Применение молотого боя асбестоцементных изделий в качестве минерального порошка асфальтобетона
Автор: Битуев А.В., Печерский С.А., Калашников П.И.
Журнал: Вестник Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления @vestnik-esstu
Рубрика: Технические науки
Статья в выпуске: 4 (67), 2017 года.
Бесплатный доступ
В статье приведены результаты исследований по применению отходов асбестоцементных изделий с кровель зданий в асфальтобетонных смесях для дорожного строительства. Показана возможность применения боя асбестоцементных изделий в качестве минерального порошка. Свойства полученного минерального порошка соответствуют требованиям государственного стандарта по марке МП-3, которая характерна для отходов промышленного производства. Приведены основные параметры, определяющие физико-механические характеристики асфальтобетонных смесей с минеральным порошком из боя асбестоцемента. Данные показатели соотнесены с характеристиками эталонных образцов и требованиями государственных стандартов. В результате полученных лабораторных испытаний определено, что бой асбестоцементных изделий увеличивает прочностные характеристики асфальтобетонов, соответствует требованиям государственных стандартов.
Асбестоцементные изделия, минеральный порошок, асфальтобетон, битум
Короткий адрес: https://sciup.org/142228418
IDR: 142228418
Текст научной статьи Применение молотого боя асбестоцементных изделий в качестве минерального порошка асфальтобетона
Федеральными и республиканскими нормативно-правовыми актами предусмотрен капитальный ремонт многоквартирных домов, куда входит и ремонт крыш.
В соответствии с отчетом о деятельности некоммерческой организации «Фонд капитального ремонта общего имущества в многоквартирных домах в Республике Бурятия» за 2016 г. в краткосрочный план капитального ремонта на 2016-2017 гг. включены 183 многоквартирных дома в 18 муниципальных образованиях Республики Бурятия на общую сумму 488,58 млн. руб.
При этом общее количество многоквартирных домов, подлежащих капитальному ремонту в 2014-2043 гг., составляет 4194 единицы [1].
Таким образом, очевидна необходимость эффективной утилизации боя кровельного шифера многоквартирных домов, в том числе для производства строительных материалов.
Молотый бой асбестоцементных изделий можно использовать как модифицирующую добавку в битумное вяжущее, улучшающую его свойства [2], а также в качестве минерального порошка для получения асфальтобетонных смесей.
В статье рассмотрена возможность применения молотого боя асбестоцементного шифера как минерального порошка при приготовлении асфальтобетонных смесей, что ранее не было изучено и не находило практического применения. C учетом необходимости дорожной отрасли Республики Бурятия в получении качественного асфальтобетона с улучшенными физико-механическими и деформативными свойствами были выполнены исследования по получению асфальтобетона с использованием отходов асбестоцементных изделий (далее - АЦИ) в качестве минерального порошка.
За эталон минерального порошка брали классический карбонатный порошок марки МП-1. Минеральный порошок, полученный из АЦИ, соответствует требованиям ГОСТ 32761-2014, а именно марке МП-3. Количественные характеристики минерального порошка на основе АЦИ приведены в таблице 1.
Таблица 1
Соответствие минерального порошка на основе АЦИ требованиям ГОСТ 32761-2014
|
Наименование показателя |
Требования ГОСТ 32761-2014 к МП-3 |
Фактические результаты испытаний АЦИ |
Соответствие требованиям ГОСТ32761-2014 |
|
Зерновой состав, % по массе, не менее: - мельче 2 мм;
|
100 75 60 |
100 78 61 |
соответствует соответствует соответствует |
|
Пористость, %, не более |
40 |
38 |
соответствует |
|
Битумоемкость, г, не более |
80 |
80 |
соответствует |
|
Влажность, % по массе, не более |
2,5 |
1,5 |
соответствует |
|
Водостойкость образцов из смеси минерального порошка с битумом, не менее |
0,7 |
0,85 |
соответствует |
|
Набухание образцов из смеси минерального порошка с битумом, %, не более |
3,0 |
2,9 |
соответствует |
|
Содержание водорастворимых соединений, % по массе, не более |
6 |
5,5 |
соответствует |
|
Содержание полуторных оксидов, % по массе, не более |
1,7 |
1,3 |
соответствует |
Проведению экспериментальных исследований предшествовала подготовка боя шифера: предварительное грубое измельчение на щековой дробилке, а затем тонкое измельчение на лабораторном виброистирателе ВИ-4*350 для получения требуемого гранулометрического состава.
