автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Холодная регенерация горячего асфальтобетона с использованием отходов растительных масел

г ^ 1

московский государственный .^55» мали

автомобильно-ддрожный институт (технический университет)

С г п й п.

в ( О \ ■»)

На правах рукописи

ВАЛИД АНИС АЛЬ-ЖАУХЛРИ

УЖ. 625 . 855. 3

ХОЛОДНАЯ РЕГЕНЕРАЦИЯ ГОРЮЧЕГО АСШЬТОБЕГОНА-''С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТХОДОВ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕД

(05.23.05 Строительные материалы я изделия )

""" Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук '

i— москва _1

Работа ¿шолнена на кафедре "Дорожно-строительные ма-териалн" Московского .государственного автонобильно-дорокко-го института (технического университета)

Научный руководитель - /д-р те»;, наук, проф.

И.В.Королев/ канд.техн.наук, доц.

К.В.Быстров Официальные оппоненты - д-р техн.наук, проф.

Е.Н.Баринов, канд.техн.наук, доц.

А.П.Лупанов Ведущая органкзацич - РосДорККИ Защита ссстоитсч " $ " 1993 г. в-^ часов

на заседании специализировайного совета К 053.30.13 ВШ Р£> при псковском государственном автомобильио-дорожноы инсти- • туте (техническом университете) по адресу: 125829, Москва; ГСП-47, Ленинградский проспект, 64, «!£Д1. Телефон для справок: 155-03-26.

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке института.' Отзывы на автореферат в двух зхзешичрах с подписью, заверенной печатью, просим направлять в специализированный совет института.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета К 053.30.13

канд.техн.наук, доц. < Л.П.Бессонова

0Е4АЯ ХАРдКЗЕРЖЯИКА

Актуальность работы. Реконструкций к ремонт автомобильных дорог с нежестким покрытием требует больших объемов в^зпуцшс веществ и минеральных материалов. Известно, что Ливан не является производителем нефтяных вяжувргх, а получает их из других стран, в первую очередь из Саудовской ¿разни и Ирака.

Помимо .-дефицита вяжущих, все более острой проблемой для городоЕ Ливана, особенно Бейрута, становится нарушение• взаимосвязи высотных отметок из-за постоянного увеличение суммарной толщины асфальтобетона на проезжей-"части.

Увеличение объемов холодной регенерации ассральтобётона в Ливане сдерживаете* из-за высокой стоимости эксплуатируемых пластификаторов нефтяного происхождения. В то ке время в стране имеется большое количество растительных насел и отходов от их производства, которые могли бы использоваться в составе асфальтобетона.

Таким образом, за счет регенерации имзщихся запасов старого асфальтобетона с применением пластификаторов растительного происхождения во многом могут быть решены проблемы дороговизны и дефицита нефтяного битума.

Цель работы. Разработка метода холодной регенерации горячего асфальтобетона с использованием отходов растительных масел.

Научная новизна.

Доказано, что пластификация асфальтобетонной смеси

отходами растительных масэл приводит к регулированию процесса формироваши структуры регенерированного асфальтобетона, улучшению уплотняемости материала и снижению удельной работы уплотнения в среднем на 25%;

разработана методика проектирования пластифицированного асфальтобетона по ааршаллу. Определены реологические характеристики и усталостна долговечность, пластифицированного материала с целью его рекомендации для применений в дорожном покрытии;

определены параметры технологического процесса холодной регенерации с использованием отходов растительных масел.

Практическая ценность. Результаты настоящего исследования послужили основой для разработки метода регенерации старого асфальтобетона на дороге путем холодной фрезеровки, переработки материалов в передвижных смесителях и последующего уплотнения, а также обоснования оптимального качества пластификаторов с целью получения конечного продукта,V устойчивого к внешним воздействиям.

Апробация работы. ОсноЕИне положения и результаты диссертационной работы докладывались на егегодньк научно-исследовательских конференциях МАДЙ в 1991-1932 г г. и на заседаниях кафедры "Дорожно-строительные материалы" МАДИ.

Публикация. Основные положения диссертации изложены в одной публикации.

На защиту выносятся.

Теоретическое обоснование возможности холодной регенерации горячего асфальтобетона с использованием отходов растительных ыасел;

результаты исследования физико-механитеских свойств асфальтобетонов, регенерированных с применением отходов растительных касел;

результаты определения долговечности и реологических свойств регенерированного асфальтобетона; результаты опытно-производственных работ. Объем работа.' Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и двух пршгоненкй. Общий объем диссертаций составляет 181 страниц машинописного текста, в том числе 30 таблиц и 51 рисунков.

