автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Асфальтовые покрытия из нефтебитуминозных пород и отходов промышленности

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА И СТРОИТЕЛЬСТВА

На правах рукописи

НАРМАНОВА Роза Абдибековна

АСФАЛЬТОВЫЕ ПОКРЫТИЯ ИЗ НЕФТЕБИТУМИНОЗНЫХ ПОРОД И ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

05.23.05 — Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1991

Работа выполнена в Кзыл-Ордннском институте инженеров агропромышленного производства.

Научный руководитель — доктор технических наук Бишим-басв В. К.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Андрианов Р. А., кандидат технических наук Влады-чин А. С.

Ведущая организация — Производственное объединение по изысканиям, исследованиям, проектированию и строительству водохозяйственных и мелиоративных объектов в СССР и за рубежом «СОВИНТЕРВОД».

Защита диссертации состоится ¿р^/ь&Ч1^ . . .

1992 г. в «ЛС» часов на заседании специализированного совета К 063.08.01 по защите кандидатских диссертаций в Московском институте коммунального хозяйства и строительства по адресу: 109809, ГСП, Москва, Ж-29, Средняя Калитниковская ул., д. 30, МИКХиС, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского института коммунального хозяйства и строительства.

Автореферат разослан «

Ученый секретарь специализированного совета—

Бунькин И. Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Для осуществления задач в области развития дорожного строительства, аграрной политики по улучшению использования и экономии водных ресурсов в Средней Азии и в стране немаловажную роль играет создание дешевых и высокоэффективных изоляционных материалов, какими являются асфальтовые покрытия, представляющие собой смеси битумов с минеральными заполнителями и наполнителями.

Однако возрастающий дефицит нефтяного битума является серьезной трудностью в осуществлении намеченных задач. Поэтому как дополнительный источник углеводородного сырья интерес представляет нефте-битуминозная порода /НБП/, содержащая природный биту!.!. В связи с этим актуальна и своевременна задача создания высококачественных, .доступных, дешевых составов асфальтобетонных покрытий на основе НБП с использованием различных неутилизируемых промышленных отходов, например, лигносульфоната технического /ЛСТ/ и атактического полипропилена /АПП/. Применение этих отходов не только улучшает эксплуатационный свойства дорожного и гидротехнического асфальтобетонов, но и дает возможность уменьшить экологический ущерб, наносимый окружающей среде, и тем самым позволяет решать проблемы безотходного производства. Особую актуальность приобретает решение данных проблем в маловодных,' экологически неблагоприятных регионах Приаралья.

Работа выполнена в научно-исследовательской лаборатории Кзыл-Ординского филиала Джамбулского гидромелиоративно-строительного института /ныне Кзыл-Ординскйй институт иаженеров агропромышленного производства/ в.соответствии с координационным планом важнейших научных исследований Республиканской научно-технической-программы Р.0;73.01: "Разработать и освоить способы и средства разведки, добычи, переработки и транспортировки НБП и высоковязких нефтей Запад- . ного Казахстана для использования в народном хозяйстве" на -19861990 гг.

Цель работы. Разработка составов дорожного и гидротехнического асфальтобетонов на основе ИБП с добавками отходов промышленности, обеспечивающих высокую механическую прочность, водостойкость, устойчивую структуру, долговечность.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих . задач: •

- изучение химического и минералогического составов НБП месторождений Пман-Кара, Беке, Донгелексор;

- изучение влияния ЛСТ, АПП на условия взаимодействия битумов породы с поверхностью минеральных материалов;

- изучение влияния ЛСТ на физико-механические свойства дородного асфальтобетона;

- разработка технологии дорожного покрытия, обеспечивающей получение асфальтобетона с заданными свойствами за счет улучшения адгезии между органикой НБП и поверхностью минеральных материалов; •

- исследование возможности использования НБП Западного Казахсп на в качестве органического вяжущего для получения гидротехническоп асфальтобетона;

- изучение влияния АПП - отхода химического завода на физико-механические и реологические свойства природного битума НБП, а также получаемого гидротехнического асфальтобетона;

- проведение опытно-промышленного апробирования разработанного решения;

- обоснование технико-экономической эффективности использовани. НБП для получения дорожного и гидротехнического асфальтобетонов.

Научная новизна работы: -

- впервые изучен химический и. минералогический составы НБП различных месторождений; '

- исследовано влияние на физико-механические свойства дорожног асфальтобетона ЛСТ; определены условия перевода полярных компоненте поверхностно-активного вещества /ПАВ/ в нерастворимую форму, способ ствующую формированию улучшенного адгезионного контакта между битумом НБП и поверхностью каменных материалов;

- впервые получен гидротехнический асфальтобетон на основе НБЛ с добавками АПП .- отхода химического завода;

- исследовано влияние добавки АПП на реологические свойства■. природного битума НБП; определены.оптимальные условия структурообра зования системы АПП:, битум НБП, который обеспечивает'получение гидротехнического асфальтобетона с заданными свойствами; . ■ '

- определены структурно-механические характеристики гидротехнического асфальтобетона: мера аномальности, структурная вязкость, коэффициент прочности, необходимые для инженерных расчетов.

