автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Асфальтобетон с повышенными эксплуатационными свойствами для условий жаркого и влажного климата Вьетнама

ЧАН Нгок Хынг

АСФАЛЬТОБЕТОН С ПОВЫШЕННЫМИ ЭКСПЛУАТАЦИОНЫМИ СВОЙСТВАМИ ДЛЯ УСЛОВИЙ ЖАРКОГО И ВЛАЖНОГО КЛИМАТА ВЬЕТНАМА

Специальность 05.23.05 - «Строительные материалы и изделия»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

-ЗНОЯ 2011

Ростов-на-Дону 2011

4858472

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный строительный университет».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Илиополов Сергей Константинович доктор технических наук, профессор Курочка Павел Никитович кандидат технических наук, профессор Юндин Александр Николаевич

Федеральное государственное унитарное

предприятие «РОСДОРНИИ» (СевероКавказский филиал)

Защита состоится « 23 » ноября 2011г. в 10 ч. 15 мин. в ауд. 232 на заседании диссертационного совета ДМ 212.207.02 при Ростовском государственном строительном университете по .адресу: 344022, г.Ростов-на-Дону, ул.Социалистическая,162, т/ф 8(863)263-53-10, E-mail: dis_sovet_igsu@mail.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет».

Автореферат разослан « 21 » октября 2011г. Учёный секретарь

диссертационного совета ■ НалимоваА.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В последнее время во всём мире и, в частности, во Вьетнаме, быстрое развитие экономики требует повышения качества и количества транспортных услуг, которые тесно связаны с состоянием автомобильных дорог. Общая протяжённость сети автомобильных дорог страны составляет около 220 ООО км (в том числе 20000 км федеральных дорог), большинство которых имеют асфальтобетонные покрытия. Тропический климат Вьетнама характеризуется высокой летней температурой (до +40 °С) и большим количеством осадков (до 3000 мм/год), что оказывает негативное влияние на состояние дорожных покрытий. Асфальтобетоны работают в сложных погодных условиях под воздействием постоянно увеличивающихся осевых нагрузок, скорости и интенсивности движения. Раздельное или комплексное воздействие этих факторов приводит к разрушению асфальтобетонов. Наиболее часто встречающимися дефектами асфальтобетонных покрытий являются наплывы, волны, колеи, шелушение, выкрашивание и т.п. в связи с низкой сдвигоустойчивостью, водостойкостью и устойчивостью асфальтобетонов к старению. Реальные сроки службы асфальтобетонных покрытий во многих случаях составляют не более 4-5 лет, а нередко 1-3 года. Каждый год выделяются огромные бюджетные средства на содержание, капитальный ремонт и реконструкцию автомобильных дорог. Для решения этой проблемы в последнее время во Вьетнаме используют передовые технологии, однако их применение ограничивается сложностями, связанными с использованием импортных дорогостоящих материалов и оборудования. В связи с чем вопрос повышения качества асфальтобетона становится все более актуальным.

Одной из основных задач, стоящих перед исследователями Вьетнама, является рационализация подхода к повышению качества асфальтобетона с учетом воздействия транспортных и погодно-климатических факторов. Для обеспечения экономической эффективности приоритетными являются технологии, основанные на использовании широкодоступных во Вьетнаме материалов и промышленных отходов с низкой стоимостью.

Цель диссертационной работы: разработка модифицированных асфальтобетонных смесей с улучшенными структурно-механическими свойствами и повышенной стойкостью к динамическим воздействиям нагрузок и погодно-климатическим условиям Вьетнама.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- выявлены и теоретически обоснованы основные направления улучшения качества асфальтобетонов для эксплуатации в погодно-климатических условиях Вьетнама;

- разработан эффективный резино-полимерный модификатор (РПМ), повышающий качество битумных вяжущих и асфальтобетонных смесей;

- обоснована эффективность улучшения свойств асфальтовяжущего с применением комплексной добавки из РПМ и гидратной извести (ГИ);

- оптимизировано количество компонентов комплексной добавки в битуме и асфальтобетонных смесях, обеспечивающее их повышенную стойкость к погодно-климатическим условиям Вьетнама;

- выявлено воздействие разработанного способа модифицирования на процесс старения и эксплуатационные свойства асфальтобетонных смесей;

проведена оценка технико-экономической эффективности использования комплексного модификатора в производстве асфальтобетонов для дорожного строительства.

Научная новизна:

- теоретически обоснованы основные предпосылки направленного регулирования структурно-реологических и эксплуатационных свойств асфальтобетонных смесей путем модификации его микроструктуры;

разработан комплексный резинополимерный модификатор, улучшающий свойства битумных вяжущих для асфальтобетонов, эксплуатируемых в климатических условиях Вьетнама;

- выявлен механизм воздействия разработанного резинополимерного модификатора и гидратной извести на структурно-механические свойства битумных вяжущих, асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов;

- получен новый строительный материал для дорожных покрытий с повышенной прочностью, коррозионной стойкостью, устойчивостью к колееобразованию и стойкостью к старению в условиях жаркого и влажного климата.

На защиту выносятся:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований по выявлению механизмов воздействия разработанной добавки РПМ и гидратной извести на физико-механические свойства битумного вяжущего и асфальтовяжущего;

результаты моделирования и прогнозирования свойств асфальтовяжущего в зависимости от содержания РПМ совместно с гидратной известью;

- результаты экспериментальных исследований влияния добавки РПМ и гидратной извести на структурно-механические свойства асфальтобетонов;

- экспериментально-статистические зависимости физико-механических свойств асфальтобетонов от количеств битумного вяжущего, гидратной извести и разработанной добавки РПМ;

- результаты исследований влияния добавок на устойчивость асфальтобетонов к колееобразованию, усталостную долговечность и стойкость к старению;

- технико-экономическая эффективность использования комплексного модификатора в производстве асфальтобетонов для дорожного строительства.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждена сходимостью результатов параллельных испытаний, соответствием результатов лабораторных исследований и опытно-производственных работ, выполненных

с использованием современных приборов, оборудования и методов испытаний, в том числе экспериментально-статистических методов математического планирования эксперимента и теории математической статистики.

Практическое значение работы:

разработан комплексный резинополимерный модификатор, обеспечивающий улучшение коррозионной стойкости, сдвигоустойчивости и прочности асфальтобетонов для дорожных покрытий в условиях климата Вьетнама;

получены асфальтобетонные смеси с улучшенными эксплуатационными свойствами путем модификации процессов структурообразования битумных вяжущих на основе применения разработанной добавки РПМ совместно с гидратной известью;

получены экспериментально-статистические модели изменений прочности, водостойкости, сдвигоустойчивости дорожных асфальтобетонов в зависимости от содержания битума, разработанного модификатора РПМ и гидратной извести;

- установлено, что применение разработанной добавки более чем в 1,4 раза увеличивает стойкость асфальтобетонов к накоплению дефектов и остаточных деформаций, в связи с чем расчетный годовой экономический эффект составил в ценах на 2011 г. 17,8 руб. в год на 1 м2 покрытия;

- по результатам проведенных исследований получен патент РФ №2418019 от 07.12.2009 г. на изобретение «Вяжущее для дорожных пластобетонов» и подана заявка на изобретение «Плотная органоминеральная смесь для покрытий дорожных одежд», регистрационный номер №2010143025 от 20.10.2010.

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы изложены и обсуждены в докладах на научно-практических конференциях Ростовского государственного строительного университета (Строительство 2008 - 2011 гг.) а также на международной конференции МНТК «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог» (Пермь, 2010 гг.).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 16 публикациях, среди которых 3 статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных перечнем ВАК, 1 патент РФ и 1 заявка на изобретение.

