Дорожные асфальтополимерсеробетоны структурированные хризотил-асбестовыми волокнами
Автор: Братчун В.И., Пшеничных О.А., Ромасюк Е.А., Беспалов В.Л., Радюкова Э.Л., Леонов Н.С.
Журнал: Агротехника и энергообеспечение @agrotech-orel
Рубрика: Перспективные проекты
Статья в выпуске: 1 (42), 2024 года.
Бесплатный доступ
Теоретически и экспериментально установлено оптимальное сочетание минерального остова асфальтобетона, микроармированного хризотил-асбестом (II структурный тип макроструктуры), и комплексно-модифицированной микроструктуры асфальтовяжущего вещества. Разработан состав комплексно модифицированного асфальтополимерсеробетона микроармированного хризотил-асбестовым волокном, который содержит нефтяной дорожный битум марки БНД 40/60 микроармированный бутадиенметилстирольным термоэластопластом СКМС-30 (2% мас), технической серой (S=25-30% мас), механоактивированный 0,5 % мас. СКМС-30 минеральный порошок и хризотиласбестовые волокна 1% мас в композиции с минеральным остовом с концентрацией щебня 45-55% мас., с минимальной межзерновой пустотностью, не >16%. Асфальтополимерсеробетонные смеси с комплексно модифицированной микроструктурой, микроармированные хризотил-асбестом, отличаются повышенной удобоукладываемостью и уплотняемостью в широком диапазоне температур (53-140°С). Характеризуются повышенными деформационно-прочностными характеристиками, например, имеют повышенную жесткость, которая в 12 раз выше, чем у традиционного асфальтобетона. Для ГУП Министерства транспорта ДНР «АВТОДОР» разработаны «Рекомендации по производству и применению асфальтополимерсеробетонных смесей армированных хризотил-асбестовыми волокнами для устройства слоев нежестких дорожных одежд».
Нефтяной дорожный битум, хризотил-асбест, комплексно-модифицированный асфальтополимерсеробетон армированный хризотил-асбестовыми волокнами
Короткий адрес: https://sciup.org/147247736
IDR: 147247736 | УДК: 625.852:622.367.6-037.51
Road asphalt-polymer-seroconcretes structured by chrysotile-asbestos fibers
The optimum combination of the mineral backbone of asphalt concrete micro-reinforced with chrysotile-asbestos (II structural type of macrostructure) and complex-modified microstructure of asphalt-binder has been theoretically and experimentally established. The composition of complex-modified asphalt polymer concrete microreinforced with chrysotile-asbestos fiber has been developed, which contains petroleum road bitumen of BND 40/60 grade microreinforced with butadiene-methylstyrene thermoplastic elastomer SCMS-30 (2 wt%), technical sulfur (S=25-30 wt%), mechanically activated 0,5 wt% of SCMS-30 mineral powder and mineral powder and asphalt binder. SCMS-30 mineral powder and chrysotile asbestos fibers 1% wt. wt. in composition with mineral backbone with crushed stone concentration 45-55% wt. wt, with minimum intergranular voids, not >16%. Asphalt polymer concrete mixtures with complexly modified microstructure, microreinforced with chrysotile-asbestos, are characterized by increased workability and compactibility in a wide range of temperatures (53-140°C). They are characterized by increased deformation and strength characteristics, for example, they have increased rigidity, which is 12 times higher than that of traditional asphalt concrete. For the State Unitary Enterprise of the Ministry of Transport of the DNR "AVTODOR" "Recommendations on production and application of asphalt-polymer-seroconcrete mixtures reinforced with chrysotile-asbestos fibers for the arrangement of layers of non-rigid road pavements" were developed.
Текст научной статьи Дорожные асфальтополимерсеробетоны структурированные хризотил-асбестовыми волокнами
Введение. Стандартные горячие асфальтобетоны (ГОСТ Р 5 8406.2-2020), эксплуатируемые в покрытиях нежестких дорожных одежд регионального и местного значения, и дорожно-уличной сети не обеспечивают нормативные сроки эксплуатации автомобильных дорог. После 4-6 лет эксплуатации они нуждаются в капитальном ремонте [1,2,6].