Практическая ценность, работы: у

- разработана технология приготовления дорожного асфальтобетоь на основе НБП с добавками ЛСТ; определено оптимальное содержание ЛСТ; улучшены эксплуатационные свойства дорожной смеси; получен тег лый дорожный асфальтобетон марки П, отвечающий требованиям ГОСТа 9128-84; ' •

- выявлен оптимальный состав мелкозернистого, и песчаного гидротехнического асфальтобетона на основе НБП и отходов химической промышленности; определено оптимальное содержание АПП, способствующее улучшению свойств природного битума НБП;

- разработаны способы утилизации отходов, что позволяет решить проблемы безотходного производства, охраны окружающей среды, экологии региона;

- ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанных асфальтобетонов составляет порядка 300 тыс.рублей в год.

Реализация результатов исследований.

Составы дорожного и гидротехнического асфальтобетонов внедрены в Кзыл-Ординском управлении "Гордорстрой", дорожно-строительном управлении № 30 Кзыл-Ординского проектно-эксплуатационного ремонтно-строительного объединения автомобильных дорог, производственно-строительном объединении "Кзылордамелиорация" Нинводхоза Каз.ССР.

Апробация работы.

Материалы исследований доложены на Всесоюзных совещаниях по комплексной переработке и использованию НБП /г.Гурьев, 1985 г./, Всесоюзном научно-практическом совещании "Пути использования вторичных ресурсов при производстве строительных материалов и изделий" /г.Чимкент, 1986 г./, научно-технической конференции "Комплексное и рациональное использование земельных и водных ресурсов в низовьях р.Сыр-Дарьи" /г.Кзыл-Орда, 1988 г./.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе I авторское свидетельство СССР на изобретение.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, выводов, библиографических источников /144 наименований/ и приложения на 30 . листах с документами внедрения результатов. Работа изложена на 182 страницах машинописного'текста, содержит 34 таблицы, 19 рисунков.

На'защиту выносятся: ■ - результаты исследования химического и минералогического составов НБП месторождений Иман-Кэра, Беке,. Донгелексор;

. - результаты экспериментальных исследований по подбору оптимальных составов дорожного асфальтобетона, условий химической активации ЛСТ и температурных режимов обработки, обеспечивающих получение дорожного покрытия с высокой прочностью, водоустойчивостью;

- данные по изучению влияния АПП на реологические свойства природного битума НБП;

- результаты изучения физико-механических, структурно-реологических свойств разработанных составов гидротехнического асфальтобетона на основе НБП;

- результаты опытно-промышленного опробования и технико-экономическое обоснование целесообразности производства и применения дорожного и гидротехнического асфальтобетонов на основе НБП.,

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ч

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, показана новизна, практическая ценность диссертационной работы и сформулированы основные полонения, которые выносятся на защиту.

В первой главе рыполнен обзор литературы, в которой рассматриваются состояния изученности вопросов использования НБП в дородном строительстве. Отмечено, что в последние годы внимание исследователей все более сосредотачивается на использовании в составах асфальтобетонов в качестве органического компонента - НБП, являющихся дополнительным источником углеводородного сырья.' Рассмотрены основные методы повышения качества и долговечности асфальтовых покрытий. Одним из перспективных путей является использование ПАВ. В этом направлении исследования вели ученые П.А.Ребиндер, Ь.Н.Попченко, П.Д.Глебов,. А.С.Колбановская, Л.Б.Гезенцвей, "И.А.Рыбьев,' Н.В.Горелышев, И.М-Руденская и др. Дан анализ состоянию использования асфальтобе- . тонов в гидротехническом строительстве в качестве противофильтра-ционного покрытия. Показано преимущество противофильтрационного покрытия из гидротехнического асфальтобетона перед другими существующими ' видами покрытий, В условиях дефицита битума актуальным яв-. ляется получение гидротехнического асфальтобетона на основе НБП. .. Сведения об исследовании в этом направлении в настоящее время от- ., сутствуют. .■ ■

Во второй главе рассмотрена адсорбционная теория адгезии, . объясняющая■процесс формирования'связи мелду адгезивом и субстра- . том. Необходимое условие адгезии - смачивание битумом поверхности минерального материала. ПАВ, содержащиеся в битуме или нанесенные на поверхность Минерального материала'улучшают смахивание. Согласно данной теории указаны предпосылки использования ЛСТ, АПП. в качестве ПАВ, улучшающих смачивание минеральных материалов битумов НБП. • ■ '

В третьей главе приведена характеристика объектов;и: методов исследования. Объектом исследования являются НБП месторождений ,

-Ч- . •

Иман-Кара /Гурьевская область/, Беке /Мангыилакская область/ и Донгелексор /Актюбинская область/. В качестве ПАВ применялись: -

- ЛСТ - отход КзшьОрдинского целлюлозно-картонного завода;

- АПП - отход Гурьевского химического завода.

