Холодный асфальтовый бетон (чаще именуется как «холодный асфальт») представляет собой строительный материал, получаемый при затвердевании уплотненной в холодном состоянии массы, изготовленной при нагревании рационально подобранной, тщательно перемешанной смеси минеральных материалов различной крупности (мелкий щебень, песок и минеральный порошок) с жидким битумом. Так как при затвердевании растворитель из битума испаряется, то слишком сильное уплотнение покрытия в первый период эксплуатации дорожной одежды нежелательно.
Положительным качеством этой разновидности асфальтового бетона является способность сохранять рыхлость свежеизготовленной массы в течение длительного периода, например одного года. Поэтому ее в достаточном количестве изготовляют на заводе зимой, а раскладывают с наступлением весны. Смешивают минеральные материалы с битумом в горячем состоянии, но можно и в холодном, если вяжущим является битумная эмульсия, а не жидкий битум.
Холодный асфальтовый бетон удовлетворяет определенным техническим требованиям; соответствующие показатели получаются при испытаниях по стандартизированной методике.
Стоимость холодного асфальтобетона значительно ниже, чем асфальтобетона горячей укладки, однако холодный асфальтовый бетон уступает по долговечности горячему и, кроме того, со временем покрытие приобретает повышенную скользкость.
Требования к качеству асфальтового бетона стандартизированы и показатели отдельных его свойств нормируются в зависимости от производственного назначения. Например, предел прочности на сжатие при 20°С дорожного горячего асфальтового бетона (ГОСТ 9128) должен быть не менее 22 – 24 кг/см2, а при 50°С – 8 – 12 кг/см2 в зависимости от его типа. Для гидротехнического асфальтового бетона эти показатели выше (при 20°С не менее 35 кг/см2) и введены требования к пределу прочности при изгибе, длительной водопоглощаемости (6 месяцев хранения в воде) и др.
В зависимости от температуры, при которой укладывают и уплотняют смесь в покрытии, и вязкости применяемого битума различают следующие разновидности асфальтовых бетонов: горячие, приготовляемые на вязких битумах при температуре 140-180°С и укладываемые в покрытие при температуре не ниже 130°С, формирование структуры бетона в основном заканчивается в период уплотнения; горячие дегтебетоны при укладке должны иметь температуру 80 – 110°С; теплые – приготовляемые на битумах пониженной вязкости при температуре 90 – 160°С и укладываемые в покрытие при температуре 30 – 100°С, формирование структуры также в основном заканчивается в период уплотнения; холодные, приготовляемые на жидких битумах при температуре 80 – 120°С и укладываемые в покрытие после полного их остывания; формирование их структуры продолжается в течение 20 – 30 суток. К холодным относятся также асфальтобетонные смеси на битумных эмульсиях, укладываемые при нормальной температуре.
По максимальной крупности зерен минерального материала асфальтовый бетон делят на: крупнозернистый с наибольшим размером зерен 40 мм, среднезернистый – 25 мм, мелкозернистый – 15 мм и песчаный – 5 мм.
По структурным признакам (плотности) асфальтовый бетон может быть плотный, имеющий суммарную пористость 3 – 5% объема, и крупнопористый с пористостью 5 – 10% объема.
Прочностная характеристика этого монолитного материала, выраженная в любых показателях, зависит от следующих структурных факторов: механической характеристики вяжущего вещества (его прочности или вязкости), количества вяжущего вещества, качества минеральной смеси (ее плотности, формы, шероховатости зерен), прочности сцепления на границе контакта вяжущего вещества с минеральным компонентом, плотности монолита, а также от температуры и скорости приложения нагрузки или скорости деформирования.