СОДЗЯйНИЕ РАБОТЫ

I. Анализ литературы по •регенерации асфальтобетона и задачи исследования

Изучение долговечности асфальтобетона, процесса старения е дорожных покрытиях к общих принципов регенерации асфальтобетон базируется на работах А.И.Алиева, 3.В,Михайлова, М.Арроыбкда, Г.С.Бахраха, Л.Б.Билай, А.Ы.Багдасарова, Й.М.Борц, М.И.Волкова, Л.Е.Гезещвея, А.Р.Дя.вкдозой: й.Лчрье, Е.М.Нзлезко, Н.Н.Ивакова, Е.М.Козловой, А.О.Колбановской, Б.Н.Кононова, А.И.Лиеихиной, А.Д. Дупанова, 2.К.Некрасова, Б.И.Ладытика, К.Г.Печеного, Н.Ш.Дочапского, В.А.Роыодановг, И.М.Руденской, Й.А.Гйбьеза, Н.В.Сахарова, Г.К.Сшьи и др. Эти работы указывает ка принципиальную возможность воеста-новлеккя перзонвягдьЕых свойств асфальтобетона. Наряду с этим существует - {необходимость выявления степени изменения качественного состояния материала во времени . вследствие его старения, протеагацего под воздействием совокупное?!; эксплуатационных факторов.

С учетом состояния автомобильных дорог страны и продолжительности дне?; с высокой температурой (с мая по август) и в связи с дороговизной энергоносителей, модно сделать вывод о целесообразности развития технологии холодной регенерации асфальтобетона. .

3 то же зреыя в Ливане развито производство растительных масел, что делает возможным использование отходое от их производства в промышленных объемах при невыооких эатра-

тах транспортировки.

Проведенный анализ позволил установить цель и сформу-л:грозать следущке задачи:

1. Теоретически изучить возможность холодной регенерации асфальтобетона путем пластификации зяжущзга отходами растительных масел.

2. Изучить взаимодействие и совместимость бетука в ас-_ фгльтобетоне с отходами растительных масел.

3. Определить влияние отходов растительных ыасел на свойства битума с точки зрения уменьшения жесткости асфальтобетона.

4. Установить оптимальное количество добавки отходов растительных масел в асфальтобетоне с учетом крупности его минеральных составляющих.

5. Разработать технологии регенерации асфальтобетона применительно к имеющемуся оборудованию.

2. Теоретические предпосылки способа улучзегогт свойств

асфальтобетона холодной регенерацией

Анализ выполненных ранее?работ, относящихся к переработке и повторно^ использованию асфальтобетона как на специализированных заводах, так и на дороге, показывает, что. обычно применяемый для этих_процессов термин "регензрецня асфальтобетона" неточен. В процессе регенерации ке достигается восстановления первоначальных свойств битума.

В асфальтобетонном покрытии под влиянием окрунгнцей среды происходит увеличение прочности асфальтобетона в результате необратимых процессов в битумных плешах и упрочне-

ни* связей на границе раздела "минеральный материал-вяжущее". При этом происходя? изменения в структуре асфальтобетона и начинается его деструкция, обусловленная возрастанием хрупкости материала. Зтим этапом завершается жизненный цикл асфальтобетона.

Яри повторном использовании асфальтобетона характерна большая вязкость жидкой фазы. В результате ориентационный эффект распространяется на большую часть битумных пленок. При этсм увеличивается расклиниванцее давление, оказывающее сопротивление сближению и перемещению минеральных чзстщ при уплотнения. __

В соответствии с представлениями физико-химической механики необходимым условием достижения предельной плотности и однородной упаковки частщ твердой фазы в упрочняющихся с увеличением ее концентрации дисперсных материалах являются предельное разрушение их структуры и достижение минимальной прочности и наибольшей подвижности на начальной стадии технологического процесса их формирования.

Интенсификация технологических процесс! з получения материала с коагуляционным типом структуры возможна га счет снижения сил сцепления их поверхностей, а также за счет изменения свойств и содержания жидкой фазы. В повторно используемой смеси этоцу может способствовать ее пластификация.

Первоначальный период форыировастя структуры пластифицированного старого асфальтобетона начинается с перемешивания смеси с пластификатором, который смачивает агрегаты и распределяется по их поверхности, а заключительный этап структурообразования пластифицированного асфальтобетона ох-

вгтывг-ет укладку к уплотнение асфальтобетонной снеси.