, В качестве минерального заполнителя использованы: гравий, щебень фр. 5-15 мм, высевки после дробления щебня фр. 0-5 мм и известняковый минеральный порошок.

Для исследования физико-механических свойств и минералогиче-- ского состава минеральной части НБП привлекался комплекс методов, включающих: химический, оптический, рентгенографический, петрографический анализ и электронную микроскопию. Также использован метод, позволивший оценить структурно-реологические свойства битума НБП, АПП, асфзльтовяжущего на их основе и гидротехнического асфальтобетона.' Применены методики и ГОСТы, действующие в дородном и гидротехническом строительстве.

Четвертая глава посвящена изучению физико-химических свойств органической части НБП, а также определению химического и минералогического составов минеральной части породы.

Содержание битума НБП определяли экстрагированием в аппарате Сокслета с использованием смеси бензол-этанол /соотношение 1:1/. Для НБП месторождения Иман-Кара она составляет - 16 мас.%, для • НБП Беке - 19 масЛ, для НБП Донгелексор - 15 мас.%. Плотность органической части НБП колеблется в пределах 0,98-1,038 кг/м3, что объясняется различным групповым составом битумов. Минералогический состав минеральной составляющей НБП является в основном"кварцево-полевошпатовым. Данные петрографического, рентгено-структурного анализа и электронномикроскопические снимки свидетельствуют о наличии минералов: кварца, полевых шпатов, слюды, диопсида. Сравнение рентгенограмм минеральной части НБП показывает, что в целом они подобны друг другу. Битум НБП при положительных температурах характеризуется жидкотёкучим состоянием, содержат значительное количество масел /50-60%/. Содержание асфальтенов, которые являются главными носителями активности битумов, обеспечивающее в свою очередь надлежащее сцепление битума породы с минеральной поверхностью, колеблется в пределах 5-12%.

Исследована прочность сцепления пленки битума НВП с поверхностью минеральных частиц. Поназано, что органическая часть, выделенная из НБП имеет удовлетворительное сцепление с основным материалом, не имеет - с кислым. Активация минеральной поверхности ЛСТ, АПП улучшает адгезию битума с заполнителем как с основным,

так и с кислым. _

~ 3 —

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований дорожного и гидротехнического асфальтобетонов из НБП и отходов промышленности.

С целью повышения эксплуатационных характеристик дорожного асфальтобетона на основе НБП в состав композиции в качестве ПАВ вво,-дился ЛСТ в количестве 1-10%. В результате проведенных исследований были разработаны способ и технология приготовления дорожного асфальтобетона из комплекса природного сырья и отходой промышленности, включающий в мас.%: щебень 50-45, высевки фр. 0-5 им 16-24, минеральный порошок 8-10, НБП 26-42, ЛСТ 2-3. Установлено, что при одинаковых условиях приготовления /нагрев каменных материалов до 150-160°С, время перемешивания с НБП 4-6 мин/ образцы, полученные с добавками ЛСТ, характеризуются более высокими показателями свойств, чем образцы без ЛСТ и имеет следующие физико-механические свойства: прочность при 20°С /й20/ - 4,3 Ша, водонасыщение /н/ - 2,5% об., набухание /Н/ - 0,3% об., коэффициент водостойкости /К§"/ - 0,75, коэффициент морозостойкости через 50 циклов /Кщ3/ - 0,50.

ЛСТ отход при выделении целлюлозы по сульфитному методу - содержит в сухом остатке соли лйгносульфоновых кислот, имеющие сложное строение с наличием в ароматический и боковых цепях активных групп ОН, СО, СОН, бо5н-и др., что обеспечивает в свою очередь поверхностную активность и высокую способность, к вазимодействию с различными веществами." На строение этих активных функциональных групп ■ и влияет термическая обработка. Следовательно, улучшение физико- . механических свойств асфальтобетона связано с тем, что гидрофиби-эирующая активация минеральных материалов ЛСТ и последующая термическая обработка при 150-160°С способствует переводу водорастворимых компонентов ПАВ в нерастворимую форму, образуя при этом водоустойчивый молекулярный хемосорбциойный слой, способствующий формированию ■ улучшенного адгезионного контакта между, битумом НБП и поверхностью каменных материалов. В результате получается дорожный асфальтобетон, отвечающий по физико-механическим свойствам требованию ГОСТа 9128-84 на теплые смеси.

