Составы и свойства сухой строительной смеси для ремонта автодорог с органической добавкой «Эмульбит»

В последнее время среди ученых-материаловедов возник интерес к новому строительному материалу – бетону на органогидравлических вяжущих – искусственному строительному материалу, сочетающему в своей структуре свойства на первый взгляд термодинамически несовместимых органических (битумы, гудроны, дегти) и неорганических гидравлических вяжущих.

Это вызвано появлением новых технологий ремонта и реконструкции дорожных покрытий, а также недостаточной надежностью и долговечностью традиционного асфальтобетона при действии современных транспортных нагрузок. Согласно представлениям [1], при введении в состав асфальтобетонов и других органоминеральных смесей гидравлических вяжущих усиливается взаимодействие на границе раздела фаз, увеличивается прочность и деформационная устойчивость бетонов. Такие композиционные материалы на органо-гидравлическом вяжущем имеют преимущества как перед цементобетонами, так и перед асфальтобетонами за счет снижения температурных напряжений и ветвления трещин на кластерах гидратных новообразований.

С учетом вышесказанного на кафедре «Строительные материалы и изделия» СФУ проведены исследования по разработке органо-минеральных композиций в виде сухих строительных смесей для ремонта асфальтобетонных дорог и получены положительные результаты, защищенные патентами [2, 3].

Кроме составов ремонтных композиций для восстановления дорожного полотна, авторами предложена оригинальная технология приготовления ремонтного раствора из предварительно полученной сухой строительной смеси непосредственно на месте проведения работ. Особенность технологии заключается в том, что смесь затворяется водой в сочетании с комплексной добавкой «эмульбит», поскольку при эксплуатации отремонтированных участков дорожного полотна актуальна проблема совместимости ремонтного и ремонтируемого материалов, достижения максимального уровня циклической долговечности при постоянной деформации. В связи с этим представляет интерес введение в состав ремонтной смеси органического компонента – добавки «эмульбит», состоящей из 47 % битума, 3 % пластификатора, 50 % воды. Добавка вводилась от 0,5 % до 3 % (по расходу битума) от массы вяжущего, заменяя одновременно часть воды затворения.

Результаты исследований

Эффективность добавки и выбор оптимальной дозировки оценивались по влиянию на прочность при сжатии и изгибе, адгезии к основанию, водопоглощению и морозостойкости.

Результаты исследований влияния расхода комплексной добавки «эмульбит» на прочность при сжатии и изгибе в разные сроки твердения приведены на рис. 1, 2.

Анализ результатов изменения прочности в разные сроки твердения показал, что при содержании добавки от 1,0 до 1,5 % в составе композиции наблюдается максимальное (до 20 %) увеличение прочности затвердевшего раствора. Это можно объяснить тем, что после образования минерального каркаса материала в сочетании с водной эмульсией битума возникают особые условия для гидратации гидравлического вяжущего.

Битумная пленка в некоторых местах не полностью покрывает зерна цементного клинкера, в других местах из-за своей доступности (малая толщина, наличие пор как в мембранах) способствует равномерному протеканию гидратационных процессов в цементе. Экспериментальные исследования pH смесей, кинетики сорбции паров воды, прочности системы «цемент-битум-вода» различного состава, рентгеноструктурный и термографический анализ [1] подтверждают наличие указанных процессов гидратации при приготовлении бетонов на органо-гидравлических вяжущих.

—♦— Контрольный состав —■—Эмульбит 0,5%

* Эмульбит 1 %       —■—Эмульбит 1,5 %

Рис. 1. Влияние расхода добавки «эмульбит» на прочность при сжатии в разные сроки твердения

-•— Контрольный —■-Эмульбит 0,5 % —*—Эмульбит 1 % Эмульбит 1,5 %

Рис. 2. Влияние расхода добавки «эмульбит» на прочность при изгибе в разные сроки твердения

Увеличение расхода добавки «эмульбит» до 3 % приводит к снижению прочности ремонтного состава. По-видимому, при таком содержании органическая добавка препятствует доступу воды к гидратирующимся зернам вяжущего и образованию контактов между зернами минерального заполнителя.

Одним из основных требований к ремонтному составу является его адгезия с основанием дорожного полотна. В связи с этим в выполненной работе были проведены исследования по влиянию расхода добавки «эмульбит» на прочность сцепления ремонтной композиции с асфальтобетоном (рис. 3).

