Дорожньо-будівельний матеріал: класифікація, властивості і застосування

Дорожні покриття відчувають на собі великі навантаження, джерелами яких виступають не тільки автомобілі, але й природні явища з негативними чинниками господарської експлуатації. Для наділення полотна достатнім набором захисних якостей використовується широкий спектр матеріалів, що утворюють його конструкцію. Вибір тих чи інших дорожньо-будівельних матеріалів в кожному випадку індивідуальний і робиться на основі комплексного дослідження конкретної ділянки експлуатації.

Механічні властивості матеріалів

Це найбільш значущі експлуатаційні якості матеріалів, які визначають стійкість покриття перед навантаженнями транспортних засобів. Існує цілий комплекс механічних властивостей, що дозволяють оцінити чутливість полотна до навантажень. Зокрема, випробування дорожньо-будівельних матеріалів проводяться за наступними якостями:

  • Міцність. Здатність матеріалу приймати на себе дії зовнішніх сил, не зазнаючи руйнування.
  • Дробильність. Також непрямий показник міцності, який визначають при стиску матеріалу в ємнісному циліндрі.
  • Стираність. Здатність дорожнього матеріалу під дією истирающих сил змінювати масу.
  • Крихкість. Здатність дорожнього будматеріалу руйнуватися під зовнішніми впливами без залишкових деформацій.
  • Пружність. Дане якість визначає здатність матеріалу відновлювати початкову форму з параметрами після того, як зовнішні сили припинили механічний вплив.
  • Пластичність. Властивість, яка показує, наскільки матеріал здатний деформуватися необоротно. В процесі випробувань дорожньо-будівельних матеріалів на пластичність, зокрема, визначається динаміка зміни форми та об’єму досліджуваної структури під зовнішнім навантаженням. Також фіксується піковий момент, після якого починається процес руйнування.

Фізичні властивості матеріалів

Завдяки вивченню даної категорії властивостей технологи визначають, наскільки той чи інший матеріал здатний протистояти атмосферним явищам і в цілому придатний умовами застосування. До таких властивостей відноситься вологостійкість, термостійкість, стійкість до морозу, щільність, пористість і т. д. Наприклад, показник щільності визначають з допомогою пикнометра – це тарировочная колба, яку наповнюють подрібненим матеріалом. Далі проводиться заповнення ємності водою, кип’ятіння і наполягання на піщаній бані. У кінці випробування порошок зважується і шляхом зіставлення первинних показників з результатами тесту визначається коефіцієнт щільності і пористості. Для деяких груп дорожньо-будівельного матеріалу має значення і показник порожнистості. Від нього залежить ступінь заповнення дефектних ділянок рихлим сипучим матеріалом.

Хімічні властивості матеріалів

Цими властивостями визначається те, яким чином матеріал хімічно взаємодіяти з навколишнім середовищем. У цій частині можна виділити наступні якості:

  • Атмосферостійкість. Здатність структури матеріалів зберігати цілісність під впливом сонячної радіації, температури, опадів, газів, мікроорганізмів і т. д.
  • Корозійна захищеність. Властивість, яка визначає стійкість перед кислотними середовищами, лугами, проточними і морськими рідинами. Наприклад, бітуми чутливі до лужних середовищ, а бетон руйнується під дією морських солей.
  • Розчинність. Визначає здатність матеріалів при взаємодії з водою утворювати нові речовини і розчини.
  • Твердіння. Дана властивість дорожньо-будівельних матеріалів вказує на їх здатність переходити у своїй структурі з пластичного стану в твердотільне.

Також з точки зору монтажно-експлуатаційних умов застосування важливі і технологічні якості. Це універсальні властивості, завдяки яким оцінюється ущільнення структури, ступінь її розшарування, в’язкість та інші характеристики.