На_ следующем этапе исследований изучена возможность использования НБП в качестве органического компонента для получения, гидротехнического асфальтобетона. Определены физико-механические и структурно-реологические характеристики битума НБП, АПП и асфальт о вотущв' го на их основе. Изучение физико-механических свойств композиций АПП: битум НБП показывает, что добавка АПП к битуму НБП от'Г.до

5 мае.% повышает температуру размягчения асфальтовяжущего от 24 до глубина проникания иглы снижается от 51 до 21 мм. Дальнейшее увеличение содержания полимера в системе изменяет вышеуказанные показатели незначительно.

Реологические исследования влияния АПП на свойства битума НБП проводили по схеме чистого сдвига на приборе "Реотест 2.1". В результате проведенных исследований получены полные реологические кривые 1бо =• г(Р ), 1§л. = г(Р) и вычислены реологические характеристики их структурно-механических свойств, к числу которых относятся: п0 - наибольшая предельная вязкость неразрушенной структуры; пга - наименьшая вязкость предельно разрушенной структуры; Рк£- условный статический предел текучести; Рк.,- бингамовский динамический предел текучести;

- граница прочности неразрушенной структуры при пластично-вязкостном разрушении.

При температуре 60 и 90°С органическая часть НБП имеет вяз-,кость, соответственно, 18,66 и 3,06 Па.с, АПП - 671 и 114,6 Па.с.

Структурно-реологические характеристики, представленные в табл. I показывают, что асфальтовяжуцее из битума НБП и АПП более упруги и вязки, чем исходный.природный битум НБП. Вязкость неразру^ шенной структуры п0 асфальтовяжущего при максимальном содержании АПП приближается к вязкости нефтяного битума марки БН 90/10, которая при температуре 60 и 90°С составляет 1073 и 751,5 Па.с, соот- . ветственно. С увеличением концентрации АПП повышается и степень структурированности систем /п0-пт, п0/пт/» пределы текучестей /РК1, Рк2/. Образование прочной структуры в композициях связано с развитием в'объеме битума НБП структурной сетки, узлами и центрами возникновения которой являются частицы АПП. Наиболее оптимальное структурообразование композиции отмечается при соотношении АПП: битум НБП, равное 1:1, который впоследствии подтверждены технологическими опытами. Дальнейшее увеличение содержания.полимера не приводит к существенному изменению- реологических параметров. При этом следует отметить, что оптимальное содержание органической части НВП составляет 5. мас.%, которой соответствует оптимальной гранулометрии.

Технология приготовления гидротехнического асфальтобетона состоит из следующих операций: каменные материалы нагревали до температуры 180-200°С и перемешивали с АПП в течение 10-45 сек до полного расплавления и обволакивания минеральных материалов. При этом температура смеси падала до 160-170°С. Затем массу перемешивали НБП в течение 4-5 мин до получения однородной смеси, имеющей температу-

Таблица

Реологические характеристики системы битум НБП, АПП, органической части НБП и АПП при г 60 и 90°С

Содержание АПП в мае.

в системе органическая часть НБП:АПП'

в ГТА

Рнх, Па

Рк2, Па

"о' Па. с

Ь'

Па. с

1/п0х хГО-З

1/п

поЧ

О ш

^ 6-90х хЮ-2

Е, Па

Р^, Па

*3,сек

г о»

16,6 37,5

44.4 50,0

54.5 61,5

16,6 37,5

44.4 50,0

54.5 61,5

: -. ' 1 = бо°с

1,0 376 146', 6 2,09 6,80' 0,48' 70Л

2,0 1940 5521 724,7 1,35 1,38 0,74 53ё,8

4,0 2089 5671.751,£ 1,35 1,33 0,74 556,6

5,0 3738 6417 993.0 1 94 1,01 . 0,51 511,8

6,0 4029 6717 100.90 2,3 9,9 0,43 438,7

8,0 4178 7212 1020,8 2,77 9,8 0,36 368,2

1 = 90°С

1,0 49,2 - 16,8 1,36 5,9 0;73 12.3

2,0- 505 1343 181,6 0,80 5,5 1,25 1,25

4,0 926 1641 227,0 0,03 4,4 1,07 1,07

5,0 1010 1940 287,9 1,01 3 5 0,99 0 99

6,0 1052 2233 309,3 1,11 3,2 0,90 0,90

8,0 2188 5074 617,0 1,28 1 6 0,81 0,81

144,5

723,?