Структура и объем. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 185 наименований, в том числе на иностранных языках, 3 приложений. Работа изложена на 210 страницах машинописного текста, содержит 44 таблиц и 33 рисунков.

Автор выражает глубокую благодарность д.т.н., проф. Илиополову Сергею Константиновичу и к.х.н., доц. Мардиросовой Изабелле Вартановне за безграничную помощь при написании диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, изложены научная

новизна, практическая значимость и положения, выносимые на защиту, а также приведены сведения об апробации.

В первой главе выполнен анализ топографических и климатических условий Вьетнама и их влияния_ на эксплуатационное состояние и долговечность асфальтобетона. По существующей международной классификации, территория Социалистической Республики Вьетнам (СРВ) расположена на полуострове Индокитай, в Юго-Восточной Азии. Этот регион характеризуется тропическим климатом: жарким, влажным и дождливым, о чем свидетельствуют высокие летние температуры, доходящие до 40°С, относительная влажность воздуха достигает 80-90%, а количество осадков -3000 мм/год. Все эти климатические факторы оказывают негативное влияние на состояние асфальтобетона. Для обеспечения требуемых эксплуатационных свойств покрытий в условиях Вьетнама, асфальтобетоны должны обладать повышенной сдвиго-, водоустойчивостью и повышенной стойкостью к старению.

Проведен анализ работ, в которых изучается направленное структурообразование асфальтобетона с целью улучшения его физико-механических свойств. Наибольшую известность в этой области исследований получили работы П.А. Ребиндера, И.А. Рыбьева, П.В. Сахарова,

A.М.Богуславского, Н.В. Михайлова, Г.К. Сюньи, Л.Б. Гезенцвея, Н.В.Королева, Н.В. Горелышева, A.B. Руденского, И.М. Руденской, Г.Н.Кирюхина, В.А.Золотарева, Ю.И. Калгина, Н.Б. Урьева, JIM. Гохмана,

B.А.Веренько, Г.А. Бонченко, и др. Авторами работ рассмотрены факторы, влияющие на структуру асфальтобетонов и определяющие их эксплуатационные свойства. Выявлены основные причины недостаточной устойчивости асфальтобетонов к колееобразованию и другим видам разрушений асфальтобетонов связанные с недостаточной сдвиго-, водоустойчивостью и стойкостью к старению.

Представлен анализ существующих технологий по улучшению качества асфальтобетонов. Установлен характер воздействий на свойства битума и асфальтобетона различных полимеров, повышающих прочность, водостойкость и сдвигоустойчивость асфальтобетонов. Выполненная оценка положительной роли и недостатков различных полимеров позволяет считать перспективным применение полиэтилена, резиновой крошки и гидратной извести в составе асфальтобетонов для обеспечения им требуемых в условиях жаркого и влажного климата структурно-механических свойств.

Таким образом, проведенный анализ исследований позволил сформулировать рабочую гипотезу, получение асфальтобетонов с повышенной устойчивостью к транспортным и погодно-климатическим воздействиям возможно за счет применения комплексного модификатора, сочетающего в себе преимущества полимеров, резиновой крошки и гидратной извести. Такой комплексный модификатор оказывает положительное влияние на процессы структурообразования асфальтобетонов с образованием асфальтено-полиолефиновой решетки и активацией поверхности минеральных материалов

тонкодисперсной гидратной известью.

Во второй главе рассмотрены теоретические предпосылки улучшения свойств битумного вяжущего и асфальтобетонных смесей путем введения в его состав комплексной добавки РПМ и минерального наполнителя гидратной извести.

Обоснован выбор компонентного состава добавки РПМ для модификации битумов и асфальтобетонных смесей. В результате анализа механизмов воздействия различных полимеров и резиновой крошки на структуру битума и их совместимости был разработан комплексный резино-полимерный модификатор (РПМ), состоящий из вторичного полиэтилена и резиновой крошки. Такие материалы являются эффективными для модификации битума и асфальтобетонов, экономичными и доступными в условиях Вьетнама. Введение в состав РПМ пластификатора - нефтяного битума марки БНД 90/130 обусловлено тем, что процесс перемешивания и растворения полимера и резиновой крошки протекает через стадию их набухания в низкомолекулярных компонентах битума, так как нефтяной битум БНД 90/130 содержит большее количество масел и близких к ним по структуре смол.

В этой главе обоснована возможность улучшения структурно-механических свойств битумов и асфальтобетонов путем применения добавки РПМ. При введении в состав битумного вяжущего добавки РПМ под воздействием высоких температур (150 - 160 °С) и интенсивном механическом перемешивании полиэтиленовый компонент добавки расплавляется и распределяется равномерно по объему всей системы. В результате этого образуются две непрерывные фазы (полиэтилен и битум), переплетенные одна с другой, возникает структурная сетка полиэтилена внутри коагуляционного каркаса асфальтенов «сетка в сетке», представляющая сопряженный асфальтено-полимерный каркас. Такая структура придает вяжущему повышенную вязкость и температуру размягчения, проявляется эластичность вяжущего. В целом можно отметить, что полиэтилен в составе РПМ воздействует на битумное вяжущее как отвердитель, происходит переход от структуры коагуляционного типа к структуре коагуляционно-конденсационной, тем самым снижается термическая чувствительность вяжущего.

Резиновая составляющая РПМ, подвергнутая предварительному набуханию в мальтенах битума при ее приготовлении, в дальнейшем при смешении ее в смесителе с битумным вяжущим частично расплавляется и набухает в нем. Набухшие резиновые частицы, адсорбируя легкие фракции битума, значительно увеличиваются в объеме, и на их поверхности появляется липкий адгезионно-активный слой с внедренными полярными химическими группами. В результате возрастает общая адгезионная способность вяжущего. С другой стороны, т.к. резина поглощает в основном неполярные фракции, то концентрация полярных соединений в битуме возрастает, что в какой-то степени увеличивает адгезионную активность к минеральным материалам.

В условиях повышенной температуры и механического воздействия частично осуществляется девулканизация резины с образованием каучукового

вещества, которое структурирует битум. В результате чего при охлаждении образуется смешанная структура вяжущего с решетками полимерной добавки, фрагментами набухшей резиновой крошки и битумного вяжущего. В этих условиях не полностью расплавившаяся резиновая составляющая добавки находится во взвешенном состоянии в упругой среде, в нашем случае - битуме, в виде мелких частиц, образуя дисперсную фазу, обладающую армирующими свойствами в составе асфальтобетонных смесей. Более или менее однородное распределение таких частиц резиновой крошки в объеме смеси придает асфальтобетону вполне определенные характеристики композиционного материала с различными по своим механическим свойствам составляющими. Фактически асфальтобетон посредством резиновой крошки армируется компонентом, имеющим меньший модуль упругости и обладающим повышенной эластичностью. Вводимая таким способом резиновая крошка создает в асфальтобетоне развитую систему центров эластичности, способствующую существенному улучшению его структурно-механических свойств.

Введение гидратной извести в асфальтобетонные смеси, благодаря ее тонкодисперсности и химической активности, приводит к повышению суммарной удельной поверхности материала, тем самым увеличивая степень структурирования асфальтовяжущего и обеспечивая повышенную прочность и теплоустойчивость асфальтобетона при высоких летних температурах. В этом случае частицы гидратной извести в асфальтобетонной смеси при механическом перемешивании равномерно распределяются по объему смеси и выполняют роль ПАВ. При обработке битумом поверхности зерен минеральных материалов, активированных гидратной известью, образуются кальциевые мыла, являющиеся продуктом химического взаимодействия гидроксида кальция с асфальтогеновыми кислотами битума, что приводит к улучшению адгезии битума к минеральным материалам. С другой стороны, адгезия битума с минеральными материалами, особенно с кислыми породами, улучшается в связи с электростатическими взаимодействиями отрицательно заряженных молекул в составе битума с положительно заряженными адсорбционно-активными центрами, находящимися на поверхности зерен извести.

