автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Повышение устойчивости к старению битума в асфальтобетонных покрытиях в условиях Юга России

РГ6 од

РОСТОВСКАЯ-НА-ДОНУ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

На правах рукописи УГЛОВА ЕВГЕНИЯ ВЛАДИМИРОВНА

ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ К СТАРЕНИЮ БИТУМА В АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЯХ В УСЛОВИЯХ ЮГА РОССИИ

(05.23,05 - Строительные материалы и изделия)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону 1993

Работа'выполнена в Ростовской-на-Дону государственной академии строительства.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - кандидат технических наук, доцент

Илиополов С.К.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ - академик, доктор технических наук

Платонов А.П. . - кандидат технических наук, доцент Юндин А.Н.

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ - Ростовское проектно-ремонтно-строитель-

ное объединение автомобильных дорог "Ростовавтодор"

Защита состоится "82" ¿¿¿О/12? 1993 года в /¿7 часов на заседании Специализированного Совета Д.063.64.01 в Ростовской -на-Дону государственной академии строительства по адресу:' 344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162, телефон для справок 64-01-44.

С диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке Академии.

Автореферат разослан "/<?" ^¿¿¿2^. 1993 года.

Ученый секретарь Специализированного Совета

кандидат технических наук И.А.Веселев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В сложившихся условиях дефицита органических вяжущих при высокой материало- и энергоемкости дорожных работ ускорение темпов строительства автомобильных дорог и улучшение транспортно-эксплуатационного состояния существующей дорожной сети возможно лишь при решении проблемы повышения долговечности асфальтобетонных покрытий. В климатических условиях Юга Европейской части России особая роль при этом принадлежит обеспечению устойчивости к старению битума в покрытии. В настоящее время известны различные способы замедления старения битума. Однако широкого применения в дорожном строительстве они не получили ввиду дефицитности и высокой стоимости рекомендуемых добавок. Недостаточность исследований развития процессов старения по толщине покрытия в условиях данного региона не позволяет обоснованно назначать профилактические работы по замедлению старения битума в покрытии в процессе эксплуатации. В связи с этим исследование процессов старения битума в асфальтобетонных покрытиях в условиях Юга России и определение способов замедления этих процессов приобретает особую актуальность.

Цель работы - теоретическое и экспериментальное исследование особенностей развития процессов старения битума в покрытии в условиях Юга России и определение способов замедления этих процессов за счет введения добавок (из числа промышленных отходов), а также обоснование проведения работ по восстановлению покрытия с учетом кинетики старения асфальтобетона по толщине слоя.

Научная новизна. Выявлены особенности развития процессов старения битума в слое асфальтобетона в климатических условиях Юга России.

Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены ме-

ханизмк действия добавок отходов технического углерода и эфира канифоли в битуме при его старении.

Установлена кинетика старения асфальтобетона по толщине слоя при воздействии погодно-климатических факторов.

Предложен лабораторный метод испытаний устойчивости к старению асфальтобетона и битума, моделирующий климатические условия эксплуатации по толщине покрытия.

По результатам работы получено 2 решения о выдаче патента.

На защиту выносятся:

теоретические положения о химическом старении битума в слое покрытия в процессе эксплуатации;

результаты экспериментальных исследований о влиянии добавок отходов производства технического углерода и эфира канифоли на свойства битумов и степень их изменения при старении;

выявленные закономерности старения асфальтобетона на различ ной глубине покрытия;

методика назначения работ по восстановлению свойств асфальтобетона в покрытии с учетом кинетики старения по толщине слоя покрытия.

Практическое значение работа. В результате выполненных иссл дований выявлены добавки, замедляющие старение битума в покрытии Установлена техническая возможность и экономическая целесообразность устройства верхнего слоя покрытий из асфальтобетона с использованием исследованных добавок, повышающих устойчивость к старению битума, что позволит увеличить срок службы асфальтобетонных покрытий.

Полученные зависимости кинетики старения битума и асфальтобетона по толщине слоя покрытия позволяют обоснованно назначать работы по восстановлению покрытий, что предупредит появление деформаций и разрушений, а также значительно уменьшит затраты на

ремонт.