750,1

991,0

1006,7

1017,2

16,4

18б,8

226,9

286,9

308,2

615,8

7.04 9,1 9,06 9,49 9,48' 8,68

1044 4933 5292 5980 6472 7182

1199 1384 1930 2246 5384

1029,7 ' 4924 5223 5969 6457 7163

1194 1379 17912238 5373 -

0,014 0,137 0,143 0,166 0,156 0,142

0,151 0,164 0.160 0,138 О 114

py I00-I30°C. Оптимальную температуру нагрева каменных материалов выбирали исходя из того, что при данной температуре вязкость полимера будет достаточно низкой и обладает хорошим растеканием по поверхности, что гарантирует хорошее смачивание. Изучение физико-механических свойств гидротехнического асфальтобетона показывает, что введение АПП в количестве 1-8 массЛ способствует снижению во-донасищения, набухания, повышает водостойкость. Наилучший эффект достигается при содержании АПП в смеси 4-5 ма'сс.%. При этом гидротехнический асфальтобетон с использованием НБП Иман-Кара и Беке по показателям свойств отвечает требованию П-20-85 ВНИИГа. Смеси на основе НБП Донгелексор имеют низкие прочностные показатели и высокую водонасыщаемость, что связано с отличием группового состава . битумов породы. Улучшение физико-механических свойств связано с тем, что обработка заполнителя АПП создает в асфальтобетоне развитую систем эластичности, которая сообщает минеральным материалам гидрофобность, ведет к созданию более однородной и плотной структуры с преобладанием замннутых пор и также улучшает свойства природного битума за счет частичного растворения и набухания АПП в дисперсионной среде, образуя полимербитумное вяжущее.

Добавка в гидротехнический асфальтобетон до 10 масс.% минерального порошка улучшает все показатели свойств, снижая при этом расход АПП до 3 масс.% /табл. 2/. Получен оптимальный состав песчаного гидротехнического асфальтобетона по свойствам отвечающие требованиям П-20-85.

Изучено влияние температуры уплотнения смеси на свойства гидротехнического асфальтобетона. .Показано, что наилучшие показатели достигаются при уплотнении смеси,' имеющей температуру 70-130°С. Температура менее 70°С ухудшает свойства асфальтобетона в связи с остыванием смеси.

Изучена коррозионная стойкость оптимальных составов гидротехнического асфальтобетона. В качестве агрессивных сред в соответствии с естественной минерализацией вод приняты следующие концентрации солей: Nací - 203 и 10,15 г/л, Caso^ - 0,554 и порядка I г/л /насыщенный/. После 3-х месяцев выдержки в среде образцы мелкозернистого асфальтобетона имеют коэффициент коррозионной устойчивости 0,65-0,66 и 0,63-0,68 при концентрациях CaSO^' и Nací равных 1,0 и 10,15 г/л, соответственно, которые значительно превышают естественную минерализацию оросительных и грунтовых вод. При этом Кст для песчаного асфальтобетона несколько выше и составляет 0,81 И 0,84, соответственно.

Таблица 2

Физико-механические свойства оптимальных составов ГГА на основе нефтебитуминозных пород

I

к. «ь

(

Состав , % Остаточная пор-ть % об. Водо-насыщение. % Набу-. хание, % об. Предел прочности при сжатии, ИПа «в Кт Кэ

й20 20. К50 . К70 «о . ...

Гравий - 35 высевки - 34,3, НБП /Иман-Кара/ -35,7, АПП-5 1,7 0,9 00 3,25 3,15 1,45 0,7 8,77 0,96 2,07 2,7

Гравий - 35, высевки - 24,3, мин.пор. - Ю, НБП /Иман-Кара/ -35,7, АПП - 3 . Л7 0,9 00 3,5 3,4 1'7 1,1 9,45 1,0 2,09 2,7

Гравий - 35, высевки - 33, НБП /Беке/ - 37, АПП-5 1,44 1,3 00 2,9 .2,7 1,4 0,55 7,5 •0,93 2,07 2,6

Г - 35, В - 23, мин.пор. - 10. . НБП /Беке/ - 37, АПП - 3-4 1,0 0,6 00 4,0 3,8 2,0 0,9 8,0 0,95 г;о 2,0

Гр. - 35, в - 25, мин.пор. - Ю, НБП /Донг/ - 35, АПП - 4 1,8 0,7 00 3,1 2,9 1,6 0,6 6,0 0,94 1,93 1,94

Высевки - 56, НПБ /ИМ.-Кара/ -. 51, АПП - 4 1,0 0,9 00 ■ 3,2 3,1 1,3 0,7 7,04 0^97 2,0 2;г

По требованию Л-20-85 1-3 <1,5 <0,5 2-4 . 1,2-2 0,5-1 ,0 4,0-6 0 0,9-0,971,8-2,2 1,8-2,2

Морозостойкость гидротехнического асфальтобетона на основе НБП оптимальных составов /табл. 2/ определяли в низкотемпературной лабораторной камере пульта НСЛ 359/70, 160/70, "р^еса". Результаты проведенных исследований показывают, что коэффициент морозостойкости для оптимального состава из НБП Иман-Кара после 25 циклов составляет 0,86, для состава из НБП Беке - 0,87, для состава из НБП Донгелексор - 0,81. Самой высокой морозостойкостью обладает песчаный асфальтобетон /К^3> - 0,94; - 0,86/.