В третьей главе представлены характеристики применяемых материалов, изложена методика исследований, приведены результаты экспериментальных исследований, а также экспериментально-статистического моделирования изменений свойств модифицированного асфальтового вяжущего и асфальтобетонных смесей с введенными модифицирующими добавками.

Для исследований в работе использовали минеральные материалы кислих пород: гранитный щебень фракции 10 - 15 и 5 - 10 мм, соответствующий марке по прочности 1200, песок из отсевов дробления гранита, активированный минеральный порошок МП1, нефтяной битум марки БНД 60/90, разработанный резино-полимерный модификатор (РПМ) и гидратная известь (ГИ).

Изучение влияния РПМ на стандартные физико-механические свойства битума заключалось в определении пенетрации при 0 и 25 °С, температуры размягчения по кольцу и шару, растяжимости при 25 °С, температуры хрупкости и эластичности. Старение битума и асфальтовяжущего определяли по изменению температуры размягчения после прогрева при 160 °С в тонком слое вяжущего в течение 5 часов, а также по методике TFOT (Thin Film Oven Test) в соответствии со стандартом ASTM D 1754. Для выявления влияния разработанной добавки РПМ на битумное вяжущее проведено сравнительное исследование группового состава битума с добавкой и без нее. Исследования изменения структуры модифицированного асфальтовяжущего в процессе старения проводились с использованием метода ИК-спектроскопии.

Для определения оптимального компонентного состава разработанного резинополимерного модификатора были приготовлены битумные вяжущие с добавлением модификатора трех вариантов: вариант № 1 включал в себя 33 % резиновой крошки (РК), 33 % полиэтилена (ПЭ) и 34 % битума; вариант №222 % РК, 44 % ПЭ и 34 % битума и вариант № 3 -16 % РК, 50 % ПЭ и 34 % битума. Данные варианты добавки были выбраны в связи с тем, что увеличение содержания РК в составе РПМ более 33 % по массе приводит к существенному затруднению процесса их приготовления.

Рис. 1. Гранулы РПМ

Добавки РПМ приготовлены в лабораторных условиях в две стадии. На первой стадии полиэтилен совмещали с битумом при температуре 150 °С до получения гомогенного вяжущего, после чего полученное битумно-полиэтиленовое вяжущее механически смешивали с резиновой крошкой в экструдере при температуре 120 - 130 °С и затем гранулировали. Образующиеся гранулы имеют темно-серый цвет и диаметр 2 - 3 мм (рис. 1).

Для установления количественного содержания РПМ в составе битумного вяжущего приготовлены составы с содержанием РПМ в количестве 4, 6, 8, и 10 %. Результаты исследований физико-механических свойств вяжущих представлены на рис. 2.

Анализ результатов испытаний (рис.2) показал, что во всех трех вариантах с увеличением содержания добавки повышаются вязкость (пенетрация при 25 С), температура размягчения, эластичность и снижается растяжимость битумного вяжущего. Установлено, что оптимальным вариантом компонентного состава РПМ с учетом технологии приготовления является вариант № 2, при содержании добавки в количестве 6-8 %.

Введение в битум 6 % РПМ второго варианта приводит к увеличению температуры размягчения на 11 °С, снижению температуры хрупкости на 1 °С, понижению пенетрации при 25 °С на 40 % и придает вяжущему эластические свойства (с показателем эластичности до 47 %). Кроме того, введение в битум

РПМ также улучшает адгезию к минеральным материалам кислых пород на 1 балл по сравнению с исходным битумом.

растяжимость; г - эластичность Для выявления влияния добавки РПМ на процессы старения битумного вяжущего проведены исследования группового состава методом адсорбционно-хроматографического анализа битумных вяжущих, модифицированных РПМ до и после старения. Анализ полученных результатов (таблица 1.) показал, что битумное вяжущее с 6 % РПМ более устойчиво к старению, чем исходный битум. Замедление процессов старения полимерно-битумного вяжущего по сравнению с битумами без добавок может быть объяснено особенностями его структуры, в которой асфальтены, влияющие на свойства вяжущего, оказываются блокированными в полимерной сетке модификатора РПМ. Асфальтены в такой структуре в некоторой степени изолированы друг от друга, они не способны образовывать жесткую и прочную сшивку молекул между собой, что обычно наблюдается при старении вяжущего.

Для выявления влияния комплексной добавки, состоящей из РПМ совместно с ГИ на свойства асфальтовяжущего, проведено полное двухфакторное планирование эксперимента. Асфальтовяжущее, состоящее из

Таблица 1 - Групповой состав исходного битума БНД 60/90 с добавкой 6 % РПМ до и после старения (в течение 1080 часов, при температуре 110 °С)

Наименование вяжущего Содержание, % Кгр

А Смолы Углеводороды

СБС ПБС Всего ПНУ АУ Всего

Битум БНД 60/90 до старения 21,14 19,84 10 29,84 4,5 44,52 49,02 0,83

Битум 60/90 + 6 % РПМ до старения 21,55 22,51 10,59 33,1 5,56 39,79 45,35 0,99

Битум 60/90 после старения 26,89 22,45 6,51 28,96 4,06 40,09 44,15 1,15

Битум 60/90 + 6 % РПМ после старения 23,19 23,03 9,44 32,47 4,48 39,86 44,34 1,03

битума и минерального порошка и заполняющее поры в структуре асфальтобетонов, получали при перемешивании минерального порошка и битума в отношении 1,5: 1. В качестве варьируемых выбраны следующие факторы: X, - количество добавки РПМ в битуме, варьируется от 4 до 8 %; Х2 -количество гидратной извести в составе минерального порошка, варьируется от 0 до 40 %. План эксперимента и уровни варьирования факторов определяли на основании результатов предварительных опытов. Исследовались изменения соответственно: пенетрации при 25 °С - У,; пенетрации при 0 °С - У,; температуры размягчения - У3; температуры хрупкости - У4; эластичности -У5; растяжимости при 25 °С - У6 Обработка результатов производилась с помощью программы MathCAD 13 Professional.

Зависимости между исследуемыми переменными и физико-механическими свойствами асфальтовяжущего были установлены с помощью уравнений регрессии:

У!(П25) = 20,78 - 8,67х, - 2,67 х,2 - 5,67х2 + 2,33х22 + 3,00х,х,;

У2(П0) = 10,66 - 2,00х, + 1,00 х,2 - 3,17х2 - 0,50х22 - 1,25х,х,;

Уз(Тр) = 70,67 + 12,17xi - 1,50 х,2 + 4,17х2 + 1,50х22 + 0,25х1х,;

У4(ТХр) = -14,33 - l,33Xl- 2,66 х,2 + 0,917х2 + 0,25х,2 - 0,375х,х,;

УзОЬ) = 14,29 - 4,25х, + 1,25х,2 - 3,25х2 + 0,25х,2 - 0,875х,х2;

У6(Э) = 23,99 + 16,33xi + 7,00 Xi2 - 8,50х2 - 2,50х22 - 5,00х,х2;

Графические модели оценки и прогнозирования свойств асфальтовяжущего представлены на рис. 3. Анализ полученных результатов показал, что увеличение содержания РПМ и гидратной извести снижает пенетрацию при 0 и 25 °С (рис. З.а и З.б) и растяжимость асфальтовяжущего (рис. З.д), при одновременном повышении температуры размягчения (рис. З.в).

