base de sable de carrière en raison de surface lisse le dernier. Pour les mêmes raisons, la durabilité et la résistance des matériaux à base de graviers, notamment marins, sont moindres.
• Un broyage excessif de poudre minérale entraîne une augmentation de la porosité, et donc une consommation de bitume. Et la plupart des déchets industriels possèdent cette propriété. Pour réduire le paramètre, la poudre minérale est activée - traitée avec des tensioactifs et du bitume. Cette modification réduit non seulement la teneur en bitume, mais augmente également la résistance à l'eau et au gel.
• Lors de la sélection du bitume, vous devez vous concentrer non seulement sur sa viscosité absolue - plus elle est élevée, plus la densité de l'asphalte est élevée, mais également sur météo. Ainsi, dans les zones arides, on choisit une composition qui assure le minimum de porosité possible. Dans les mélanges froids, au contraire, le volume de bitume est réduit de 10 à 15 % pour réduire le niveau d'agglomération.

Sélection de composition

La procédure de sélection est généralement la même :

• évaluation des propriétés des ingrédients minéraux et du bitume. Il ne s'agit pas seulement d'indicateurs absolus, mais aussi de leur conformité avec l'objectif final ;
• calculer le rapport pierre, sable et poudre pour que cette partie de l'asphalte acquière la densité maximale possible ;
• enfin, calculer la quantité de bitume : suffisante pour fournir les matériaux requis en fonction des matériaux sélectionnés propriétés techniques produit fini.

Des calculs théoriques sont d'abord effectués, puis des tests en laboratoire. Tout d'abord, la porosité résiduelle est vérifiée, puis la conformité de toutes les autres caractéristiques avec celles attendues. Des calculs et des tests sont effectués jusqu'à l'obtention d'un mélange répondant pleinement aux spécifications.

Comme tout matériau de construction complexe, AB n'a pas de qualités sans ambiguïté - densité, densité, résistance, etc. Ses paramètres déterminent la composition et le mode de préparation.

La vidéo pédagogique suivante vous expliquera comment concevoir une composition de béton bitumineux aux États-Unis :