Асфальтобетонная смесь обычно состоит из трех компонентов: вя­жущего, каменного материала и минерального порошка. Некоторые материалы для устройства слоев износа включают добавки, такие как поверхностно-активные вещества, полимеры, волокнистые мате­риалы и отходы промышленности.

Битум

Вяжущие материалы в асфальтобетонных смесях называются битум­ными, то есть содержащими битум в той или иной форме. Битум явля­ется термопластичным материалом, что означает, что он размягчается и приобретает текучесть при нагревании и застывает при охлаждении. Причем эти трансформации могут происходить многократно.

Когда битум смешивается с каменным материалом, он должен об­ладать вязкостью, достаточной для покрытия поверхности этого ма­териала. Однако он не должен быть слишком жидким, иначе он может стечь с поверхности каменных материалов при транспортировке или хранении. Вязкость должна также соответствовать требованиям ук­ладки и уплотнения. Вяжущее должно обеспечивать устойчивость для предотвращения чрезмерной деформации, но оно должно быть и достаточно пластичным, чтобы противостоять образованию тре­щин. Адгезионные свойства вяжущего определяет то, какое количе­ство каменного материала может быть вынесено с поверхности (выкрашивание).

В качестве вяжущего могут использоваться также эмульсии и разжиженный битум (праймер). Праймер получается путем смешивания битума с растворителем (например, с кероеипом), а эмульсия представляет собой смесь битума, эмульгатора и воды. Оба этих вяжущих обеспечивают технологические свойства смеси при пониженных температурах. После испарения растворителя или воды битум сохраняет свои первоначальные свойства. Свойства этих вяжущих в дороге в основном определяются присутствующим в них битумом. Праймер используется все реже (в целях защиты окру­жающей среды), в то время как применение эмульсий расширяется. Наиболее распространенными областями применения этих вяжущих являются поверхностная обработка, холодные асфальтобетонные смеси, подгрунтовка, битумные шламы и пропитка.

Для приготовления смесей применяют битумы нефтяные дорожные вязкие по ГОСТ 22245 и жидкие по ГОСТ 11955, а также полимерно-битумные вяжущие и модифицированные битумы по технической документации, согласованной в установленном порядке.

Для холодных смесей марки I следует применять жидкие битумы класса СГ. Допускается применение битумов классов МГ и МГО при условии использования активированных минеральных порошков или предварительной обработки минеральных материалов смесью битума с поверхностно-активными веществами. Для холодных смесей марки II следует применять жидкие битумы классов СГ, МГ и МГО. 

Содержание битума в смесях и асфальтобетонах, % 

 Источник: ГОСТ 9128-97.

Каменный материал

Каменный материал - это общий термин для всех минеральных со­ставляющих асфальтобетонной смеси, которые могут быть пред­ставлены щебнем, гравием, песком, шлаком и отсевами. В асфальто­бетонной смеси массовое содержание каменного материала составля­ет около 85%. Качество каменного материала зависит как от его про­исхождения, так и от способа производства (искусственно дробле­ный или природный материал). На эксплуатационные качества по­крытия прямо или косвенно влияют следующие свойства каменного материала: гранулометрический состав, пористость, форма зерен, прочность, сопротивление износу и истиранию и устойчивость к ат­мосферным воздействиям.

Наиболее важными физическими свойствами минерального материа­ла являются его прочность и форма. Качество каменного материала частично может быть улучшено на стадии его производства. В прин­ципе, каждая стадия дробления позволяет улучшить механические свойства материала. Улучшение формы, например, увеличивает со­противление каменного материала истиранию, а также повышает из­носостойкость покрытия, что в целом увеличивает срок службы до­роги.

Гранулометрический состав является основной характеристикой каменного материала. Гранулометрический состав отобранной про­бы определяется в процессе ситового анализа, когда высушенная проба пропускается через набор стандартных сит, различающихся разме­ром отверстий. Массовое распределение частиц различного размера в пробе представляется в виде кривой гранулометрического состава. Гранулометрический состав определяет тип смеси. Варьирование гранулометрического состава смеси определенного типа изменяет эксплуатационные качества асфальтобетонного покрытия.