Реализация работы. Результаты проведенных исследований внедрены в проектно-ремонтно-строительном объединении (ПРСО) "Ростов-автодор" и производственном управлении (ПУ) "Севкававтодорога". Построено более 2,5 юл асфальтобетонных покрытий с использованием в верхних слоях добавок отходов производства технического углерода и эфира канифоли.

Достоверность исследований обеспечена:

применением современных методов, стандартных приборов и ЭВМ;

количеством контрольных образцов-близнецов, обеспечивающим доверительную вероятность 0,95, при погрешности измерений не более 10 %;

проверкой результатов лабораторных исследований производственными испытаниями.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобрение на Всесоюзной конференции молодых ученых (г. Москва, 1987 г.), региональных научно-технических конференциях (г. Владимир, 1990, 1991, 1992 гг.), Всероссийской научно-технической конференции (- Санкт-Петербург, 1992 г.), региональных научно-практических конференциях (г. Ростов-на-Дону, 19S0 г., г. Анапа, 1991 г.), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава РИСИ (1989 - 1991 гг.), 49-й научной конференции ЛИСИ ( Санкт-Петербург, 1992 г.).

Публикации. По теме диссертационных исследований опубликовано ? печатных работ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 156 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц, 30 рисунков, приложение на 16 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Состояние вопроса и задачи исследований. Повышение долговеч ности асфальтобетонных покрытий мохно считать одним из основных направлений дорожной отрасли. Вопросам старения битума и асфальтобетона посвящены работы Л.А.Ахметовой, Г.С.Бахраха, В.В.Бутовой, В.Л.Волковой, Л.Б.Гезенцвея, С.И.Гельфанд, Н.В.Горелышева, А.Р.Давыдовой, В.А.Золотарева, А.С.Колбановской, И.В.Королева, Б.И.Ладыгина, А.И.Лысихиной, В.В.Михайлова, Б.Г.Печеного, И.М, Руденской и др.

Анализ этих работ показывает, что интенсивность старения битума в покрытии в значительной степени обусловлена погодно-климатическими условиями эксплуатации. В районах с высокими летними температурами и повышенной солнечной радиацией, к которым относится Юг Европейской части России, необходимо предъявлять к битуму требования, ограничивающие интенсивность их старения. Однако около 70 % используемых в настоящее время битумов, получаемых на локальных окислительных установках из нефтяного сырья, имеют повышенную склонность к старению, что приводит в условиях региона к преждевременному разрушению асфальтобетонных покрытий (через 6-8 лет эксплуатации).

Наиболее эффективный способ замедления старения битума -введение стабилизирующих добавок на стадии строительства асфальтобетонных покрытий - широкого практического применения не получил, так как в настоящее время промышленность выпускает небольшое количество целевых добавок для дорожного строительства. В связи с этим необходимы исследования по использованию в качеств« стабилизирующих добавок побочных продуктов химической промышленности. В диссертационной работе исследованы отходы производства технического углерода и эфира канифоли.

Важное значение имеет своевременное проведение работ по восстановлению свойств битума в эксплуатируемых покрытиях методом регенерации. Эти вопросы нашли отражение в работах Г.С.Бах-раха, Л.В.Билай, А.М.Алиева, Л.Б.Гезенцвея, Э.Б.Ильева, Г.К.Сю-ньи и др.

Анализ работ показывает, что регенерацию асфальтобетона целесообразно проводить, когда на покрытии еще не появились видимые деформации и разрушения. Для этого необходимо исследовать развитие -процессов старения битума в асфальтобетонных покрытиях по толщине слоя, что позволит обоснованно назначать толщину слоя регенерации, исходя из физико-химических процессов, протекающих в-битуме. В работе исследования выполнены для песчаного асфальтобетона, как наиболее однородного материала, свойства которого в большей степени чем для других типов смесей, определяются свойствами битума.

Исходя из изложенного и поставленной цели, определены задачи исследования:

1. Исследование старения битума в асфальтобетонных покрытиях в условиях Юга России.

2. Анализ физико-механических характеристик отходов производства технического углерода и эфира канифоли и исследование возможности их использования в качестве добавок, замедляющих старение битума.

3. Изучение изменений физико-механических свойств битума и асфальтобетона, содержащего исследуемые добавки, в процессе старения.

4. Исследование кинетики старения песчаного асфальтобетона по толщине слоя при воздействии погодно-климатических факторов.

