încercari asupra mixturilor asfaltice si îmbracamintilor bituminoase

ÎNCERCARI ASUPRA MIXTURILOR ASFALTICE SI ÎMBRACAMINTILOR BITUMINOASE

Pentru aprecierea calitatii mixturilor asfaltice sunt necesare o serie de incercari de laborator care se efectueaza pe probe preparate in laborator sau prelevare de la fabricile de produs mixturi asfaltice si din imbracamintea bituminoasa gata executata.

Standardele care reglemanteaza in tara noastra modul de prelevare, pregatire, preparare si incercare a epruvetelor din mixturi asfaltice sunt: SR 174/1 - 97; SR 174/2 - 97; SR 174/3 - 97; STAS 1338/1 - 84; STAS 1338/2 - 87; STAS 1338/3 - 84.

1.Pregatirea probelor din mixturi asfaltice (M.A.)

Pregatirea probelor in vederea prepararii epruvetelor se face in functie de provenienta mixturilor asfaltice, care pot fi:

- mixturi asfaltice preparate in laborator;

- mixturi asfaltice produse in fabrici fixe sau mobile;

- mixturi asfaltice provenite din placi sau carote prelevate din imbracamintea bituminoasa.

Marimea probelor folosite la verificarea dozajului este determinata de tipul mixturii asfaltice, iar a celor folosite la determinarea caracteristicilor fizico - mecanice se alege in functie de tipul epruvetei.

1.1. Pregatirea probelor din mixturi asfaltice preparate in laborator

Pregatirea probelor din mixturi asfaltice preparate in laborator incepe prin omogenizarea materialului care urmeaza sa fie supus incercarilor.

Prepararea mixturilor asfaltice in laborator se poate face manual, in patentule, sau mecanic, in malaxoare de laborator, prin amestecare, pana la obtinerea unui produs omogen format din agregate naturale, filer, bitum sau/si nisip bituminos.

În continuare se va descrie modul de preparare manuala a probelor de mixturi asfaltice.

În cazul prepararii manuale a mixturilor asfaltice la cald pentru incercarile de laborator, agregatele naturale si filerul se pregatesc pentru fiecare epruveta separat si apoi se introduc in patentule care se incalzesc in etuva, la temperatura de 160 . 170 ^oC. Bitumul se incalzeste separat la temperatura de 140 . 160 ^oC. În fiecare patentula scoasa din etuva se adauga bitumul cantarit in cantitatea stabilita si se incepe amestecarea. Durata de amestecare, intr-un ritm energic, timp de 5 . 7 minute, la temperatura de 155 . 165 ^oC, asigura o peliculizare totala a agregatelor naturale cu bitum si obtinerea unei mixturi asfaltice omogene in patentule.

În cazul mixturilor asfaltice, preparate cu nisip bituminos, se procedeaza astfel:

- agregatele naturale si filerul se usuca, se cantaresc, se amesteca si se incalzesc impreuna cu nisipul bituminos la temperatura de 170 . 180 ^oC;

- se adauga bitumul dur, incalzit separat la temperatura de 180 . 190 ^oC;

- durata de amestecare de 10 . 15 min., la temperatura de 170 . 180 ^oC asigura fluxarea completa a bitumului moale din nisipul bituminos cu bitumul dur de adaos si realizarea unei mixturi asfaltice omogene.

În cazul in care bitumul natural continut de nisipul bituminos in amestec cu bitumul dur necesar pentru fluxare, nu este suficient pentru prepararea mixturii asfaltice (de regula cazul nisipurilor bituminoase cu un continut de bitum sub 10 %) se mai adauga suplimentar bitum de petrol in cantitatea necesara.

Pentru prepararea in laborator a asfaltului turnat, este necesar sa se respecte urmatoarele etape de lucru:

- se introduce in patentula bitumul incalzit la temperatura de 180 . 190 ^oC si se incepe amestecarea;

- se adauga, in mod treptat, filerul incalzit in prealabil la temperatura de 180 . 190 ^oC. Durata de amestecare este de 20 . 25 min. la temperatura de 180 . 190 ^oC, ceea ce asigura peliculizarea totala a filerului si realizarea unui amestec bitum - filer omogen;

- se adauga apoi, in mod treptat agregatele naturale (intai nisipul natural si de concasaj si la urma criblura sau pietrisul) incalzite in prealabil la 180 . 190 ^oC. Durata de amestecare este de 35 . 40 min. in patentula si 65 . 70 min. in malaxor la temperatura de 180 . 190 ^oC, timp care asigura obtinerea unei mixturi asfaltice omogene.

În cazul prepararii manuale a mixturilor asfaltice, pregatirea probelor din mixtura asfaltica omogenizata la cald se realizeaza o data cu prepararea mixturii, deoarece in fiecare patentula se gaseste cantitatea necesara de material pentru prepararea unei epruvete. Cantitatea de material necesar se stabileste in prealabil, in functie de dimensiunile epruvetei si de densitatea aparenta presupusa a materialului din aceasta. În cazul mixturilor asfaltice executate la rece, agregatele naturale si filerul se introduc in patentula in stare uscata, neincalzite. Se adauga apoi apa necesara umezirii acestora si apoi cantitatea de emulsie bituminoasa calculata. Prepararea are loc la temperatura ambianta, prin amestecarea componentilor, pana la obtinerea unei mixturi asfaltice omogene.

Probele de mixtura asfaltica (M.A.) astfel preparate se usuca in etuva la temperatura de 105 . 110 ^oC pana la masa constanta. Din M.A. uscata se prepara apoi epruvete pentru determinarea caracteristicilor fizico-mecanice.

1.2. Pregatirea probelor din mixturi asfaltice preparate in fabrici

Probele din mixturi asfaltice (M.A.) preparate in fabricile fixe sau mobile de mixturi asfaltice se ridica din buncarul de depozitare al fabricii sau de la descarcare la locul de punere in opera. Ele trebuie sa fie probe medii reprezentative pentru intreaga cantitate de mixtura asfaltica si se obtin astfel: din diferite puncte se iau aproximativ 20 lopeti de mixtura asfaltica, se omogenizeaza bine pe o suprafata uscata, prin metoda sferturilor, obtinandu-se proba medie in cantitate de circa 10 kg.

În laborator, probele din mixtura asfaltica preparate la cald (M.A.C.) se incalzesc in etuva la o temperatura de 130 . 140 ^oC pana la inmuiere, dupa care M.A. se marunteste si se amesteca pana la omogenizare. Maruntirea se face prin desfacerea cu grija a bulgarilor din materialul aglomerat si nu prin zdrobirea sau spargerea acestora. Din mixtura asfaltica astfel pregatita se retine cantitatea necesara pentru verificarea continutului de liant si a granulozitatii agregatului natural total, iar restul mixturii asfaltice se utilizeaza pentru prepararea epruvetelor necesare stabilirii caracteristicilor fizico-mecanice.

În cazul mixturi asfaltice preparate la rece (M.A.R.), probele de mixtura asfaltica se incalzesc in etuva la circa 100 ^oC pana la inmuierea lor, apoi se maruntesc si se omogenizeaza dupa procedeul sus-mentionat. Mixtura asfaltica omogenizata se usuca in etuva la temperatura de 105 . 110 ^oC, dupa care se trece la prepararea epruvetelor.

Cantitatea de material pregatita este stabilita in functie de numarul incercarilor si de tipul epruvetelor care urmeaza sa se prepare.

1.3. Pregatirea probelor prelevate din imbracamintea bituminoasa

În general probele prelevate din imbracamintea bituminoasa vor avea dimensiunile de 40 ´ 40 cm si se vor lua cate doua pe km (cate una pe fiecare banda de circulatie), sub forma unor placi decapate manual cu dalta. De asemenea, exista posibilitatea prelevarii de probe din imbracamintea bituminoasa cu un dispozitiv mecanic (carotiera), sub forma unor carote cilindrice cu diametrul de 101,6 mm. Probele (carotele) se preleveaza din partea carosabila la aproximativ 1 m distanta de marginea acesteia, urmarindu-se ca ele sa corespunda aspectului general al imbracamintei. Pentru imbracamintile bituminoase executate la cald, carotele se preleveaza la minim 20 de zile de la darea in circulatie, iar pentru imbracamintile bituminoase executate la rece, la minim 60 de zile de la darea in circulatie (timp necesar pentru compactarea definitiva sub circulatie).

Pentru caracterizarea unor sectoare limitate sau izolate cu defectiuni vizibile, se pot preleva probe (carote) suplimentare care vor purta o mentiune speciala.

Carotele vor fi insotite de procesul-verbal de ridicare a lor in care se va inscrie datele necesare pentru identificarea lor, ca de exemplu: drumul si pozitia km, dreapta sau stanga, fabrica unde s-a produs mixtura asfaltica, data asternerii si dozajul de lucru. Carotele vor fi etichetate in consecinta.

Probele prelevate din imbracamintea bituminoasa sunt ambalate corespunzator in vederea mentinerii umiditatii reale.

Probele prelevate din imbracaminte se curata de impuritati cu perii de sarma, dupa care sunt examinate in laborator stabilindu-se urmatoarele caracteristici:

aspectul probei;

grosimea straturilor, cu ajutorul sublerului;

- starea de aderenta intre straturile imbracamintei, daca aceasta este alcatuita din doua straturi;

La imbracamintile bituminoase din doua straturi, in prealabil, este necesar sa se separe cele doua straturi, prin desfacerea lor cu dalta, sub forma unor placute, fiecare strat fiind apoi examinat separat.

Aceste probe pot fi folosite direct ca probe de incercare la determinarea umiditatii, densitatii aparente si absorbtiei de apa, fie indirect, prin pregatirea mixturii asfaltice ca la punctul 1.2.

2. Prepararea epruvetelor

Pentru efectuarea diferitelor incercari de laborator asupra mixturilor asfaltice se prepara epruvete cubice, prismatice sau cilindrice (tabelul 1).

Epruvetele de aceeasi forma, preparate din probe individuale, pregatite din aceeasi mixtura asfaltica, pastrate si incercate in aceleasi conditii, constituie o serie (minimum 3 epruvete).

Tiparele si accesoriile pentru prepararea si decofrarea epruvetelor trebuie sa indeplineasca conditiile prevazute in STAS 1338/2-87.

Compactarea epruvetelor se realizeaza prin batere pe o singura fata la epruvetele cubice, pe ambele fete la epruvetele cilindrice tip Marshall si prin presare la epruvetele prismatice si cilindrice pentru incercarea braziliana.

Tabelul 1.

Dupa decofrare, epruvetele se vor pastra pana la incercare pe suprafete plane, curate si la temperatura ambianta.

2.1. Prepararea epruvetelor cubice

Pentru prepararea epruvetelor cubice se folosesc sonete mecanice sau manuale (fig 1), prevazute cu un ciocan (berbec) de 5,1 kg, care este lasat sa cada de la inaltimea de 105 cm.

În scopul prepararii epruvetelor, tiparele se incalzesc timp de 2 h la temperatura de 150 . 160 ^oC, dupa care se scoate cate un tipar si se monteaza intre ghearele soclului. Suprafata soclului sonetei, suprafata interioara a tiparului si suprafata inferioara a pistonului se ung cu glicerina, pentru usurarea decofrarii.