Щебень из плотных горных пород и гравий, щебень из шлаков, входящие в состав смесей, по зерновому составу, прочности, содержанию пылевидных и глинистых частиц, содержанию глины в комках должны соответствовать требованиям ГОСТ 8267 и ГОСТ 3344. Содержание зерен пластинчатой (лещадной) формы в щебне и гравии должно быть, % по массе, не более:

  15 - для смесей типа А и высокоплотных;

  25 — для смесей типов Б, Бх;

  35 — для смесей типов В, Вх.

Гравийно-песчаные смеси по зерновому составу должны отвечать требованиям ГОСТ 23735, а гравий и песок, входящие в состав этих смесей, — ГОСТ 8267 и ГОСТ 8736 соответственно.

Для приготовления смесей и асфальтобетонов применяют щебень и гравий фракций от 5 до 10 мм, свыше 10 до 20 (15) мм, свыше 20 (15) до 40 мм, а также смеси указанных фракций. Прочность и морозостойкость щебня и гравия для смесей и асфальтобетонов конкретных марок и типов должны соответствовать указанным в таблице 1.4. 

Свойства щебня и гравия для асфальтобетонных смесей 

Песок природный и из отсевов дробления горных пород должен соответствовать требованиям ГОСТ 8736, при этом марка по прочности песка из отсевов дробления и содержание глинистых частиц, определяемых методом набухания, для смесей и асфальтобетонов конкретных марок и типов должны соответствовать указанным в таблице 1.4., а общее содержание зерен менее 0,16 мм (в том числе пылевидных и глинистых частиц) в песке из отсевов дробления не нормируется.

Свойства песка для асфальтобетонных смесей

Источник: ГОСТ 9128-97.

Минеральный порошок

Минеральный порошок служит для заполнения пор между более крупными частицами и для создания вместе с битумом асфальтовяжущего вещества. Таким образом, он вносит свой вклад в повыше­ние прочности и устойчивости асфальтобетона. Минеральный поро­шок (частицы менее 0,074 мм) может быть получен из системы пылеулавливания на асфальтобетонном заводе или приготовлен спе­циально в процессе помыла. Специальные порошки, такие как гаше­ная известь и цемент, иногда используются для снижения риска шелушения.

Минеральный порошок, входящий в состав смесей и асфальтобетонов, должен отвечать требованиям ГОСТ 16557. Допускается применять в качестве минеральных порошков для пористого и высокопористого асфальтобетона, а также для плотного асфальтобетона II и III марок техногенные отходы промышленного производства (измельченные основные металлургические шлаки, золыуноса, золошлаковые смеси, пыль-уноса цементных заводов и пр.).

Свойства песка для асфальтобетонных смесей

 Источник: ГОСТ 9128-97.

 На рынке представлено большое ко­личество добавок для асфальтобетонных смесей. В наиболее общей классификации они могут быть подразделены на две группы. В первую включаются товарные продукты, разработанные для улучшения эксплуатационных характеристик асфальтобетона. Они представлены полимерами, адгезионными добавками, ингибитора­ми процессов старения, пластификаторами, стабилизаторами (при­родный асфальт, каталитические нейтрализаторы) и волокнистыми материалами, служащими наполнителями для вяжущего. Опреде­ленные полимерные материалы - эластомеры и пластомеры, ис­пользуются для модификации битума с целью повышения долго­вечности и качества дорожного покрытия. Они могут применяться для повышения сдвигоустойчивости при высокой температуре или, например, для повышения устойчивости к растрескиванию при низкой температуре. Ко второй группе добавок относятся от­ходы или переработанное вторичное сырье, такое как гранулиро­ванная резина, зола-уноса и сера.

Технология  производства

Асфальтобетонные смеси производятся либо на заводах циклического действия, либо на заводах непрерывного действия. Асфальтобетонный завод может быть ста­ционарным или мобильным. Производи­тельность заводов циклического действия обычно колеблется в пределах от 100 до 300 тонн в час, в то время как заводы не­прерывного действия используются для производства аналогичных типов смесей в больших количествах. Здесь производи­тельность изменяется в пределах от 50 до 600 тонн в час.