Свойства дорожного асфальтобетона - композиционного материала с коагуляционным типом контактов определяются, прежде всего, физико-механическими свойствами органического вяжущего, оптимальным сочетанием типов макроструктуры, мезоструктуры и микроструктуры минерального остова, порового пространства, а также энергетическим взаимодействием на границе раздела фаз «органическое вяжущее - И68 Агротехника и энергообеспечение. - 2024. - № 1 (42)
минеральный материал» [7,8,10,11].
В работах [3-5,9,12] по проектированию комплексно-модифицированных дорожных асфальтополимербетонов, разработаны теоретические положения и методические рекомендации по проектированию и технологии производства комплексно-модифицированных дорожных асфальтобетонных смесей, характеризующихся широким интервалом укладки и уплотнения в слоях дорожных одежд и повышенными деформационно-прочностными характеристиками дорожных асфальтополимерсеробетонов.
Для устройства покрытий нежестких дорожных одежд на автомобильных дорогах федерального и республиканского значения, и дорожно-уличной сети рекомендуются составы комплексно-модифицированных дорожных асфальтобетонных смесей, в частности, асфальтополимерсеробетонные.
Одним из эффективных способов повышения деформационно-прочностных характеристик дорожных комплексно-модифицированных асфальтополимерсеробетонов является микроармирование их хризотил-асбестовыми волокнами.
В то же время не сформулированы методологические положения формирования оптимальной структуры комплексно-модифицированных дорожных асфальтополимерсеробетонов микроармированных хризотил-асбестовыми волокнами, не изученными являются параметры технологических режимов укладки и уплотнения микроармированных асфальтополимерсеробетонных смесей, а также не исследованы деформационно-прочностные характеристики и коррозионная стойкость микроармированных асфальтополимерсеробетонов.
Целью исследования является теоретическое и экспериментальное обоснование составов технологичных дорожных асфальтополимерсеробетонных смесей для устройства долговечных покрытий нежестких дорожных одежд установлением закономерностей формирования оптимальной структуры комплексно-модифицированного асфальтополимерсеробетона микроармированного хризотил-асбестовыми волокнами.
Теоретические предпосылки исследования.
Применение дисперсных волокон в асфальтополимерсеробетонной смеси целесообразно так как однородное распределение дисперсных волокон в структуре асфальтополимерсеробетона обеспечивает равномерную нагрузку от пневмоколес автомобиля на покрытие дорожной одежды, в частности, растягивающие напряжения. Случайные переплетения армирующих волокон с минеральными частицами создают непрерывную микроструктуру асфальтобетона. Благодаря высокой прочности микроволокон при растяжении, возникновение трещин существенно замедляется.
Дисперсные волокна также структурируют минеральные частицы в структуре асфальтополимерсеробетона, в основном в микро- и в мезоструктурах. При введении 1% дисперсных волокон увеличивается предел прочности асфальтополимерсеробетона при растяжении на 20%. Применение волокон длиной 1,5 мм также повышает сопротивление сдвигу на 15%. Структурированность минеральных частиц дисперсными волокнами увеличивает устойчивость к трещинам на 30% и повышает усталостную долговечность до 5000 циклов в сравнении с 3000 циклами без применения волокон.
Для достижения прочной связи на поверхности раздела фаз «хризотил-асбестовое волокно - асфальтополимерсерное вяжущее» и обеспечения совместной работы вяжущего и минерального остова в дорожном асфальтополимерсеробетоне необходимо создать
Агротехника и энергообеспечение. - 2024. - № 1 (42) И69
оптимальные физико-химические условия. В частности, соблюдение коэффициента вариации содержания ключевого компонента хризотиловых волокон, например l =1 мм не превышающего 16% является одним из важных факторов для обеспечения стабильности качества и однородности материала.
Для обеспечения эффективного армирования материала и предотвращения избыточных деформаций модуль упругости хризотил-асбестового волокна должен быть примерно в 6-8 раз выше, чем модуль упругости армируемого материала. Значения модуля упругости хризотил-асбестового волокна составляет Е=68000-70000 МПа, в то время как расчетное значение модуля упругости дорожного асфальтобетона, приготовленного на битуме марки БНД 40/60, составляет 8600 МПа. Следовательно, модуль упругости армирующего волокна превышает модуль упругости дорожного асфальтобетона в 7,9 раза, что соответствует указанному требованию.
Прочность армирующего волокна на растяжение должна быть значительно выше прочности армируемого материала. Хризотил-асбестовые волокна характеризуются пределом прочности при растяжении в пределах от 910 до 3100 МПа, в то время как дорожный горячий асфальтобетон, приготовленный на нефтяном дорожном битуме марки БНД 40/60, имеет расчетное значение предела прочности при растяжении 10 МПа.
