ГлавнаяСущность метода подбора смесей по принципу непрерывной гранулометрии состоит в том, что используются фракции минерального состава, размеры которых последовательно уменьшаются в 2 раза, а их количественное соотношение определяется коэффициентом сбега Ксб. Этот коэффициент показывает, во сколько раз количество предыдущей фракции меньше последующей.
Количество (по массе) первой фракции а (наиболее крупной) определяют по формуле проф. Н. Н. Иванова.
Количество промежуточной фракции ах определяют по формуле
где n — количество принятых фракций; x — фракция, которая определяется.
При этом предполагается, что размеры первой самой крупной и последней самой мелкой (менее 0,005 мм) фракций выбираются исходя из эксплуатационных требований, предъявленных к структуре материала, ее зернистости, плотности, шероховатости и т п. Скелетный остов материалов, подобранных по принципу непрерывной гранулометрии по кривым оптимальных составов с коэффициентом сбега 0,65—0,85, характеризуется сплошным пространственным каркасом.
Такой каркас обладает максимальным количеством межзерновых контактов, которые равномерно передают внутриструктурные напряжения, возникающие в дорожной одежде под воздействием разнообразных нагрузок. В результате такие слои меньше подвержены разрушениям, возникающим из-за перенапряжений в местах контактов отдельных минеральных зерен. Однако у этого метода есть и существенный недостаток. Очень трудно бывает в производственных условиях получить большое количество фракций, необходимых для оптимальных составов с непрерывной гранулометрией. Так, например, для мелкозернистой асфальтобетонной смеси с наибольшим размером зерен 10 мм при подборе нужны будут фракции: 10—5; 5—2,5; 2,5—1,25; 1,25—0,63; 0,63—0,31, 0,31—0,15; 0,15—0,08; 0,08—0,04; 0,04—0,02; 0,02—0,01; 0,01—0,005, а для средне- и крупнозернистых смесей этих разновидностей будет значительно больше.
В развитие этого метода и с целью повышения сдвигоустойчивости материалов был предложен способ проектирования минерального остова по принципу прерывистой гранулометрии.
Отличие этого метода заключается в том, что соседние фракции последовательно уменьшаются не в 2 раза, а в 4,8 и 16 раз. При этом по мере увеличения соотношения размеров соседних фракций (1:2; 1:4; 1:8) плотность смеси возрастает и достигает своего максимального значения при соотношении размеров фракций 1:16. Чаще всего в смесях, спроектированных таким методом, отсутствуют фракции 5—0,63 мм, однако, как показали исследования Н. В. Горелышева и Н. М. Авласовой, это обстоятельство не мешает материалам, приготовленным на базе таких минеральных смесей, соответствовать требованиям действующих ГОСТов.
Описанные методы относятся к минеральным смесям, проектируемым из прочных стандартных минеральных материалов.
Местные каменные материалы могут существенно отличаться по прочности, плотности, морозостойкости и т. д. Рядом исследователей была установлена зависимость прочности, морозостойкости, дробимости каменных материалов от их объемной массы. Поэтому первой попыткой, вносящей коррективы в существующие методы проектирования минеральных смесей с учетом свойств местных каменных материалов, можно считать внесение поправки за счет различия объемных масс. Эта поправка рассчитывается по формуле
где х1 — новое содержание исходных материалов в минеральной части смеси по массе, х — то же, но без учета влияния объемной массы; γо — объемная масса данного материала;∑х/γ0 — сумма отношений количества минеральных материалов к их объемным массам.
Наблюдения за службой слоев дорожных одежд из местных минеральных материалов, укрепленных органическими вяжущими, показали, что при прочих равных условиях мелкозернистые минеральные смеси из местных материалов меньше подвержены дробимости, чем крупно- и среднезернистые.
На основании обобщения результатов многолетних исследований В. В. Maлеванский пришел к выводу, что в процессе эксплуатации в слое дорожной одежды из малопрочных известняков, укрепленных битумом, устанавливается стабильный гранулометрический состав, который и следует проектировать при использовании малопрочных известняков в качестве минерального остова для битумоминеральных смесей. Для расчета стабильного гранулометрического состава необходимо знать объемную массу известняка γ0, по величине которого можно вычислить размер максимальных частиц dmax, и содержание пылеватой фракции (<0,0071 мм/n/%) по следующим формулам:
Зная размер dmax, количество фракций меньше 0,0071 мм и задавшись коэффициентом сбега, можно рассчитать гранулометрический состав минеральной смеси ранее описанным способом.
Кроме вышеописанных подходов к проектированию минеральных смесей, в развитие принципа прерывистой гранулометрии применительно к местным материалам, был разработан метод подбора составов смесей по коэффициенту скелетности. Следуя этому методу, минеральная смесь рассматривается как состоящая из двух компонентов — скелетного и заполняющего. Если минеральная смесь должна состоять из трех, компонентов: щебня, песка и минерального порошка, тогда проектирование составов производят в два этапа. На первом этапе рассчитывают плотную смесь из песка и минерального порошка, в которой песок является скелетным компонентом, а минеральный порошок заполняющим.
На втором этапе рассчитывают состав всей смеси, причем скелетной составляющей на этом этапе является щебень, а заполняющей — ранее подобранная смесь из песка и минерального порошка. Количество скелетного материала в смеси Pс (% по массе) рассчитывают по формуле
где K1 = Δ3/γс и К2 = Δ3/Δс — коэффициенты, соответствующие данному материалу и способу уплотнения (вычисляются в процессе анализа исходных материалов); Кс = Vc/1-nc — коэффициент скелетности, оптимальные значения которого по лабораторным данным в максимально плотных смесях находятся в пределах 0,75—0,85. Для прочных каменных материалов этот коэффициент будет оптимальным в пределах 0,7—1,0. Для минеральных материалов пониженной прочности Кс = 0,5—0,85; Δc; Δ3 — объемные массы минеральных материалов в уплотненном состоянии при стандартном уплотнении, г/см3; Vc — объем скелетного материала (в плотном теле) в единице объема минеральной смеси; nc — пористость скелетного материала в плотном состоянии, доли единицы или проценты; γc — объемная масса скелетного материала, г/см3.
Количество заполняющего материала P3 находят как разность
P3 = 100-Pc.
Описанные выше принципы могут использоваться при проектировании минеральных смесей из местных материалов: известняков, ракушечников, металлургических шлаков, горелых пород, дресвы и минелитовых сланцев, керамзитового гравия и кускового керамзита, песчано-гравийных смесей, гравия и т. п.
Дополнительные коррективы в состав минеральных смесей могут вноситься в зависимости от конкретных эксплуатационных требований, региональных условий строительства и эксплуатации дороги, местоположения слоя в дорожной одежде, физико-механических характеристик исходных материалов и свойств органических вяжущих.