Proba de M.A. necesara prepararii unei epruvete, pregatita corespunzator si la o temperatura de 160 . 170 ^oC, se introduce in tipar, iar pentru a evita aglomerarea granulelor in masa mixturii asfaltice, cu ajutorul unei lame incalzite, se actioneaza prin impunsaturi verticale, in special pe langa pereti si colturi, asupra mixturii asfaltice din tipar.

Se introduce pistonul la partea superioara a tiparului, dupa care i se aplica 13 lovituri de ciocan, lasat sa cada liber de la inaltimea de 105 cm. Înaltimea de cadere se raporteaza la suprafata capului pistonului.

Dupa prepararea primei epruvete cantitatea exacta de mixtura asfaltica necesara obtinerii unui cub cu inaltimea prescrisa se calculeaza cu formula:

[g] (1)

in care:

m este cantitatea necesara de M.A. pentru obtinerea unui cub cu inaltimea prescrisa, in g;

m₀ - cantitatea de M.A. folosita la prepararea primei epruvete, in g;

h₀ - inaltimea primei epruvete, in mm;

h - inaltimea prescrisa a epruvetei, in mm (70,7 mm).

Cuburile decofrate se pastreaza timp de 24 h la temperatura camerei, dupa care sunt supuse la diferite incercari.

2.2. Prepararea epruvetelor cilindrice tip Marshall

Compactarea epruvetelor tip Marshall se poate efectua cu ajutorul unor sonete manuale sau mecanice care permit exercitarea unui numar de 50 de lovituri de berbec pe fiecare fata a epruvetei.

Soneta manuala (fig. 2) pentru prepararea epruvetelor tip Marshall se compune din:

- stativ de compactare (fig. 2.a) constand dintr-un soclu de lemn cu baza de 200´200 mm si inaltimea de 400 mm, pe care se asaza o placa de otel cu suprafata de 300´300 mm si cu grosimea de 25 mm. Placa de otel este fixata in pozitie orizontala prin intermediul a patru corniere montate pe partile laterale ale soclului, prinse cu patru buloane. Pe placa de otel se afla suruburile pentru fixarea tiparului de compactare (fig. 2.c) si un cadru pntru ghidarea verticala a berbecului. Soclul se fixeaza pe o fundatie din beton de ciment. La determinarile pe santier, soclul poate fi fixat pe o placa din beton de ciment cu suprafata de 500´500 mm si cu grosimea de 200 mm.

- soneta pentru compactare (fig. 2.b) constand din piston de compactare, tija de ghidare cu reper de ghidare si berbec cu masa de 4,55 kg;

- dispozitiv pentru decofrarea epruvetelor (fig. 2.d).

Soneta mecanica este conceputa dupa acelasi principiu, cu deosebirea ca pistonul, berbecul si tija de ghidare sunt grupate intr-un singur dispozitiv de compactare, care este antrenat prin intermediul unui motor electric.

Tiparele necesare pentru prepararea epruvetelor, precum si prelungitoarele acestora se incalzesc in etuva la temperatura de 90 . 150 ^oC. Se scoate apoi cate un tipar din etuva, se unge cu glicerina pe partea interioara pentru usurarea decofrarii si se monteaza in soclul sonetei. Pe partea interioara a soclului se pune hartie de filtru taiata la marimea tiparului si apoi se monteaza un prelungitor scos din etuva. Proba de mixtura asfaltica necesara prepararii epruvetei (circa 1200 g) se incalzeste (daca este nevoie), o singura data dupa preparare, cu atentie, la temperatura de 130 . 140 ^oC si se introduce in tipar.

Pentru a evita aglomerarea granulelor in masa mixturii asfaltice, cu ajutorul unei lame incalzite, se actioneaza, prin impunsaturi verticale, in special pe langa peretii tiparului, asupra mixturii asfaltice.

Înainte de inceperea compactarii se asaza o hartie de filtru taiata la marimea tiparului, peste mixtura asfaltica, pentru a evita lipirea acesteia de berbecul sonetei.

Compactarea epruvetei presupune exercitarea asupra fiecarei fete a acesteia a unui numar de 50 de lovituri de berbec cu masa de 4,55 kg, lasat sa cada liber de la inaltimea de 457 mm.

Dupa prepararea primei epruvete cantitatea exacta de mixtura asfaltica necesara pentru a obtine o grosime prescrisa (h = 63,5 mm), se determina cu relatia 1.

Umplerea tiparului cu M.A. si operatia de compactare a epruvetei nu trebuie sa dureze mai mult de 4 min.

2.3. Prepararea epruvetelor prin presare

Epruvetele preparate prin presare sunt cele prismatice, pentru determinarea rezistentei la rupere prin incovoiere si cele cilindrice, pentru incercarea braziliana.

Tiparele se incalzesc timp de 2 h la temperatura de 150 . 160 ^oC, dupa care se scoate cate un tipar si se monteaza in suportul de preparare.

Proba de mixtura asfaltica necesara pentru executarea unei epruvete se incalzeste (o singura data dupa preparare) cu atentie la temperatura de 160 . 170 ^oC si se introduce in tipar. Se netezeste suprafata si se introduce pistonul la partea superioara a tiparului.

Întreg ansamblul de preparare se introduce intre platanele unei prese hidraulice (fig. 3), urmand ca epruveta sa fie compactata la o presiune de 30 N/mm², aplicata timp de 3 min.

Dupa prepararea primei epruvete corectarea cantitatii de mixtura asfaltica necesara pentru o epruveta se calculeaza cu relatia 1

2.4. Prepararea epruvetelor din asfalt turnat

Compactarea epruvetelor din asfalt turnat se realizeaza prin turnare si indesare manuala a mixturii asfaltice in tipar. Pentru aceasta se monteaza, la tiparele standardizate (STAS 1338/3-84), prelungitoarele si se ung cu glicerina fetele interioare ale tiparelor, prelungitoarele si partea superioara a soclului de preparare.

Proba de mixtura asfaltica se incalzeste in etuva la temperatura de 180 . 190 ^oC, dupa care se prelungeste incalzirea acesteia pe o sursa de caldura, amestecand continuu, pana la obtinerea unei mixturi asfaltice lucrabile si cu aspect uniform, fara a se depasi temperatura de 200 ^oC.

Se introduce mixtura asfaltica fierbinte in tiparul cu prelungitor, repartizandu-se uniform prin impunsaturi verticale cu o spatula sau cu un cutit cald. Se scoate prelungitorul si se indeparteaza o parte a mixturii asfaltice, lasandu-se un usor exces.

Dupa 15 . 20 min, se indeparteaza excesul ramas prin netezirea cu un cutit cald, obtinandu-se astfel o suprafata plana.

3. Pastrarea epruvetelor

Dupa compactare tiparele cu epruvete se mentin timp de o ora la temperatura ambianta pentru racire.

Epruvetele din tipare se scot cu ajutorul unor dispozitive de decofrare specifice fiecarui tip de epruveta preparata, urmand sa fie pastrate pana la incercare pe o suprafata plana, la temperatura ambianta.

4. Încercari asupra mixturilor asfaltice

Incercarile asupra epruvetelor din mixturi asfaltice se efectueaza cu aparate de laborator specifice, in conformitate cu reglementarile in vigoare, si sunt prezentate in continuare.

4.1. Verificarea continutului de liant

În vederea verificarii continutului de liant din mixturile asfaltice, se utilizeaza aparatul Soxhlet, centrifuga Soiltest, metoda izotopilor radioactivi, aparatul centrifugal sau alte aparate adecvate.

4.1.1. Verificarea continutului de liant cu aparatul Soxhlet

Principiul metodei consta in extractia liantului hidrocarbonat din mixtura asfaltica, cu ajutorul unui solvent organic: cloroform, benzen, tetraclorura de carbon etc.

Aparatura necesara este formata din aparatul Soxhlet (fig. 4) alcatuit din balon, extractor si refrigerent. Mai sunt necesare: baie de apa si baie de nisip, cartuse de extractie, capsule de portelan, baghete de sticla, balanta cu precizia de 0,1g si etuva.

Din proba de mixtura asfaltica pregatita ca la pct. 1, se recomanda, in general, sa se ia urmatoarele cantitati de material pentru determinarea continutului de liant:

- pentru mortare asfaltice: 300 g;

- pentru betoane asfaltice si asfalt turnat: 500 . 700 g;

- pentru anrobate bituminoase: 1000 g;

În functie de dimensiunea maxima a granulelor din mixtura asfaltica si implicit de cantitatea de mixtura asfaltica utilizata pentru extractie, se vor folosi aparate Soxhlet de capacitate diferita.

Efectuarea determinarii. Se pregateste cartusul din hartie de filtru, se cantareste in prealabil cartusul gol, apoi se umple cu M.A. in cantitatea stabilita si se cantareste din nou. Cantaririle se executa cu o precizie de 0,1 g.

Cartusul astfel pregatit se introduce in extractorul aparatului, peste o spirala din sarma inoxidabila, astfel incat marginea superioara a cartusului sa fie cu minimum 10 mm sub nivelul sifonului extractorului.

Se introduce solvent in balon, cu putin peste jumatate din capacitatea sa, dupa care se procedeaza la montarea aparatului si conectarea refrigerentului sau la o sursa de apa rece. Balonul cu solvent se incalzeste intr-o baie de apa. Vaporii de solvent se ridica in refrigerent, unde se condenseaza, iar picaturile cad continuu in extractor, patrunzand in mixtura. Solventul extrage bitumul si trece prin peretii cartusului ridicand nivelul solutiei in extractor. Cand solutia de bitum si solvent ajunge la nivelul sifonului, incepe sifonarea si aceasta se scurge in balon.

Procesul de extractie se repeta pana cand solventul din extractor devine incolor (circa 8 . 10 h). Dupa racirea aparatului, acesta se demonteaza si se scoate cartusul cu agregatul natural, care se usuca intai in aer si apoi in etuva la 110 . 120 ^oC, pana la masa constanta.

Solutia de bitum si solvent (extractul) colectat in balon trebuie eliberat de particulele minerale fine din agregatul natural, care au fost antrenate de solventul cu bitum la trecerea lui prin porii cartusului. Îndepartarea particulelor minerale fine se poate realiza prin centrifugarea extractului. Daca laboratorul nu poseda centrifuga adecvata, extractul se va dilua cu solvent si se va mentine in balon aproximativ 24 h, timp in care particulele sedimenteaza pe fundul balonului. Extractul se scurge apoi cu atentie in alt vas, iar sedimentul ramas se usuca si se cantareste.

Este necesar ca sedimentarea sa se produca intr-o solutie cat mai diluata, deoarece particulele minerale fine se depun mai usor. Nu se considera utila spalarea sedimentului cu cloroform intrucat prin spalare se antreneaza din nou particulele fine, care trec in bitum, producand erori.

Dupa indepartarea particulelor minerale fine, extractul se concentreaza montand din nou aparatul Soxhlet si recuperand astfel solventul. Cand se ajunge la o concentratie avansata a extractului se opreste incalzirea, se lasa sa se raceasca aparatul, iar extractul din balon se trece cantitativ, evitand pierderile, intr-o capsula de portelan uscata si cantarita. Cantarirea capsulei se face impreuna cu o bagheta de sticla, care serveste la agitarea extractului in timpul evaporarii solventului.