Модификация асфальтополимерсеробетона выполняется методом сухого перемешивания. В процессе тепловой активации и механического перемешивания минеральных компонентов состава, хризотил-асбестовые волокна вводятся в количестве, 1% мас. общей смеси [5,12]. Процесс перемешивания продолжается в течение 3-5 минут до тех пор, пока не обеспечивается равномерное распределение волокон в структуре смеси. Применение данного метода модификации обеспечивает предотвращение возможного неравномерного размещения хризотил-асбестовых волокон в матрице асфальтополимерсеробетона и их скопления в ограниченных участках смеси, что могло бы негативно повлиять на его свойства.
Армирующие волокна обладают небольшой ползучестью, что положительно влияет на длительные температурные напряжения, возникающие как при низких отрицательных температурах, так и при повышенных температурах. В диапазоне температур от -100 °С до +750 °С хризотил-асбест сохраняет свою упругость, что обеспечивает стабильные значения деформационно-прочностных характеристик при изменении температурных условий без значительной деформации или разрушения.
Хризотил-асбест является нерастворимым в воде соединением, что обеспечивает сохранение прочности асфальтополимерсеробетона при воздействии воды.
Армирующий материал (фибра) должен быть экологически безопасным и соответствовать требованиям, установленным для строительства и эксплуатации дорожных покрытий. Применение изделий из хризотил-асбеста, который является одной из разновидностей строительных материалов, разрешено в Российской Федерации согласно техническим нормативам ГН 2.1.2/2.2.1.1009-00, утвержденным главным санитарным врачом России.
При применении микроволокон хризотил-асбеста марки А-6К-30 соответствующих ГОСТ 12871-93 производителя УРАЛАСБЕСТ формируется структурированное асфальтовяжущее вещество, армированное асбестовыми волокнами. Фракционный состав волокон обеспечивает создание линейных контактов с частицами известнякового минерального порошка, повышая деформационно-прочностные характеристики дорожного асфальтополимерсеробетона. Один элемент хризотилового волокна способен связывать до 19
частиц порошка, а так как концентрация волокон длиной более 1 мм составляет 30% массы, то одновременно реализуется 6 линейных контактов. Таким образом, в плоскости формируется 36 межмолекулярных связей, а в объеме 2,74 мм3 образуется 216 контактов. В одном см3 таких связей образуется 78838. Это значительно повысит деформационнопрочностные характеристики комплексно-модифицированного дорожного асфальтополимерсеробетона, армированного микроволокнами хризотил-асбеста марки А-6К-30.
Однородное распределение хризотил-асбестовых волокон в объеме асфальтополимерсеробетона приведет к равномерному распределению растягивающих напряжений за счет хаотичного защемления и переплетения армирующих волокон с частицами минерального остова. Высокая прочность микроволокон при растяжении замедлит рост трещин. Каждая минеральная частица, прежде всего, в микро- и мезоструктуре дорожного асфальтобетона структурируется волокнами хризотил-асбеста, имеющего адсорбционно-сольватные слои битумополимерсерного вяжущего на своей поверхности. Это создаст прочную пространственную матрицу, что позволит значительно повысить предел прочности дисперсно-армированного асфальтополимерсеробетона при растяжении, сдвигоустойчивость, трещиностойкость и усталостную долговечность нежестких дорожных одежд (рис 1).
Рисунок 1 - Блок-схема получения горячей асфальтополимерсеробетонной смеси с комплексно-модифицированной микроструктурой дисперсноармированной хризотил-асбестовыми волокнами.
Характеристика объектов и методов исследований.
В качестве объектов исследования приняты дорожный нефтяной битум марки БНД 40/60, модификаторы микроструктуры асфальтобетона: каучук синтетический бутадиенметилстирольный СКМС-30 АРКМ-15 ГОСТ 11138-2019; техническая сера, соответствующая требованиям ГОСТ 127.1-93.