5. Разработка методики назначения работ по восстановлению свойств покрытия с учетом кинетики старения битума и асфальто-

бетона по толщине слоя.

6. Экспериментальное апробирование результатов исследований в региональных условиях Юга России.

Теоретические исследования. Теоретические представления автора о старении битума в слое покрытия базировались на положении, что химические превращения и структурные изменения в битуме определяются условиями его эксплуатации. Б верхней части асфальтобетонного покрытия свободный доступ кислорода воздуха и воздействие солнечной радиации обусловливают протекание в битуме фотохимических реакций и реакций полиоксиконденсации с образованием сложных высокомолекулярных соединений. Наряду с изменением молекулярной массы компонентов битума, увеличением степени их ароматичности изменяется химический состав за счет образования кислородсодержащих групп. Вследствие обеднения водородом асфальтены теряют свою подвижность, гибкость, их растворимость в среде масел и легких смол битума ухудшается.

В низшей части асфальтобетонного покрытия окисление углеводородов битума идет значительно медленнее. Доминирующим процессом является полимеризация. Образующиеся при этом высокомолекулярные соединения имеют гибкую разветвленную структуру.

Полиоксиконденсация и полимеризация углеводородов битума являются цепными реакциями, идущими по свободнорадикальному механизму. Наличие в окисленных битумах большого количества свобод ных радикалов (образующихся на стадии получения битума в реакторах) приводит к тому, что битумы в покрытии стареют с первых дне эксплуатации.

На основе теоретического анализа сформулирована гипотеза -старение битума можно замедлить введением добавок ингибиторов, дезактивирующих свободные радикалы в битуме с обрывом цепных реакций, и введением поверхностно-активных веществ, препятствующи:

образованию в битуме жесткой структурной сетки из асфальтенов и ограничивающих участие асфальтенов в реакциях с кислородом.

Теоретически обосновано повышение устойчивости к старению битума введением добавок отхода технического углерода и отхода эфира канифоли. Полагаем, что находящиеся на поверхности углеродных частнц функциональные группы: фенольные, хинонные, лактонные будут оказывать ингибирующее действие на битум. Наличие подвижного атома водорода в функциональных группах приводит к тому, что свободные радикалы битума R- и ROO* легче реагируют с молекулой исходного вещества. Например,

ОН 0«

R-^j + ROO' — + R00H

CHj СНЬ

Образующийся при этом радикал впоследствии в результате рекомбинации или диспропорционирования с другим радикалом превращается в стабильный продукт.

+ ROO- — R'-Л - ROOH

¿Нз й£

Исследования, проведенные методом электронного парамагнитного резонанса подтвердили способность отхода технического углерода дезактивировать свободные радикалы битума (рис. 1).

Эфиры канифоли, получаемые при конденсации смоляных кислот с диэтиленгликолем следует отнести к неионогенным поверхностно-активным веществам. Молекулы эфира канифоли, адсорбируясь, главным образом, на высокомолекулярных компонентах битума - асфаль-тенах, как наиболее полярных, будут препятствовать образованию в битуме в процессе старения жесткой пространственной структуры. Также можно предположить, что в процессе окисления углеводородов битума молекулы эфира канифоли ограничивают участие в реакциях с кислородом асфальтенов, что способствует замедлению химических

для исходного битума (А) и битума с добавкой отхода технического углерода (В)

превращений в битуме.

Экспериментальные исследования качественных и количественных изменений свойств битумов по толщине слоя асфальтобетона, проводимые путем экстрагирования битума из вырубок покрытий с различным сроком службы (4-12 лет) в условиях региона, показали, что в процессе эксплуатации наибольшие изменения претерпевает битум, находящийся в верхней части слоя (рис. 2). Через 7 лет эксплуатации количество асфальтенов в битуме в верхней части покрытия достигает 29,5 - 33,0 % (в исходном битуме содержалось 22,7 - 25,0 %) что обусловлено интенсивными процессами старения, переходом смол в асфальтены. Увеличение относительного количества асфальтенов в нижней части слоя покрытия происходит в результате химических процессов и миграции низкомолекулярных компонентов битума вверх покрытия под действием тепла и механических нагрузок, что подтверждается изменением содержания битума в асфальтобетоне по толщине покрытия.