Класифікація природних матеріалів

Незважаючи на технологічний розвиток у виробничому секторі, категорія природних будматеріалів для укладання доріг є основною. Як правило, це продукція гірничодобувних підприємств, яка, в свою чергу, поділяється на магматичні, осадові і метаморфічні матеріали. Їх варто розглянути окремо:

  • Магматичні породи. Це група первинних матеріалів, які утворилися у процесі остигання магми. Їх основу формують мінеральні компоненти, концентровані під дією високих температур і тиску.
  • Осадові. Це породи вторинної групи, які відрізняються тим, що сформувалися на поверхні землі при знижених температурах в умовах середнього тиску. Існує всередині цієї категорії і своя класифікація дорожньо-будівельних матеріалів, яка за генетичною ознакою виділяє хімічні, уламкові і органогенні породи. У кожному разі свій набір характерних властивостей і експлуатаційних особливостей.
  • Метаморфічні. Це породи магматичних структур, які утворювалися при високих температурах, але до моменту розробки пройшли повне або часткове перетворення.
Дивіться також:  Мінерал серпентин: властивості, різновиди, застосування

Класифікація штучних матеріалів

На відміну від природних матеріалів для укладання доріг штучні є в тій чи іншій мірі виробничим продуктом. Основу становлять матеріали, які були отримані шляхом спеціального виготовлення – як правило, в промислових умовах. Причому в якості сировини для виробництва також використовуються переважно природні гірські породи, а рідше – технічні. Також виділяється категорія так званих місцевих дорожньо-будівельних матеріалів, які застосовують тільки в особливих випадках. Як правило, це вторинні ресурси, що залишилися після виробничих процесів – наприклад, болотна руда, шлаки, зола, черепашка та ін. Можуть використовуватися і промислові відходи, а також в окремих випадках, коли це допускається вимогами до дорожніх одягів. В цілому ж місцеві матеріали та відходи вигідні економічно, але за техніко-фізичним характеристикам програють основним природним і спеціально виготовленим виробам.

Види матеріалів з каменю

В основному використовується сировина з уламкових і скельних порід, які проходять основну переробку і можуть використовуватися в різних структурах дорожнього полотна. Найбільшою міцністю володіють скельні породи, тому їх закладають у відповідальних технологічних шарах. Уламкові породи характеризуються пухкою структурою і частіше використовуються як основа для цементобетонних та асфальтобетонних сумішей. До основних дорожньо-будівельних матеріалів кам’яної групи відносять щебінь, камінь, шашку, висівки, бруківку і т. д. Також існують класифікації за ступенем обробки та складом. Згідно з першою ознакою матеріали поділяють на колоті, штучні і пиляні, а за складом – прості (однорідні) і складні (агломерати).

Найбільш технологічним матеріалом даного роду вважається цементний камінь, що формується в результаті процесів кристалізації продуктів гідратації і гідролізу. Завдяки кристалічним відростках, які розходяться по всій структурі каменю, забезпечується висока міцність при армуванні. Швидкість набуття твердості визначається реакціями матеріалу з клінкерними елементами і мінералогічним складом цементу. В умовах заводської обробки можуть додаватися і пластифікатори для додання виробу додаткових властивостей.

Пухкі матеріали та їх класифікація

Це велика група дорожніх матеріалів, які утворювалися в процесі вивітрювання твердих гірських порід. В результаті ерозії і вимивання формуються дрібні елементи різної фракції, також характеризуються включенням різних домішок та інших чужорідних тел. Для сортування пухких продуктів вивітрювання за походженням застосовується наступна класифікація дорожньо-будівельних матеріалів:

  • Водно-льодовикові або флювіогляціальні.
  • Алювіальні або річкові.
  • Еолові або вітрові.
  • Морські і озерні.