Щебень и искусственный песок получены из гранита Каранского карьера (Донецкая Народная Республика) с показателями качества: дробимость: 6,2 %, марка щебня по прочности -1400; истираемость щебня в полочном барабане 2,3 %; насыпная плотность щебня 1410 кг/м3; истинная плотность щебня 2670 кг/м3; морозостойкость (F > 200 циклов); содержание зерен лещадной и игловатой формы – 6,5 %; гранулометрический состав минеральной части асфальтобетона типа «Б»: 15…10 – 22,8 %, 10…5 – 17,2 %, 5…2,5 – 17,2 %, 2,5…1,25 – 12,8 %, 1,25…0,63 – 8,3 %, 0,63…0,315 – 6,5 %, 0,315…0,14 – 4,8 %, 0,14…0,071 – 3,2 %, минеральный порошок – 7,2 %.
Использован известняковый минеральный порошок (МП) с показателями качества: содержание СаСО 3 – 92 %; удельная поверхность S 1,2 = 400 м2/кг; плотность 2715 кг/м3; средняя плотность под нагрузкой 40 МПа – 1880 кг/м3; пустотность – 31,8%; битумоемкость 50%; хризотил-асбест марки А-6К-30 (ГОСТ 12871-2013, производитель УРАЛАСБЕСТ) с фракционным составом: l =1,35мм-30%, l =0,4 не>20%, массовая доля гали - 0,6%, удельная эффективная активность естественных радионуклидов 15 Кл/кг (менее 59,8).
Изучение оптимальных температур уплотнения асфальтополимерсеробетонных смесей осуществляли как методом, моделирующим укатку асфальтобетонных смесей катками с жесткобарабанными вальцами, так и энергетическим методом. Определение предела прочности при изгибе определяли на приборе МИИ-100 в диапазоне температур 00С…600С. Сдвигоустойчивость (устойчивость), условную пластичность и условную жесткость микроармированных асфальтополимерсеробетонов определяли на приборе Маршалла при температуре 600С. Тепловое старение комплексно-модифицированных, микроармированных хризотил-асбестовыми волокнами выполнено в климатической камере ИП-1.
Экспериментальные исследования.
Для того, чтобы учесть взаимодействие факторов (таблица 1), влияющих на дисперсно–армированный асфальтобетон, таких как массовая концентрация модифицированного органического вяжущего и концентрация хризотил–асбестовых волокон, использован метод экспериментально-статистического планирования эксперимента. Это позволило определить оптимальное соотношение органического вяжущего и армирующих волокон в составе асфальтополимерсеробетонной смеси, которое обеспечивает необходимые деформационно–прочностные свойства, а именно: предел прочности при сжатии при R 20 , У 1 , не более 6.5 МПа и предел прочности при изгибе R 20 , У 2, не менее 2.2 МПа (таблица 1).
Таблица 1 - Значение факторов варьирования, которые действуют на асфальтовяжущее вещество, представленное «битумополимерсерным вяжущим – хризотиласбестовыми волокнами»
|
№ п/п |
Код фактора |
Физический смысл фактора |
Ед. изм. |
Интервал варьирования |
Уровни фактора |
||
|
–1 |
0 |
+1 |
|||||
|
1 |
X 1 |
Массовая концентрация хризотил–асбестовых волокон |
% |
0,5 |
0,5 |
1,0 |
1,5 |
|
2 |
X 2 |
Массовая концентрация битумополимерсерного вяжущего |
% |
0,5 |
5,0 |
5,5 |
6,0 |
Получены уравнения регрессии в виде полиномов второй степени (уравнение 1 и 2).
Для предела прочности при сжатии:
Y 1 (x, y) = 36,97+8,15x+14,38y–0,18x2 – 49,2·y2+12,66·x·y–2.56·x2 y+8.36·x·y2 (1)
Для предела прочности при изгибе:
Y 2 (x, y) = 65,05+18,89·x+39,78·y–1.26·x2–39.88·y2+0,42·x·y–1.2·x2 · y+6.76·x·y2 (2)
Коэффициент корреляции 0,96 и 0,95, коэффициент вариации 0,032 и 0,030 соответственно. Информационная способность моделей 1 и 2 проверена с помощью критерия Фишера. Определены доверительные интервалы значений для функций отклика. Выделена область оптимальных значений факторов системы, а именно массовая концентрация хризотил-асбестового волокна 0,75-1,2% и массовая концентрация битумополимерсерного вяжущего вещества 5,25-5,7%.