Capsula cu extractul colectat se asaza pe o baie de nisip unde se incalzeste pana la evaporarea completa a solventului. Operatia este accelerata prin agitare cu bagheta de sticla si se considera terminata la disparitia mirosului de solvent si formarea unei suprafete cu luciu de oglinda.

Dupa racire, capsula se cantareste, executandu-se minimum doua cantariri, pana se ajunge la masa constanta a capsulei + bitum + bagheta.

Continutul de bitum raportat la masa mixturii asfaltice este dat de relatia:

in care: m_b este masa capsulei cu bitum, in g;

m_c - masa capsulei goale, in g;

m_p - masa probei de mixtura asfaltica, in g;

Se executa minimum doua incercari paralele si se ia media lor.

Continutul de agregat natural se calculeaza pe baza cantitatii de material recuperat din cartusul de extractie, la care se adauga particulele minerale foarte fine antrenate de solvent in timpul extractiei. O parte din aceste particule minerale foarte fine raman in peretii cartusului, iar alta parte trece prin acesta si ajung in balonul de distilare.

Continutul de agregat natural (A), exprimat in procente, se calculeaza cu formula:

in care: m_m este masa agregatului natural recuperat din cartusul de extractie, in g;

f_c - masa particulelor minerale foarte fine retinute de peretii cartusului, in g;

f_b - masa particulelor minerale foarte fine ajunse in balon, in g;

m_p - masa probei de mixtura asfaltica, in g.

Verificarea granulozitatii agregatului natural total din mixtura asfaltica se face prin cernerea materialului recuperat din cartus pe ciururi si site, urmand ca particulele minerale foarte fine (f_c si f_b) sa fie adaugate la trecerile prin sita de 0,09 mm. Continutul de particule foarte fine retinute in peretii cartusului (f_c) se determina prin diferenta intre masa cartusului gol la sfarsitul determinarii si masa initiala a acestuia.

Fractiunile ramase pe ciururi si site se cantaresc cu o precizie de 0,1 g, iar apoi se calculeaza granulozitatea in procente, raportata la masa totala a agregatului natural si se reprezinta grafic.

Exemplu. Din doua cartuse, prin cernere, rezulta la cantarire (valori in g):

rest pe ciurul de 5 mm 5,0

rest pe ciurul de 3,15 mm 9,2

rest pe sita de 0,63 mm 74,5

rest pe sita de 0,2 mm 195,0

rest pe sita de 0,08 mm 55,2

trece prin sita de 0,08 m 30,1

TOTAL 369,0

Se calculeaza in procente fiecare fractiune obtinand granulozitatea agregatului natural total (valori in g):

rest pe ciurul de 5 mm 1,4

rest pe ciurul de 3,15 mm 2,5

rest pe sita de 0,63 mm 20,2

rest pe sita de 0,2 mm 52,8

rest pe sita de 0,08 mm 14,9

trece prin sita de 0,08 mm 8,2

TOTAL 100,0

Se calculeaza curba de granulozitate (valori in %):

trece prin sita de 0,08 mm 8,2

trece prin sita de 0,2 mm 8,2 + 14,9 23,1

trece prin sita de 0,63 mm 23,1 + 52,8 75,9

trece prin ciurul de 3,15 mm 75,9 + 20,2 = 96,1

trece prin ciurul de 5 mm 96,1 + 2,5 = 98,6

trece prin ciurul de 8 mm 98,6 + 1,4 = 100,0

Se verifica daca mixtura asfaltica incercata corespunde sau nu din punct de vedere al granulozitatii, inscriind curba obtinuta in zonele de granulozitate recomandate de standardele sau normativele in vigoare, pentru tipul de mixtura asfaltica respectiv.

4.2. Verificarea continutului de liant cu aparatul centrifugal DC-2

Aparatul DC-2 (fig. 5) este realizat la noi in tara si foloseste ca solvent petrolul lampant. Metoda care se bazeaza pe folosirea acestui aparat este o metoda rapida, durata unei extractii fiind de 25 . 30 min.

Din proba de M.A. pregatita ca la pct. 1, se cantareste cantitatea prescrisa (vezi pct. 4.1), care se pune intr-un cartus de extractie de forma tronconica, realizat din hartie de filtru, adus in prealabil la masa constanta si cantarit.

Cartusul cu proba se introduce in extractorul aparatului, se fixeaza la partea superioara un inel de centrare si se adauga peste cartus o cantitate de circa 200 cm³ petrol lampant.

Se alimenteaza rezervorul aparatului cu petrol, se coboara colectorul la nivelul de lucru, se introduce tubul de evacuare in balonul de recuperare a petrolului cu bitum extras din mixtura asfaltica, se porneste motorul si se deschide robinetul de alimentare cu petrol. Solventul din rezervor se scurge in cartusul cu proba de mixtura asfaltica, dizolva bitumul iar solutia este antrenata, prin centrifugare, in partea superioara a extractorului, de unde este proiectata in colector. De aici solutia se scurge in vasul de recuperare.

Dupa circa 30 min., cand solutia ajunge la o coloratie slab galbuie, se inchide robinetul de la rezervorul de petrol si se mai lasa aparatul sa functioneze inca 2 . 3 min, pentru eliminarea excesului de solvent.

Se desface inelul de centrare, se scoate cartusul si se pune intr-un vas de ardere de forma tronconica. În urma incalzirii pe o soba de ardere, cartusul se transforma in cenusa iar petrolul absorbit de scheletul mineral se elimina prin ardere. Dupa ardere, pentru eliminarea completa a solventului, amestecul mineral se incalzeste circa 15 min. la o flacara normala de gaz. În tot timpul arderii si incalzirii se va amesteca permanent amestecul mineral.

Prin cantarire se determina masa agregatului natural total din proba de mixtura asfaltica si, prin diferenta, rezulta masa bitumului (se tine seama si de masa cenusii provenite de la arderea hartiei de filtru care este de circa 0,3 g).

4.1.3. Metoda rapida pentru determinarea continutului de liant

Metoda rapida se aplica pentru mixturi asfaltice cu agregate naturale fine (0 . 3 mm), deci mai frecvent, pentru nisipuri bituminoase naturale si mortare asfaltice.

Principiul metodei consta in extractia cu ajutorul benzenului a liantului bituminos prin agitare continua, apoi luarea unei cantitati prescrise de solvent cu bitum si uscare la masa constanta.

Aparatura: cilindru gradat cu dop rodat pe 500 cm³, capsula de portelan cu diametrul de 80 . 100 mm, pipeta de 25 cm³, baie de nisip cu incalzire electrica, balanta cu precizia de 0,1 g, etuva.

Pregatirea probei. Proba medie se incalzeste in etuva la 105 ^oC, pentru a permite o buna maruntire si omogenizare.

Efectuarea determinarii. Se cantaresc exact 50 g mixtura asfaltica sau nisip bituminos. Se introduc in cilindrul gradat si apoi se toarna deasupra, 250 cm³ benzen. Se inchide cilindrul cu dopul de sticla si se agita timp de 40 . 50 min. (timp determinat experimental ca fiind necesar pentru extractia bitumului). Se lasa cilindrul in repaus 6 h, timp in care are loc depunerea particulelor minerale. Se cantaresc doua capsule de portelan goale. Cu ajutorul unei pipete se extrag 25 cm³ solutie de la suprafata lichidului care se scurge cantitativ in capsula de portelan tarata. Se efectueaza doua extractii in doua capsule tarate.

Capsulele se incalzesc pe o baie de nisip pentru indepartarea solventului. Încalzirea se face cu atentie pentru evitarea pierderilor prin fierbere violenta si stropire.

Urmele de solvent se indeparteaza si se aduc capsulele la masa constanta prin incalzire in etuva la 105 . 110 ^oC. Cantaririle se executa cu o balanta cu precizia de 0,01 g.

Scazandu-se masa capsulei din masa capsulei cu bitum, se obtine masa bitumului. Continutul de bitum din proba analizata este dat de relatia:

in care: B este continutul de bitum raportat la masa mixturii asfaltice, in %;

m_b - masa capsulei cu bitum, in g;

m_c - masa capsulei goale, in g;

m_p - masa probei de mixtura asfaltica sau de nisip bituminos natural in g;

10 - raportul dintre volumul initial al solutiei si cota parte luata in lucru.

Rezultatul este media aritmetica obtinuta din cele doua determinari. Diferenta dintre determinarile paralele nu trebuie sa depaseasca 0,5 %.

Observatii. Metoda rapida cu benzen pentru determinarea continutului de liant, prezinta avantajul ca necesita un timp mai scurt de lucru fata de metoda cu aparatul Soxhlet (6 . 7 h in total). Faptul ca se lucreaza cu cantitati mici de mixtura (50 g), limiteaza insa precizia metodei si o face aplicabila numai pentru mixturi asfaltice cu agregat natural fin, deci este utilizabila pentru mortare asfaltice si nisipuri bituminoase.

În cazul mixturilor asfaltice (nisipurilor bituminoase) umede, materialul este in prealabil deshidratat prin incalzire in etuva timp de 4 h la 105 ^oC.

Masuri de protectia muncii. Se atrage atentia ca benzenul folosit ca solvent este o substanta foarte inflamabila si toxica. În laborator se va pastra numai cantitatea strict necesara pentru analiza in ziua respectiva. Manipularea solventului se va executa de la inceput, in absenta focului deschis. La evaporare, baia de nisip va fi o baie electrica. Se va evita inspirarea vaporilor de benzen. Laboratorul va fi utilat cu extinctoare pentru stingerea incendiilor.

4.2. Determinarea densitatii aparente a mixturilor asfaltice

Densitatea aparenta este raportul dintre masa unitatii de volum a mixturii asfaltice compactate, inclusiv golurile umplute cu aer, si volumul acesteia, eprimata in g/cm³ sau kg/m³.

Determinarea densitatii aparente a mixturilor asfaltice se poate face pe placute taiate din imbracamintea bituminoasa sau pe epruvete cubice si cilindrice tip Marshall, preparate in laborator.

Epruvetele din imbracaminte se usuca in prealabil in etuva la 105 . 110 ^oC pana la masa constanta. Pentru epruvetele preparate in laborator nu mai este necesara uscarea. Dupa ce se cantaresc, epruvetele se introduc in apa timp de o ora la temperatura de 20 1 ^oC apoi se scot si se sterg prin tamponare cu o carpa umeda si se cantaresc din nou. Imediat dupa aceasta, se cantaresc epruvetele sub apa, cu ajutorul unei balante hidrostatice.

Densitatea aparenta r_ap se calculeaza cu relatia:

, g/cm³

in care: m_u este masa epruvetei in stare uscata, in g;

m₁ - masa epruvetei, dupa ce a fost tinuta o ora in apa, in g;

m₂ - masa epruvetei cantarita sub apa, dupa ce a fost tinuta o ora in apa, in g;

r_w - densitatea apei, in g/cm³.

Densitatea aparenta se calculeaza ca medie aritmetica a valorilor obtinute pe doua epruvete.

În cazul epruvetelor cu porii mari (mixturi asfaltice pentru stratul de baza sau de legatura), dupa cantarirea epruvetei in stare uscata (m_u) se aplica pe suprafata acesteia un strat subtire de parafina topita, pentru umplerea porilor sau golurilor deschise spre exterior.

În acest caz densitatea aparenta a mixturii asfaltice se determina cu relatia:

g/cm³

in care: r_p este densitatea parafinei, in g/cm³.