Реологические характеристики гидротехнического асфальтобетона /в - мера аномальности, Кр - коэффициент прочности, л - вязкость/ определены по схеме чистого изгиба балочек, что наиболее близко к натурной работе материала в покрытии. Испытания проводились при ; Т = -5; й; +20; +40°С на асфальтобетонных балочках размером ьхьх1 /7x6x40 см/, изготовленных с использованием НБП месторождения Иман-Кара. Результаты опытов обрабатывались в.виде семейства кривых изменения прогибов и=г<т). Общие закономерности влияния температуры и времени загружения на поведение асфальтобетона под нагрузкой имеют сходный характер с битумом. Отлйчие заключается в том, что гидротехнический асфальтобетон во всем интервале температур ведет себя как жесткий вязко-упругий материал.

На рис. I показана зависимость расчетных характеристик от изменения температуры.,Расчетные характеристики оптимальных составов гидротехнического асфальтобетона находятся в пределах заданных показателей, характеризующих свойства асфальтобетона на нефтяном вязком битуме.

Расчетные,характеристики, полученные для гидротехнического асфальтобетона на основе НБП использованы для проведения проверочных расчетов покрытий на оплывание. Асфальтовые материалы, уложенные на'вертикальной или наклонной поверхности, в районах с жарким климатом, способны медленно оплывать под действием собственной массы. При достижении величины оплывания ьтах > (3**0 <5 в п'/рытии об' разуются наплывы и волны, в результате чего величины и неравномерности оплывания резйо возрастают и в конце концов, покрытие разрушается. Для составов гидротехнического асфальтобетона' с добавками АПП Ьтах составляет 0,53 см, с добавками полимера и минерального порошка - 9,3.10"^ см, для песчаного - 3,09 см. Подученные расчетные данные ьтах свидетельствуют о достаточной теплоустойчивости покрытия из нефтебитуминозных пород. .

-П-

н

£ 4

г

%

ß

я.

№

4*

•Ю

2.0

О?

Иг

Рис Л. График зависимости меры аномальности /$/, структурной вязкости /л/ и коэффициента прочности /ГС/ от температуры /для мелкозернистого ГТА/ р

В противофильтрационных покрытиях из гидротехнического асфальтобетона трещинообразование обуславливается температурными деформациями морозного пучения грунтового основания. Было предложено охарактеризовать деформируемость асфальтобетона относительной величиной Pj/Pg - отношением скорости убывания жесткости к скорости упругости. При Pj/Pg = Т - min асфальтобетон, обладает наибольшей твердостью, достигаемой при росте модуля К и коэффициента вязкой податливости у. Для гидротехнического асфальтобетона на основе НБП получено максимальное значение Pj/Pgi соответствующей минимальной .пест-кости асфальтобетона при низких температурах, достигнутое за счет использования полимерных добавок.

Шестая глава посвящена проведению опытно-промышленной проверки результатов исследований.

Опробование разработанной технологии дорожного и гидротехнического асфальтобетонов осуществлялась в Кзыл-Ординском управлении "Гордорстрой", в дорожно-строительном управлении Р 30, в производственно-строительном управлении "Кзылордамелиорация" Минводхоза Каз.ССР. Выпущено порядка 90 тн дорожной смеси и 22 тн гидротехнического асфальтобетона, которые уложены на опытный участок дороги в г.Кзыл-Орда и опытный участок оросительного канала. Показано, что физико-механические свойства переформованных образцов через 3 года'удовлетворяет требованиям ГОСТа и ТУ на теплый асфальтобетон. За время эксплуатации на опытном участке дороги не обнаружено

за

-dl-

.сдвигов, наплывов и волн даже в условиях паркого климата Кзыл-Ординской области.

Технологический процесс укладки и уплотнения гидротехнического асфальтобетона на основе НБП проводили согласно П-20-85 ВНИИГа. С 1986'-года проводились постоянные наблюдения за опытным участком канала. Наблюдения показали полную их работоспособность, не обнаружено наличия деформаций и разрушений.

В' седьмой главе приведены расчеты технико-экономической эффективности использования НБП и отходов промышленности в дорожных и гидротехнических асфальтобетонах. Расчеты показали, что экономический эффект зависит главным образом от полной замены дефицитного, дорогостоящего нефтяного битума - НБП. При объеме производства 50 тыс.тн в год смеси предлагаемая технология позволяет получить годовой экономический эффект:

- по составу дорожного асфальтобетона - 34 тыс.руб.