Определение стандартных физико-механических свойств дорожных асфальтобетонов, отличающихся составом асфальтовяжущего вещества, показало, что микроармирование хризотил-асбестовыми волокнами дорожного асфальтополимерсеробетона приводит к существенному росту предела прочности при сжатии в области положительных температур R 50A =2,2МПа > R 50C =1,2МПа, (где R 50A и R 50C – соответственно предел прочности при сжатии при 50 0С микроармированных и стандартных дорожных асфальтобетонов), и высокому значению коэффициента длительной водостойкости K вдА =1,0 > К вдС =0,85 (табл. 1). Характерным также является более пологая зависимость предела прочности при сжатии от температуры Кта<Ктс. Относительное значение температурно-прочностных характеристик в диапазоне 00С…500С снижается в 1,8 раза.
Выполнен сравнительный анализ физико-механических свойств дорожных асфальтобетонов, отличающихся составом асфальтовяжущего вещества, таблица 2. Комплексно-модифицированный горячий асфальтополимерсеробетон, структурированный хризотил-асбестовым волокном, существенно превосходит стандартный по прочности и длительной водостойкости.
Таблица 2- Физико-механические свойства дорожных асфальтобетонов отличающихся составом асфальтовяжущего вещества
|
№ п/п |
Показатели |
Состав асфальтовяжущего вещества в мелкозернистом асфальтобетоне (тип Б) |
||
|
Битум БНД 40/60 (П 25 =59·0,1 мм), МП известняковый не активирован (Б=5%) |
Битум БНД 40/60 (П 25 =59·0,1мм) модифицирован комплексной добавкой 2% мас. термоэластопласта СКМС 30 и 30% мас. технической серы; минеральный порошок известняковый поверхностно- активирован 0,5% мас СКМС-30 (Б=5%) |
Битум БНД 40/60 (П 25 =59·0,1мм) модифицирован комплексной добавкой 2% масс термоэластопласта СКМС-30 и 30% технической серы; минеральный порошок известняковый поверхностно-активирован 0,5% мас. СКМС-30; асфальтобетонная смесь микроармирована 1% мас. хризотил- асбестовым волокном. (Б=5.5%) |
||
|
1 |
Средняя плотность, кг/м3 |
2400 |
2410 |
2415 |
|
2 |
Водонасыщение, w, % от объема |
2,9 |
1,2 |
1,4 |
|
3 |
Предел прочности при сжатии, МПа, при 00С 200С 500С |
7,8 3,1 1,2 |
7,2 3,9 1,7 |
8,0 5.8 2,2 |
|
4 |
Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении, К вд |
0,85 |
1,0 |
1,0 |
|
5 |
Коэффициент теплостойкости, К т =R 0 /R 50 |
6,5 |
4,2 |
3,6 |
Модифицированные асфальтобетонные смеси более технологичны, чем горячие асфальтобетонные. Оптимальный интервал температур уплотнения асфальтобетонных смесей с комплексно-модифицированной микроструктурой 53…140 °С, а для горячих асфальтобетонных, приготовленных на нефтяном дорожном битуме БНД 40/60 90…130 °С. Это позволит продлить строительный сезон и увеличить дальность транспортирования асфальтобетонной смеси, а также эффективное время уплотнения.
Следовательно, приготовленная для укладки асфальтополимерсеробетонная смесь, микроармированная хризотил-асбестовым волокном, должна иметь температуру 140…155 °С. Уплотнение микроармированных асфальтополимерсеробетонных смесей необходимо вести в интервале температур 53…140 °С.
Установлено, что при комплексной модификации асфальтовяжущего вещества и микроармировании его хризотил-асбестовыми волокнами в 12 раз возрастает способность сопротивления напряжениям, формируемых пластические деформации микроармированного хризотил-асбестовым волокном асфальтополимерсеробетона в сравнении со стандартным мелкозернистым асфальтобетоном типа Б методом определения коэффициента подвижности по И.А. Рыбъеву. Устойчивость по Маршаллу составляет 26,83 кН в сравнении с 15,26 кН у традиционных асфальтобетонов (таблица 3).
Комплексно-модифицированный асфальтополимерсеробетон микроармированный хризотил-асбестовыми волокнами характеризуется более высоким значением коэффициента длительной водостойкости (Квд = 0,83 после 90 суток водостойкости), в то время как у стандартного асфальтобетона этот показатель равен 0,57.
Кроме того, комплексно-модифицированный асфальтобетон, армированный хризотил-асбестовым волокном, характеризуется высокой устойчивостью к циклическому замораживанию и оттаиванию. После 100 циклов попеременного замораживания-оттаивания коэффициент морозостойкости (F) для комплексно-модифицированных асфальтобетонов составляет F=0,82, тогда как у стандартного асфальтобетона этот показатель равен F=0,40.