11

Введение добавки РПМ приводит к снижению температуры хрупкости (рис.3.г), но наличие гидратной извести в составе минерального порошка повышает ее. При содержании гидратной извести от 20 - 30 % от массы минерального порошка и РПМ более 6 % от массы битума, температура хрупкости модифицированного асфальтовяжущего не уступает исходному вяжущему без добавок. Введение добавки РПМ в асфальтовяжущее придает ему эластичные свойства. Изолинии экспериментально-статистической модели эластичности асфальтовяжущего приведены на рис. Зе. Анализ результатов показал, что увеличение количества гидратной извести в составе минерального

а 1-

Х2

в

Х2

\ "х. N. .......Г;.........( \ : Т 'т: \ \ \

" 72 ^ 30.69 \ \ \ \: \ 10 \ 1)782

1 -0 5 0 0 5

\ \ ......й5-(?58 —....... \ \ \ \ г?3............й \ \ ч 26 2'>6 .....--Х.....;...............X...... 407 Ч X \ 8Г\ \ \ X \

\ \ ...........т \ т \ т X * \ \ "Г ! т

Х2

\ \ ............\ ......_ \ \ •-V

\ ¿744 15 \ \ \ \

\ 21 X 15 да " 12.986^

б-

X \ 9.9?8 ......... "и .859 Х^ 6.276 ч \ х^ Ч 137 76,______ 5.137____

N N 721 \ ^ 11 -859 ' ~ 11.8

^'13 -------- ^13.721---

гИ" у 673 У У ■ 13.из 1,2.673 -р.513 — .....-....... У /л -14 ЗЯ / -15 /

-14 353. у / ■а У / / ......./ / 194

1 / 15.194

I

118

/

/и

/ / /

/ 35.4б 6

/

......./_

/

(

.....

Рис 3. Изолинии экспериментально-статистических моделей свойств асфальтовяжущего: а - пенетрация при 25 "С; б - пенетрация при 0 °С; в - температура размягчения; г - температура хрупкости; д - растяжимость; е - эластичность

На основании вышеизложенного можно сделать выводы, что наиболее эффективное содержание РПМ и ГИ является соответственно 6 - 8 и 20 - 30 %. При таком сочетании, улучшается ряд физико-механических свойств асфальтовяжущего и не затрудняется приготовление, укладка, и уплотнение асфальтобетонной смеси на их основе.

Для установления механизма структурных преобразований, протекающих при модифицировании битума добавкой РПМ и гидратной известью использовали метод инфракрасной спектроскопии. Проведен анализ характеристических полос поглощения (до и после старения) битума БНД 60/90 и вяжущего, модифицированного добавкой РПМ и гидратной известью. Установили, что ИК-спектр битума с добавками отличается от битума без добавок наличием характерных полос 910 - 990 и 3641 см"1, соответствующих двойным связям каучука и свободной группы - ОН, не связанной водородной связью. В спектре состарившегося битума без добавок к перечисленным полосам поглощения добавляются полосы, соответствующие валентным колебаниям карбонильной группы vC=0 1697-1647 см"1, а в ИК-спектре состарившегося битума, модифицированного добавками РПМ и ГИ, данная полоса проявляется слабо, являясь плечом на полосе 1650-1578 см'1. Это свидетельствует о меньшей склонности к окислению вяжущего, модифицированного добавкой РПМ и ГИ, и подтверждает ранее сделанное предположение о механизме образования асфальтено-полимерной структуры в объеме битума. Что в свою очередь свидетельствует о высокой стойкости полученного вяжущего к окислительным процессам, происходящим при старении.

Влияние процесса старения на свойства асфальтовяжущего исследовали по американской методике TFOT (Thin Film Oven Test) согласно стандарту ASTM D1754. Асфальтовяжущее выдерживалось при температуре 160 °С в тонком слое толщиной 3,2 мм в формах диаметром 140 мм и высотой 9,5 мм, которые находились на вращающейся со скоростью 6 об/мин полке термостата с циркуляцией воздуха. Рассчитывались коэффициенты, характеризующие изменения свойств асфальтовяжущего как отношение изменения значений показателей после старения к значениям до старения. Анализируя полученные результаты, делаем вывод, что асфальтовяжущее модифицированное 6 % РПМ и 30 % гидратной извести в составе минерального порошка, более устойчиво к старению по сравнению с исходным материалом без добавок. Коэффициенты его старения, рассчитаны соответственно по стандарту ASTM D1754, снижаются в среднем от 30 до 65 % по сравнению с аналогичными показателями для немодифицированных вяжущих. Это объясняется тем, что синергизм действия гидратной извести и полимерной добавки РПМ проявлялся в более интенсивном замедлении старения асфальтовяжущего, в сочетании они выполняют роль активного «антистарителя».

Для исследований влияния разработанной добавки РПМ и гидратной извести на свойства асфальтобетонных смесей были приготовлены мелкозернистые смеси двух типов: плотная горячая асфальтобетонная смесь

марки ВТЖ>15, согласно вьетнамскому стандарту 22-ТС№49-1998 с содержанием щебня от 43 по 57 % и щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь ЩМА-15, согласно ГОСТ 31015-2002, с оптимальным содержанием битума, определяемым по условиям обеспечения водостойкости и сдвигоустойчивости. Анализ полученных результатов зависимости этих свойств асфальтобетонов от количества битума позволяет считать оптимальным содержанием битума для смесей ВТЫС-15 и ЩМА-15 соответственно 5,5 и 6,0 % от массы минеральной части смеси. Для предотвращения стекания вяжущего для ЩМА смесей при транспортировке, укладке и уплотнении применяли стабилизирующую добавку \%1юр в количестве 0,45% от массы минеральной части смеси.

во до насыщение; г - коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении; д,е - устойчивость и жесткость Маршаллу соответственно.

Асфальтобетонные смеси были приготовлены в лабораторной механической мешалке. Добавку РПМ и ГИ вводили одновременно с подачей минерального порошка на разогретые до 170 °С минеральные материалы и перемешивали в течение 30 с до расплавления добавки РПМ на поверхности минерального материала. Затем в смесь добавляли битум БНД 60/90, нагретый до 140 - 150 °С, смесь перемешивали в течение 1 мин до полного равномерного объединения компонентов.

3 4

Содержание Г.И.,%

. а 3,47

-BTNC-15 - О -ЩМА-16

Содержание Г. И.,%

Рис. 5. Влияние добавки гидратной извести на свойства асфальтобетонов: а - прочность при сжатии при 20 °С; б - прочность при сжатии при 50 °С; в - водонасыщение; г -коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении; д,е - устойчивость и жесткость по

Маршаллу соответственно.

На рисунках 4 и 5 представлены полученные зависимости стандартных свойств асфальтобетона от содержания в их составе РПМ и ГИ. Анализ результатов показал, что добавление РПМ и ГИ положительно сказывается на всем комплексе физико-механических показателей: существенно повышаются

- л- - ЩМА-16

9

0 12 3 4

_ Содержание Г.И.,%

-<>—^BTNC-16 - -а- - ЩМА-1б]

такие показатели, как прочность при 20 и 50 °С, возрастают устойчивость и жесткость по Маршаллу, снижается водонасыщение, увеличивается коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении, характеризующий коррозионную устойчивость асфальтобетонных смесей. Такое влияние обусловлено, с одной стороны, образованием сопряженного асфальтено-полимерного каркаса, армирующего структуру битума, и с другой -высокой адгезией модифицированного битума за счет резиновой составляющей РПМ и активации поверхности минеральных материалов гидратной известью. При содержании РПМ и ГИ соответственно до 0,6 и 4 % увеличивается водонасыщение и снижается водостойкость в связи с тем, что асфальтобетонные смеси становятся более жесткими, затрудняется их уплотнение до требуемой степени. Эффективным содержанием добавок РПМ и ГИ считается соответственно 0,3 и 1,5-2 % по массе смеси. С применением такого количества добавок повышается прочность при сжатии на 20 - 40 %, устойчивость по Маршаллу на 25 - 30 %, коэффициент водостойкости увеличивается до 0,90 - 0,95.

