Что такое асфальт, каковы его виды и свойства

Любой неспециалист без труда ответит, что такое асфальт: «это самый популярный материал, из которого строят дороги». Но все ли это, что нужно знать? Предлагаем рассмотреть подробнее, что это за материал, какие разновидности он имеет и какими свойствами обладает.
Итак, асфальт – это строительный материал природного или искусственного происхождения, который состоит из:
битумной смеси (вяжущего компонента)
песка
щебня
минеральных добавок
Такой материал легко плавится; в работе он используется как вязкое вещество, которое застывает после укладки (нанесения). Чаще всего асфальт действительно применяется в дорожном строительстве, но также востребован и в других задачах (например, в благоустройстве территории).
Для справки можно добавить: асфальт раньше широко применялся в производстве строительных (рубероид, битумная черепица, различные клеи, мастики, лаки), электро- и гидроизоляционных материалов.
Виды асфальта
Материал принято разделять на несколько разновидностей, на основании различных критериев.
Итак, классификация асфальта происходит по:
происхождению
типу вяжущего вещества
величине минеральных зерен
содержанию щебня
качеству составляющих материалов
пористости
Рассмотрим каждый пункт детальнее.
По происхождению
Говоря об асфальте, в первую очередь важно понять его происхождение. Материал бывает:
природным
искусственным
Ниже мы расскажем об особенностях каждой разновидности.
Природный асфальт
Впервые в дорожном строительстве использовали именно природный асфальт. Данный материал состоит из около 70% битумной смеси и 30% связывающих компонентов. В данном случае вяжущее вещество образуется естественным путем, посредством окисления нефти. Состав битумного компонента природного асфальта включает в себя 80% углерода, а также по 10% водорода и кислорода. Окисление нефти стимулирует выработку промежуточного вяжущего – мальты, из которого получается конечное сырье. Добывается из источников нефти, расположенных на поверхности земли (либо на малой глубине залегания).
Обрывочные упоминания об асфальте и битуме как связующем веществе в целом, охватывают временной период в несколько тысяч лет, вплоть до 2800 года до н.э. в Древней Персии. Затем материал связывали с древними египтянами, греками, вавилонянами, римлянами и народами Южной Америки, но речь шла об укреплении строений и кораблей битумом.
История природного асфальта начинается с 1596 года, когда британский путешественник (и крупный государственный деятель при дворе Елизаветы I) Уолтер Рэли открыл в Тринидаде смоляное озеро. Характеристики материала поразили его – это была смола идеального качества, которая не плавилась на солнце.
Использование асфальта в строительстве дорожного полотна началось в первой половине XIX века – например, им начали частично покрывать тротуары в Лондоне и Париже. Именно в столице Франции появилась и первая мостовая из прессованного асфальта в 1854 году. Речь идет о части улицы Бержер, где материал прослужил более 60 лет. Также в 1858 году в городе была открыта и первая мостовая современного типа, выполненная из цементного основания, покрытого асфальтной мастикой.
Месторождений природного асфальта в мире не так уж и много, но его активная добыча ведется и поныне, а перспективы окончательного истощения мировых запасов оценивают в сотни лет (принимая в расчет нынешние темпы добычи). Уже упомянутое тринидадское смоляное озеро входит в число крупнейших и до сих пор продолжает восполняться за счет гибнущих залежей нефти под ним. Также заслуживают упоминания крупные месторождения в Калифорнии, Аргентине (около 200 точек добычи) Венесуэле, Мёртвом море, а самым большим из всех является Атабаска в Канаде – в пластах песчаников, по оценкам специалистов, на разных глубинах хранится до 100 миллиардов тонн асфальта суммарно.
Что касается нашей страны, природный асфальт начали закупать еще во второй половине XIX века. Достоверно известно, что его использовали в кладке мостовых Санкт-Петербурга. Первая информация о добыче природного материала в царской России датируется 1890-ми годами, когда началась разработка Бахиловского месторождения (Самарская область). Также одним из первых было Шугуровское месторождение в Татарстане, открытое в 1907-1908 годах.
Добыча природного асфальта в России и СССР развивалась медленно, и на большие объемы выработки промышленность так и не вышла. Это связано со сложностью и дороговизной организации процесса добычи. И, как показывает практика (например, в США), даже современные методы разработки не способны существенно увеличить скорость добычи. К тому же, нескольких разведанных месторождений для страны масштабов СССР было недостаточно, и, к примеру, в нашем регионе материал натурального происхождения никогда не использовался.
Искусственный асфальт
Этот материал обходится в изготовлении дешевле, чем добыча натуральной разновидности. И именно он используется в России повсеместно. Далее мы будем называть асфальтом исключительно асфальтобетон промышленного производства.