Таблица 3 - Значение показателей, характеризующих сдвигоустойчивость асфальтобетонов (тип Б) по Маршаллу (температура испытаний 600С)
|
№ п/п |
Состав асфальтобетонной смеси |
Условная пластичность, 1/10мм |
Устойчивость, P, H |
Условная жесткость, А, Н/мм |
|
1 |
Мелкозернистый асфальтобетон (тип Б), приготовленный на битуме БНД 40/60 (П 25 =59·0,1мм); минеральный порошок известняковый не активирован, содержание битума 5% мас. сверх 100% минеральной части |
46 |
15256 |
3317 |
|
2 |
Мелкозернистый асфальтобетон (тип Б), приготовленный на битумополимерсерном вяжущем (битум 59·0,1мм с 2% мас бутадиенметилстирольного каучука СКМС-30 и 30% мас. технической серы); минеральный порошок известняковый поверхностно-активирован 0,5% мас. терпоэластопластом СКМС-30; содержание модифицированного битума 5% мас. сверх 100% минеральной части |
39 |
22981 |
5892 |
|
3 |
Мелкозернистый асфальтобетон (тип Б), приготовленный на битумополимерсерном вяжущем (битум П 25 =59·0,1мм с 2% мас. бутадиендиметилстирольного каучука СКМС-30 и 30% мас. технической серы); минеральный порошок известняковый поверхностно-активирован 0,5% мас. СКМС-30; асфальтополимерсеробетонная смесь структурирована хризотил-асбестовыми волокнами 1% мас.; содержание модифицированного битума 5,5% мас. сверх 100% минеральной части |
32 |
26830 |
8383 |
Дорожный асфальтополимерсеробетон микроармированный хризотил-асбестовыми волокнами характеризуются значительно меньшей температурной чувствительностью предела прочности при изгибе в диапазоне температур 0…60°С и более высокими значениями расчетного предела прочности при изгибе в области высоких температур 50…60°С (таблица 4).
Таблица 4 - Значение предела прочности асфальтобетона при изгибе, R изг , МПа
|
Индекс бетона |
Состав асфальтовяжущего в мелкозернистом асфальтобетоне (тип Б) |
Температура, 0С |
|||
|
0 |
20 |
40 |
60 |
||
|
1 |
Асфальтовяжущее вещество: органическое вяжущее-битум нефтяной дорожный П 25 =59 градусов шкалы пенетрометра; минеральный порошок известняковый неактивированый; содержание битума 5% мас. сверх 100% минеральной части |
7,5 |
1,5 |
0,5 |
0,2 |
|
2 |
Асфальтовяжущее вещество: органическое вяжущее-битум нефтяной дорожный П 25 =59 шкалы пенетрометра, модифицированный 2% СКМС-30 и 30% технической серы; известняковый минеральный порошок активирован 0,5% мас. СКМС-30; содержание модифицированного битума 5% мас. сверх 100% минеральной части |
6 |
3,5 |
1,6 |
0,7 |
|
3 |
Органическое вяжущее-битум нефтяной дорожный П 25 =59 градусов шкалы пенетрометра, модифицированный 2% термоэластопласта СКМС-30 и 30% технической серы; минеральный порошок поверхностно активирован 0,5% мас. СКМС-30; асфальтополимерсеробетонная смесь структурирована хризотил-асбестовыми волокнами 1% мас; содержание комплексно-модифицированного органического вяжущего 5,5% мас. сверх 100% минеральной части |
7,02 |
4,1 |
1,8 |
0,9 |
Практическая реализация исследований.
Для ГУП ДНР «АВТОДОР» Министерства транспорта ДНР разработаны «Рекомендации по производству и применению асфальтополимерсеробетонных смесей, армированных хризотил-асбестовыми волокнами для устройства слоев нежестких дорожных одежд». Рассчитана предполагаемая экономическая эффективность от внедрения комплексно-модифицированных дорожных асфальтобетонов, микроармированных волокнами хризотил-асбеста. Себестоимость одной тонны смеси составила 4500 рос. руб. Результаты исследований внедрены в учебный процесс в качестве учебного материала в дисциплинах: Б1.В.02 «Дорожно-строительные материалы» (4 семестр, объемом 4 з.е.), Б1.В.ДВ.03.01 «Физико-химическая механика дорожно-строительных материалов» (5 семестр, объемом 3 з.е.) при подготовке бакалавров по направлению 08.03.01 «Строительство» по профилю «Автомобильные дороги» и Б1.В.04 «Современные композиционные материалы для дорожного строительства» (3 семестр, объемом 4 з.е.) при подготовке магистров по направлению 08.04.01 «Строительство» по программе «Теория и практика проектирования и строительства автомобильных дорог и аэродромов».
