автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Исследование влияния противогололедных реагентов на изменение структуры и свойств асфальтового бетона

Введение.

1. Критерии долговечности дорожных асфальтобетонных покрытий и факторы, способствующие их преждевременному разрушению.

1.1. Основные эксплуатационные воздействия на асфальтобетонные дорожное покрытия и другие конструктивные слои дорожной одежды.

1.1.1. Воздействие автотранспортных средств на асфальтобетон дорожной конструкции.

1.1.2. Воздействия условий эксплуатации на асфальтобетонные покрытия.

1.1.3. Воздействие окружающей среды на снижение физико-химических характеристик асфальтобетонов.

1.2. Использование противогололедных материалов при зимней эксплуатации автомобильных дорог.

1.3. Воздействие противогололедных реагентов на бетонные и металлические конструкции, кожу и другие материалы.

1.4. Воздействие противогололедных реагентов на асфальтобетонные покрытия. 25 Выводы по главе I.

1.5. Цели и задачи исследования.

2. Процессы химического взаимодействия битума и минеральных компонентов асфальтобетона с противогололедными солевыми растворами.

2.1. Взаимодействия компонентов битума и элементов его группового состава с агрессивными средами.

2.2. Взаимодействие агрессивных веществ с минеральными наполнителями.

2.3. Возможные механизмы воздействия противогололедных реагентов на асфальтобетон и его компоненты.

2.4. Физико-химическое взаимодействие противогололедных солевых составов с битумом и минеральными компонентами асфальтобетона. 45 Выводы по главе 2.

3. Составы асфальтобетонных смесей, применяемые материалы и методы экспериментальных работ

3.1. Составы асфальтобетонных смесей

3.2. Характеристика исходных компонентов и проектирование составов асфальтобетонных смесей.

3.2.1. Щебень.

3.2.2. Песок.

3.2.3. Минеральный порошок.

3.2.4. Битум.

3.3. Характеристика противогололедных солей, принятых для исследования.

3.4. Методики лабораторных исследований

3.4.1. Стандартные методы

3.4.2. Нестандартные методы. Определение прочности поверхностного слоя.

3.4.3. Методы определения физико-химических параметров структуры асфальтобетона. 80 Выводы по главе

4. Изменение структуры и свойств асфальтобетона при воздействии противогололедных реагентов.

4.1. Изменение физико-механических свойств асфальтобетона под действием природно-климатических факторов в присутствии противогололедных реагентов.

4.1.1. Влияние длительного водопоглощения на изменение физико-механических свойств асфальтобетона.

4.1.2. Влияние попеременного замораживания-оттаивания в агрессивных растворах на изменение физико-механических свойств асфальтобетона.

4.2. Динамика изменения поверхностной прочности асфальтобетонных образцов в растворах противогололедных реагентов.

4.2.1. Изменение поверхностной прочности асфальтобетона при длительном водопоглощении.

4.2.2. Зависимость поверхностной прочности асфальтобетона после попеременного замораживания-оттаивания в оде и растворах противогололедных веществ.

4.3. Изменение структуры и строительно-механических свойств асфальтобетона при воздействии воды и противогололедных реагентов.

4.3.1. Характер изменения параметров структуры асфальтобетона после длительного водопоглощения.

4.3.2. Влияние попеременного замораживания-оттаивания на изменение структурно-механических свойств асфальтобетона. 103 Выводы по главе

5. Опытно-производственные и полевые работы. Оценка достоверности результатов теоретических и лабораторных исследований.

5.1. Цель проведения опытно-производственной и эксплуатационной проверки выводов, полученных при теоретических и экспериментальных исследованиях, выбор объектов для систематического наблюдения.

5.2. Использование противогололедных материалов различного типа для борьбы с зимней скользкостью на автомобильных дорогах и улицах федерального, районного и местного значения. Строительство контрольных участков. Общая характеристика участков. Свойства асфальтобетонных смесей, используемых для устройства верхних слоев дорожных покрытий.

Результаты наблюдений за количеством снега, льда на асфальтобетонном покрытии, за количеством и видом противогололедных средств, используемых на контрольных участках, за сроками уборки их с дорожного полотна.