Искусственный асфальт, или асфальтобетон – материал, который является результатом уплотнения особой смеси из щебня (или гравия), песка, минеральных компонентов и битума в определенных пропорциях. Иногда в состав вводят дополнительные вещества, например, резиновую крошку (частицы не более 1-1,5 мм). Резина придает конечному покрытию дополнительную пластичность, а также высокую степень устойчивости к воде и влаге в целом.
Компоненты смешиваются под воздействием высокой температуры, в результате чего состав обретает пластичную форму. Затем материал укладывается на целевую поверхность и после охлаждения становится твердым.
Далее мы продолжим разбор классификаций асфальта, ориентируясь на актуальный для российских реалий асфальтобетон.
По типу вяжущего средства
Вяжущий материал органического происхождения – компонент асфальта, определяющий его структуру. Вяжущее позволяет создать прочный монолит, соединяя минеральное сырье. Консистенция материала изменяется, в зависимости от температуры: от твердой до очень жидкой (от +150 градусов по Цельсию).
Битумы получают в процессе переработки нефти. Они напоминают твердую смолу, состоящую из углеродных и водородных соединений, а также небольшого содержания серы, кислорода, азота и пр. Это сырье, устойчивое к механическому воздействию, атмосферным осадкам, кислотам, щелочам и солям. Наиболее распространены нефтяные битумы. Впрочем, возможны и альтернативы — например, деготь. Но материал на нефтяной основе не вредит экологии в ходе производства и эксплуатации, поэтому сегодня в строительстве дорог стараются отдавать предпочтение именно ему.
Для дорожного строительства применяют дистилляционные (мягкие сорта), высоковакуумные, твердые, оксидированные (невосприимчивые к перепадам температур) и полимерные битумы.
Возвращаясь к вопросу роли вяжущего компонента в составе асфальта, отметим три его разновидности, связанные с типом укладки:
Горячий (на вязких битумах)
Холодный (на жидких битумах)
Литой
Теперь о каждой из них подробнее.
Горячий асфальт
Укладка такого материала – традиционный способ возведения дорог, который до сих пор является самым распространенным в России. Горячая асфальтная смесь готовится в агрегате, после чего укладывается на дорогу и трамбуется. Важно отметить, что на качество результата сильно влияют погодные условия. Если на дорогу выпадет дождь или снег сразу же после укладки, это окажет негативное влияние на его структуру. Обычно работы ведутся при температуре от +5 градусов Цельсия.
Холодный асфальт
Холодный метод чаще применим для ремонта дорог. На участках, где меняется покрытие, удаляются загрязнения, обрамляются края, и в углубление засыпается холодная асфальтная смесь, после чего она утрамбовывается и посыпается песком, либо цементной пылью. Данный способ укладки асфальта имеет ряд технологических преимуществ: возможность вести работу в холодную погоду, длительно хранить состав. Кроме того, при использовании такого материала отсутствует необходимость в работе укладочной техники.
Литой асфальт
Также стоит упомянуть эту разновидность, которая практически не используется в нашей стране по причине дороговизны материала и оборудования. В соответствии с технологией, асфальт разогревается до температуры +250 градусов Цельсия и заливается в виде текучей жидкости на подготовленный участок. Далее материал равномерно заполняет поверхность и застывает, не требуя трамбовки.
Резюмируя данный пункт, мы хотим отметить определяющую важность данной классификации. Асфальт на жидких и вязких битумах оптимален для принципиально разных задач и рабочих кондиций.
По величине минеральных зерен
Это вторая ключевая классификация для материала. В соответствии с ней, выделяют три общие разновидности асфальта:
Крупнозернистый (щебеночный)
Мелкозернистый (гравийный)
Песчаный
Крупнозернистый асфальт
Данный асфальтобетон включает фракции гравия или, преимущественно, щебня с диаметром зерна до 40 мм. Частицы такой величины не способны обеспечить плотное сцепление материала самостоятельно, поэтому в смесь вводится доля песка и мелких минеральных добавок. Материал используется для обустройства нижних слоев дорог, в особенности, когда речь идет о крупных магистралях, мостах, эстакадах и трассах с высокой нагрузкой в целом. Также подходит для осуществления зональных ремонтов дорог с большой толщиной покрытия.
Мелкозернистый асфальт
Мелкозернистая разновидность материала включает в себя фракции гравия и щебня до 20 мм. Применяется для обустройства верхних слоев дорожного покрытия, а также велосипедных дорожек и тротуаров. Плотность у него выше крупнозернистой разновидности, но при этом мелкозернистая структура более склонна к деформации. Проблема обычно решается за счет введения в состав дополнительных компонентов.
Песчаный асфальт
Такой материал включает в себя зерна до 10 мм. Потребность в малом размере фракций и обуславливает использование песка. Это средство обустройства дорог с наименьшей нагрузкой: проездов, парковок, тротуаров, подъездных дорог.
Продолжение читайте на нашем сайте: