Дорожно-строительные материалы

УДК 625.861
ББК 39.311-03

Г-15

Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей от
информации, причиняющей вред их здоровью и развитию» данная продукция маркировке не подлежит.

Рецензенты:

канд. техн. наук, доц. Е.А. Андреева (СибАДИ, г. Омск, Россия);
канд. техн. наук, доц. О.А. Рычкова (СибАДИ, г. Омск, Россия)

Работа одобрена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве ла
бораторного практикума.

Г-15

Галдина, Вера Дмитриевна.
Дорожно-строительные 
материалы 
: 
лабораторный 
практикум 
/ 

В.Д. Галдина, Е.В. Гурова. – Электрон. дан. – Омск : СибАДИ, 2022. – Режим доступа: http://bek.sibadi.org/MegaPro, для авторизованных пользователей. – Загл. с экрана.

Содержит общие сведения о свойствах дорожно-строительных материалов, мето
дах определения свойств в соответствии с действующими нормативными документами, включает справочные данные и вопросы, необходимые для закрепления изучаемого материала.

Предназначен для студентов всех форм обучения направления «Строитель
ство» при проведении лабораторных занятий по дисциплинам «Дорожностроительные материалы», «Строительные материалы», «Строительные материалы для транспортного строительства».

Имеет интерактивное оглавление в виде закладок.
Работа выполнена на кафедре «Организация, технологии и материалы в 
строительстве». 

Текстовое (символьное) издание (2,86 МБ) 
Системные требования : Intel, 3,4 Пряж 150 МБ ; Windows XP/Visa/7 /10
1 ГБ свободного места на жестком диске; программа для чтения pdf-файлов: 
Adobe Acrobat Reader; Foxit Reader 

Редактор О.А. Соболева 
Верстка – Е.В. Садиной 

Издание первое. Дата подписания к использованию 27.07.2022

Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ
644080, г. Омск, пр. Мира, 5
РИО ИПК СибАДИ
644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1

© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2022

~ 3 ~ 

Введение 

Д

~ 4 ~

С течением времени под влиянием сложного комплекса механи
ческих, физических и химических факторов дорожно-строительные 
материалы постепенно разрушаются. Пригодность материалов для 
конкретных условий определяют по их свойствам. Общими требованиями к свойствам дорожно-строительных материалов являются повышенные значения прочности, износостойкости, водостойкости, морозостойкости, химической стойкости.

Наиболее используемыми органическими вяжущими для до
рожного строительства являются вязкие нефтяные дорожные битумы, 
которые применяются для приготовления горячих асфальтобетонных 
смесей, литых и щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей. 
Для приготовления холодных асфальтобетонных смесей используются жидкие нефтяные битумы. 

При строительстве верхних слоев дорожных покрытий на доро
гах I, II технических категорий, мостах, путепроводах все более широкое применение находят полимерно-битумные вяжущие. 

Эмульсии битумные и битумно-полимерные используются для 

подгрунтовки, при устройстве поверхностной обработки, для приготовления литых эмульсионно-минеральных смесей. 

Оценка качества и проведение испытаний органических вяжу
щих материалов является важным фактором квалифицированного и 
правильного их применения. В лабораторном практикуме рассмотрены методы определения свойств вязких дорожных битумов, жидких 
дорожных битумов и полимерно-битумных вяжущих. 

Ведущим материалом для устройства слоев оснований и покры
тий автомобильных дорог являются асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны. Асфальтобетонные покрытия и основания применяют 
на автомобильных дорогах любой грузонапряженности. Асфальтобетонным покрытиям присущи многие положительные свойства: достаточная механическая прочность, способность к допускаемым упругим 
и пластическим деформациям, высокая демпфирующая способность, 
т.е. к поглощению колебаний, сравнительная простота ремонта покрытий и возможность восстановления изношенных покрытий или 
повторного использования снимаемого старого асфальтобетона.

Лабораторные испытания асфальтобетонных образцов должны 

отражать реальные условия эксплуатации асфальтобетона в дорожном 
покрытии. С учетом американских и европейских стандартов в России
разработаны и введены новые стандарты на технические требования и 

~ 5 ~

методы испытаний асфальтобетонов и стандарты на методы проектирования составов асфальтобетонных смесей: ГОСТ Р 58406.2–2020, 
ГОСТ Р 58406.1–2020, ГОСТ Р 58406.9–2019, ГОСТ Р 58406.10–2020, 
ГОСТ Р 58401.1–2019 и другие стандарты. Общее количество разработанных новых стандартов более 50, включая технические требования и методы испытания материалов для асфальтобетона.

Новые стандарты на асфальтобетоны разработаны с использова
нием методов испытаний, приближающихся к реальным условиям 
эксплуатации асфальтобетона в дорожной конструкции.

Изготовление лабораторных образцов и определение эксплуата
ционных свойств асфальтобетона на соответствие требованиям 
ГОСТ Р 58406.2–2020 достаточно трудоемко для студенческой аудитории. Поэтому в связи с отсутствием испытательного оборудования в 
настоящем лабораторном практикуме рассматриваются
методики

определения свойств минеральных материалов (щебня, песка, минерального порошка) для асфальтобетона, приводится расчет состава 
асфальтобетонной смеси и асфальтобетона и методики определения
свойств горячих асфальтобетонных смесей и асфальтобетона в соответствии с требованиями ГОСТ 9128–2013. Перечень нормативных 
документов и учебной литературы, в которых изложены технические 
требования и методы испытаний, приведены в библиографическом 
списке.

Каждая лабораторная работа выполняется в течение четырехча
сового занятия. Защита лабораторной работы проводится на следующем занятии путем устного или письменного опроса по контрольным 
вопросам.

Авторы выражают благодарность рецензентам канд. техн. наук, 

доцентам Е.В. Андреевой и О.А. Рычковой за ценные советы при подготовке лабораторного практикума.

~ 6 ~ 

~ 7 ~

По консистенции при нормальной температуре битумы могут 

быть твердыми, вязкими и жидкими.

По области применения в строительстве нефтяные битумы де
лятся на дорожные, строительные, кровельные и специальные. 

Нефтяные битумы широко применяются для строительства до
рожных покрытий, тротуаров, полов, изготовления рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов, защиты от коррозии бетонов, металла и других материалов.

Общие требования, предъявляемые к битумам, сводятся к тому, 

чтобы они легко объединялись с каменными материалами, образуя 
прочную и водостойкую пленку; обладали вязкостью, позволяющей в 
период объединения с каменными материалами хорошо его смачивать 
и обволакивать, а в период работы связывать минеральные частицы в 
прочный монолит; были стабильными во времени, т.е. не изменяли 
резко своих свойств в процессе эксплуатации [1].

Физико-химические, 
технологические 
и 
эксплуатационные 

свойства битумов определяются их составом и структурой.

Элементный химический состав битумов, % по массе: углерода 

80–86; водорода 8–12; кислорода 0,2–5; серы 0,5–7; азота 0,2–0,5.
Средняя молекулярная масса битумов равняется 700–800, истинная 
плотность – около 1000 кг/м3.

Элементный химический состав не дает представления о воз
можных химических соединениях, входящих в состав битума. Поэтому определяют групповой химический состав, т.е. содержание отдельных групп углеводородов, характеризующихся более или менее 
близкими свойствами. Битумы обычно разделяют на следующие 
группы углеводородов: масла, смолы, асфальтены. Реже выделяют
карбены и карбоиды, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды, парафины.

Свойства и состав компонентов битумов приведены в табл. 1.
Масла состоят из смеси метановых (парафиновых), нафтеновых, 

моно-, би- и полициклических ароматических углеводородов. При 
комнатной температуре они подвижны, текучи, легко подвержены 
испаряемости и полимеризации при нагревании битума.

Увеличение содержания масел уменьшает вязкость и снижает 

температуру размягчения  битума. Их присутствие положительно отражается на трещиностойкости при отрицательных температурах.

~ 8 ~

Смолы состоят из высокомолекулярных ароматических, цикло
парафиновых и гетероциклических соединений. По химическому составу и строению близки к асфальтенам, но отличаются меньшим содержанием водорода и суммарным содержанием серы, азота, кислорода и металлов. Смолы имеют темно-коричневый цвет и разную 
консистенцию – от тягучей липкой массы до твердых аморфных 
хрупких веществ. Смолы относятся к полярным и поверхностноактивным веществам. Поэтому они улучшают адгезию (сцепление) 
битума с поверхностью зерен минеральных материалов, обеспечивая 
повышенную водостойкость асфальтобетону. Смолы повышают растяжимость и эластичность битума.

Таблица 1

Состав и свойства основных компонентов битумов

Компонент

битума

Молекулярная

масса

Плотность,

кг/м3

Консистенция,

цвет

Содержание,
% по массе

Масла
400–600
911–923
Вязкая жидкость, 

желтая

40–60 

Смолы
500–2000
990–1080

Высоковязкая

жидкость,

темно
коричневая

20–40 

Асфальтены
900–6000 
1010–1240 

Твердые,

черного или 
бурого цвета

10–25 

Асфальтогеновые кислоты
и их ангидриды

500–1500
Более
1000

Высоковязкая

жидкость,

коричнево-серая

До 1

Карбены
и карбоиды

1500–10000
1100–1150
Твердые,
хрупкие,

черного цвета

1–3

Твердые
парафины

300–450
880–915
Твердые, воскообразные белого 

цвета

До 5

Асфальтены – наиболее высокомолекулярные соединения, яв
ляющиеся дисперсной фазой битума. Асфальтены состоят из смеси 
высококонденсированных гетероциклических соединений. Представляют собой твердые тела черного цвета несовершенной кристаллоподобной и аморфной структуры. Пластификаторами и растворителями 
асфальтенов являются ароматические и гетероциклические соедине

~ 9 ~

ния. С увеличением содержания асфальтенов повышается теплоустойчивость, вязкость и твердость, возрастает хрупкость битумов.

Карбены и карбоиды являются высокоуглеродистыми продук
тами высокотемпературной переработки нефти и ее остатков (продукты крекинг-битумов). Увеличение содержания карбенов и карбоидов 
повышает вязкость и хрупкость битумов. По составу и свойствам карбены похожи на асфальтены, но они не растворимы в бензоле, растворимы в сероуглероде.

Асфальтогеновые кислоты и их ангидриды являются наиболее 

полярными компонентами битума. Их содержание определяет интенсивность прилипания битума к минеральным материалам, особенно к 
основным и карбонатным породам. О присутствии асфальтогеновых 
кислот и их ангидридов судят по кислотному числу (0,5–1 мг КОН) и 
числу омыления (10–30 мг КОН).

Парафины – твердые метановые углеводороды. При содержании 

в битуме до 3,0% парафины, как правило, не оказывают влияния на 
свойства битума. Повышенное содержание в битуме твердых парафинов снижает его растяжимость, повышает температуру затвердевания, 
увеличивает хрупкость при отрицательных температурах. При нагревании парафинистый битум переходит в жидкое состояние быстрее, 
чем малопарафинистый.

Химический состав и строение компонентов битума определяют 

его структуру и свойства. В изучении структуры битума существует 
несколько представлений [1].

Согласно теории, рассматривающей битумы как коллоидные си
стемы мицеллярного строения, битумы разделяются на три типа 
структур: «золь», «гель» и «золь-гель». Мицеллы (частицы) битума 
состоят из пучка макромолекул асфальтенов, окруженных молекулами смол. Дальше от ядра асфальтенов располагаются слои меньшей 
молекулярной массы, которые переходят в среду из масел.

Битум структуры «золь» содержит мало асфальтенов и большое 

количество смол и масел (рис. 1, а). Мицеллы в таком битуме не создают пространственной системы. Они свободно перемещаются в маловязкой дисперсионной среде. Такую структуру имеют жидкие битумы при нормальной температуре. Вязкие и твердые битумы переходят в структуру «золь» при нагревании до текучего состояния.

Структура «гель» формируется у твердых битумов. Мицеллы 

создают пространственный каркас (рис. 1, б). При большой концен

~ 10 ~

трации в битуме асфальтенов мицеллы соприкасаются одна с другой 
через тонкие прослойки среды из смол и масел. Пространственная 
решетка из мицелл придает битуму упругие свойства.

Промежуточную структуру «золь-гель» имеют при нормальной 

температуре (20–25 °С) вязкие битумы. В таких условиях они одновременно проявляют вязкие и упругие свойства.

а

б

Рис. 1. Схематическое изображение структур битумов:

а – типа «золь»; б – типа «гель»

~ 11 ~

А.С. Колбановская и В.В. Михайлов рассматривают битумы как 

пространственные дисперсные системы. Основными структурообразующими компонентами битумов – их дисперсной фазой – являются 
асфалътены, которые в зависимости от степени лиофильности набухают в углеводородной среде, в различной степени структурированной смолами. В зависимости от содержания асфальтенов, смол и масел выделяют три структурных типа битумов (табл. 2).

Таблица 2

Групповые химические составы битумов разных структурных типов

Компоненты
Структурно-реологический тип битума

I
II
III

Масла
Более 50%
Менее 40%
46–0%

Смолы
Менее 24%
Более 20%
30–34%

Асфальтены
Более 25%
Менее 18%
21–23%

Структура I типа (по европейской терминологии структура 

«гель») представляет собой коагуляционную сетку-каркас из асфальтенов, находящихся в слабо структурированной смолами дисперсионной среде, которая состоит из смеси парафино-нафтеновых и ароматических углеводородов. Асфальтены, составляющие сетку, взаимодействуют друг с другом полярными лиофобными участками через 
тонкие прослойки дисперсионной среды. На внешней лиофильной 
поверхности асфальтенов адсорбируются смолы, обладающие в тонком пленочном слое повышенными механическими свойствами. Битумы I типа сохраняют пластичность в широком интервале температур, но имеют низкие показатели растяжимости и когезии, а также 
подвержены старению при высоких температурах.

Битумы II типа структуры («золь») содержат мало асфальте
нов, расположенных в сильно структурированной смолами дисперсионной среде. Асфальтены не связаны и не взаимодействуют друг с 
другом. Они адсорбируют смолы и переводят их в пленочное состояние, что  обусловливает достаточную прочность и вязкость системы. 
Битумы II типа менее теплостойки, чем битумы I типа, но отличаются 
повышенными показателями когезии, растяжимости и устойчивости к 
старению.

Битумы III типа («золь-гель») по своей структуре являются 

промежуточным типом между первыми двумя и отличаются зароды