В ходе исследования для изучения комплексного влияния разработанной добавки РПМ совместно с гидратной известью на свойства асфальтобетона в диссертационной работе был спланирован полный трехфакторный эксперимент по плану Бокса В3 и получены математические модели, адекватно описывающие зависимости функции отклика от варьируемых факторов: Х[ -количество битума по массе смеси, варьируется от 5,0 до 6,0 %; Х2 -количество гидратной извести для замены минерального порошка, варьируется от 0 до 3,0 % по массе смеси; Х3 - количество добавки РПМ, варьируется от 0 до 0,6 % от массы смеси.

Получены математические модели оценки и прогнозирования свойств модифицированных смесей, приготовленных с использованием выше указанных компонентов:

V/ = 1,9273 - 1Д8267Х[+ 0,2643х2 + 0,0033х3 + 0,3672х,2 + 0,4422х,2

+ 0,3905х32 + 0,0108X1X2 + 0,0675x^3 + 0,0825х2х3;

Кв = 0,9714 - 0,0583х,+ 0,0313х2 + 0,0113х3 - 0,0699х,2 - 0,0449х22

- 0,0349х32 - 0,0142X1X2 + 0,0058Х1Х3 - 0,0067х2х3;

1120= 6,2696 - 0,5290Х]+ 0,5280х2 + 0,4380х3 - 0,7318хГ - 0,1968х22

-0,2868х32 + 0,0075Х]Х2 - 0,0300х,х3 - 0,0850х2х3;

Кбо= 6,7387 - 0,5320x1+ 0,4750х2 + 0,4980х3 - 0,5603хГ - 0,4623х22

- 0,9203х32 - О.ОО88Х1Х2 - 0,0513х,х3 - 0,1688х,х3;

5 = 17,9873 - 1,2383х,+ 0,72933х2 + 0,94х3 - 1,8078~х,2 - 1,0928х22

- 0,4395х32 + 0,5254х,х2 - - 0,6204х2х3;

е = 4,5968 - 0,8680X1+ 0,4270х2 + 0,3670х3 - 0,4418х,2 - 0,2068х22

- 0,2268х32 + 0.0813х,х2 + 0,1938Х[Х3 - 0,1688х2х3;

Полученные модели адекватно описывают поведение асфальтобетона, т.к. выполняется необходимое условие Брасчет < Гфишера (равный 2,776) по критерию Фишера. Модели зависимостей свойств асфальтобетона ВТЖМ5 позволяют проводить всестороннюю оценку этих свойств при любом сочетании

исследуемых факторов в принятом интервале варьирования и определять условия получения материала с заданными свойствами.

На основании анализа полученных моделей, установили, что оптимальным было бы использовать положительное и отрицательное влияние каждого из компонентов, а также учитывать экономические затраты, зафиксировав 3 фактора на нулевом уровне (Х| = 0 соответственно 5,5 % битума; х2 = 0 - 1,5 % гидратной извести; х3 = 0 - 0,3 % РПМ). Обнаружен синергизм воздействия добавки РПМ и ГИ, что способствует улучшению структурно-механических свойств асфальтобетона.

Усталостную долговечность асфальтобетона оценивали на запатентованной установке ИУ-01, разработанной научными сотрудниками ДорТрансНИИ - РГСУ для моделирования многократных динамических воздействий нагрузок на асфальтобетонные покрытия при эксплуатации. Многократное воздействие нагрузок, действующих на асфальтобетоны, приводит к образованию и накоплению микродефектов с постепенным снижением прочности во времени. Исследования по усталостной долговечности от растяжения при изгибе выполнены на асфальтобетонных образцах - балочках размером 40*40*160 мм при температуре образцов 20 8С и частоте приложения изгибающей нагрузки 20 Гц, при которой наблюдаются наибольшие амплитуды деформирования при эксплуатации покрытия на автомобильных дорогах. Следовательно, введение разработанной добавки РПМ совместно с ГИ в количестве соответственно 0,3 и 1,5 % способствует повышению усталостной долговечности в 1,4 - 1,5 раза для асфальтобетонов типаВТЖМ5 и ЩМА-15 (рис. 6).

й 120000

г 100000

а 60000 --

771

106347

70005

105656

ВТЫС-15 ВТЫС-15 без с РПМ и добавки ГИ

Состав

ЩМА-15

с \Ziatop

ЩМА-15 с РПМ и ГИ

Рис. 6. Усталостная долговечность асфальтобетонов Оценка влияния вводимых добавок на процесс термоокислительного старения асфальтобетонов выполнена по методике БЦРЕКРАУЕ, разработанной в рамках программы БНКР в США, которая является более объективной и позволяющей моделировать в лабораторных условиях процессы, происходящие в реальных условиях производства и эксплуатации асфальтобетонов. Согласно программе БНКР выделяется два этапа старения

асфальтобетона: технологический, происходящий во время приготовления, I укладки и уплотнения асфальтобетонной смеси - смеси до формовки образцов выдерживали в течение 6 часов при температуре 135 8С в термическом шкафу с циркуляцией воздуха; долговременный, происходящий в процессе эксплуатации - асфальтобетонные образцы выдерживали в течение 3 дней при температуре 85 8С в термическом шкафу с циркуляцией воздуха. В качестве критерия оценки влияния процесса старения на свойства асфальтобетона применяются показатели кратковременного К^ и долговременного старения Кь которые определяются по формулам:

^ после старения „аргН[и

ТУ- Ояш-100о/ „ =Оит_100%

^ старения , Л. I ^ до старения 1 /0

где Б - устойчивость асфальтобетона по Маршаллу до кратковременного (БТОА) и долговременного (ЬТОА) старения.

и после

з

Содержат

3 4

Содержание ГИ, %

РПМ - О - 0,3% РПМ -

Рис. 7. Влияние процесса старения БТОА и ЬТОА на устойчивость по Маршаллу асфальтобетона типа: а - ВШС-15; б - ЩМА-15 Полученные результаты моделирования старения смеси по методике 8ЦРЕ11РАУЕ, представленные на рис.7, показали, что с увеличением содержания добавки РПМ и гидратной извести снижаются коэффициенты старения асфальтобетонных смесей, как по кратковременному, так и долговременному старению. Установлено, что эффективное содержание РПМ и гидратной извести для замедления процесса старения асфальтобетонных смесей

Старение смеси по методике БТОА

140

Старение смеси по методике ЬТОА

170

составляет соответственно 0,3 и 1,5 %. При таком содержании добавок, изменение значения устойчивости по Маршаллу после старения снижается почти в 2 раза. Это позволяет сделать вывод о том, что образцы из комплексно-модифицированных асфальтобетонных смесей по сравнению с аналогичными без добавок обладают повышенной устойчивостью к старению.

Кривые деформирования «напряжение - деформация» при испытании асфальтобетонных образцов на сжатие при 60 °С представлены на рис. 8 Цилиндрические образцы диаметром 101 мм, высотой 50 мм, испытывали на сжатие штампом с диаметром 33 мм в обойме, что позволяет более полно исследовать структуры асфальтобетонов под действием нагрузки с учетом перемещения зерен смеси, тем самым более объективно оцениваться сдвигоустойчивость асфальтобетонов. Анализ графиков показал, что при одной и той же действующей нагрузке, обнаружена деформация в модифицированных РПМ с ГИ асфальтобетонных образцах меньше чем у образцов без добавок. Это положительно сказывается на состоянии асфальтобетонов под воздействием нагрузки при высоких температурах, тем самым обеспечивается сдвигоустойчивость асфальтобетонов.