5.5. Изменение свойств асфальтобетонного покрытия при воздействии агрессивных эксплуатационных факторов. Основные выводы Список литературы Приложение 1. Приложение 2. Приложение 3. Приложение 4. Приложение 5. Приложение 6.

5.3.1.

5.3.2.

Эксплуатация автомобильных дорог должна обеспечивать эффективное их использование для создания безопасного, удобного, круглогодичного движения возрастающего потока автомобильного транспорта.

Из всей номенклатуры работ по содержанию наиболее трудоемкими и дорогостоящими являются работы, выполняемые в зимний период, и в частности, борьба с зимней скользкостью.

Наиболее эффективным методом борьбы с зимней скользкостью является химический способ. Наиболее распространенным противогололедным реагентом является хлорид натрия.

Долгое время считалось, что противогололедные реагенты не оказывают заметного воздействия на свойства асфальтобетона.

В то же время имеются публикации, свидетельствующие о пониженных сроках эксплуатации асфальтобетонных покрытий из-за разрушений, возникших вследствие недостаточной коррозионной стойкости покрытий при воздействии агрессивных противогололедных растворов. Не ясен пока механизм взаимодействия асфальтового бетона с различными противогололедными растворами, не произведена качественно-количественная оценка динамики его разрушения.

Проблемы загрязнения окружающей среды заставляют дорожников искать новые материалы для борьбы с зимней скользкостью. Появляющиеся реагенты в настоящее время оценивают по следующим параметрам: растворимость в воде, температура замерзания раствора, токсичность, коррозионная активность по отношению к транспортным средствам и бетонным инженерным сооружениям на автомобильных дорогах, их удельная стоимость. Однако степень их агрессивного воздействия на асфальтобетон до настоящего времени системно не учитывается.

В связи с этим актуальным является решение задачи выявления характера взаимодействия противогололедных материалов и асфальтобетона верхних слоев дорожных покрытий.

Цель работы - исследовать характер воздействия противогололедных реагентов на асфальтобетон и изменение структуры и свойств материала в результате этих воздействий.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• предложен химический и физико-химический механизм, объясняющий причины разрушения асфальтового бетона и его компонентов при воздействии противогололедных реагентов;

• сформулированы основные классификационные признаки химических средств борьбы с гололедом по характеру агрессивного воздействия на асфальтобетон и его составляющие;

• произведена количественная оценка динамики изменения показателей нормированных физико-механических свойств асфальтобетона в химически агрессивной среде;

• экспериментально исследованы особенности деструктивных процессов в поверхностном слое асфальтобетонного покрытия после воздействия попеременного замораживания и оттаивания в растворах противогололедных реагентов;

• исследовано изменение структуры асфальтобетона с использованием основных положений теории контактных взаимодействий.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Химический и физико-химический механизм, объясняющий причины разрушения асфальтового бетона и его компонентов при воздействии противогололедных реагентов.

2. Основные классификационные признаки химических средств борьбы с гололедом по характеру агрессивного воздействия на асфальтобетон и его составляющие.

3. Методика определения прочности в поверхностном слое асфальтобетона неразрушающим методом ударно-импульсного действия.

4. Методика расчетного определения структурно-реологических параметров асфальтобетона при воздействии противогололедных реагентов.

5. Результаты опытно-производственных и лабораторных исследований воздействия противогололедных реагентов на изменение структуры и свойств асфальтобетона.

Практическая значимость работы

Установлено, что разрушение асфальтобетона при интенсивном воздействии противогололедных реагентов протекает в два этапа. Установлены критерии применения различных противогололедных материалов при зимнем содержании асфальтобетонных покрытий в соответствии с их основными классификационными признаками. Сформулированы принципы проектирования составов асфальтобетонных смесей при возможном использовании неблагоприятных противогололедных реагентов. Разработана методика оценки поверхностной прочности асфальтобетона неразрушающим способом.