Densitatea mixturilor asfaltice reprezinta masa raportata la volum, exclusiv golurile umplute cu aer, si se poate calcula cunoscand compozitia mixturii asfaltice, densitatea aparenta a agregatului natural si densitatea bitumului. Ea este data de relatia:

, g/cm³

in care: r este densitatea mixturii asfaltice, in g/cm³;

m - continutul de agregate naturale in mixtura asfaltica, in %;

b - continutul de bitum in mixtura asfaltica, in %;

r_a - densitatea aparenta a agregatului natural, in g/cm³;

r_b - densitatea bitumului, in g/cm³.

Valorile prescrise pentru densitatea aparenta a diferitelor tipuri de mixturi asfaltice sunt prezentate in tabelul 2 si 3.

4.3. Determinarea volumului de goluri al mixturilor asfaltice

Volumul de goluri (porozitatea remanenta) al epruvetelor cubice sau al celor din imbracaminte rutiera se obtine prin calcul pe baza densitatii si a densitatii aparente, stabilita in prealabil.

Volumul de goluri (V_g) se calculeaza cu relatia:

in care: V_g este volumul de goluri al mixturii asfaltice compactate, in % din volumul epruvetei;

r_ap - densitatea aparenta a mixturii asfaltice compactate, in g/cm³;

r - densitatea mixturii asfaltice, in g/cm³.

Volumul de goluri al mixturilor asfaltice poate varia in limite mari intre 0 si 20 %. Pentru betoanele asfaltice din stratul de uzura se recomanda valori intre 2,0 si 5,0 %, iar pentru anrobate bituminoase poate atinge valori intre 10 si 20 %.

4.4. Determinarea absorbtiei de apa

Absorbtia de apa reprezinta cantitatea de apa absorbita de epruveta scufundata in apa, timp de 3 h la un vid de 15 . 20 mm Hg, apoi 2 h in aceeasi apa la presiunea atmosferica.

Absorbtia de apa se exprima in procente din volumul sau din masa epruvetei incercate.

Determinarea absorbtiei de apa este concludenta pe epruvetele cu porii fini, neputandu-se determina experimental pe epruvete cu porii mari. În acest caz, volumul de goluri se calculeaza cu aproximatie, cu formula 8.

Absorbtia de apa se determina pe epruvete cubice sau cilindrice tip Marshall preparate in laborator sau pe placute taiate din imbracaminte (in general 10 ´ 10 cm). Pentru efectuarea incercarii se foloseste aparatul din fig.  

Epruvetele se usuca, in prealabil, in etuva la 105 . 110 ^oC pana la masa constanta si se cantaresc apoi, in stare uscata, in aer, obtinandu-se valoarea m_u.

Epruvetele se mentin timp de o ora in apa, la temperatura de 20 1 ^oC, se sterg prin tamponare cu o carpa umeda si se cantaresc in aer (m₁). Imediat dupa aceea, epruvetele se cantaresc sub apa la 20 1 ^oC, obtinandu-se valoarea m₂.

Aceste doua cantariri permit determinarea volumului initial al epruvetelor:

cm³

in care: V este volumul initial al epruvetei, in cm³;

m₁ - masa epruvetei dupa mentinerea ei in apa timp de 1 h, in g;

m₂ - masa epruvetei cantarita sub apa, dupa mentinerea ei in apa timp de 1 h, in g;

r_w - densitatea apei (care in general se ia egala cu 1,0 g/cm³).

Epruvetele sunt introduse apoi intr-un exsicator de vid cu apa, la temperatura de 20 1 ^oC, astfel incat apa sa acopere epruvetele.

Robinetul capacului exsicatorului se leaga printr-un tub de cauciuc cu o pompa de vid. Între exsicator si pompa se intercaleaza un vacuumetru cu mercur. Se pune in functiune pompa de vid pentru evacuarea aerului, astfel ca dupa circa 30 min. sa se obtina un vid de 15 . 20 mm Hg. Vidul se intrerupe dupa 3 h, dupa care epruvetele se mentin in continuare in apa la temperatura de 20 1 ^oC timp de 2 h la presiunea atmosferica.

Epruvetele se scot din apa, se sterg prin tamponare cu o carpa umeda si se cantaresc in aer (m₃) si sub apa, la temperatura de 20 1 ^oC (m₄).

Astfel se obtine noul volum al epruvetelor:

cm³

in care: V₁ este noul volum al epruvetei dupa ce au fost mentinute 3 h sub vid si 2 h la presiunea atmosferica, in cm³;

m₃ - masa epruvetei, cantarita in aer, in g, dupa ce a fost mentinuta 3 h sub vid si 2 h la presiunea atmosferica;

m₄ - masa epruvetei, cantarita sub apa, in g, dupa ce a fost mentinuta 3 h sub vid si 2 h la presiunea atmosferica;

m_u - masa epruvetei, cantarita initial in aer, in g.

Absorbtia de apa (A) se calculeaza cu formulele:

- absorbtia de apa raportata la masa epruvetei, (A_g):

,

- absorbtia de apa raportata la volumul epruvetei, (A_v):

,

in care notatiile au semnificatiile sus-mentionate.

În cazul in care V₁ este mai mare ca V, pentru a obtine valoarea reala a absorbtiei de apa, trebuie scazuta cresterea de volum (V₁ - V ) din absorbtia totala de apa in vid (m₃ - m_u).

Formulele corectate vor fi in aceste cazuri urmatoarele:

- absorbtia de apa raportata la masa epruvetei (A_g):

,

- absorbtia de apa raportata la volumul epruvetei (A_v):

,

Absorbtia de apa se calculeaza ca medie aritmetica a valorilor obtinute pe 2 epruvete.

4.5. Determinarea umflarii

Scopul determinarii consta in stabilirea influentei daunatoare a unor componenti din agregate naturale, sensibili la umflare, cum ar fi argila.

Modul de lucru. Dupa determinarea absorbtiei de apa in vid, epruveta cu volumul initial V se mentine in continuare timp de 28 zile intr-o baie de apa la temperatura camerei.

În ultimele 4 h se va regla temperatura apei din baie la 20 1 ^oC.

Se scot epruvetele din apa, se sterg prin tamponare cu o carpa umeda si se cantaresc in aer si sub apa la temperatura de 20 1 ^oC, determinandu-se astfel volumul V₂.

Umflarea (U) se exprima in procente volumetrice fata de volumul initial si este data de relatia:

,

in care: V₂ este volumul epruvetei dupa 28 zile pastrare in apa, in cm³;

V₁ - volumul epruvetei dupa determinarea absorbtiei de apa, in cm³;

V - volumul initial al epruvetei, in cm³.

Se recomanda ca umflarea sa se determine si dupa un interval de 3 zile de pastrare in apa, ceea ce permite o apreciere mai judicioasa a calitatii materialelor. Daca umflarea prezinta valori ridicate dupa primele trei zile, influenta materialelor necorespunzatoare este deosebit de nefavorabila.

4. Determinarea rezistentei la compresiune la 22 ^oC si 50 ^oC

Rezistenta la compresiune se determina pe epruvete de forma cubica dupa 24 h de la preparare, la 22 ^oC si 50 ^oC.

Înainte de a fi supuse incercarii, epruvetele trebuie mentinute timp de 2 h la temperatura prescrisa (22 ^oC sau 50 ^oC) intr-un termostat. Abaterea maxima admisa pentru temperatura fata de cea prescrisa este de 1 ^oC.

Determinarea rezistentei la compresiune se efectueaza cu o presa de 50 . 100 kN. Viteza de avans a platanului presei se regleaza la 20 mm/min. pentru mixturi asfaltice executate la cald si 5 mm/min. pentru cele executate la rece.

Modul de lucru. Epruvetele tinute mai intai 24 h la temperatura camerei si apoi 2 h la temperatura de 22 ^oC sau 50 ^oC, se asaza pe platanul inferior al presei, astfel ca sarcina sa se exercite perpendicular pe directia de compactare a epruvetelor.

Rezistenta la compresiune, este data de relatia:

N/mm²

in care: R_c este rezistenta la compresiune, in N/mm²;

P - sarcina maxima, in N;

A - suprafata pe care se aplica sarcina (in cazul epruvetelor cubice 70,7 ´ 70,7 = 5000 mm²).

Rezistenta la compresiune R_c se determina ca medie a valorilor obtinute pe 3 epruvete.

Abaterea valorilor individuale fata de medie poate fi de maximum 15 % la 22 ^oC si maximum 20 % la 50 ^oC.

Determinarea coeficientului de termostabilitate

Determinarea rezistentei la compresiune la 22 ^oC si 50 ^oC serveste pentru calcularea coeficientului de termostabilitate a mixturi asfaltice.

Coeficientul de termostabilitate (K) se calculeaza cu relatia:

in care: R_{c 22} este rezistenta la compresiune la 22 ^oC, in N/mm²;

R_{c 50} - rezistenta la compresiune la 50 ^oC, in N/mm².

Coeficientul de termostabilitate da indicatii asupra modului cum se comporta mixtura asfaltica la temperaturi ridicate, respectiv la 50 ^oC.

Determinarea reducerii rezistentei la compresiune prin imersare in apa

Determinarea reducerii rezistentei la compresiune prin imersarea epruvetei timp de 28 zile in apa (DR_c) se calculeaza cu relatia:

in care: R_{c 22} este rezistenta la compresiune initiala (la 22 ^oC sau 50 ^oC), in N/mm²;

R_{c 28} - rezistenta la compresiune dupa 28 de zile de pastrare in apa (la 22 ^oC sau 50 ^oC), in N/mm².

Se recomanda ca reducerea rezistentei la compresiune sa aiba valori de max. 35 % pentru mortare asfaltice si de max. 30 % pentru betoane asfaltice.

4.7. Determinarea stabilitatii cu aparatul Marshall

Scopul incercarii este de a stabili compozitia optima a mixturilor asfaltice, care urmeaza sa fie fabricate si de a controla stabilitatea mixturilor asfaltice produse in fabrici fixe sau mobile.

Principiul incercarii consta in determinarea fortei de rupere pentru o epruveta cilindrica supusa unei incarcari de compresiune aplicata pe generatoare. Compresiunea se exercita la 60 ^oC.

Se numeste stabilitate Marshall, sarcina exprimata in kN, atinsa in momentul cand se produce ruperea epruvetei.

Se numeste indice de curgere, deformatia atinsa in momentul ruperii si se exprima in mm.

Pentru determinarea stabilitatii cu aparatul Marshall se folosesc epruvete cilindrice tip Marshall.

Prepararea epruvetelor. Prepararea epruvetelor in scopul verificarii stabilitatii mixturilor asfaltice se face conform pct. 2.2, in timp ce pentru prepararea epruvetelor necesare stabilirii dozajului optim de liant se mai impun urmatoarele precizari:

- se prepara mai intai o mixtura asfaltica cu un continut de liant presupus judicios si apoi se variaza dozajul de liant cu cate 0,5 % in plus sau minus, pastrand scheletul mineral neschimbat, astfel incat sa poata rezulta o valoare optima a dozajului de liant din curba stabilitatii. Pentru fiecare dozaj se prepara minimum 3 epruvete;

- agregatele naturale cu un larg domeniu de granulozitate se separa in prealabil pe sorturile 0-2, 2-8, 8-12, 12-25 (delimitate prin site cu ochiuri patrate), care apoi se reconstituie prin amestecare. Fractiunile mai mari de 25 mm se inlocuiesc printr-o cantitate egala din fractiunea 12-25, cu conditia ca sa nu reprezinte mai mult de 10 % din agregatul natural total. Pentru mixturile asfaltice care au un continut mai mare de granule peste 25 mm, metoda nu este aplicabila.

Epruvetele se prepara separat dupa procedeul descris la pct. 2.2.

Determinarea stabilitatii Marshall se efectueaza pe epruvete cilindrice tip Marshall cu ajutorul aparatului din fig. 7.

Înainte de incercare, epruveta trebuie mentinuta cel putin o ora, pe o suprafata plana, la temperatura ambianta. Încercarea Marshall se poate executa si pe carote prelevate din imbracamintea bituminoasa existenta.

Modul de lucru. Pentru determinarea stabilitatii si a indicelui de curgere, se aleg epruvetele nefolosite pentru absorbtia de apa. Epruvetele, a caror inaltime este cunoscuta, se mentin in prealabil 30 . 40 min. in apa la 60 1 ^oC. În cazul epruvetelor prelevate direct din imbracamintea bituminoasa, durata de mentinere a temperaturii de 60 ^oC este de 2 ore. Forma de incercare, care trebuie sa aiba temperatura mediului ambiant, se curata cu grija si tijele de ghidare se ung cu ulei, astfel incat capul superior de incercare sa lunece usor.

Se fixeaza reperul zero al microcomparatorului cu ajutorul cilindrului metalic care, avand dimensiunile epruvetei, se introduce in forma de incercare. Pentru aceasta se apropie cu atentie platanul presei de dispozitivul de incercare pana in momentul in care cilindrul metalic intra sub sarcina. Dupa montarea microcomparatorului pe partea superioara a formei de forfecare sau pe platanul presei, se indeparteaza platanul presei cu circa 10 mm si in locul cilindrului metalic se introduce epruveta in dispozitivul de incercare, sters in prealabil cu o tesatura umeda.

Se centreaza intregul ansamblu, precum si microcomparatorul destinat masurarii fluajului si se aplica sarcina asupra epruvetei cu o viteza de 50 3 mm/min.

Sarcina critica, in kN, in momentul ruperii (sarcina indicata de manometru incepe sa scada) reprezinta valoarea stabilitatii Marshall. Deformatia citita in momentul ruperii, reprezinta indicele de curgere si se exprima in mm.

Încercarea trebuie efectuata intr-un interval de 30 secunde, considerat de la scoaterea epruvetei din baia de apa.

Interpretarea rezultatelor. Valorile obtinute pentru stabilitatea Marshall si pentru fluaj se prelucreaza dupa cum urmeaza:

- valorile stabilitatii masurate pe probe care au inaltimea diferita de 63,5 mm se vor transforma in valori echivalente, corespunzatoare dimensiunii standard, cu ajutorul unui factor de transformare. Valorile acestui factor de corectie sunt date in fig 7;

- pentru epruvetele cu acelasi continut de bitum, se face separat media valorilor obtinute pentru stabilitate si fluaj. Pentru fiecare determinare, daca unul dintre rezultatele partiale (la serii de trei epruvete) si respectiv doua rezultate partiale (la serii de cinci epruvete) au abateri mai mari de 20 % fata de valoarea medie, acestea se elimina din calcul, iar in cazul cand doua, respectiv trei din rezultatele partiale au abaterile mentionate, determinarea trebuie repetata pe alta serie de epruvete. Valoarea medie obtinuta se poate rotunji la 10 daN pana la 500 daN, la 20 daN intre 500 si 1000 daN si la 30 daN peste 1000 daN.

Verificarea rezultatelor in scopul stabilirii dozajului optim de liant.

Se reprezinta in acest sens pe grafice separate valorile obtinute pentru stabilitate, fluaj, densitate aparenta si volum de goluri (in ordonata), functie de continutul de bitum raportat la masa agregatului natural (in abscisa).

Continutul de liant considerat corespunzator se calculeaza ca medie a urmatoarelor valori:

- continutul de liant corespunzator stabilitatii maxime a mixturii asfaltice;

- continutul de liant corespunzator densitatii aparente maxime a mixturii asfaltice;

- continutul de liant corespunzator valorii medii a intervalului prescris pentru volumul de goluri.

Continutul de liant determinat astfel trebuie sa se situeze in interiorul limitelor prevazute pentru tipul respectiv de mixtura asfaltica si sa conduca la o M. A. corespunzatoare conditiilor privitoare la stabilitate, indice de curgere si volum de goluri. În caz contrar, trebuie modificata granulozitatea agregatului natural total, astfel incat sa fie indeplinite aceste conditii.

4.8. Determinarea rezistentei la rupere prin incovoiere

Rezistenta la rupere prin incovoiere reprezinta sarcina de rupere pe care epruveta o are la temperatura de 10 ^oC, iar valoarea deformatiei maxime a epruvetei in timpul incercarii la incovoiere reprezinta valoarea sagetii critice.

Încercarea se efectueaza pe epruvete prismatice la viteza de 20 mm/min., utilizand o presa hidraulica de 50 . 100 kN si dispozitivul de rupere din fig. 8.

Înaintea incercarii epruvetele sunt mentinute timp de 24 h la temperatura ambianta si apoi 2 h la temperatura de incercare, cu o abatere de maximum 1 ^oC.

Pentru incercare, epruvetele se scot din apa, se sterg cu o tesatura umeda si se asaza pe doua dispozitive de rezemere fixate pe platanul inferior al presei.

Se porneste presa si se apropie poansonul de epruveta pana in momentul cand aceasta intra sub sarcina.

Se aplica incarcarea epruvetei cu viteza constanta standardizata, pana ce apare ruperea si se determina sarcina de rupere.

Deformatia corespunzatoare sarcinii de rupere a epruvetei, citita in 0,1 mm, reprezinta sageata critica.

Rezistenta la rupere prin incovoiere (R_i), exprimata in N/mm², se calculeaza cu relatia:

N/mm²

in care: P_r este sarcina de rupere a epruvetei, in N;

L - distanta dintre dispozitivele inferioare de rezemare, in mm;

b, h - latimea, respectiv inaltimea epruvetei, in mm.

Abaterea valorilor individuale fata de medie nu trebuie sa fie mai mare de 10 %.

4.9. Încercarea braziliana

Încercarea braziliana este utilizata pentru a determina rezistenta la compresiune si la tractiune a unor epruvete cilindrice, cand sarcina se aplica in lungul, respectiv perpendicular pe axa epruvetei (fig. 9).

Înaintea incercarii, epruvetele sunt mentinute timp de 2 h la temperatura de 22 1 ^oC, dupa care se scot din apa, se sterg cu o tesatura umeda si se efectueaza incercarea, care consta in:

a) comprimarea epruvetelor cilindrice pe directia axei lor;

b) comprimarea epruvetelor cilindrice perpendicular pe axa lor.

În ambele situatii se apropie platanul presei pana in momentul in care epruvetele intra sub sarcina. Se aplica apoi incarcarea epruvetei pana se atinge sarcina de rupere a acesteia.

În primul caz determinarea sarcinii de rupere se foloseste pentru obtinerea rezistentei la compresiune (R_c), cu relatia:

N/mm²

in care: P este sarcina de rupere, in N;

A - aria suprafetei pe care s-a aplicat incarcarea, in mm².

Rezistenta la tractiune (R_t) se calculeaza, folosind sarcina de rupere a epruvetei solicitata perpendicular pa axa ei, cu urmatoarea relatie:

N/mm²

in care: P_r este sarcina de rupere a epruvetei solicitata perpendicular pe axa ei, in N;

d, h - diametrul, respectiv inaltimea epruvetei in mm.

De asemenea, incercarea braziliana permite determinarea coeziunii (C), exprimata in N/mm², indirect, prin relatia:

N/mm²

Unghiul de frecare interioara (j), exprimat in grade, se poate calcula pe baza tg j cu formula.

Determinarea coeziunii mixturilor asfaltice se poate face si printr-o metoda directa, cu ajutorul unui aparat special.

4.10. Determinarea stabilitatii prin incercarea la compresiune triaxiala

Stabilitatea prin incercarea la compresiune triaxiala este caracterizata prin unghiul de frecare interioara si coeziune. Aceste caracteristici se determina in conditii speciale de mentinere a unei epruvete cilindrice la o presiune laterala constanta in timp ce se aplica o incarcare verticala suplimentara pentru a produce ruperea.

Aparatul necesar efectuarii incercarii se prezinta in fig. 10.

Modul de lucru. Probele din mixtura asfaltica preparate in laborator in conformitate cu pct. 2.3 se pastreaza 24 h la temperatura ambianta, iar inainte de inceperea incercarii se mentin in apa timp de 2 h la temperaruta de 22 1 ^oC.

Pentru incercare, epruvetele se scot din apa, se sterg cu o tesatura umeda, se introduc intr-o membrana de cauciuc si se asaza pe platanul celulei. Se asaza deasupra ei capacul de incercare din plexiglas, care are rolul de a transmite, prin intermediul pistonului presei, incarcarea verticala, dupa care se antreneaza celula si se centreaza pe platanul presei astfel incat capul pistonului sa se afle sub filetul presei care transmite incarcarea.

Se face alimentarea celulei cu lichidul de presiune, iar dupa umplerea celulei se face legatura la pompa care transmite presiune laterala (T₃).

Se pune in functiune compresorul care introduce presiune in lichidul din pompa, pana ce manometrul indica presiunea dorita, dupa care se verifica viteza de incarcare a presei si se incepe incarcarea verticala (T₁).

Toate operatiile pregatitoare (asezarea probei, umplerea celulei) se vor executa in cel mai scurt timp posibil pentru a evita modificarea temperaturii epruvetei. La sfarsitul incercarii se va masura din nou temperatura lichidului din celula pentru a se estima cat mai corect temperatura medie de incercare.

La incercarea probelor din mixturi asfaltice se disting doua faze:

- incercarea de fluaj, care se realizeaza prin mentinerea presiunii laterale (T₃) si a unei incarcari verticale (T₁) pe durata a 20 . 30 min. sau cateva ore, in functie de tipul mixturii asfaltice supuse incercarii. Pentru fiecare treapta de incercare se inregistreaza deformatia verticala in functie de timp;

- incercarea de rupere, care se realizeaza prin mentinerea constanta a presiunii laterale (T₃) si cresterea continua a incarcarii verticale pana la rupere. Paralel cu inregistrarea incarcarii verticale se va efectua si inregistrarea deformatiei verticale.

Interpretarea rezultatelor se efectueaza in modul urmator:

a. pentru cazul incercarii de fluaj se calculeaza urmatoarele caracteristici:

- deformatia specifica verticala (e) cu relatia:

[%] (24)

in care:

h este inaltimea initiala a epruvetei, in mm;

Dh - scurtarea epruvetei, in mm.