Проведенные электронно-микроскопические исследования позволили выявить качественное отличие асфальтенов, образующихся в про-

О 20 4и 00

1,0

2,0

3,0

4,0 5,0

К,

СП

20

£аи1цаи(1Л1'ь, и»

40 60 80

л-винври^ура размягчения, 40 50 60 70

\ V

3 к

1,0

2,0

3,0

4,0 5,0

си

Пенетрация при 0°С, 0,1мм О Ю 20 30

V N \\ л

з\ 2 \

\ 1

1,0

2,0 3,0

4,0 5,0

И,

см

\1 \л

V , 1

Температура хрупкости, С О -4 -0 -12

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0 И,

см

Рис. 2. Физико-механические свойства битума по толщине слоя покрытия (К): I - после 4 лет эксплуатации, 2 - после V лет эксплуатации, 3 - после 12 лет эксплуатации

дессе старения в разных точках по толщине покрытия. В нижней част слоя асфальтобетона асфальтены, образованные главным образом вследствие полимеризации, характеризуются увеличенными размерами, разветвленной структурой, большой молекулярной массой. Вверху покрытия асфальтены жесткие, с относительно низкой молекулярной массой, имеют сильно окисленный характер, что подтверждается результатами

инфракрасной спектроскопии - увеличением интенсивности поглощения —1 1

полос 1700 см и 1600 см , соответствующих карбснильншл группам и ароматически?.! струхгурам.

Полученные результаты позволяют предполагать, что разрушение покрытий начинается с поверхности слоя асфальтобетона не вследствие недостаточной первоначальной прочности или деформативной устойчивости, а в связи с пониженной стойкостью материала во времени > в частности ухудшением свойств битума под влиянием окружа-г'^ей среды.

Экспериментальные исследования подтвердили высказанные теоретические суадения о повышении устойчивости битума к старению при введении добавок отхода технического углерода и отхода эфира канифоли. Отход Ставропольского завода технического углерода -тонкодисперсный углеродный порошок с удельной поверхностью 14 -18 м2/г, содержащий до 2 % минеральных примесей. Отход эфира канифоли Каменского химкомбината - пастообразный продукт, не растворимый в воде, содержит до 80 % эфира канифоли, остальное - ненасыщенные смоляные кислоты; кислотное число 76 - 80 мг КОН/г. Устойчивость битума к старению оценивали по изменению группового состава, пенетрации, температуры размягчения после 5 часов прогрева и облучения в тонком слое. При этом пенетрация исходного битума (БНД 60/90, Щ структурного типа) снизилась на 42 %, битума с добавкой отхода технического углерода - на 16 - 24 %, битума с добавкой отхода эфира канифоли - на 33 - 38 %, Изменение

температуры размягчения составляет для исходного битума 7 °С. Введение отхода технического углерода способствует снижению данного показателя до 4,0 - 4,5 °С, введение отхода эфира канифоли уменьшает его до 5,5 °С. По результатам испытаний определено количество добавок, при которых битум имеет начальные физико-механические свойства, соответствующие требованиям для данной марки, и наиболее устойчив к старению в условиях эксплуатации. Для отхода технического углерода оптимальное количество составляет 3,0- 5,0 % от массы битума, для отхода эфира канифоли - 1,0 - 2,0 %.

Сравнительный анализ изменения группового состава при старении исходного битума и битума с исследуемыми добавками показывает, что отходы технического углерода и эфира канифоли замедляют химические превращения в битуме. Увеличение количества асфальтенов в исходном битуме составило 4.5 %. а битума с добавками технического углерода и эфира канифоли соответственно 0,2 , и 1,9 %.

С целью выяснения физико-химических особенностей старения битума, содержащего исследуемые добавки, применяли метод ИК-спе-ктроскопии. Установлено, что при старении исходного битума в аппарате искусственной погоды в течение 300 часов имеет место увеличение на 45 % интенсивности поглощения полосы 1700 см-1 (С = 0) и на 18 % полосы 1600 см-1 (С - С в ароматическом кольце). Изменение интенсивности указанных полос при старении битума с добавками отхода технического углерода и отхода эфира канифоли составляет соответственно 22 ., 28 и 10 , 15 %. Таким образом в присутствии добавок замедляются реакции с образованием кислородсодержащих соединений и реакции дегидрирования, приводящие к повышению ароматичности компонентов битума.