Свойства минерального порошка определялись согласно ГОСТ 12784-78 (табл. 2).
Сравнительные характеристики минеральных порошков
Таблица 2
|
Вид минерального порошка |
Остатки на ситах, % |
ρ нас, кг/м3 |
Битумо-емкость, % |
Отношение ρ нас.МП-1 / ρ нас. АЦИ |
Отношение битумоемкость МП / битумоем-кость АЦИ |
|
|
0,315 |
0,071 |
|||||
|
МП-1 |
100 |
85 |
1024 |
28 |
- |
- |
|
АЦИ (МП-3) |
100 |
95 |
728 |
32 |
1,4 |
1,14 |
Как следует из таблицы 2, асбестоцементный порошок отличается от карбонатного меньшей насыпной плотностью в среднем на 40% и большей битумоемкостью - на 14%, что обусловлено его волокнистой структурой. Полученные показатели учитывались при расчетах подбора состава асфальтобетонов.
С использованием в качестве минерального порошка измельченного боя АЦИ были изготовлены образцы плотного, горячего, мелкозернистого асфальтобетона типа «Б» марки II. При подборе состава асфальтобетона определялось оптимальное содержание битума и минерального порошка. Для оптимизации содержания минерального порошка, полученного из АЦИ, была составлена матрица составов с изменением расхода битума от 5 до 6, 5% и расхода минерального порошка от 4 до 5%. При этом отношение битума к минеральному порошку изменялось от 0,91 до 1,625. Результаты исследований по оптимизации количества битума и минерального порошка в составе асфальтобетона представлены в таблице 3.
Таблица 3
Изменение отношения битума к минеральному порошку в составе вяжущего
|
Битум, % МП, % |
5 |
5,5 |
6,0 |
6,5 |
|
4,0 |
1,2 |
1,375 |
1,5 |
1,625 |
|
4,5 |
1,11 |
2 |
1,3 |
1,44 |
|
5,0 |
1 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
|
5,5 |
0,9 |
1 |
1,09 |
1,18 |
Согласно приведенной матрице были изготовлены образцы асфальтобетона, в котором соотношение фракций щебня и песка оставалось постоянным, а именно:
щебень фракции 10-20 – 1 часть;
щебень фракции 5-10 – 2,7 части;
песок – 4,84 части.
При этом содержание асбеста в минеральном порошке было в пределах 0,64-0,825% от минеральной массы.
На каждый состав готовилось по 9 образцов-цилиндров размером ∅ 7,14 мм и h=7,14 мм. Результаты по определению плотности и прочности при различных температурах приведены в таблицах 4 - 7.
Таблица 4
Влияние расхода битума и минерального порошка на изменение плотности асфальтобетонных смесей
|
ρ кг/м3 |
||||
|
битум,% МП,% |
5,0 |
5,5 |
6,0 |
6,5 |
|
4,0 |
2348 |
2347 |
2350 |
2350 |
|
4,5 |
2351 |
2351 |
2354 |
2351 |
|
5,4 |
2360 |
2347 |
2342 |
2349 |
|
5,5 |
2351 |
2348 |
2344 |
2356 |
Как следует из таблицы 4, показатели средней плотности бетона колеблются от 2347 до 2356 кг/м3, а в среднем фактически отвечают обычным асфальтобетонам. Небольшой разброс по плотности свидетельствует об однородности структуры асфальтобетона во всех испытанных 144 образцах.