Б качестве пластификатора, нами были предложена отходы растительных масел (хлопкового, подсолнечного, оливкового). ;

3. Оборудование и методика проведения экспериментальных работ

Аппаратура к методика, использованные при проведении работ:

методика люминесцентной микроскопии, микроскопом "Гэкак-ИЗ";'

методика исследования уплогняекости асфальтобетона- на уплотняющем стенде;

методика испытания по Маршаллу, на испытательной машине типа 1£аршглла;

методика определения реологических свойств асфальтобетона, на приборе "конический пластометр";

флексометр 5?-2 для испытания на усталостную долговечность при динамическом иггнбе;

прибор Шй-100 для определения прочности асфальтобетона при изгибе при однократном нагрукении.

4. Экспериментальные исследования регенерированного асфальтобетона

Представлены результаты исследований структуряо-механи-ческих свойств регенерированного асфальтобетона, включающих микроскопические исследования, показызапцие характер распределения в асфальтовом вяяущем пластифицкруищих добавок.

Исследования показали, что пластификация регенерированного асфальтобетона приводит к уменьшению жесткости и повышению водостойкости получаемого материала.

Например, пределы прочности при снатии переформованных образцов при тешерагуре 0°С и 50°С без добавок пластификатора составляли от 12,2 до 2,7 ЫПа, а с добавкой пластификатора - от 9,5 до 1,15 МЯа. Величина водонасыщения упала с 0,90 до 0,99.

Выполненные по методике И.В.Королева иеследования позволили получить, зависимость средней толщины пленки пластификатора от размеров агрегатов (рис.1). С учетом данных об удельной поверхности измельченных асфальтобетонных смесей различного состава оптимальное количество добавляемого пластификатора, обеспечивающее образование равномерной пленки по поверхности агрегатов, составляет 0,5-0,6^ от массы материала.

Одншс из веенейших факторов обеспечения эксплуатационной надежности покрытия является однородность качестза асфальтобетона. Для асфальтобетона характерно определенное колебание качества, зависящее от степени однородности.материала. Одной из основных технологических операций, определяющих однородность регенерированного асфальтобетона, является этап перемешивания асфальтобетонной смеси с пластификатором. Средние значения показателей и результаты статистической обработки приведены в табл.1.

В качестве основной технологической характеристики регенерированного асфальтобетона была принята удельная работа уплотнения (¿уд), характеризующая величину энергозатрат на

уплотнение единицы объема материала до требуемой шхотности. Важно отметить, что пластификация материала, способствует снижению удельной работы уплотнения в среднем на 25%.

Таблица I

Результаты испытаний асфальтобетонов

Откло-'нение

Порядок ¡Предел отбора ¡прочности проо ;на сжатие

значение

от

среднего ариф-метич.

Дие-;Срзд-пер-! нее сия !квад--! рати-!чес-!кое, ! Ьша

I

¡КоэсЬ- ГКоэф-,'фицк- !фкцк-ент ! ёнт ¡вари- !одио-;ации, !род-: !нос-% ■ !ти.

До пере- ! До, ¿аиа

мешивания |

с пласти- \ о ш

шикатоиоы Къ0'

5,4 ' 1,5 2,2 0,2

0,15 0,39 0,02 0,14

7,2 92,8 3,4 93,6

-:-1-

После пе- ! , Ша рэмешива- ! нот с плаЫ п ш3 ■гифтгто- ! » ^ ром !

4,2 0,3 1,7 0,28

0,03 0,16 0,028 0,10

4,3 95,7 1,0 97,5

Испытания, выполнены по методике Ыарпаллг (рис.2), они подтвердили, что при использовании пластификатора в регенерированном асфальтобетоне уменьшается пористость минерального остова и остаточная пористость, регулируется пластичность материала и повышается устойчивость повторно используемых старых асфальтобетонов.

Экспериментальные, исследования прочностннх и деформационных характеристик регенерированного асфальтобетона включали в себ° определение пластичности вязкости и модуля упругости при динамическом изгибе и усталостной долговечнос-

£, мны

1°. 8 б

4 2 О

м2/

кг

/

У

Г / /

\ » У

« ч

/р

12

О

Д. ш

Рис.1. Зависимость толщины пленки пластификатора ( £ ) к удельной поверхности измельченного асфальтобетона. ( $ ) от размеров агрегатов

ти при циклическом изгибе.