- treapta de deformatie specifica verticala (De) corespunzatoare unui anumit interval de timp (diferenta dintre temperatura specifica verticala la timpul final e_tf si deformatia specifica verticala la timpul initial e_ti) cu relatia urmatoare:

[%] (25)

- viteza de deformatie (v) a epruvetei cu relatia 26:

v = De Dt [s^-1] (26)

- inaltimea modificata (h_m) a epruvetei cu relatia 27:

h_m = h - Dh [mm] (27)

- aria modificata a bazei epruvetei (A_m), in fiecare moment al incercarii, considerand volumul (V) constant, cu relatia urmatoare:

[mm²] (28)

- efortul unitar (T₁) cu relatia 29:

[N/mm²] (29)

in care:

P este forta citita pe cadranul presei (constanta in cazul acestei incercari), in N;

G - greutatea pistonului si a capului de incercare, in N;

- modulul de elasticitate secant (E_s) cu relatia urmatoare:

[N/mm²] (30)

b. pentru cazul incercarii de rupere datele se calculeaza ca in cazul precedent, cu observatia ca exista o singura treapta de incarcare pana la ruperea epruvetei.

Cunoscand valorile T₁ si T₃ se poate construi cercul lui Mohr pentru o incercare. Este nevoie de cel putin trei, respectiv cinci epruvete incercate in aceleasi conditii de temperatura, dar cu valori T₃ diferite, pentru a se obtine unghiul de frecare interioara (j) si coeziunea (C) ale mixturii asfaltice incercate.

4.11. Interpretarea rezultatelor incercarilor de laborator

Dupa efectuarea inercarilor asupra mixturilor asfaltice sau a probelor prelevate din imbracamintea bituminoasa gata executata, laboratorul de specialitate emite un buletin de incercare.

Rezultatele obtinute se compara cu caracteristicile prevazute in standardele si normativele referitoare la fiecare tip de mixtura asfaltica, iar in ce priveste continutul de liant, cu dozajul stabilit initial. Daca rezultatele se incadreaza in limitele admisibile din standarde se evidentiaza in buletin faptul ca dozajul a fost respectat si ca mixtura asfaltica obtinuta este corespunzatoare. În cazul unor rezultate necorespunzatoare este necesar ca, in functie de conditiile existente, sa se ia masuri imediate de remediere.

Daca se obtine un continut prea scazut de liant, se verifica dozarea bitumului si a agregatelor naturale.

Daca rezistentele la compresiune si punctul de inmuiere al bitumului extras din mixtura asfaltica sunt prea ridicate, inseamna ca fie bitumul, fie agregatele naturale, au avut o temperatura prea ridicata si s-a produs o supraincalzire a liantului, fapt ce a condus la schimbarea compozitiei sale, deci la o crestere a duritatii liantului.

Absorbtia mare de apa poate avea mai multe cauze si anume: nu s-a introdus in mixtura asfaltica liantul necesar, sau mixtura asfaltica a fost pusa in opera la o temperatura prea mica si nu s-a reusit sa se obtina gradul de compactare minim prescris, nu s-a respectat granulozitatea agregatului natural total etc. Îmbracamintile bituminoase poroase trebuie neaparat etansate inainte de inceperea ploilor si a iernii.

Rezistenta la compresiune scazuta dupa imersare in apa atesta prezenta probabila a elementelor nocive (argila, praf) in compozitia mixturii.

În acest caz, agregatele naturale trebuie spalate.

Daca scaderea rezistentei la compresiune dupa imersare este provocata de o lipsa de adezivitate se va utiliza un bitum care sa corespunda din punct de vedere al adezivitatii sau se vor folosi aditivi (substante tensoactive) pentru imbunatatirea adezivitatii.

Daca se obtine o densitate scazuta, in timp ce stabilitatea este ridicata, se recomenda sa se mareasca procentul de bitum in mixtura asfaltica pentru a se reduce volumul de goluri, chiar daca se va obtine o usoara scadere a stabilitatii.

Daca densitatea este mare si stabilitatea este mica, pentru marirea stabilitatii este in general suficient sa se ridice usor procentul de filer. De asemenea, este posibil sa existe prea putine granule concasate in amestec: ridicarea stabilitatii se obtine in acest caz, prin introducerea in amestec a unor agregate naturale colturoase.

În continuare sunt date caracteristicile fizico-mecanice prescrise in standarde si normative pentru unele mixturi asfaltice folosite mai frecvent in tehnica rutiera.

Astfel:

- in tabelul 2: caracteristicile fizico-mecanice ale mortarelor asfaltrice si betoanelor asfaltice preparate la cald cu bitum (M.A.C.), determinate pe epruvete cilindrice tip Marshall (SR 174/1 - 97);

- in tabelul 3: caracteristicile fizico-mecanice ale mixturilor asfaltice preparate la cald cu bitum (M.A.C.), determinate pe epruvete cubice (SR 174/1 - 97);

- in tabelul 4: caracteristicile fizico-mecanice ale mortarelor (M.A.N.B. 7) si betoanelor asfaltice (B.A.N.B.) preparate la cald cu nisip bituminos, determinate pe epruvete cubice;

- in tabelul 5: caracteristicile fizico-mecanice ale anrobatelor bituminoase preparate la cald cu bitum (A.B.) sau nisip bituminos (A.B.N.B.).

Pentru interpretarea rezultatelor obtinute in urma incercarilor de laborator se folosesc si metode statistico-matematice, bazate pe urmatoarele criterii:

- omogenitatea mixturii asfaltice pusa in opera, determinata pe baza imprastierii rezultatelor, trebuie sa se incadreze in limitele admise. Calculul erorilor aleatorii se face mai usor daca se obtine o curba de imprastiere a rezultatelor simetrica si apropiata de curba Gauss;

- rezistenta medie trebuie sa corespunda rezistentelor prescrise pentru fiecare tip de mixtura asfaltica;

- limitele de variatie ale indicatorilor statistici, care se refera la calitatea lucrarilor executate sunt in functie de posibilitatea luata in considerare la proiectare.

Tabelul 2.

Cu ajutorul unor fise de control pentru valorile medii, abaterea medie patratica, coeficientul de variatie si coeficientul de omogenitate, se poate stabili nivelul calitatii atinse la executarea lucrarilor.

4.12. Încercarea mixturilor asfaltice la oboseala

Rezistenta la oboseala a imbracamintilor bituminoase caracterizeaza modul de comportare a acestora sub efectul incarcarilor alternative la care sunt supuse prin actiunea traficului. Determinarea rezistentei la oboseala se efectueaza in laborator prin supunerea epruvetelor la o deformatie sinusoidala neintrerupta pana in momentul ruperii.

Tabelul 3.

Tabelul 4.

M.A.N.B. - mortar asfaltic cu nisip bituminos;

B.A.N.B. - beton asfaltic cu nisip bituminos.

Tabelul 5.

În fig. 11 este prezentata schema incercarii. O epruveta in forma de trunchi de piramida, cu baza mare incastrata, este supusa, prin intermediul bazei mici, la solicitari sinusoidale prin incovoiere, cu ajutorul unui vibrator.

Vibratorul este alimentat de catre un generator prin intermediul unui programator. Se inregistreaza deformatia si forta aplicata asupra epruvetei. Parametrii incercarii sunt:

- temperatura de incercare: -10 . +30 ^oC;

- deformatia relativa: 10^-5 . 5×

- frecventa: 0,05 . 50 Hz;

- incarcarea: 4 . 20 daN/cm².

S-a constatat experimental ca, prin intercalarea pe parcursul incercarii a unor timpi de pauza (repaus), epruvetele au suportat un numar mult mai mare de cicluri, inainte de rupere, datorita fenomenului de autoreparare.

Rezistenta la oboseala este definita prin numarul de cicluri de solicitari N, pe care le suporta mixtura asfaltica inainte de a se rupe.

Relatia care indica ruperea este:

Ns^a = C₁, (31)

in care:

N este numarul de cicluri de solicitari, inainte de rupere;

s - efortul unitar aplicat, in daN/cm²

a - coeficient care depinde de tipul bitumului si poate varia intre 4,0 si 6,0;

C₁ - coeficient care depinde de natura materialelor si de conditiile de experimentare.

În continuare, in functie de durata de exploatare si de deformatia relativa, se poate nota:

Ne^a = C₂, (32)

unde: e este deformatia relativa iar C₂ un coeficient care depinde de temperatura si frecventa aplicate in timpul experimentarii. Comportarea la oboseala la deformatie constanta arata ca mixturile asfaltice se distrug prin oboseala la 10⁶ cicluri, cand deformatia relativa este 10^-5 si la 10³ cicluri, cand deformatia relativa creste la 7,0×

În fig. 12 este reprezentat grafic fenomenul de oboseala.

4.13. Determinarea modulului de rigiditate

Modulul de rigiditate al mixturilor asfaltice S_m se poate determina experimental pornind de la o incercare dinamica la incovoiere, din raportul dintre efortul unitar aplicat si deformatia relativa, conform relatiei:

[N/m²] (33)

in care:

s este efortul unitar la inceputul incercarii dinamice la incovoiere, in N/m²;

e - deformatia relativa la inceputul incercarii la incovoiere.

Modulul de rigiditate al mixturilor asfaltice depinde de:

- modulul de rigiditate al bitumului;

- durata solicitarii;

- temperatura la care se determina modulul de rigiditate.

Modulul de rigiditate al mixturilor asfaltice S_m pate fi determinat pe cale experimentala si poate fi calculat.

Pentru calcularea lui, in cazul in care volumul de goluri al mixturii asfaltice este sub 3.0 %, se foloseste relatia:

[N/m²] (34)

in care:

S_b este modulul de rigiditate al bitumului, in N/ m² determinat din nomograma Van der Poel;

C_v - concentratia volumica a agregatului natural care se determina cu relatia:

[%] (35)

in care:

V_g este volumul agregatului natural, in %;

V_b - volumul bitumului, in %;

n - coeficient care se calculeaza cu relatia:

[-] (36)

Pentru mixturi asfaltice, avand volumul de goluri peste 3,0 %, modulul de rigiditate se calculeaza cu o relatie similara:

[N/m²] (37)

in care: C _v este concentratia volumica a amestecului mineral corectata astfel:

(38)

unde: V este volumul real de goluri al mixturii asfaltice, in %.

Pentru facilitarea calculelor, in fig. 13 este prezentata o nomograma care permite obtinerea mai rapida a modulului de rigiditate al mixturilor asfaltice.

Modul de lucru. Modulul de rigiditate al bitumului se ia din nomograma Van der Poel la temperatura la care are loc solicitarea si la un timp definit al solicitarii.

Se calculeaza V_g, volumul agregatului natural in procente, si V_b, volumul bitumului, tot in procente. Cu aceste valori se lucreaza in nomograma din fig. 13.

Exemplu: Modulul de rigiditate al bitumului S_b este 3,5×10⁸ N/m², V_g=80 %, iar V_b=15 %. Se noteaza S_b pe ordonata din figura si se duce o paralela la axa absciselor pana la intersectia cu dreapta de 15 % V_b iar din acest punct se ridica o perpendiculara pana la dreapta de 80 %, care reprezinta V_g (volumul golurilor agregatelor). Din acest punct se duce o paralela la axa absciselor citindu-se in dreapta valoarea modulului de rigiditate al mixturii asfaltice S_m, egal in acest caz cu 1,5×10¹⁰ N/m².

Modulul de rigiditate al mixturilor asfaltice variaza in limite largi. De exemplu pentru un beton asfaltic cu agregat marunt bogat in criblura, la o durata de solicitare de 10^-1 s, la temperatura de -10 ^oC are valoare de 1,4× 10¹⁰ N/m², la 0 ^oC este de 7,5×10⁹ iar la 22 ^oC este 8,25×10⁸. Variatia modulului de rigiditate pentru acest tip de mixtura asfaltica se poate urmari in fig. 13.