Как показывают представленные данные, эмульбит увеличивает адгезионную прочность затвердевшего раствора к основанию при содержании эмульбита в композиции в количестве – 245 –

Возраст, сут

—♦—Контрольный —■-Эмульбит 0,5 % Эмульбит 1 %

Эмульбит 1,5 % Эмульбит 2 %   —е— Эмульбит 3 %

Рис. 3. Влияние добавки «эмульбит» на адгезию ремонтного состава к асфальтобетонному основанию

1,0…1,5 % масс. от расхода вяжущего. При более высоком содержании эмульбита адгезия начинает снижаться, очевидно, за счет создания на поверхности контактирующих фаз пленки битума значительной толщины. Битум переходит из пленочного в объемное состояние, и разрыв происходит по массе битума, в котором когезионные силы менее значительны, чем в минеральном материале.

Влияние расхода эмульбита на водопоглощение ремонтного состава показано на рис. 3, из которого видно, что наличие в ремонтной смеси гидрофобного органического ингредиента – битума, способного образовывать различные по толщине пленки, обволакивающие по -верхность неорганической части материала и кольматирующие открытые поры, способствует значительному снижению водопоглощения.

Результаты исследований морозостойкости ремонтного материала для заделки трещин в асфальтобетонном покрытии автомобильных дорог показали, что морозостойкость ремонтного состава (цемент М 400 – 10 %; зола-унос – 40 %; песок – 50 %; шлам – 5 %; Виннапас RE 524 Z – 4 %; Бермокол E 230 – 2,5 %; эмульбит – 1 % ) находится в пределах 50-150 (определено по ГОСТ 10060-95), как показано в табл.1.

Следует отметить, что наиболее высокая морозостойкость (марка F 150) наблюдается в ремонтном составе с добавкой эмульбита в количестве 2 – 3 % масс., что обусловлено, как уже отмечалось выше, образованием структуры с меньшими размерами пор. Однако при таком содержании эмульбита снижаются прочностные характеристики композиции. Состав с содержанием добавки «эмульбит» в количестве 1 % масс. имеет наилучшие прочностные показатели в сочетании с высокой морозостойкостью, поэтому такое количество эмульбита рекомендуется для практического применения.

В целом в качестве композиции для заделки трещин и выбоин в асфальтобетонном покрытии принят состав, полученный на основе разработанной ремонтной сухой строительной смеси, затворенной водой в сочетании с добавкой «эмульбит». Его характеристики представлены в табл. 2.

Таблица 1. Влияние расхода «эмульбита» на морозостойкость ремонтной композиции

№ состава	Расход эмульбита, % от массы вяжущего	Число циклов замораживания-оттаивания	Прочность при сжатии, образцов, Rсж, МПа		Марка по морозостойкости
			контрольных	основных
1	-	75	5,23	5,20	F 75
2	0,5	75	5,75	5,50	F 75
3	1	100	6,42	6,0	F 100
4	1,5	100	6,0	5,40	F 100

Таблица 2. Состав и свойства композиций для ремонта асфальтобетонных дорожных покрытий

Наименование показателей	Значение показателей для состава, вид ремонта
	Заделка трещин	Заделка выбоин
Состав композиции, г на 1 кг готовой сухой смеси
Портландцемент М400	50	250
Песок (М кр. )	407,5 (1,68)	713,5 (2,38)
Зола-унос	450	-
Шлам	50	-
Микрокремнезем	-	20
Виннапас RE 524 Z	40	15
Бермоколл Е 230	2,5	-
Реламикс	-	1,5
Добавка воды в растворную смесь, мл	230	270
Добавка эмульбита в воду затворения, % от вяжущего / мл	1,0 / 100	1,1 / 59,4
Свойства композиций
Водоудерживающая способность, %	99,7	98,8
Прочность при сжатии, МПа	6,42	19,6
Прочность при изгибе, МПа	2,26	6,42
Трещиностойкость, Rизг/ Rсж.	0,35	0,33
Адгезия к основанию, МПа	1,0	0,83
Водопоглощение, %	6,8	7,34
Коэффициент водостойкости	0,81	0,79
Марка по морозостойкости, F	100	100

Выводы

Введение добавки «эмульбит» в состав композиции для заделки трещин и выбоин в асфальтобетонном покрытии автомобильных дорог в количестве 1,0 % масс. от расхода вяжущего увеличивает адгезионную прочность затвердевшего раствора к основанию на 40 % и снижает водопоглощение на 17…20 % в сравнении с составом без эмульбита. При таком расходе добавки ремонтный состав имеет наилучшее сочетание показателей по прочности при сжатии, изгибе, адгезии, водопоглощению и морозостойкости.