Исследование радикальных процессов, происходящих в битуме, проводили методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). При проведении исследований автор исходил из того, что более склон-

ные к старению битумы характеризуются повышенной интенсивностью парамагнитного поглощения. Б процессе эксплуатации уменьшение количества свободных радикалов (парамагнитных центров) объясняется потерей числа неспаренных электронов при рекомбинации радикалов с образованием макромолекулярных структур асфальтенов. Анализ спектров ЭПР показал, что снижение концентрации свободных радикалов при старении в исходном битуме составляет 65 а в битуме с отходом технического углерода только 33 %. Таким образом, отход технического углерода, взаимодействуя со свободными углеводородными радикалами, обрывает цепные реакции окисления, замедляя тем самым образование высокомолекулярных соединений в процессе старения. Введение отхода эфира канифоли, не оказывая существенного влияния на начальные парамагнитные свойства битума, препятствует рекомбинации свободных радикалов в процессе старения. При этом снижение концентрации свободных радикалов составляет 30 %.

Наряду с изложенным, ингибирующее действие отхода технического углерода обусловлено его способностью поглощать фотохимически активный свет и тушить возбужденное состояние молекул битума. Отход эфира канифоли, обладая высокой поверхностной активностью, улучшает адгезию битума к минеральному материалу, что ограничивает диффузию кислорода воздуха и воды в слой асфальтобетона и способствует замедлению его старения.

Исследование кинетики старения песчаного асфальтобетона и влияния добавок на изменение свойств асфальтобетона под воздействием погодно-климатических факторов проводили в аппарате искусственной погоды. В аппарат помещали "пакет" из 18 асфальтобетонных балочек размером 4x4x16 см, скрепленных органическим вяжущим. Балочки верхнего ряда "пакета" в процессе испытаний подвергались непосредственному воздействию атмосферных факторов, балочки среднего и нижнего ряда моделировали условия эксплуатации битума и

асфальтобетона в глубине покрытия. Режим испытаний, рассчитанный по метеорологическим данным региона, включал цикл орошение-облучение 10/50 (Ю минут орошение с облучением, 50 минут - сухое облучение), воздействие температуры +70 °С.

Долговечность асфальтобетона оценивали по изменению показателей модуля упругости и прочности на растяжение при изгибе при +10 °С. Модуль упругости и прочность при изгибе определяли по методике, описанной в ВСН 46-83.

Исследования показали, что модуль упругости асфальтобетона в процессе старения непрерывно возрастает, приближаясь к предельному значению. Зависимость прочности асфальтобетона при изгибе от времени старения имеет явно выраженный максимум: в начальный период наблюдается повышение прочности асфальтобетона за счет увеличения вязкости битума и процессов взаимодействия на границе с минеральным материалом; дальнейший процесс старения, сопровождающийся ростом хрупкости вяжущего, изменением его структуры, приводит к падению прочности асфальтобетона. Таким образом, состарившийся асфальтобетон, утратив упруго-вязко-пластические свойства, характеризуется высоким модулем упругости и низкой прочностью на растяжение.

Нами установлено: чем дальше асфальтобетон расположен от поверхности, тем меньше скорость изменения его свойств при старении. При этом максимум прочности асфальтобетона при изгибе смещается в сторону увеличения времени воздействия погодно-климати- , ческих факторов. Так, например, максимальная прочность для бало-чек верхнего ряда "пакета" соответствует 738 часам старения, для балочек среднего ряда - 1272 часам, для балочек нижнего ряда -1672 часам.

При анализе выполненных экспериментальных исследований были использованы математические методы обработки результатов испыта-

ний и получены зависимости, характеризующие изменение свойств асфальтобетона от времени старения (Т) и расстояния от верха покрытия (Н). На основе зависимости, полученной для прочности при изгибе (рис. 3), разработана методика назначения работ по восстановлению свойств асфальтобетона в покрытии. После достижения максимальной прочности в асфальтобетоне начинают развиваться деструктивные процессы, обусловленные старением вяжущего. Своевременное проведение восстановительных работ предупредит разрушение покрытия и замедлит развитие процессов старения в глубине покрытия. Для определения толщины слоя, асфальтобетона, требующего восстановления, по оси Т откладываем продолжительность старения асфальтобетона и опускаем перпендикуляр вниз до пересечения с линией максимальной прочности. Высота перпендикуляра определяет толщину слоя регенерации. Соответствие между продолжительностью испытаний в аппарате искусственной погоды и временем эксплуатации асфальтобетона в покрытии в климатических условиях региона получено на основе расчетов и подтверждено наблюдением за асфальтобетонными образцами, находившимися в покрытии в реальных условиях эксплуатации