Розрізняють такі матеріали і по фракції:

  • Валуни. Грубоокатанные уламки гірських порід в основному округлої форми фракцією від 150 мм.
  • Галька. Для доріг переважно використовується дрібна річкова галька розміром 5-20 мм.
  • Гравій. Охоплює широкий розмірний діапазон від 3 до 70 мм, але в основному до цієї групи належать пухкі скупчення уламків до 40 мм в діаметрі.
  • Пісок. Зернисті елементи вивітрених гірських порід, фракція яких варіюється від 0,15 до 3 мм.
Дивіться також:  Поняття і моделі соціального управління - особливості та характеристики

Грунтові матеріали

Це неоднорідні сипучі матеріали, які в основному формуються кількома видами мінеральних частинок – наприклад, піском, глиною і пилуватими включеннями. Свого роду силовий каркас ґрунту утворюють тверді зернові елементи, які стосуються один одного (близько 75-80 % від загального складу), а проміжки заповнюються пылеватой масою (15-20 %). На частку глинистих елементів припадає 5-10 %. Існують технологічні нормативи, які визначають оптимальний вміст компонентів грунту, а також види елементів. Грунтовий дорожньо-будівельний матеріал може бути природним і технічним. Оптимальні склади переважно мають штучне походження, а в умовах виробництва технологи можуть також додавати супіску, суглинків та інші добавки для оптимізації характеристик дорожньо-будівельного складу.

Портландцемент як в’язка основа для доріг

Даний матеріал входить в групу гідравлічних в’яжучих компонентів, затвердіння яких відбувається у повітряному або водному середовищах. Основу портландцементу становить клінкерна помел з гіпсовими добавками в обсязі 3-5 %. Сам клінкер виходить в процесі випалу тонкодиспесной суміші з глини і вапняку. Як модифікуючих добавок також можуть вноситися суміші мергелю, доменного шлаку, опока, нефелиновые відходи і т. д. Цей дорожньо-будівельний матеріал може випускатися в різних варіантах, які мають власну маркування 300,400, 550 та ін Ця цифра вказує на показник активності, тобто величину міцності при вигині. У дорожньому будівництві практикується використання практично всіх марок портландцементу, кожна з яких вибирається з міркувань доцільності застосування в конкретних умовах з урахуванням вимог.

Будівельна вапно

Ще один різновид в’яжучих компонентів, використовуваних у влаштуванні дорожніх полотен. Вапно виходить в результаті випалу карбонатних порід, в яких також містяться глинисті домішки в об’ємі 6-7 %. Збільшення частки домішок досягається за рахунок збереження феритів, алюмінатів і силікатів, комбіноване утримання яких підвищує гідравлічні властивості матеріалу. На основі вапна виробляють різні дорожньо-будівельні матеріали і вироби у вигляді порошкоподібних сумішей. Знову ж таки головним чином це сполучні компоненти, але практикується і комплексне застосування повітряної вапна з іншими елементами в цілях зміцнення несучих грунтів. Це функція активної добавки, що використовується в поєднанні з бітумами, цементами і мінеральними відходами. Як повноцінний технологічний компонент вапно використовується у створенні дьогтьових емульсій.

Виробництво дорожньо-будівельних матеріалів

Основні виробничі процеси відбуваються на гірничодобувних підприємствах, де здійснюються операції переробки. Зокрема, виконуються наступні роботи по підготовці сировини до подальшого використання в дорожньому будівництві:

  • Відділення монолітів від основної породи.
  • Розвалка, подрібнення і дроблення.
  • Помел у млинах і спеціальних електротехнічних апаратах.
  • Фільтрація через сито.
  • Сортування середньо — і дрібнофракційних матеріалів з метою отримання агломератів.

Після механічної підготовки сировини здійснюються процеси термічної, хімічної і біологічної обробки. Це можуть бути процедури випалювання, сушіння, просочування, нанесення захисних покриттів і т. д. На заключній стадії провадиться контроль дорожньо-будівельних матеріалів за кількома параметрами. Зокрема, оцінюється фракція, фізико-хімічні якості, технологічні і експлуатаційні властивості. Для перевірки можуть використовуватися спеціальні апарати з потоковим скануванням.