мелкозернистого гидротехнического асфальтобетона - 109 тыс.руб. песчаного гидротехнического асфальтобетона -125,5 ню.руб.

Эколого-экономический эффект от утилизации АПП составляет 1Г,0 тыс.руб.

Общий годовой экономический эффект, составляет порядка 300 тыс.рублей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Выявлен химический и минералогический составы минеральной части'НБП месторождений.Иман-Кара, Беке, Донгелексор. Она представлена в основном кварцево-полевошпатовыми породами: кварцем, полевыми шпатами, слюдой, диопсидом. Минеральная часть НБП является, носителем тонких ориентированных слоев природного битума'и находится в структурированном состоянии. Можно рассматривать НБП как готовое двухкомпонентное составляющее асфальтобетона, включающее предварительно смешанные природный заполнитель и органическое вяжущее .

2. Разработана и защищена авторским свидетельством № 1392050 технология приготовления дорожного асфальтобетона на основе НБП месторождения Иман-Кара с добавками ЛСТ. Установлено, что гидрофо-бизирующая активация минеральных материалов ЛСТ и последующая термическая обработка при 150-160°С способствует формированию лучшего

■ ' -в-

адгезионного контакта между битумом НБП и поверхностью каменных материалов. При оптимальном содержании ЛСТ 2-3% дорожный асфальтобетон получают с повышенной прочностью, водостойкбстьп, отвечающий требованиям ГОСТа 9128-84 на теплые смеси.

3. Впервые получен гидротехнический асфальтобетон на ос- __-

ново НБП. Подобран оптимальный гранулометрический

состав асфальтобетона, соответствующий требованиям Р-20-85 ВНИИГа. Для упрочнения структурных,связей между пленкой битума

"КГ! и минеральными поверхностями предложено использовать ЛИП - отход Гурьевского химического завода.

4. Получены полные реологические кривые 1ео = г(р) и 1сп=г(Р) и вычислены структурно-реологические параметры для органической части ПОП, АПП и асфальтовяяущего на их основе. Установлено, что при температуре 60 и 90°С битум НБП находится в жидком состоянии и представляет собой суспензию асфальтенов в маловязкой дисперсионной среде, течение которой подчиняется закону Ньютона. Показано, что'Процесс наполнения битума НБП атактичеоким полипропиленом сопровождается болылим ростом эффективной вязкости /от 146,6 до 1020 Па,о/ и образованием более устойчивой структуры асфальтовяжудего, чем у исходного битума породы. Прочность структуры обеспечивается частичным растворением и набуханием в дисперсионной среде битума - АПП. Критическая концентрация полимерной добавки, обеспечивающая максимальное структурирование системы составляет 50 мас.% в асфальтовяжущем, что соответствует 5%-ноиу содержанию в асфальтобетоне., •

5. Определены оптимальные технологические параметры приготовления гидротехнического асфальтобетона: температура нагрева каменных материалов 180-200°С, готовой смеси Ю0-130°С, температура уплотнения 70-130°С. Выявлен оптимум добавки, позволяющий получить мелкозернистый асфальтобетон высокой прочности /и^д = 3,25 МПа, и^д = 3,2 МРа/

и водостойкости /к£ = 0,96, = 0,97/. Добавка известнякового минерального порошка до 10% улучшает адсорбцию асфальтовяжущего на поверхности минеральных материалов и позволяет достичь аналогичных физико-механических показателей при меньшем количестве АПП; порядка 3-4%.

6. -Оптимальные составы гидротехнического асфальтобетона на основе НБП достаточно устойчивы к воздействию агрессивных сред и могут быть использованы в качестве гидроизоляционных покрытий в каналах, эксплуатируемых в засоленных оросительных водах. Установлено, что наиболее высокой коррозионной стойкостью обладает песчаный гидротех-" нический асфальтобетон. Через 3 месяца значение коэффициента корро-

-т-

.зионной стойкости составляет 0,81 - 0,9.

7. Совместное введение АПП и известнякового минерального порошка обеспечивают устойчивую структуру оптимальным составам мелкозер-

■ нистого гидротехнического асфальтобетона в условиях изменяющегося влажностного и температурного режима. Через 50 циклов коэффициент морозостойкости составляет для гидротехнического асфальтобетона на основе НБП месторождения Иман-Кара - 0,63, Беке - 0,8, Донгелексор -0,61. В песчаном асфальтобетоне повышение содержания НБП повышает его морозостойкость /К^д - 0,86/. О достаточной трешинностойкости свидетельствует максимальное значение Р^Рд. соответствующей минимальной жесткости асфальтобетона при низких температурах, достигнутое за счет использования.полимерных добавок.