л ' ♦

• ♦ 9

/ V

1.2 1,8 2,4 3 3,6 4,2 Напряжения, МПа

'ВТСИ-15бездоб. —ВТИС-15 с доб

/ ; 1

А..-'" с*

-•> / —•—*

1 I 1 1

1 1 1 ! 1

0,6 1,2 1,8 2,4 3 3,6 4,2 Напряжения, МПа

• - ЩМА-15 без доб. •

-ЩМА-15 с доб.

Рис. 8. Диаграммы «напряжение - деформация» асфальтобетонов с добавками РПМ и ГИ: а-типаВтаС-15; б-ЩМА-15

С целью оценки устойчивости асфальтобетонов к колееобразованию при высоких летних температурах проведены специальные исследования по накоплению в них остаточных деформаций под многократным воздействием динамических нагрузок на запатентованной установке, разработанной в ДорТрансНИИ - РГСУ, моделирующей 'нагружение асфальтобетона в реальных условиях эксплуатации. Для этого были приготовлены цилиндрические образцы из асфальтобетонных смесей с добавками и без них. Образцы диаметром 21,5 см и высотой 5см после термостатирования в течение суток в воздушной среде при температуре 60 °С подвергались многократному воздействию циклической нагрузки величиной 0,6 МПа, передаваемой через штамп диаметром 7 см, с частотой 10 Гц. В ходе эксперимента с помощью специальных программ на ЭВМ фиксировалось количество приложений нагрузки, а датчиком линейных перемещений контролировали изменение глубины погружения штампа,

19

соответствующее остаточной деформации на асфальтобетонных образцах (рис.9).

Рис.9. Развитие пластической деформации исследуемых составов: № 1,2 - асфальтобетон типа ВТЖМ5 без добавок и с РПМ и ГИ ■ № 3,4 - ЩМА-15 без добавок и с РПМ и ГИ

Анализ полученных результатов (рис. 9.) показал, что модификация рассмотренных типов асфальтобетонов добавками РПМ и ГИ позволяет в 1,4 -1,5 раза снизить накопления остаточных деформаций в структуре материала. Установлено, что величина остаточных деформаций под воздействием динамической нагрузки у щебеночно-мастичного асфальтобетона ЩМА-15 в 1,5 раза меньше чем у традиционного асфальтобетона типа ВТЖ1 - 15. Это объясняется тем, что наличие щебеночного каркаса у ЩМА - 15 придает его структуре способность воспринимать нагрузку и распределять ее равномерно в каркасе, снижая темп накопления остаточных деформаций под многократным воздействием нагрузки.

В четвертой главе приведены технология и результаты устройства верхних слоев покрытий из асфальтобетонной смеси, модифицированной добавкой РПМ и гидратной известью, на городской улице г.Ростов-на-Дону. Приготовление смесей и строительство экспериментального участка производились силами ООО «ДРСУ-Автодор». Отмечены высокие по сравнению с традиционными материалами эксплуатационные показатели модифицированного асфальтобетона.

Разработаны технологические рекомендации производства и применения модифицированных асфальтобетонных смесей с использованием резинополимерного модификатора совместно с гидратной известью. Расчетная экономическая эффективность применения асфальтобетонных смесей, модифицированных добавками РПМ ГИ для устройства верхних слоев дорожных покрытия, составила 17,8 руб. в год на 1 м 2 покрытия. А для 1 км автомобильных дорог 2 технической категории расчетная экономическая эффективность применения добавок составила 124600 руб. в год.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Выполнен анализ воздействия погодно-климатических факторов на состояние и работу асфальтобетонов в дорожных покрытиях. Отмечено, что экстремальные климатические условия Вьетнама являются причинами разнообразных разрушений асфальтобетонов, в том числе колееобразования. Определены основные задачи улучшения качества асфальтобетона для эксплуатации в условиях климата Вьетнама.

2. Научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность получения асфальтобетонов с повышенными эксплуатационными свойствами, обеспечивающими устойчивость к транспортным и погодно-климатическим воздействиями за счет применения разработанного резинополимерного модификатора совместно с гидратной известью.

3. Разработан рациональный состав резинополимерного модификатора, состоящего из вторичного полиэтилена и резиновой крошки, что позволяет придать асфальтобетонам необходимую прочность, водостойкость и сдвигоустойчивость при высоких температурах.

4. Выявлены закономерности воздействия разработанного резинополимерного модификатора на физико-механические свойства битумного вяжущего. Установлено, что при использовании резинополимерного модификатора вяжущее обладает повышенной вязкостью и температурой размягчения, при этом эластичность и адгезионные свойства улучшаются.

5. Изучено влияние резинополимерного модификатора совместно с гидратной известью на свойства асфальтовяжущего. Получены математические модели зависимости свойств асфальтовяжущего от содержаний добавок. Методами ИК-спектроскопии и адсорбционно-хроматографического анализа установлено, что использование резинополимерного модификатора совместно с гидратной известью повышает коррозионную стойкость, замедляет процесс старения асфальтовяжущего и асфальтобетонов на его основе.

6. Установлено, что резинополимерный модификатор и гидратная известь оказывают положительное влияние на свойства асфальтобетонов, повышая их коррозионную стойкость, сдвигоустойчивость и водоустойчивость.

7. Получены экспериментально-статистические модели свойств асфальтобетонов в зависимости от вводимых количеств резинополимерного модификатора и гидратной извести. Установлен синергизм их воздействия, способствующего улучшению свойств асфальтобетонов.

8. Установлено, что при содержании в составе смеси 0,3% РПМ и 1,5% ГИ улучшается структурно-механические свойства асфальтобетонов, в том числе: прочность при сжатии, водостойкость, сдвигоустойчивость (по устойчивости и жесткости), стойкость к старению. При этом усталостная долговечность модифицированных асфальтобетонов также увеличивается в 1,5 раза, а темп накопления остаточных деформаций под многократным воздействием динамической нагрузки снижается в 1,4 - 1,5 раза, тем самым обеспечивая повышенную устойчивость асфальтобетонов к условиям жаркого и влажного климата Вьетнама.

9. Экономический эффект об использовании в дорожных покрытиях асфальтобетонов, модифицированных добавками по сравнению с аналогичными асфальтобетонами без-добавок, с учетом срока их службы, составляет 17,8 руб. на 1 м 2 в год (в ценах 2011 г.).

Основные положения диссертации опубликованы в 15 работах

Публикации в ведущих изданиях, рекомендуемых ВАК РФ

1. Чан Н.Х. Модифицированное асфальтовое вяжущее повышенной стойкости к старению / И.В Мардиросова, Н.Х. Чан, O.A. Балабанов // Известия высших учебных заведений «Строительство». - Новосибирск. - 2010. - № 4 (628) апрель 2011.-С. 15-20.

2. Чан Н.Х. Снижение интенсивности развития пластических деформаций с помощью дисперсного армирования дорожно - строительных материалов добавками минерального волокна / Д.А. Строев, Н.Х. Чан, C.B. Горелов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. - Томск, 2011.-№ 1 (30) апрель 2011.-С. 192-199.

3. Чан Н.Х. Комплексно-модифицированный асфальтобетон повышенной стойкости к воздействиям жаркого и влажного климата / Чан Н.Х., И.В. Мардиросова, O.A. Балабанов // Известия высших учебных заведений «Строительство». - Новосибирск, 2011. - № 7 (631) июль 2011. - С. 54-61.

Публикации в других изданиях

4. Патент № 2418019 РФ, МПК C08L 95/00, С04В 26/26. Вяжущее для дорожных пластобетонов / С.К. Илиополов, И.В. Мардиросова, Н.Х. Чан и др. -заявка № 2009145232/04 от 07.12.2009; опубл. 10.05.2011, Бюл. № 13

5. Чан Н.Х., Щебеночно - мастичный асфальтобетон с повышенной сдвигоустойчивостью и шероховатостью / Н.Х. Чан, В.З. Нгуен // Изв. Рост. гос. строит, ун-та, 2008. - № 12 - С. 376-377.