Застосування матеріалів для укладання доріг

В одязі дорожніх покриттів використовується кілька технологічних шарів, кожен з яких виконує свої завдання. Також існують і проміжні функції – наприклад, у сполучних, ущільнюючих та модифікуючих матеріалів. Найбільш поширене застосування дорожньо-будівельних матеріалів універсального призначення, які можуть закладатися в основу полотна, але також використовуватися і для виконання допоміжних завдань. Наприклад, гравій додають в суміші цементобетонних і дегтебетонных сумішей як заповнювач з одного боку, а з іншого – влаштовують з його допомогою дренажні споруди і насипу на окремих ділянках доріг. Також і пісок може застосовуватися в якості наповнювача для зв’язуючих розчинів, і для влаштування підстилаючих шарів. Його широко застосовують і в якості ремонтного матеріалу, коли потрібно вирівняти окремий ділянку або заповнити яму.

Дивіться також:  Вилужені чорноземи: опис, хімічні властивості та характеристики

Звичайно, не обходиться використання даних матеріалів і без спецтехніки. Це великий сегмент автомобілів, що беруть участь в обслуговуванні дорожньо-будівельних матеріалів. І машини, і допоміжні технічні засоби потрібні для виконання операцій укладання, ущільнення, трамбування, вирівнювання, приготування бетонних розчинів і т. д. До такої техніки можна віднести бетонозмішувачі, асфальтоукладальники, дробарки, сортувальні автомобілі, котки і вибромолоты. І це стосується лише безпосередніх робочих заходів, пов’язаних з формуванням дорожніх полотен, але також комплексне будівництво рідко обходиться без транспортувальних машин, кущорізів, вантажопідйомників і кранів.

Контроль якості дорожньо-будівельних матеріалів

Існує комплекс випробувальних методик, за допомогою яких перевіряється відповідність матеріалу технічними параметрами та експлуатаційними властивостями. Одним з найбільш поширених засобів контролю є сито. Використовуються запобіжні та контрольні сито, що дозволяють оцінювати якість матеріалу, ступінь його зернистості і пухкості.

За допомогою гідравлічних силових і електромеханічних агрегатів перевіряються такі показники, як пружність, схильність до деформацій, щільність і т. д. Існують спеціальні нормативні модулі з показниками та коефіцієнтами під кожну групу будівельних матеріалів. Для дорожнього будівництва з застосуванням гравію, наприклад, використовується метод роздавлювання пробника в циліндричної ємності. Подальший розсів подрібненого матеріалу через сито дозволяє встановити коефіцієнт втрати в масі під навантаженням.

Окремі нормативи контролю застосовуються і у відношенні до цементно-бетонним сумішам. Взяті зразки перевіряють на міцність, рухливість при транспортуванні та інші показники якості. На виході завод-виробник маркує кожну партію із зазначенням дати виробництва, обсягу та основних техніко-фізичних параметрів.

Висновок

Крім широкого асортименту стандартизованих матеріалів для дорожньої укладання, існує значний сегмент другорядних і допоміжних виробів і відходів виробництва, які також використовуються у даній сфері. До таких відноситься рідке скло, гіпсові в’яжучі, фибролиты і навіть продукція деревопереробної промисловості. Зрозуміло, якість дорожньо-будівельних матеріалів цієї категорії не настільки високо в порівнянні з бетонними сумішами або основними сипучими продуктами переробки гірської, але й вони можуть бути корисні у вирішенні визначених завдань. Адже не варто забувати, що дорожнє полотно являє собою складне за структурою пристрій, який включає природні компоненти, зовсім не піддаються технічній переробці.

У більшості випадків якість вже готових дорожніх одягів визначається навіть не стільки безпосередніми характеристиками використаних матеріалів, скільки обраної технології укладання. У кожному випадку розробляється проект з конкретної рецептури пристрої кожного шару. Далі розробляється технологічна карта будівництва, за якою вже відповідальні підрядники добирають матеріали і реалізують робочі заходи.