ВЫВОДЫ
Теоретически и экспериментально установлено, что оптимальное сочетание гранулометрии минерального остова асфальтобетона микроармированного хризотил-асбестом (II тип макроструктуры), и комплексной модификацией микроструктуры асфальтовяжущего вещества с применением органического вяжущего, модифицированного бутадиенметилстирольным каучуком СКМС-30 и технической серой, совместно с поверхностной активацией минерального порошка бутадиенметилстирольным каучуком СКМС-30, является эффективным способом повышения долговечности асфальтобетонных покрытий на автомобильных дорогах в региональных условиях Донецкой Народной Республики и регионах Российской Федерации, относящихся к III, IV и V дорожноклиматическим зонам.
-
1. С использованием экспериментально-статистического моделирования определены оптимальные массовые концентрации компонентов в составе комплексно-модифицированного микроармированного асфальтополимерсеробетона с применением хризотил-асбестового волокна марки А-6К-30, рациональная массовая концентрация которого в минеральной части составляет 1% мас., а массовая концентрация битумополимерсерного вяжущего вещества - 5,5%.
-
2. Экспериментально доказано, что для обеспечения эластичности асфальтовяжущего вещества и прочной связи между комплексно-модифицированным битумом и минеральным материалом, эффективным способом является активация поверхности минерального порошка бутадиенметилстирольным каучуком СКМС-30. При массовой концентрации СКМС-30 на поверхности минерального порошка от 0,5% до 1,0% формируется структурированный слой модификатора. Это обеспечивает повышенную адгезию и когезию пленочного битумополимерсерного вяжущего, что способствует прочной связи на поверхности раздела фаз «органическое вяжущее - минеральный порошок».
-
3. Асфальтополимерсеробетонные смеси микроармированые хризотил-асбестом характеризуются повышенной удобоукладываемостью и уплотняемостью в диапазоне температур (от 53 до 140 0С), в отличие от традиционных горячих асфальтобетонных смесей (от 90 до 130 0С). Это обусловлено тиксотропными свойствами модифицированного асфальтовяжущего вещества, развитыми адсорбционно-сольватными слоями битумополимерсерного вяжущего на поверхности минеральных материалов и более пологой зависимостью вязкости асфальтовяжущего вещества от температуры.
-
4. Микроармированные хризотил-асбестовыми волокнами асфальтополимерсеробетоны обладают широким диапазоном вязкоупругого поведения в дорожных покрытиях (от температуры механического стеклования, которая составляет минус 32,5°C до температуры перехода в вязкотекучее состояние 75°C). Они характеризуются повышенным сопротивлением сдвигу и динамическим модулем упругости при положительных температурах. Микроармированные хризотил-асбестом асфальтополимерсеробетоны характеризуются низким показателем температурной чувствительности в диапазоне температур 0...600С (Кт = 0,011) в сравнении с горячим асфальтобетоном (Кт = 0,025), что обеспечивает необходимый комплекс деформационно-
прочностных характеристик покрытия дорожной одежды в диапазоне эксплуатационных температур. Коэффициент старения комплексно–модифицированного асфальтобетона микроармированного хризотиласбестовым волокном после 1200 часов прогрева при 750С и ультрафиолетовом облучении составил Кст=1,24, для стандартного асфальтобетона Кст=1.48 Комплексно–модифицированные асфальтополимерсеробетоны микроармированные волокнами хризотиласбеста характеризуются высокой долговечностью в условиях длительного водонасыщения. Так, коэффициент длительной водостойкости стандартного горячего асфальтобетона после 90 суток водостойкости равен Квд = 0,57, а комплексно– модифицированного микроармированного хризотиласбестом Квд = 0,83. Комплексно– модифицированные дорожные асфальтобетоны армированные хризотиласбестовыми волокнами после 100 циклов попеременного замораживания–оттаивания, характеризуется коэффициентом морозостойкости F=0,82, а стандартный горячий асфальтобетон F=0,40.