Основным  компонентом классического циклического асфальтобетонного завода (АБЗ) является система подачи инертных, предварительно дозирующая холодные инертные материалы, такие как щебень и песок, которые по наклонному конвейеру подаются в сушильный барабан, где нагреваются до заданной температуры потоками газа. Нагретые инертные подаются на элеватор горячих инертных и далее на вибрационный грохот, который рассеивает поток материала на разные фракции согласно количеству и размеру ячеек сит. В АБЗ некоторых производителей, применяются не вибрационные грохоты, а барабанные, что позволяет снизить стоимость установки. В барабанных грохотах возможно перераспределение мелких фракций в более крупные при максимальных нагрузках и при повышенной лещадности щебня, который может застревать в ситах и блокировать проход мелких фракций, что подтверждено опытом эксплуатации АСУ такого типа в России.

Под грохотом расположены бункера горячих инертных, и в каждом хранится своя фракция. Согласно составу смеси, заданному в программе управления, из каждого бункера с отдельной фракцией в весовой хоппер дозируется по очереди требуемое количество материала. Отдельно установлен весовой хоппер для битума и хоппер для минерального порошка и пыли. Битум дозируется из битумохранилища, а минеральный порошок и пыль – из соответствующих силосов. Дозирование осуществляется с помощью динамического взвешивания всех компонентов смеси. Дозированные компоненты подаются в смесительную камеру, где перемешиваются. Средняя продолжительность общего цикла дозирования и перемешивания составляет 45 с, т. е. 80 циклов в час.

АБЗ с горизонтальным скипом – по сути тележка, перемещающаяся по направляющим рельсовым опорам, которая доставляет смесь от смесителя к нужному бункеру хранения смеси и приводится в действие лебедочным механизмом с приводом. Хранилище асфальта разделено на разные отсеки – бункера, где можно хранить смеси с разной рецептурой. Очистка отходящих горячих газов из сушильного барабана происходит в рукавном фильтре, где осаждается пыль с помощью тканевых мешков (рукавов). Осажденная пыль обычно либо вывозится с АБЗ, либо подается в силос пыли, из которого дозируется в хоппер для минерального порошка в нужной пропорции с минеральным порошком. Битум хранится в цистернах, которые могут быть горизонтального, вертикального или мобильного исполнения. Процесс дозирования, смешивания и отгрузки смеси в самосвалы контролируется операторами из пункта управления. В большинстве современных АБЗ установлена  микропроцессорная система управления, что облегчает работу, но в то же время средства ручного управления зачастую отсутствуют, и это не позволяет продолжать работу в случае сбоя компьютерной системы.

Многие узлы АБЗ непрерывного типа аналогичны узлам АБЗ циклического типа. Также дозирование холодных инертных осуществляется из холодных дозаторов, отличие которых в том, что они выполняют роль дозаторов, а не предварительных дозаторов, как в циклических АБЗ. В циклических АБЗ дозирование компонентов идет из бункеров горячих инертных в весовой хоппер, а из преддозаторов – только предварительная подача материала. Погрешность дозирования преддозаторов может достигать 10% и более, что несущественно для данного типа АБЗ, так как есть весовой контроль. В то же время в непрерывных АБЗ холодные дозаторы являются именно дозирующим устройством и обеспечивают высокую точность дозирования с погрешностью ±0,1%. Это достигается благодаря современному микропроцессорному управлению, приводам с частотным управлением, тахометрам на приводных валах с обратной связью и весовому мосту, установленному в наклонном конвейере. Холодные инертные точно дозируются из бункеров и подаются на наклонный конвейер, оснащенный грохотом негабарита, отсеивающим негабаритный щебень. Поток материала после грохота попадает на весовой мост, который динамически взвешивает суммарный объем инертных и корректирует работу дозаторов через систему обратной связи с программой управления. Взвешенный материал попадает в сушильно-смесительный барабан, где он, как и в циклическом АБЗ, сушится потоком нагретого газа от пламени горелки. После сушки нагретый материал смешивается в этом же агрегате с минеральным порошком, собственной пылью, битумом и другими компонентами. Полученная смесь выгружается из сушильно-смесительного барабана. Традиционно для хранения смеси применяют силосы круглого сечения со скребковым конвейером. Системы такого типа могут обеспечивать хранение 9 шт. х  300 т = 2700 т и более.