Реологические характеристики регенерированного асфальтобетона определены испытаниями на ползучесть при изгибе под действием постоянной нагрузки. По результатам испытаний определилась значения вязкости, пластичности и модуль упругости регенерированного асфельтобетона.

500

400

300

200

—>-4.

ь л Е* О О § / у v

1/ \

< \

о / \

ч N ■ 5

/

Ч ?

34 32

л Е< О

■ Я £« О о!

С

и

/

/

/1 -

/ N

/

!

о 0,3 0,5 0,7 .пластификатор, %

0,3 0,5 0,7

пластификатор,

Рис,2. Влияние количества пластификатора на свойСтза асфальтобетона по Ыаршаллу

Значения вязкости рассчитывали по формуле

,2 _ Ф ■ 01тсор- Тзсо;_

Уесо- -р/зео

. /I/

где ф- коэфф:»циент, зависящий от геометрических размеров обргзцг.;

О - величина действующей нагрузки, кг; и^сз- значения прогибов образца в моменты времени ¿л»= 600 с и 300 с с начала испытания. Пластичность регенерированного асфальтобетона рассчитывается по формуле

P _ , /2/

М*

где Я - вязкость асфальтобетона;

% - максимальный диапазон изменения вязкости асфальтобетона в интерзале пластичности (¡¿?- 18). Зависимость ко,дуля упругости асфальтобетона от пластичности выргяаетс* формулой

-ЛЕъМг U-Pl /3/

где £ - модуль упругости асфальтобетона;

Еп»- минимальное значение модуля упругости (Е««= 3); Ме - диапазоны изменения модуля упругости в интервале пластичности Ше = 2,2). Реологические характеристики регенерированного асфальтобетона без добавки и с добавкой отходов хлопкового масла приведены в табл.2.

Дня того чтобы доказать эффект добагки отходов растительных масел и, в частности, хлопкового масла, на преобра- . зование утраченных в период эксплуатации свойств битума, проведены испытания по определению прочности асфальтобетона при изгибе.

Долговечность определялась через количество циклов до разгрукения. Коэффициент усталости рассчитывался по формуле

/г? -4е*_ , /V

где £ - деформация прогиба, ш;

- количество циклов до разрушени*7.

Таблица 2

Реологические хгргктеристики регенерированного асфальтобетона.

п?п

Зяэхость, Па, с

Пя&стшность,! Модуль ! Коэб.} Коэса. 0,1 ми ! утгоугоста! тепло-¡тепло-!прй изги-! устой-;чув- ■ !бе, !чнео- Iс2ея-

_! ЫПа ! сги ; те.ть-

1пяас— ;ности !тот- ';коду-.'ксстя:.} -

при температуре

! \го°с 1 - ! |б0°С | ! 20°С I 60°С ! 1 ! |20°с|б0°с| т'Упру-|гости

I Исходный материал без добавок 5450 1600 0,371 0,420 2420 1860 0,043 1,29

2 То яе + 0,3% отходов хлопкового масла 4700 5С0 0,403 0,461 2058 1534 0,055 1,34

3 То ЕЭ -г 0,5% отходов хлопкового масла 2990 2о0 0,420 0,460 1688 1393 0,060 1,36

4 То жэ + 0,7% отходов хлопкового масла 22С0 138 0,425 0,492 1641 1841 0,057 1,С2

. Результаты испытания регенерированного асфальтобетона на усталость при .изгибе 'приведены в табл.3 и на рис.3 (для сухих образцов асфальтобетона).

Таблица 3

Усталостные характеристики старого асфальтобетона при изгибе

№ ! Матери- ! Долговечность (циклов) до разрушения !Коэффи-п/п! ал ! при амплитуде прогиба (мм) ~ !циеят ус-

! j [талостк

i i &á8sf i sg-gg jgug^

! ! ! ! 0,42 !0,32 ! 0,25 !0,42 !0,32

i i i i

0,25

г/б !щен-! кого !а/б

I Исходный

беГдо^ 10800 35230 103000 4600 13100 33630 °»23 °»26

балки

2 То же +

ходов01" 15500 56590 183330 14650 50430 154870 0,21 °'22 хлопкового масла

3 То^е +

ходов011" 18000 55310 276130 17700 74100 271800 0,19 0,19 хлопкового масла

4 То же + 0,7% отходов IIOCO 32640 87620 10500 29880 77230 0,25 0,26 хлопкового масла

с«

ю

&

0,40 .0,35

0,30

0,25

• л •»« «к -

Фа '-и Ч.. '«в

\ V "Г

X /Г 8*

Число циклов до розрушеш'Л (.фЛ^]

Рис. 3 Усталостнач долговечность сухих образцоз асфальтобетона:

1 - исходный материал;

2 - исходный материал + 0,3$ отходов хлопкового масла;

3 - исходный материал +0,5% отходов хлопкового масла;

4 - исходный материал +0,7% отходов хлопкового масла

Исследования усталостной долговечности регенерированного асфальтобетона показали, что оптимальным количеством добавляемого пластификатор:. "Еляется 0,5% от массы материала.