8. Изучены структурно-реологические свойства гидротехнического асфальтобетона. Установлено, что гидротехнический асфальтобетон из НБП с добавками АПП во всем интервале температуры испытания ведет себя как жесткий вязко-упругий материал, так как битум в нем структурирован и находится в пленочном, адсорбционно-связанном состоянии. При 20°С оптимальный состав мелкозернистого гидротехнического асфальтобетона с добавками АПП и известнякового минерального порошка имеет расчетные характеристики 8=4,1; Кр=2,30.10^; х=2,0-Ю30; пес-.чаный: е=3,2; Кр=0,98'Д02; х=2,0Ы018 Пз. Теплостойкость ьтах для

оптимальных составов гидротехнического, асфальтобетона составляет: для мелкозернистого - 0,53...9,см, для песчаного - 3,09 см. Сравнительный, анализ полученных величин позволяет судить о надежности покрытия при эксплуатации в условиях жаркого климата.

9. Опытно-промышленные испытания составов и технологии получения дорожного и гидротехнического асфальтобетонов на основе' НБП проведены на базе Кзыл-Орданского управления "Гордорстрой", областного управления мелиорации и водного хозяйства, комбината дорожно-строительных материалов и дорожно-строительного управления С 30. Построен опытный участок дороги в г.Кзыл-Орда /1984 г:-/, от-'тно-проныш-ленный канал /1986 г./. Суммарный технико-экономический оффект от внедрения технологии получения дорожного и гидротехнического асфальтобетонов с учетом утилизации отходов промышленности .составит порядка 300 тыс.руб в год. Кроме того, НБП позволяют обеспечить альтернативную нефтяному битуму, надежную сырьевую базу для получения асфальтобетонов. Использование НБП для получения гидротехнического асфальтобетона позволяет сократить' расход ценного вяжущего - гидравлического цемента и металла, используемых в производстве желеэобо-

тонных гидротехнических плит, а в условиях острого маловодья Казахстана и Средней Азии сократить потери на фильтрацию.

Основное содержание диссертации опубликовано' в следующих работах :

1. A.C.1302050, МКИ 5С04 В 26"26. Способ получения асфальтобетонной смеси /Бишимбаев В.К., Нарманова P.A. и др. /СССР/ //Открытия, Изобретения, Б.И. - 1988, К? 16.

2. Бишимбаев В.К., Нарманова P.A. и др. Использование СДБ для повышения качества дорожного асфальтобетона //Сб.научных трудв, "Пути использования вторичных ресурсов для производства строительных материалов и изделий. T.I. Чимкент,Каз.ХТИ- 1986. - С.420-421. '

3. Бишимбаев В.К., Нарманова P.A. и др. Гидротехнический асфальтобетон с использованием НБП и отходов химической промышленности // Там же, T.I. Чимкент. Каз.ХТИ - 1986. - С.423-424,

4. Нарманова P.A. Гидротехнический асфальтобетон. /Информационный листок. Кзыл-Орда, ЦНТИ. - 1987, - 2 с,

5. Нарманова P.A., Оспанов А.Н., Шомантаев A.A. Песчаный гидротехнический асфальтобетон на основе НБП и отходов промышленности //Тезисы докладов: "По проблемам интенсификации орошаемого земледелия в низовьях реки Сыр-Дарьи". - Кзыл-Орда. ДГМСИ. - 1987. - С.20-21,

6. Бишимбаев В.К., Нарманова P.A. Использование нефтебитуминозных пород и отходов химической промышленности для получения гидротехнического асфальтобетона // Комплексное использование минерального сырья. - Алма-Ата, АН Каз.ССР, - 1988. - № 10. - С.54-57.

7. Бишимбаев В.К., Нарманова P.A., Ахметданов Б.С. Кирошнеральные смеси с улучшенными свойствами. // НБП: достижения и перспективы. -

. Алма-Ата: Наука, . - 1988. - С.288-291.

8. Нарманова P.A., Бишимбаев В.К. Холодный асфальтобетон на. основе НБП // Тезисы докладов: "По проблемам комплексного и рационального использования земельных и водных ресурсов.в низовьях р.Сыр-Дарьи". ■ Кзыл-Орда, ДГМСИ. - 1988. - С.29-30.

9. Бишимбаев В.К., Шомантаев A.A., Нарманова P.A. Определение расчетных характеристик асфальтобетона на основе нефтебитуминозных пород //Сб.: "Совершенствование строительных материалов, конструкции и повышения качества сельскохозяйственного и водохозяйственного . строительства. - Новочеркасск. - 1991. - С.129-137.

10. Бишимбаев В.К., Нарманова P.A.,-Ахметжанов Б.С., Шомантаев A.A. Исследование коррозионной устойчивости гидротехнического асфальтобетона на основе НБП // Комплексное использование минерального сырья. Алма-Ата, АН Каз.ССР - 1991. - Р 6..- С.61-63. .

-Л-