Реализация работы осуществлена на предприятиях ГУП «Дорин-вест» Управления дорожного хозяйства и благоустройства Правительства Москвы. Построены опытные участки асфальтобетонного покрытия ЗАО «СОЮЗ-ЛЕС» в 1996-1997 гг., за которыми проводятся систематические наблюдения.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на научно-исследовательских конференциях МАДИ в 1997, 1998 и 1999 8 годах, на пленарных заседаниях региональной общественной организации «Исследователи асфальтобетона» в 1998, 1999 годах, на Всероссийском семинаре-совещании руководителей дорожных научных и проектных организаций (Суздаль, 1998 г.) и др.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 печатные работы.

Объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, приложений и списка литературы. Работа изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц и 42 рисунка. Список литературы включает 114 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Предложены классификационные признаки оценки механизмов воздействия противогололедных реагентов на структуру и свойства асфальтобетона.

2. Установлено, что деструктивные процессы в результате воздействия агрессивной среды, как правило, протекают в два этапа. Первый этап характеризуется физико-химическими процессами, протекающими в пленке битума и вызывающими нарушение ее сплошности. Второй -разрушениями в минеральных частицах (в первую очередь, содержащих карбонат кальция и другие соединения, способные химически взаимодействовать с агрессивной средой).

3. Показано, что воздействие агрессивной среды более интенсивно снижает показатели всех физико-механических свойств асфальтобетона при увеличении в его минеральной части содержания полидисперсных карбонатных частиц.

4. С учетом основных положений физико-химической механики с использованием теории контактных взаимодействий произведена количественная оценка динамики изменения структуры асфальтобетона в растворах противогололедных материалов при воздействии климатических факторов. Изменение прочности происходит как за счет уменьшения количества единичных контактов в структуре асфальтобетона, так и за счет снижения их дифференциальной прочности.

5. Установлен характер и динамика изменения значений показателей прочности асфальтобетона под действием растворов противогололедных реагентов и попеременного замораживания и оттаивания.

6. Произведена качественно-количественная оценка скорости разрушения поверхностного слоя материала и уменьшения прочности, определенной по стандартным методикам.

7. Экспериментально установлено, что прочность поверхностного слоя снижается интенсивнее интегральной прочности.

1. Баранковский A.C. Морозостойкость асфальтобетонов дорожных покрытий в районах с суровыми климатическими условиями. Дисс. . канд.техн.наук. Омск, 1980. - 202 с.

2. Богуславкий A.M. Дорожные асфальтобетонные покрытия. М.: Высшая школа, 1965. - 115 с.

3. Борисов В.А. Технологическая точность асфальтобетонных заводов и методы ее повышения.- Изд. Саратовского университета, 1975 151 с.

4. Бялобжеский Г.В. и др. Зимнее содержание автомобильных дорог. -М., Транспорт, 1983. 197 с.

5. Вильмсен И.И. Исследование кинетики свойств теплого и холодного асфальтобетона ультразвуковым неразрушающим методом. Дисс. . канд.техн.наук. Омск, 1974. - 184 с.

6. Волков М.И., Борщ И.М., Грушко И.М., Королев И.В. Дорожно-строительные материалы М., Транспорт, 1975. 528 с.

7. ВСН 20-87 «Инструкция по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах», М., Транспорт, 1987, 186

8. ВСН 24-88 «Технические правила ремонта и содержаний автомобильных дорог» М., Транспорт, 1989, 195 с.

9. Гегелия Д.И. Некоторые закономерности измерения структуры поро-вого пространства асфальтобетона // Тр./ Союздорнии. 1977. -Вып.99. - с.22-30

10. Гезенцвей Л.Б. Асфальтовый бетон. М., Стройиздат, 1964. - 477 с.

11. Головко В.А. Исследование водо- и морозостойкости горячих и теплых асфальтобетонов. Дисс. . канд.техн.наук. Харьков, 1978. -253 с.

12. Горелышев Н.В. Асфальтобетон и другие битумоминеральные материалы М., Можайск-Терра, 1995 - 176 с.

13. Горелышев Н.В. Исследование асфальтобетона каркасной структуры14,1518,1920,21,22,23,24