5. Опытные работы по регенерации асфальтобетона

Проведенные работы по освоению технологии холодной регенерации асфальтобетона показали, что ровность покрытия зависит от его толщины, поэтому толщина верхнего слоя покрытия • на участке регенерации после перераспрэделенит смесд будет достаточной для его уплотнения при соблюдении следующего условия:

7^0 _ Ь-Д 7//т!* , /5/

где глубина фрезерования покрытия, см;

Ь^- толщина перераспределенного слоя покрытия, см; минимальная доцустшая толщина асфальтобетонного слоя по условию уплотнения,..см.

Б качестве показателя ровности покради в поперечном направлении использован средний просвет под трехметровой рейкой до и после ремонта (рис.4), а в продольном направлении -среднее значение алгебраических разностей отметок, полученных в результате нивелирования покрытия через 0,5 м до и после ремонта (рис.5).

Экспериментально-производственные работы выполняли с использованием холодной фрззы фиджи "Виртген - 2100 УС" (ФРГ), а также передвизного барабанного смесителя для повторной переработки старого асфальтобетона фирмы "Лоро и Пари-

зинипрми 1250 (Италия).

• 1Ь

® ч

о

о ■ с

£

о

о а

„ Ё

ч о ©

й л

С)

о

1.5

1,0

0,5

показатели ровности до ремонта, мы

Рис.4. Зависимость мезду показателями ровности з поперечном направлении до и после ремонта

показатели .давности до ремонта, км"

Рис.5. Зависимость между показателями ровности в продольном направлении до. и после ремонта

При этом была показала высокая технологичность отходов растительных масел. Исследования сгойстз регенерированного на объекте асфальтобетона подтвердили результаты, полученные ранее в лабораторных условиях, т.е. понижение жесткости асфальтобетона и повышение его водостойкости.

ОБЩЕ -вывода

1. Проведенное исследование показывает техническую возможность применения в условиях Ливана холодной регенерации горячего асфальтобетоне с использованием в качестве пластификатора отходов растительных масел.

2. Экспериментально доказано, что пластификация асфальтобетонных смесей отходами растительных масел в количестве 0,5 -

позволяет снизить жесткость регенерированного асфальтобетона и одновременно повысить его водостойкость.

При командировании содзрагд^осся в старом асфальтобетоне битушых вяжущих с регенерирующими добавками достигается высока^ степень однородности получаемого вяжущего.

3. Исследованием процесс! формирования структуры регенерированного' асфальтобетона установлено, что пластификация материала улучшает его технологические свойства за счет образования равномерной пленки в зоне контактов между ними, а это,

в свою очередь, способствует снижению удельной работы уплотнения в среднем на 25%.

4. Установлены значения основных параметров технологического -процесса холодной регенерации: температура обработки старого асфальтобетона с пластификаторомГ толщина уплотняемого слоя покрытия и температура уплотнени11 материала.

5. Разработана методика проектирования пластифицированного асфальтобетона по Иаршаллу. Использован комплекс иепк-

\

таний, включающий реологические характеристики асфальтобетона при ползучести, динамический изгиб.-и усталостную долговеч- . ность материала без добавки и с..добавиОй отхода хлопкового

масла.

6. Данные, полненные о восстановлении ••ровности покрыта з продольном и поперечном направлениях, позволяет рекомендовать значения основных параметров технологического процесса холодной регенерации с использованием холодной фрезы типа "'Виртгсп" и передвижных смесителей типа "Лоро и Поризини" о переработкой старого асфальтобетона на месте.

Сскозннз положения диссертации излонены а следующей работа:

Валвд Аль-Еаухари. Холодная регенерации горючего ас-фгльтобетона с использованием отходов растительных масел. //Азтоысо.дороги. Каучно-техн.достижения и передовой опыт в области аетоыоб.дорог: Информ.Сб./Информавтодор. 1993.

Вып.9. С.1-4.