6. Чан Н.Х. Смеси ЩМА с улучшенными эксплуатационными свойствами / Чан Н.Х., Мардиросова И.В., Нгуен В.З. // «Строительство -2008»: Материалы Международной научно-практической конференции. -Ростов-на-Дону: РГСУ, 2008. - С. 14-16.

7. Чан Н.Х. Улучшение физико-механических показателей ЩМА с использованием извести-пушонки // Изв. Рост. гос. строит, ун-та, 2009. - N° 13 -С. 291-292.

8. Чан Н.Х. Исследование влияния комплексной добавки из нанодисперсной извести-пушонки и термоэластопласта РТЭП на упрочняющие свойства асфальтового вяжущего / Н.Х. Чан, O.A. Балабанов, Д.Д. Булатов // «Строительство - 2009»: Материалы Международной научно-практической конференции. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2009. - С. 27-29.

9. Чан Н.Х. ЩМА смеси повышенной сдвиго- и трещиностойкости с использованием добавки БИТЭХ-Д / Н.Х. Чан, И.В. Мардиросова // «Строительство - 2010»: Материалы юбилейной Международной научно-практической конференции. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2010. - С. 11-13.

10. Чан Н.Х. Модификация асфальтовяжущего комплексной добавки из резинового термоэластопласта и извести-пушонки / Н.Х. Чан, И.В Мардиросова, O.A. Балабанов // Сборник «Дороги и мосты» - ФГУП «РОСДОРНИИ»: научно-технический сборник, выпуск 23/1,- Москва, 2010. -С. 215-221.

11. Чан Н.Х. Эффективность действия двухфакторного модификатора из гидратной извести и резинового термоэластопласта на свойства асфальтового вяжущего / Н.Х. Чан, И.В. Мардиросова, O.A. Балабанов // Инновация в транспортном комплексе. Безопасность движения. Охрана окружающей среды: Международная научно - практическая конференция - Пермь: 111 ТУ, 2010. -С. 211-215.

12. Чан. Н.Х. Улучшение свойств щебеночно-мастичного асфальтобетона при помощи комплексного полимерно-волокнистого модификатора // Изв. Рост, гос. строит.ун-та, 2010.-№ 14-С. 313.

13. Чан Н.Х. Разработка резиносо держащего полиолефинового модификатора для асфальтобетонов дорожного строительства Вьетнама / Н.Х. Чан, С.К. Илиополов // «Строительство - 2011»: Материалы Международной научно-практической конференции. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2011.-С. 29-31.

14. Чан Н.Х. Повышение долговечности асфальтобетона минеральными добавками для условий жаркого климата Вьетнама / Н.Х. Чан, И.В. Мардиросова, J.T. Нгуен // «Строительство - 2011»: Материалы Международной научно-практической конференции. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2011. -С. 31-33.

15. Чан. Н.Х. Комплексная полимерно-минеральная добавка для асфальтового вяжущего / И.В. Мардиросова, Н.Х. Чан, O.A. Балабанов // Журнал «Мир дорог». - Москва апрель 2011. - С. 57-58.

Подписано в печать 13.10.11.

Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Ризограф.

Уч. - изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 550.

Редакционно-издательский центр

Ростовского государственного строительного университета 344022, Ростов - на - Дону, ул.Социалистическая, 162.

Введение

1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 Влияние погодно-климатических условий Вьетнама на эксплуатационные свойства асфальтобетонов

1.2. Направленное структурообразование асфальтобетона с целью повышения их физико-механических свойств

1.3'. Анализ существующих технологий по повышению устойчивости асфальтобетонов с учетом погодно-климатических воздействий

Выводы по 1 главе

2. Теоретические предпосылки исследований

2.1. Выбор компонентов1 для разработки резино-полимерного модификатора РПМ

2.2. Обоснование возможности улучшения структурно-механических свойств битумов и асфальтобетонов путем; применения резино-полиолефинового модификатора РПМ.

2.3. Улучшения структурно-механических свойств* асфальтобетонов с использованием РПМ совместно с гидратной известью

Выводы.по 2 главе

3. Экспериментальные' исследования физико-механических« свойств битумного вяжущего и асфальтобетонов, модифицированных добавками РПМ и гидратной извести

3.1. Характеристика исследуемых материалов и методы исследований

3.2. Изучение структуры и свойств битума и асфальтовяжугцего, модифицированного разработанной добавкой РПМ и гидратной известью

3.2.1. Влияние соотношения компонентові резино-полимерного модификатора РПМ на свойства битума

3.2.2. Моделирование и прогнозирование свойств асфальтовяжухцего, модифицированного добавкой РПМ совместно с гидратной известью

3.2.3. Исследование, методом инфракрасной спектроскопии структуры битума и асфальтовяжущего, модифицированного комплексной добавкой' РГ1М и ГИ

3.2.4. Изменение свойств асфальтовяжущего; модифицированного комплексной добавкой в процессе термоокислительного старения

3.3. Исследование структурно-механических/ свойств асфальтобетонов;, модифицированных: комплексной! добавкой?1 РИМ? совместно? с гидратной известью '

3;3.1. Влияние: разработанного модификатора РГТМ и-гидратной извести; на стандартные свойства асфальтобетонных смесей .108?

3.3.2. Модель прогнозированиям и оценки свойства асфальтобетонных смесей, модифицированных разработанной добавкой РПМ; совместно с гидратной известью

3;3.3; . Нестандартными методами по оценке сдвигоустойчивости асфальтобетонов, моди(|)ицированных комплексной добавкой

3:3.41/Исследованиеусталостнош долговечности; и термоокислительного старения' асфальтобетона модифицированного комплексной добавкой;

3.3.5. Исследование влияния, комплексной добавки на накопление остаточных деформаций в асфальтобетонах при воздействии циклических; напряжений

Выводы по 3 главе

4. Технология устройства и технико-экономическая эффективность применения асфальтобетонов, модифицированных добавками РПМ и гидратной! известью?

4.1. Особенности • технолог ии приготовления и устройства покрытий из асфальтобетонов, модифицированных разработанной добавкой;

4.2. Технико-экономическая эффективность использования результатов исследования

Выводы по 4 главе

Актуальность. В последнее время во всём мире и, в частности, во Вьетнаме, быстрое развитие экономики требует повышения качества и количества транспортных услуг, которые тесно связаны с состоянием автомобильных дорог. Общая протяжённость сети автомобильных дорог страны составляет около 220.000 км, в. том числе 20.000 км федеральных дорог,, большинство которых имеют асфальтобетонные покрытия. Тропический климат: Вьетнама: характеризуется- высокой летней температурой (до +40 °С) и большим количеством осадков (до 3000 мм/год), что оказывает негативно влияние на состояние дорожных покрытий; Асфальтобетоны работают в сложных погодных условиях под воздействием постоянно увеличивающихся осевых нагрузок, скорости и интенсивности движения: Раздельное или комплексное воздействие этих факторов приводит к разрушению асфальтобетонов. Наиболее:часто встречающимися дефектами: асфальтобетонных покрытий являются наплывы, волны, колеи, шелушение и выкрашивание^ т.п. которые связаны; низкой сдвигоустойчивостью, водостойкостью и устойчивостью асфальтобетонов к старению. Реальные сроки службы, асфальтобетонных покрытий во многих случаях составляют не более 4-5 лет, а нередко 1-3 года. Правительство страны вынуждено каждый год выделять огромные бюджетные средства на содержание, капитальный ремонт и реконструкцию автомобильных дорог. В опрос повышения качества, асфальтобетона становится все более актуальным.