Рис. 3. Номограмма для определения толщины слоя состарившегося асфальтобетона (И) в зависимости от срока службы (1)

В таблице представлены результаты исследований физико-механических свойств асфальтобетонов. Анализ показывает, что при введении в битум добавок отхода технического углерода и отхода эфира канифоли: во-первых, улучшаются начальные показатели свойств асфальтобетонов; во-вторых, повышается стабильность свойств асфальтобетонов при воздействии погодно-климатических факторов. Установлено, что добавки отхода эфира канифоли и отхода технического углерода замедляют старение асфальтобетона соответственно в 1,6 и 2,0 раза.

Опытно-производственная проверка и внедрение результатов исследований проводились в подразделениях ПРСО "Ростовавтодор" и ПУ "Севкававтодорога". Опытные участки протяженностью около 2,0 км построены на автодороге п. Матвеев-Курган подъезд к колхозу "Маяк" и 0,5 км - на автодороге Ростов - Баку. Верхний слой покрытия автодорог устраивали из асфальтобетона с добавками отхода эфира канифоли и отхода технического углерода. Добавки вводили в рабочий котел битумоплавильной установки, где перемешивали с битумом посредством циркуляции.

Систематические обследования опытных и базовых участков, проводимые в течение двух с половиной лет показали, что опытные участки находятся в хорошем состоянии. Исследование вырубок покрытия свидетельствуют о стабильности свойств асфальтобетона с добавками. Сравнительный анализ результатов испытаний материала покрытий опытных и базовых участков указывает на повышение устойчивости битума к старению на опытных участках.

Экономическая эйсЬективность повышения устойчивости битума к старению образуется за счет увеличения межремонтных сроков асфальтобетонных покрытий и составляет, как показали расчеты и результаты внедрения до 22,8 - 38,05 тыс. рублей на 1 км дороги (в ценах 1984 г.). При этом использование отхода эфира канифоли и отхода технического углерода позволяет снизить затраты на ремонт

Физико-механические свойства асфальтобетонов (плотный, тип Г)

Асфальтобетон

Предел прочности при Водонасы-

ежатии, МПа, при тем- щение по

пературе: объему, %

20 °С 50 °С 0~°С

Набухание Коэффициент Предел прочности по объему, водостой- на растяжение % кости при изгибе.„МПа,

при +10 °С

Исходный

На битуме, содержащем 1,5 % (от массы битума) отхода эфира канифоли

На битуме, содержащем 4 % (от массы битума) отхода технического углерода

Исходный

На битуме, содержащем 1,5 % отхода эфира канифоли

На битуме, содержащем 4 % отхода техническог углерода

3,824,43 4,63

1,3? 1,78 1,88

9,8 10,0 10,3

5,54 4,85 5,02

0,35" 0,40, 0,38

0,86 0,93 0,95

4,19 4,45 4,88

После 600 ч старения в аппарате искусственной погоды, в знаменателе -увеличение показателей по сравнения с начальными значениями-

5,20 П ,8 5,12 0,18 0,94 2,§?

36 % 77 % 20 % 81,856

4,85 2,63 11,6 4,34 0,27 0,95 7,18

2?'% 48 % 16 % 61,

5,32 П.4 4,55 0,26 0,96 6^95

15 %■ 32 % II % А2М

нч со

асфальтобетонных покрытий соответственно в 1,6 и 2,7 раза.

основные вывода

1. Исследованы особенности старения битума в асфальтобетонных покрытиях, обусловленные региональными погодно-климатически-ми условиями Юга России,

2. Проведенные теоретические, экспериментальные и опытно-производственные исследования показали техническую возможность и экономическую целесообразность повышения устойчивости битумов к старению путем введения стабилизирующих добавок из числа промышленных отходов: отхода производства технического углерода, отхода производства эфира канифоли.