Таблица 5
Влияние расхода битума и минерального порошка на прочность асфальтобетонных смесей при 20 °
|
R20 сж АЦИ , МПа |
||||
|
битум,% МП,% |
5,0 |
5,5 |
6,0 |
6,5 |
|
4,0 |
3,8 |
4,11 |
4,4 |
4,51 |
|
4,5 |
4,65 |
4,68 |
4,63 |
4,51 |
|
5,4 |
4,64 |
4,65 |
4,67 |
4,65 |
|
5,5 |
4,49 |
4,37 |
4,24 |
4,12 |
Таблица 6
Влияние расхода битума и минерального порошка на прочность асфальтобетонных смесей при 50 °
|
R50 сж АЦИ , МПа |
||||
|
битум,% МП,% |
5,0 |
5,5 |
6,0 |
6,5 |
|
4,0 |
1,82 |
1,97 |
2,11 |
2,16 |
|
4,5 |
2,23 |
2,24 |
2,22 |
2,16 |
|
5,4 |
2,23 |
2,25 |
2,24 |
2,23 |
|
5,5 |
2,15 |
2,09 |
2,03 |
1,97 |
Таблица 7
Влияние расхода битума и минерального порошка на прочность асфальтобетонных смесей при 0 °
|
R0 сж АЦИ , МПа |
||||
|
битум,% МП,% |
5,0 |
5,5 |
6,0 |
6,5 |
|
4,0 |
6,91 |
7,48 |
8,01 |
8,2 |
|
4,5 |
8,47 |
8,51 |
8,43 |
8,31 |
|
5,4 |
8,4 |
8,47 |
8,51 |
8,48 |
|
5,5 |
8,17 |
7,96 |
7,71 |
7,51 |
Анализ результатов проведенных исследований показал, что наименьшие результаты по прочности асфальтобетона с использованием минерального порошка на основе молотого АЦИ соответствуют требованиям стандартов, предъявляемым к асфальтобетону для I дорожно-климатической зоны (табл. 8). Асфальтобетон с использованием порошка АЦИ обладает большей прочностью при 20 и 50 °С. Предел прочности при сжатии образцов асфальтобетона при использования порошка АЦИ при 20 °С увеличился на 10 %, при 50 °С - на 50 %.
Таблица 8
Сводная таблица соответствия асфальтобетона на основе АЦИ требованиям ГОСТ 9128-2013 по основным физико-механическим характеристикам
|
Наименование показателя |
Требования ГОСТ 9128-2013 (тип Б марка II, дорожно-климатическая зона I) |
Фактические результаты испытаний асфальтобетона с АЦИ |
Соответствие требованиям ГОСТ9128-2013 |
|
0 R сж |
не более 10 |
не более 8,51 |
соответствует |
|
20 R сж |
не менее 2,2 |
не менее 3,8 |
соответствует |
|
50 R сж |
не менее 0,9 |
не менее 1,82 |
соответствует |
Предел прочности при сжатии асфальтобетона при 20 ºС колеблется от 3,8 до 4, 68 МПа, в то же время контрольный образец имел прочность 2,89, что доказывает эффективность применения асбестоцементного минерального порошка (табл. 9). На всех исследованных составах прочность бетона превышала прочность на контрольных образцах на 32-62%.
Таблица 9
Эффективность асбестоцементного минерального порошка
|
R сж АЦИ / R сж МП-1 |
||||
|
битум,% МП,% |
5,0 |
5,5 |
6,0 |
6,5 |
|
4,0 |
1,32 |
1,42 |
1,52 |
1,56 |
|
4,5 |
1,61 |
1,62 |
1,60 |
1,58 |
|
5,4 |
1,61 |
1,61 |
1,62 |
1,61 |
|
5,5 |
1,55 |
1,59 |
1,47 |
1,48 |
Расход минерального порошка следует брать в пределах 4,5-5%, а расход битума - 55,5%, но учитывая, что битум и минеральный порошок - самые дорогие компоненты асфальтобетона, оптимальный состав: 4,5% минерального порошка и 5% битума.
Таким образом, по сравнению с контрольным образцом, где содержание минерального порошка - 5%, а расход битума - 6%, применение асбестоцементного порошка позволяет снизить расход битума на 1% и минерального порошка на 0,5%, при этом прочность будет выше контрольной на 60%, что связано с тонкодисперсным армированием структуры асфальтобетона асбестовым волокном.
Заключение
Проведенные исследования доказывают эффективность применения отходов асбестоцементных изделий для модификации битума и в качестве заменителя классического карбонатного порошка, что позволяет увеличить сорбционную способность асфальтобетона и его прочностные характеристики.
Список литературы Применение молотого боя асбестоцементных изделий в качестве минерального порошка асфальтобетона
- Сайт некоммерческой организации «Фонд капитального ремонта общего имущества в многоквартирных домах в Республике Бурятия». - URL: https://site.fondkr03.ru
- Печерский С.А., Урханова Л.А., Битуев А.В. и др. Применение молотого боя асбестоцементных изделий в качестве модификатора асфальтобетона // Вестник ВСГУТУ. - 2016. - № 6. - С. 28-32.