Для- решения ЭТОЙ проблемы,. В последнее время. ВО; Вьетнаме используют передовые технологии, такие как NovaChip, Slurry. Seal, а так же новые материалы, полимерно-битумные вяжущие на основе термоэластопластов типа стирол-бутадиен-стирола (СБС), поверхностно-активные вещества, щебеночно-мастичные асфальтобетоны и т.п. Однако, применение этих технологий ограничивается сложностями, связанными с использованием импортных дорогостоящих материалов и оборудования.

Одной из основных задач, стоящей перед дорожниками Вьетнама, является рационализация подхода к повышению качества асфальтобетона с учетом транспортных и погодно-климатических условий. Главными направлениями улучшения асфальтобетона являются обеспечение сдвигоустойчивости при высоких температурах, коррозионной устойчивости под действием осадков и замедление темпа старения асфальтобетона. Под влиянием кислорода воздуха, солнечной радиации и других факторов в асфальтобетоне происходят необратимые физико-механические превращения, приводящие к его старению, что проявляется в потере деформативной и демпфирующей способности, коррозионной прочности. На последнем этапе старения, свойства материалов кардинально отличаются от начальных, совершается переход из вязко-упруго-пластического в хрупкое состояние, что приводит к интенсивному разрушению покрытия. Этим колоссальным проблемам посвящены работы ряда русских и зарубежных ученых, таких как H.H. Иванов, Л.Б. Гезенцвей, М.И. Волков, Н.В. Горелышева, A.C. Колбановская; И.В. Королев, В.А. Золотарев, Г.А. Бонченко, И.М. Руденская, A.B. Руденский и др., в которых позволяют сделать вывод о том, что существует возможность повышения долговечности асфальтобетона путем направленного регулирования его структуры комплексными модификаторами. Для обеспечения экономической эффективности, приоритетными являются технологии, основанные на использовании широко доступных во Вьетнаме материалов, и промышленных отходов с низкой стоимостью.

В связи с вышеизложенным, в настоящей работе поставлена задача исследования эффективности использования добавки, состоящей из полимеров полиолефинового характера, резиновой крошки совместно с минеральными ультрадисперсными наполнителями для улучшения всего комплекса структурно-механических свойств асфальтобетонов, что тем самым обеспечивает повышение устойчивости асфальтобетона к транспортным и погодно-климатическим воздействиям в условиях Вьетнама.

Цель диссертационной работы: разработка модифицированных асфальтобетонных смесей с улучшенными структурно-механическими свойствами и повышенной стойкостью к динамическим воздействиям нагрузок и погодно-климатическим условиям Вьетнама.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- выявлены и теоретически обоснованы основные направления улучшения качества асфальтобетонов для эксплуатации в погодно-климатических условиях Вьетнама;

- разработан эффективный резино-полимерный модификатор (РПМ), повышающий качество битумных вяжущих и асфальтобетонных смесей;

- обоснована эффективность улучшения свойств асфальтовяжущего с применением комплексной добавки из РПМ и гидратной извести (ГИ);

- оптимизировано количество компонентов < комплексной добавки в битуме и асфальтобетонных смесях, обеспечивающее их повышенную стойкость к погодно-климатическим условиям Вьетнама;

- выявлено воздействие разработанного способа модифицирования на процесс старения и эксплуатационные свойства асфальтобетонных смесей; проведена оценка технико-экономической эффективности использования комплексного модификатора в производстве асфальтобетонов для дорожного строительства.

Объект исследования — качество дорожных асфальтобетонов.

Предмет исследования — устойчивость дорожных асфальтобетонов к транспортным и погодно-климатическим воздействиям в условиях Вьетнама.

Научная новизна:

- теоретически обоснованы основные предпосылки направленного регулирования структурно-реологических и эксплуатационных свойств асфальтобетонных смесей путем модификации его микроструктуры; разработан комплексный резинополимерный модификатор, улучшающий свойства битумных вяжущих для асфальтобетонов, эксплуатируемых в климатических условиях Вьетнама;

- выявлен механизм воздействия разработанного резинополимерного модификатора и гидратной извести на структурно-механические свойства битумных вяжущих, асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов;

- получен новый строительный материал для дорожных покрытий с повышенной прочностью, коррозионной стойкостью, устойчивостью к колееобразованию и стойкостью к старению в условиях» жаркого и влажного климата.

На защиту выносятся:

- результаты теоретических и экспериментальных« исследований! по выявлению механизмов воздействия разработанной добавки РПМ и, гидратной извести на физико-механические свойства битумного вяжущего и асфальтовяжущего; результаты моделирования! и прогнозирования свойств асфальтовяжущего в зависимости от содержания РПМсовместно с гидратной известью;

- результаты экспериментальных исследований влияния добавки РПМ и гидратной извести на структурно-механические свойства асфальтобетонов;

- экспериментально-статистические зависимости физико-механических свойств асфальтобетонов от количеств битумного вяжущего, гидратной извести и разработанной добавки РПМ;.

- результаты исследований влияния» добавок на устойчивость асфальтобетонов к колееобразованию, усталостную долговечность и стойкость к старению;

- технико-экономическая эффективность ¡использования комплексного модификатора в производстве асфальтобетонов- для дорожного строительства.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждена сходимостью результатов параллельных испытаний, соответствием результатов лабораторных исследований и опытно-производственных работ, выполненных с использованием современных приборов, оборудования и методов испытаний, в том числе экспериментально-статистических методов математического планирования эксперимента и теории математической статистики.

Практическое значение работы: разработан комплексный резинополимерный* модификатор, обеспечивающий'улучшение коррозионной! стойкости, сдвигоустойчивости непрочности асфальтобетонові для; дорожных покрытий' в условиях климата* Вьетнама; получены асфальтобетонные смеси с улучшенными; эксплуатационными свойствами путем модификации процессов структурообразования битумных вяжущих на* основе применения разработанной добавкиРПМ совместно с гидратной известью;

- получены экспериментально-статистические модели, изменений прочности, водостойкости, сдвигоустойчивости дорожных асфальтобетонов в зависимости от содержания битума, разработанного модификатора РПМ и гидратной извести;

- установлено,- что применение'разработанной добавки.более чем в 1,4 раза увеличивает стойкость асфальтобетонов к накоплению дефектов' и остаточных деформаций, в связи с чем расчетный- годовой экономический эффект составил в ценах на 201'1 г. 17,8 руб. в год на 1 м2 покрытия;

- по результатам проведенных исследований получен патент РФ №2418019 от 07.12.2009 г. на изобретение «Вяжущее для- дорожных пластобетонов» и подана^ заявка на изобретение «Плотная органоминеральная, смесь для-покрытий дорожных одежд», регистрационный номер №2010143025 от 20.10.2010.

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы изложены и обсуждены в докладах на научно-практических конференциях Ростовского государственного строительного университета (Строительство 2008 — 2011 гг.) а также на международной конференции МНТК «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог» (Пермь, 2010 гг.).

Публикации, Основные результаты диссертационной работы отражены в 15 публикациях, среди которых 3 статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных перечнем ВАК, 1 патент РФ и 1 заявка на изобретение.

Структура и объем. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 195 наименований, в том числе на иностранных языках, 3 приложений. Работа изложена на 222 страницах машинописного текста, содержит 44 таблиц и 33 рисунков.

Выводы и предложения.

Модифицированная щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь, содержащая РПМ может быть использована для приготовления верхнего слоя покрытия с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Акт подписали: Вед.научн.сотр.ДорТрансНИИ кандидат химических наук Зам. директора по производству

И.В. МАРДИРОСОВА

ООО «ДРСУ - АВТОДОР» Мл. научн. сотр. ДорТрансНИИ

Д. В. ГЛАЗУНОВ Д.А. СТРОЕВ

Рецепт щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси с использованием добавкой РПМ