Также в составе непрерывного АБЗ есть битумное хранилище, силосы минерального порошка и собственной пыли. Есть рукавный фильтр с такими же тканевыми рукавами и системой эвакуации пыли или в силос, или назад в барабан, или в самосвал для вывоза.

Основное отличие между циклическим и непрерывным АБЗ в системе дозирования и смешивания. В непрерывном АБЗ нет башни и дозирование сразу идет из холодных дозаторов, смесь идет непрерывным потоком. В циклическом АБЗ идет разгрохотка материала на фракции и весовое, порционное дозирование компонентов, а смесь выпускается порциями.

Циклические АБЗ позволяют проще и быстрее менять рецептуру смеси, в теории каждый замес может иметь другую рецептуру. Такие АБЗ наиболее востребованы при производстве асфальта в городах и мегаполисах, когда асфальт производят для нескольких укладочных комплексов. В то же время циклические АБЗ менее мобильны из-за башни. Башня имеет большие размеры, и для их снижения уменьшают размеры бункеров горячих инертных. В результате мобильный циклический АБЗ работает в режиме грохочения – горячие инертные бункера часто или переполнены одной фракцией, или пусты, что приводит либо к нарушению рецептуры, либо простоям и сбросу избытка нагретых фракций, в основном более крупных.

Преимущество  непрерывных АБЗ – в простоте конструкции. Они проще в транспортировке, возведении на новом месте и обслуживании. Такой АБЗ может быть запущен в работу в течение 3 дней. Стоимость ниже, чем у циклического такой же производительности, а реальный выпуск асфальта в смену выше. Особенностью является то, что в реалиях России фракционный состав закупаемого щебня на карьерах может не соответствовать ГОСТу, а так как в этом типе АБЗ нет грохота, разделяющего на фракции инертный материал, иногда происходят нарушения в рецептуре смеси и состав инертных может меняться. Простым решением такой проблемы является установка отдельного грохота для предварительной подготовки инертных, благо на рынке предлагается огромное количество как стационарных, так и мобильных решений.

Все составляющие асфальтобетонной смеси имеют решающее значение для ее конечного качества. Так как более 90% смеси представлено каменным материалом, качество смеси в большой степени зависит от его свойств, которые определяются технологией его дробления. Также важным является правильное обращение с камен­ным материалом, чтобы не изменился его гранулометрический состав и в него не проникла влага. Сухой и хорошо отсорти­рованный каменный материал является ос­новой для получения хорошей асфальто­бетонной смеси.

На современных производствах дозиро­вание каменного материала производится большей частью контроллерами систем ав­томатического управления по запрограм­мированным рецептурам. Каменный мате­риал сушится и нагревается в сушильных барабанах. В процессе приготовления сме­си к каменному материалу добавляется би­тум и минеральный порошок. Для получе­ния желаемых свойств смеси к ней добавля­ются минеральные порошки различных ти­пов. Для улучшения адгезии добавляются амины, волокнистые материалы добавля­ются для увеличения содержания битума, полимеры - для улучшения свойств вяжу­щего. Могут добавляться и красители, на­пример, красный для покрытия теннисных кортов.

Составляющие перемешиваются по при­нятой технологии до получения гомоген­ной асфальтобетонной смеси. Продолжи­тельность смешивания разная для различ­ных типов смесей и смесительного обору­дования. Для получения должного качест­ва конечного продукта перемешивание не должно быть ни слишком коротким, ни слишком долгим. По готовности смесь транспортируется в теплоизоляционные и/ или подогреваемые бункеры для предот­вращения ее охлаждения. Должны быть предприняты меры защиты от окисления или расслоения смеси.

Подробнее с текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка асфальтобетонных смесей можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок асфальтобетонных смесей в России».