4.14. Fagasoscopie

Fagasoscopul este un aparat complex care permite determinarea in laborator a fagaselor ce apar in imbracamintile bituminoase ca urmare a efectului traficului greu. Probele sunt supuse efectului trecerii pneurilor, in conditii de incarcari si presiune similare solicitarilor provocate de vehiculele grele, ceea ce conduce la o deformatie permanenta, care se poate determina dupa consumarea unui anumit numar de cicluri.

Adancimea acestei amprente sau fagasul in functie de numarul de treceri permite caracterizarea epruvetei din punct de vedere al formarii fagaselor.

Caracteristicile de baza ale aparatului sunt urmatoarele:

- doua roti de incercare;

- viteza maxima 1,6 m/s;

- doua epruvete din mixtura asfaltica asezate pe o placa suport cu grosimea de 19 mm;

- cursa longitudinala a caruciorului reglabil la 360; 410; 450; 500 mm;

- forta aplicata pe fiecare epruveta 100 . 500 daN;

- presiunea in pneu 5,0 . 7,0 atm.

Modul de lucru. Epruvetele pentru incercare sunt obtinute prin compactarea mixturii asfaltice in tiparele incalzite in prealabil, prin 120 treceri ale unui rulou neted cu masa totala de 150 kg si o latime egala cu cea a epruvetei. Se lucreaza la 140 . 160 ^oC, in functie de tipul bitumului, astfel: 140 ^oC pentru bitum D 80/100; 150 ^oC pentru bitum D 60/70 si 160 ^oC pentru bitum D 40/50.

De asemenea se pot folosi epruvete taiate direct din imbracamintea bituminoasa, in grosime de 100 mm, cu latimea de 180 mm si lungimea de 500 mm. Încercarea se efectueaza la temperatura de 60 ^oC pentru stratul de uzura si 50 ^oC pentru celelalte straturi.

În acest scop, probele sunt introduse intr-o incinta termostat, unde se asigura temperatura constanta, prin insuflare de aer cald. Masurarea adancimii fagasului se face la 10³; 10⁴; 10⁵; 10⁶ cicluri,cu un dispozitiv de masura adecvat.

Determinarile se fac pe minimum doua epruvete si se ia media lor. În general se lucreaza pana ce fagasul atinge 20 mm.

Rezultatele incercarilor se prezinta sub forma unor grafice, dupa cum se poate urmari in fig. 15 avand in ordonata adancimea fagasului, in mm, iar in abscisa numarul de cicluri la scara logaritmica.

Încercarea cu ajutorul fagasoscopului, de regula, pune in evidenta influenta tipului de liant, a volumului de goluri, a raportului filer/bitum, a curbei de granulozitate etc. asupra marimii fagasului. Simulatorul de fagase da posibilitatea de a studia comparativ diferitele tipuri de mixturi asfaltice.

5. Elaborarea dozajelor

În general dozajele pentru mixturi asfaltice se intocmesc de catre un laborator de incercari specializat pentru aceste lucrari.

În acest context la punctul 4.7 este prezentata principala metoda de stabilire a dozajului optim de liant pentru o mixtura asfaltica, pe baza unei serii de incercari efectuate pe epruvete de tip Marshall, pentru mai multe valori ale continutului de liant din amestec.

Astfel de metode au marele dezavantaj ca necesita un volum important de munca, insumat intr-un mare numar de epruvete de preparat si incercat, pana la obtinerea rezultatului dorit.

În continuare se vor trata doua din metodele cele mai cunoscute pentru stabilirea dozajului optim de liant si anume:

- stabilirea dozajului optim de liant in functie de suprafata specifica totala a agregatului natural;

- stabilirea dozajului optim de liant in functie de volumul de goluri.

5.1. Stabilirea dozajului optim de liant prin metoda suprafetei specifice

Criteriile privind stabilirea necesarului de liant in functie de suprafata specifica a agregatului natural total au fost studiate si elaborate in Franta de M. Duriez, putandu-se concretiza astfel:

- cantitatea de liant trebuie sa se stabileasca astfel incat sa anrobeze toate granulele agragatului natural, asigurand legarea lor prin pelicula de liant, realizandu-se concomitent cea mai mare compactitate si cea mai buna omogenitate in conditiile normale existente pe santier, care sa permita in final, realizarea unei imbracaminti bituminoase stabile si durabile.

La stabilirea unui dozaj de liant corespunzator, in afara de granulozitatea agregatului natural total (aceasta trebuie sa se inscrie intr-o zona de granulozitate prescrisa pentru fiecare tip de mixtura asfaltica), trebuie sa se tina seama si de urmatorii factori:

- natura si intensitatea traficului;

- grosimea stratului considerat;

- destinatia stratului (strat de uzura sau de legatura);

- climatul umed sau mai secetos;

- temperaturi extreme (intensitatea inghetului, iarna si temperaturile cele mai ridicate, vara).

Referitor la suprafata specifica a agregatului natural total se remarca faptul ca aceasta este determinabila in principal de filerul care intra in amestec si, intr-o anumita masura, de nisipul fin si celelalte sorturi de agregate naturale. Astfel, in tabelul 6 se dau valorile determinate de M. Duriez pentru suprafata specifica a diferitelor tipuri de agregate naturale.

Tabelul

Dupa M. Duriez, grosimea optima a filmului de liant pentru anrobarea granulelor variaza in functie de diametrul acestora, dupa o lege parabolica:

e = l d^0,8 m m

in care: l este coeficient care depinde de caracteristicile bitumului si are in general valoarea 24;

d - diametrul granulei medii, in m m.

În final, relatia utilizata pentru stabilirea dozajului de liant este:

[ % ] (40)

in care: b este procentul de liant raportat la 100 parti agregat natural;

K - modulul de continut (variaza functie de tipul mixturii, trafic si zona climaterica);

S - suprafata specifica (calculata) a agregatului natural total, care intra in compozitia mixturii asfaltice, in m²/kg.

Valorile modulului de continut recomandate, functie de tipul mixturilor ce se executa in tara noastra sunt:

- pentru mortare asfaltice 4,50 . 5,00,

- pentru betoane asfaltice 4,00 . 4,50;

- pentru betoane asfaltice deschise 3,50 . 3,75;

- pentru anrobate bituminoase 3,50 . 4,00.

Continutul de liant (b¢), raportat la masa mixturii asfaltice (asa cum se dozeaza el practic pe santier), se calculeaza cu relatia:

[ % ] (41)

Stabilirea granulozitatii agregatului natural total

De regula, pentru obtinerea unei mixturi asfaltice corespunzatoare, se amesteca 3 . 5 sorturi de agregate naturale si filer a caror granulozitate totala trebuie, in final, sa se inscrie intr-o zona de granulozitate prescrisa pentru tipul respectiv de mixtura asfaltica (fig. 16). Zonele de granulozitate ale mixturilor asfaltice mai frecvent utilizate in tehnica rutiera sunt prezentate in anexa 1.

Pentru intelegerea rationamentului de stabilire a dozajului agregatelor naturale in cadrul agregatului natural total, in continuare, se presupune ca s-au ales pentru amestecare 3 materiale: M₁, M₂, M₃ cu care se doreste obtinerea unei mixturi asfaltice, pentru care este prescrisa zona de granulozitate din fig. 1

Granulozitatea fiecarui material, stabilita prin metoda cernerii, este data sub forma din tabelul 7.

Tabelul 7.

În tabelul 7 semnificatia notatiilor este urmatoarea:

- notatiile S₁, S₂, . S_n-1 se refera la diametrul, in mm, al ochiurilor sitelor si ciururilor folosite pentru determinarea granulozitatilor (de regula: 31; 25; 16; 8; 5; 3,15; 1,0; 0,63; 0,2);

- notatia S_n reprezinta diametrul, in mm, a ultimei site folosite la determinarea granulozitatii (de regula sita de 0,08 mm);

- notatiile R₁₁, R₁₂, . R_3n reprezinta resturile pe site si ciururi, respectiv trecerile pe sita de 0,08 mm, in %.

Pentru obtinerea agregatului natural total se stabilesc procentele x1, x2, x3 corespunzatoare fiecarui agregat natural care intra in amestec (x1 + x2 + x3 = 100 %).

Se efectueaza urmatoarele operatii:

, i = 1 . 3, j = 1 . n (42)

obtinandu-se tabelul 8.

Tabelul 8.

Pentru verificarea operatiilor efectuate (de regula se lucreaza cu precizie de zecimi de unitati) se va folosi relatia:

, i = 1 . 3 (43)

În final se obtine granulozitatea agregatului natural total, prin insumarea pe verticala a coloanelor tabelului 8, astfel:

j = 1 .n (44)

Pentru verificarea calculului se foloseste relatia:

(45)

Granulozitatea agregatului natural total se reprezinta grafic in zona de granulozitate prescrisa, fiind posibile doua cazuri:

- granulozitatea agregatului natural nu se inscrie in zona prescrisa, caz in care se reia calculul prin schimbarea procentelor x1, x2, x3;

- granulozitatea obtinuta este corespunzatoare si se trece la calculul suprafetei specifice a agregatului natural total.

Calculul suprafetei specifice. Calculul suprafetei specifice a agregatului natural total se face folosind curba de granulozitate a acestuia (vezi fig.16) cu relatia 46 stabilita de M. Duriez:

100 S = 0,17 A + 0,32 a + 2,30 N + 12 n + 135 f (46)

Cu o aproximatie satisfacatoare, pentru betoanele asfaltice se poate calcula suprafata specifica a agregatului natural si cu relatia:

S = 2,5 + 1,3 f [ m²/kg ] (47)

iar pentru mortare asfaltice se poate utiliza tot cu aproximatie relatia:

S = 5,0 + 1,3 f [ m²/kg ] (48)

in care f are semnificatia sus-mentionata.

Observatie importanta. Dupa determinarea necesarului optim de liant prin metoda suprafetei specifice, se produce in laborator mixtura asfaltica respectiva, se prepara epruvete si se efectueaza incercarile fizico-mecanice stabilind caracteristicile acesteia. Daca acestea corespund prevederilor standardizate se considera ca mixtura asfaltica este corespunzatoare si se poate aplica dozajul pe santier.

Evident, se studiaza mai multe probe cu un continut de liant apropiat alegand varianta cea mai buna si mai economica.

Exemplu pentru calculul dozaj unui B. A. 1

Betoanele asfaltice sunt amestecuri alcatuite, dupa dozaje riguros stabilite, din cribluri, nisip si filer aglomerate cu bitum dupa o tehnologie adecvata.

Pentru obtinerea unei mixturi asfaltice cu caracteristici fizico-mecanice corespunzatoare si in special pentru marirea rezistentei la forfecare este necesara utilizarea nisipului de concasaj. Se recomanda ca raportul dintre nisipul de concasaj si nisipul natural sa fie de 1:1.

In vederea elaborarii dozajului, in laborator se executa o serie de operatii si anume:

- determinarea granulozitatii pentru fiecare agregat natural care intra in compozitia mixturii asfaltice (criblura 8-16, criblura 3-8, nisip de concasaj, nisip natural si filer);

- determinarea penetratiei si a punctului de inmuiere a bitumului;

- se intocmeste un tabel centralizator pentru agregate naturale (tabelul 9).