3. Экспериментальными исследованиями с применением методов электронного парамагнитного резонанса и инфракрасной спектроскопии подтверждены теоретические обоснования механизма воздействия стабилизирующих добавок на битумы. Отход технического углерода дезактивирует свободные радикалы битума, ингибируя при этом цепные реакции окисления. Отход эфира канифоли препятствует формированию в процессе старения жесткой пространственной структуры из асфальтенов.

4. Использование исследованных добавок - отхода технического углерода в количестве 3...5 %, отхода эфира канифоли - 1...2 % снижает показатель старения битума, соответственно на 35...40

и 20...22 %, как следствие - замедляет старение асфальтобетона и повышает срок службы асфальтобетонных покрытий в 2,1 и 1,3 раза.

5. Предложен способ испытания устойчивости к старению асфальтобетона в аппарате искусственной погоды, позволяющий моделировать воздействие погодно-климатических факторов по толщине слоя асфальтобетона.

6. Установлена кинетика старения песчаного асфальтобетона по толщине слоя, описываемая эмпирическими зависимостями, которые позволяют:

установить степень изменения свойств асфальтобетона в процессе старения в любой точке покрытия;

определить толщину слоя асфальтобетона, в котором в данный момент времени процессы старения достигли стадии, сопровоздающей-ся разрушением асфальтобетона;

назначить рациональный способ восстановления асфальтобетона, учитывающий степень его старения.

7. Проведенные исследования позволили обосновать толщину регенерируемого слоя покрытия при выполнении ремонтных работ в зависимости от срока службы покрытий.

Составлена методика решения данной задачи с использованием построенных номограмм.

8. Экономическая эффективность повышения устойчивости к старению битумов определяется увеличением межремонтных сроков асфальтобетонных покрытий. Использование отхода эфира канифоли и отхода технического углерода снижает затраты на ремонт покрытий соответственно -в 1,6 и 2,7 раза.

9. Утилизация рассмотренных в работе отходов промышленности не только содействует решению проблемы дефицита качественных органических вяжущих, но и способствует оздоровлению окружающей среды.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Углова Е.В., Илиополов С.К., Мардиросова И.В. Старение асфальтобетона в условиях Юга России//Автомобильные дороги. -№ 4. - 1993.

2. Углова Е.В., Илиополов С.К., Мардиросова И.В. Повышение качества асфальтобетона путем использования канифольной добавки // ■ Проблемы строительства и эксплуатации автомобильных дорог: Тезисы докладов межреспубликанской научно-технической конференции. - Суздаль, 1992. - С. 80-81.

3. Углова Е.В. Планирование ремонтных работ на основе прогнозирования состояния дорожных покрытий// Перспективные и долговечные конструкции автомобильных дорог и технология их сооружения: Тезисы докладов Всесоюзной Х1 конференции молодых ученых.

- М.: Союздорнии, 198?. - С. 80.

4. Углова Е.В., Кейльман В.А. Исследование процесса старения песчаного асфальтобетона в покрытии проезжей части// Научно-технический прогресс в дорожном строительстве: Тезисы региональной научно-технической конференции..- Ростов-на-Дону, 1990. -С. 20 - 21 .

5. Кейльман В.А., Углова Е.В. Старение битума по толщине асфальтобетонного покрытия// Использование отходов промышленности при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог в Нечерноземной зоне РСФСР! Тезисы региональной научно-технической конференции. - Владимир, 1990. - С. 32.

6. Кейльмйн В.А., Углова Е.В. Старение асфальтобетона в покрытии в условиях степной зоны// Проблемы дорожного хозяйства и пути их решения. - Анапа, 1991. - С. 34 - 35.

7. Мардиросова И.В., Углова Е.В., Черешнева O.A. Исследова-

ние процессов старения чернощебеночных смесей в процессе эксплуатации// Применение отходов промышленности и местных материалов в дорожном строительстве: Тезисы Всесоюзной научно-технической конференции. - Владимир, 1991. - С. 126 - 127.

Подписано в печать 11.05.93 Формат 60x84/16

Бумага газетная Печать офсетная Уч.-изд. п. 0,€

Тираж 80 экз. Заказ , С Зь4

Ротапринт Ростовской-на-Дону государственной академии строительства

344022, Ростов-н/Д, ул. Социалистическая, 162.