Список литературы Дорожные асфальтополимерсеробетоны структурированные хризотил-асбестовыми волокнами
- Вeрeнько, В. A. Новыe мaтeриaлы в дорожном строитeльствe: учeбноe пособиe / В. A. Вeрeнько. – Минск: УП «Тeхнопринт», 2004. – 170 с. – ISBN 985-464-634-3. – Тeкст: нeпосрeдствeнный.
- Горeлышeв, Н. В. Aсфaльтобeтон и другиe битумоминeрaльныe мaтeриaлы: учeбноe пособиe / H. B. Горeлышeв. – Москвa: Можaйск-Тeррa, 1995. – 177 с. – Тeкст: нeпосрeдствeнный.
- Гохмaн, Л. М. Примeнeниe полимeрно-битумных вяжущих в дорожном строитeльствe / Л. М. Гохмaн. – Тeкст: нeпосрeдствeнный // Примeнeниe полимeрно-битумных вяжущих нa основe блоксополимeров типa СБС. – Москвa: Цeнтр мeтрологии, испытaний и сeртификaции МAДИ (ТУ), 2001. – С. 3–60.
- Гохман, Л.М. Битумы, полимерно-битумные вяжущие, асфальтобетон, полимерасфальтобетон: учебно-методическое пособие. - М.: ЗАО "ЭКОН-ИНФОРМ", 2008. - 117 с.
- Дедюхин, А. Ю. Разработка технологии дисперсного армирования асфальтобетонных смесей несортовыми фракциями волокон хризотила: специальность 05.23.11 "Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей": диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Дедюхин Александр Юрьевич. - Екатеринбург, 2009. - 143 с. - Текст: непосредственный.
- Дорожный aсфaльтобeтон / Л. Б. Г eзeнцвeй, Н. В. Горeлышeв, A. М. Богуслaвский, И. В. Королeв. – Москвa: Трaнспорт, 1985. – 350 с. – Тeкст: нeпосрeдствeнный.
- Илиополов, С. К. Динaмикa дорожных конструкций: моногрaфия / С. К. Илиополов, М. Г. Сeлeзнeв, E. В. Угловa. – Ростов-нa-Дону, 2002. – 258 с. – Тeкст: нeпосрeдствeнный.
- Кaлгин, Ю. И. Устaлостнaя долговeчность холодного aсфaльтобeтонa нa основe модифицировaнных ж идких б итумов / Ю. И. К aлгин, В. Т. Eрофeeв. – Тeкст: нeпосрeдствeнный // Строитeльство, aрхитeктурa, дизaйн. – 2008 – № 2 (51). – С. 98–103.
- Котенко, Н. П. Влияние полимерных и функциональных добавок на свойства битума и асфальтобетона / Н.П. Котенко, Ю.С. Щерба, А.С. Евфорицкий – Тeкст: нeпосрeдствeнный // Известия высших учебных заведений. – 2018. – № 1. – С. 94–99.
- Маляр, В. В. Расчет напряженно-деформированного состояния асфальтобетона на основе моделирования его структуры / В. В. Маляр. – Тeкст: нeпосрeдствeнный // Вестник ХНАДУ. – 2014. – вып. 67. – С. 98–101.
- Пaктeр, М. К. Прогнозировaниe долговeчности aсфaльтобeтонa по измeнeнию группового состaвa битумa в процeссe тeрмоокислитeльного стaрeния / М. К. Пaктeр, В. И. Брaтчун, A. A. Стукaлов. – Тeкст: н eпосрeдствeнный // Вісник Донбaської нaціонaльної aкaдeмії будівництвa і aрхітeктури. – 2014. – Випуск 2014-1(93) Сучaсні будівeльні мaтeріaлі. – С. 25–40.
- Тeорeтико-экспeримeнтaльныe принципы получения дорожных бетонов на органических вяжущих повышенной долговечности с комплeксно-модифицировaнной микроструктурой / В. И. Брaтчун, В. Л. Бeспaлов, М. К. Пaктeр [и др.]. – Тeкст: нeпосрeдствeнный // Вісник Донбaської нaціонaльної aкaдeмії будівництвa і aрхітeктури. – 2012. – Випуск 2012-1(93) Сучaсні будівeльні мaтeріaли. – С. 25–40.