- se elaboreaza un dozaj mediu de amestec al agregatelor naturale si se calculeaza comozitia procentuala in functie de proportia in care intra fiecare sort de agregat natural in dozaj;

- se calculeaza granulozitatea agregatului natural total si se reprezinta grafic pentru a se verifica inscrierea ei in zona de granulozitate prescrisa.

Tabelul 9.

Pe baza datelor din tabelul 9 se va incerca un prim dozaj cu urmatoarele proportii:

- criblura 8-16 25 %;

- criblura 3-8 25 %;

- nisip natural 20 %;

- nisip de concasaj 20 %;

- filer 10 %.

Conform acestui dozaj se calculeaza compozitia procentuala a amestecului realizat, in functie de proportiile cu care intra fiecare comonent in dozaj. Practic se imulteste fiecare fractiune care a ramas pe ciur sau sita din tabelul 9 cu proprtia care corespunde materialului respectiv. De exemplu, criblura 8-16 care intra in amestec in proporte de 25 %, se inmulteste 0,25 (25 %) cu 15,8 care reprezinta restul pe ciurul de 16 mm si se obtine 3,95 %, rotunjindu-se la 4,0 %. In acest mod se procedeaza cu toate celelalte resturi si treceri pe site sau ciururi, obtinandu-se rezultatele din tabelul 10.

Tabelul 10.

Se calculeaza curba de granulozitate:

- treceri prin sita de 0,08 mm: 9,5 %;

- treceri prin sita de 0,20 mm: 9,5 + 6,3 = 15,8 %;

- treceri prin sita de 0,63 mm: 15,8 + 14,2 = 30,0 %;

- treceri prin ciurul de 3,15 mm: 30,0 + 17,1 = 47,1 %;

- treceri prin ciurul de 8 mm: 47,1 + 28,1 = 75,2 %;

- treceri prin ciurul de 16 mm: 75,2 + 20,8 = 96,0 %;

- treceri prin ciurul de 25 mm: 98,4 + 1,6 = 100,0 %.

Reprezentand grafic curba de granulozitate se constata ca se inscrie in zona de granulozitate prescrisa (anexa 1).

In aceste conditii urmeaza stabilirea dozajului optim de liant, fie prin metoda suprafetei specifice, fie prin metoda volumului de goluri.

5.2. Stabilirea dozajului optim de liant in functie de volumul de goluri

Conform teoriei lui Hubbard-Field, liantul trebuie sa umple golurile existente in scheletul mineral, compactat la maximum asa incat in imbracamintea bituminoasa, dupa compactere sa mai ramana un anumit procent de goluri, admis (sub 5 % pentru betoane asfaltice si intre 5 . 20 % pentru anrobate bituminoase). Acest volum de goluri remanente, se va diminua sub efectul traficului pana la valoarea de 1 . 2 %.

În baza acestei teorii, pentru calculul dozajului optim de liant, in functie de volumul de goluri, se utilizeaza relatia:

, [ % ] (49)

in care: b este cantitatea de bitum necesara pentru 100 g agregat natural;

V_g - volumul de goluri al agregatului natural in stare indesata;

n - volumul de goluri remanente;

r_gi - densitatea agregatului natural in stare indesata, in g/cm³;

r_b - densitatea bitumului (circa 1 g/cm³).

Modul de lucru. Se stabileste in laborator granulozitatea agregatelor naturale care intra in compozitia betonului asfaltic. Se calculeaza proportia de amestec, care se inscrie in zona de granulozitate recomandata, pentru tipul respectiv de mixtura asfaltica. Se determina pentru amestecul realizat, volumul de goluri in stare indesata si densitatea amestecului de agregate naturale in stare indesata.

Exemplu: Avand valorile V_g = 20,0 %; r_gi = 2,2 g/cm³ si luand n = 4,0, iar r_b = 1 se obtine cu relatia 49:

Dozajul stabilit, atat prin metoda suprafetei specifice, cat si prin metoda volumului de goluri, ramane valabil numai pentru agregatele naturale pe baza carora s-a executat. La schimbarea agregatelor naturale sau a granulozita6ii acestora este necesara si recalcularea dozajului optim de liant.

5.3. Elaborarea dozajelor pentru mixturi asfaltice executate cu nisip bituminos

Nisipul bituminos prin componenta sa, este un mortar asfaltic cu un continut variabil de bitum (10 . 15 %) cu o consistenta foarte redusa (punct de inmuiere I.B. de 10 . 17 ^oC). Pentru a putea fi folosit la producerea mixturilor asfaltice este necesar sa se faca urmatoarele operatii:

- modificarea consistentei bitumului natural, prin adaugarea de bitum dur de petrol in proportie de 25 . 30 % din totalul bitumului din mixtura asfaltica, concomitent cu oxidarea pe care o sufera acesta in procesul tehnologic astfel ca, in final, bitumul rezultat sa prezinte caracteristici cat mai apropiate de cele ale unui bitum D 80/120, respectiv punctul de inmuiere inel si bila sa fie 43 . 49 ^oC.

In cazul anrobatelor bituminoase executate la cald metodologia de calcul a dozajului optim de liant este aceeasi, zonele de granulozitate prescrise de STAS 7970-76 fiind de asemenea prezentate in anexa 1.

5.3.1. Elaborarea dozajului pentru un beton asfaltic cu criblura, executat cu nisip bituminos, pentru strat de uzura

Pentru rezolvarea acestei probleme este necesar sa se cunoasca granulozitatea agregatelor naturale folosite si a nisipului din nisipul bituminos (de exemplu tabelul 11), continutul de bitum din nisipul bituminos precum si zona de granulozitate (anexa 1) si continutul de bitum total, prescrise pentru tipul respectiv de mixtura asfaltica.

Tabelul 11.

Presupunand ca nisipul bituminos contine 12 % bitum si cunoscand ca acest tip de mixtura asfaltica trebuie sa contina 6,8 . 8,2 % liant (de exemplu 7,9 %) se calculeaza necesarul de bitum industrial si natural astfel:

- bitum natural =;

- bitum industr. =

Nisipul bituminos contine 12,0 % bitum, iar in dozajul propus este necesar 5,5 % bitum natural, ceea ce conduce la calculul necesarului de nisip bituminos.

Nisip bituminos =

Se stabileste necesarul de criblura si filer la limita superioara a dozajului: criblura 8-16 (10,0 %), criblura 3-8 (25 %) si filer de calcar (8,0 %). Diferenta pana la 100,0 % reprezinta nisipul de concasaj. În tabelul 10 se prezinta dozajul rezultat.

Pentru dozajul obtinut se calculeaza granulozitatea procentuala a agregatelor naturale (inmultind fiecare fractiune din tabelul 11 cu cantitatile stabilite in tabelul 12). Rezultatele sunt cuprinse in tabelul 13.

Tabelul 12.

Tabelul 13.

Daca granulozitatea procentuala nu se incadreaza in zona de granulozitate prescrisa se reface calculul prin stabilirea altor dozaje, pentru agregatele naturale care intra in amestec, iar daca granulozitatea este corespunzatoare, se trece la calculul suprafetei specifice. Se determina dozajul de liant necesar care, de asemenea, se compara cu dozajul luat in calcul. Daca aceste dozaje nu corespund, se reface calculul, prin luarea in considerare de la inceput a dozajului necesar stabilit prin calcul.

5.4. Elaborarea dozajelor pentru mixturi asfaltice executate la rece cu emulsie bituminoasa (slam bituminos)

Mortarul asfaltic realizat la rece este contituit dintr-un amestec de nisip natural cu nisip de concasaj, astfel dozate incat fractiunea sub 0,08 mm sa reprezinte 5 . 14 %, care se aglomereaza cu emulsie bituminoasa.

Pentru prepararea mortarului asfaltic se foloseste un amestec de nisip natural si nisip de concasaj, in proportie de 1:1.

Pentru calculul necesarului de liant se poate utiliza una din metodele cunoscute, de exemplu, cu ajutorul suprafetei specifice.

Pentru acest tip de mixtura asfaltica se recomanda un continut de bitum rezidual de 7,8 . 9,0 %.

Necesarul de emulsie bituminoasa se calculeaza cu relatia:

[%] (50)

in care:

E este necesarul de emulsie bituminoasa la 100 parti agregat natural, in %;

b - bitumul rezidual necesar, calculat la 100 parti agregat natural, prin metoda suprafetei specifice, in %;

B - continutul de bitum in emulsie, in %.

La necesarul de emulsie bituminoasa se adauga circa 10,0 % parti de apa pentru umezirea agregatului natural, in vederea imbunatatirii lucrabilitatii.

Slamul bituminos astfel obtinut se prezinta ca un material consistent, nu prezinta tendinte de curgere la asternere, iar dupa ruperea emulsiei bituminoase si evaporarea apei asigura un invelis etans pe suprafata imbracamintei existente.

De asemenea prin aceeasi metoda poate fi stabilit dozajul optim de liant pentru prepararea anrobatelor bituminoase cu emulsie bituminoasa. Se utilizeaza in acest caz agregate naturale de balastiera concasate partial sau neconcasate, a caror granulozitate trebuie sa se inscrie intr-o zona de granulozitate prescrisa. Suprafata specifica a agregatului natural total se determina cu relatia 46, iar continutul de bitum cu relatia 40 pentru un modul de continut K=5,00. Cantitatea de emulsie necesara se obtine prin relatia 50.

ANEXA 1

ZONELE DE GRANULOZITATE PRESCRISE PENTRU UNELE

MIXTURI ASFALTICE

BIBLIOGRAFIE

1. NICOARA, L., PAUNESCU, M., BOB, C., BILTIU, A: Îndrumatorul laboratorului de drumuri. Bucuresti, Editia tehnica, 1985.

2, NICOARA, L., s.a. Îndrumator pentru laboratoarele de drumuri. Bucuresti, Editura Trefla, 1992.

3. Lucrari de drumuri. Îmbracaminti bituminoase cilindrate executate la cald. Conditii tehnice generalede calitate. SR 174/1 - 1997.

4. Lucrari de drumuri. Îmbracaminti bituminoase cilindrate executate la cald. asfaltice Conditii tehnice pentru prepararea si punerea in opera a mixturilor si receptia imbracamintilor executate. SR 174/2 - 1997.

5. Lucrari de drumuri. Îmbracaminti bituminoase cilindrate executate la cald. Conditii tehnice privind instalatiile de preparare a mixturilor asfaltice la cald si inspectia acestora. SR 174/3 - 1997.

Lucrari de drumuri. Mixturi asfaltice si imbracaminti bituminoase executate la cald. Prepararea mixturilor asfaltice, pregatirea probelor si confectionarea epruvetelor. STAS 1338/1 - 1984.

7. Lucrari de drumuri. Mixturi asfaltice si imbracaminti bituminoase executate la cald. Metode de determinare si incercare. STAS 1338/2 - 1987.

8. Lucrari de drumuri. Mixturi asfaltice si imbracaminti bituminoase executate la cald. Tipare si accesorii metalice pentru confectionarea si decofrarea epruvetelor. STAS 1338/3 - 1984.

9. * * * Lucrari de drumuri. Straturi de baza din mixturi asfaltice cilindrate, executate la cald. Conditii tehnice generale de calitate. STAS 7970 - 7