Характеристика механической прочности является необходимым, но недостаточным условием прочности монолита в покрытии, где он может подвергаться деформациям и растрескиванию не вследствие недостаточной прочности на сжатие или на сдвиг, а в связи с недостаточной пластичностью при пониженных температурах или излишней пластичностью при высоких температурах. Качество асфальтового бетона в покрытии тем выше, чем меньше подвержен он пластическим деформации и ползучести и чем больше упруго-эластическая деформируемость монолита. Повышенную пластичность можно полностью исключить путем создания оптимальной структуры при заданной прочности асфальтового бетона и максимальной температуре в районе строительства. Ползучесть этого материала полностью исключить нельзя, особенно при положительных температурах, но величину ее необходимо всемерно снижать, а развитие деформаций ползучести можно резко затормозить путем повышения шероховатости и угловатости щебня, правильного выбора горной породы (не только достаточно прочной, но и обладающей хорошим сцеплением с вяжущим материалом), правильного назначения структуры монолита и пр.
Податливость асфальтобетонного покрытия к трещинообразованию снижается по мере увеличения упруго-эластических деформаций при отрицательных температурах. В первом приближении они могут быть оценены по относительному удлинению образцов, испытанных при условно принятой отрицательной температуре и некоторой постоянной скорости деформации. Чем больше эта скорость, тем меньше относительное удлинение. Асфальтовый бетон данного состава становится при этом более хрупким и податливым к трещинообразованию.
При выборе асфальтового бетона принимают во внимание показатели его технических свойств, определяемые в лабораторных и полевых условиях. В лабораторных условиях изготовляют и испытывают образцы, и результаты испытаний сравнивают с требованиями ГОСТ. В полевых условиях проводятся наблюдения за состоянием покрытия и периодически отбираются «вырубки» для лабораторных испытаний.
Основной прочностной характеристикой асфальтобетона в настоящее время является предел прочности на одноосное сжатие цилиндрических образцов при заданной температуре и при заданной скорости свободного перемещения поршня у пресса.
Прочность асфальтобетонных образцов устанавливают и по сопротивлению растяжению. Простейший метод такого испытания состоит в сжатии цилиндрических образцов по образующей. Этот метод, как и одноосное испытание на сжатие, является условным.
Прочность асфальтового бетона при положительных температурах невысока, например, по сравнению с цементным бетоном, однако, может быть вполне достаточной, чтобы противостоять реальным напряжениям, возникающим в покрытиях. Эта прочность быстро возрастает с понижением температуры и при минус 15 – 25°С соизмерима с прочностью цементного бетона. При всех температурах прочность на сжатие в 6 – 8 раз больше прочности на растяжение, а прочность водонасыщенных образцов или образцов, подвергшихся циклической водной обработке (попеременному насыщению и высушиванию), как правило, ниже прочности сухих образцов. При обработке водой может происходить частичное отделение битумных пленок от поверхности минеральных компонентов асфальтового бетона с понижением прочности монолита.
Асфальтовым или дегтевым бетоном называют искусственный материал, получаемый в результате уплотнения специально подобранной смеси, состоящей из щебня (или гравия), песка минерального порошка, битума или дегтя и пека. Применяют их главным образом в дорожном строительстве.
Битумные и дегтевые вяжущие представляют сложные смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных (соединении углеводородов с серой, кислородом, азотом), изменяющие свои физико-механические свойства в зависимости от температуры.
Битумные и дегтевые вяжущие делят на следующие группы:
битумные, состоящие из нефтяных битумов или сплавов нефтяных и природных битумов; дегтевые – смесь каменноугольных и сланцевых дег-тей или сплавов пеков с дегтевыми маслами; гудрокамовые, состоящие из продуктов совместного окисления каменноугольных масел и нефтяного гудрона; дегтебитумнополимерные, содержащие нефтяные битумы или каменноугольные дегтевые вещества и полимеры (включая каучук).
Важнейшие свойства битумов и дегтей: гидрофобность, водонепроницаемость, стойкость против действия кислот, щелочей, агрессивных жидкостей и газов, способность прочно сцепляться с каменными материалами, деревом, металлом, приобретать пластичность при нагревании и быстро увеличивать вязкость при остывании.