автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Применение асфальтового вяжущего вещества с шунгитом при устройстве дорожных покрытий

4845402

ЧЕРНОУСОВ ДМИТРИЙ ИВАНОВИЧ

ПРИМЕНЕНИЕ АСФАЛЬТОВОГО ВЯЖУЩЕГО ВЕЩЕСТВА С ШУНГИТОМ ПРИ УСТРОЙСТВЕ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность 05.23.11 — Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

1 2 МАЙ 2011

Воронеж — 2011

4845402

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Подольский Владислав Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Курьянов Виктор Кузьмич

кандидат технических наук Говоров Василий Васильевич

Ведущая организация: Воронежский филиал Федерального государственного унитарного предприятия «Российский дорожный научно-исследовательский институт (ФГУП «РОСДОРНИИ»)

Защита состоится 19 мая 2011 г. в 15 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.033.02 при Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84, корпус 3, аудитория 3220, тел./факс: +7(4732)71-53-21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан «19» апреля 2011 г.

Ученый секретарь ^

диссертационного совета н. А. Старцева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Продление сроков службы дорожных асфачьтобе-гоиных покрытий является в настоящее время одной из важнейших задач в области развития и совершенствования сети автомобильных дорог. В условиях, когда интенсивность и грузонапряженность возрастают опережающими темпами, необходимо обеспечить работоспособность дорог па весь период эксплуатации.

Для повышения ответственности подрядных организаций за качество дорожно-строительных работ в 2003 году Росавтодором издано распоряжение «О введении в действие гарантийных паспортов на законченные строительством, реконструкцией, капитальным ремонтом и ремонтом автомобильные дороги и искусственные сооружения на них». Однако существующие технологии приготовления и укладки асфальтобетонных смесей на основе традиционных материалов не позволяют обеспечить требуемое качество на длительный период.

Дефицит минерального порошка, испытываемый многими дорожно-строительными организациями, стимулирует в настоящее время поиск новых нетрадиционных материалов и технологий, которыми можно было бы заменить традиционные без ухудшения эксплуатационных свойств асфальтобетона.

Шунгит является уникальным природным углеродсодержащим композитом, состоящим из аморфного углерода, чрезвычайно активного в окислительно-восстановительных реакциях, двуокиси кремния, а также оксидов алюминия, железа, кобальта, ванадия, титана и других. Исследование свойств асфальтобетона с использованием шунгитового минерального порошка было включено в число важнейших тематик научных исследований «Росавтодора» в 2010 году.

Таким образом, исследование свойств тонкодисперсного порошка из шун-гита, обоснование возможности использования его в дорожном строительстве и разработка на этой основе новых технологий устройства высококачественных и долговечных асфальтобетонных покрытий является актуальной проблемой.

Целью работы является обоснование возможности применения минерального порошка из шунгита в асфальтобетонных смесях для устройства дорожных покрытий.

Для достижения цели исследования решаются следующие задачи:

- исследовать структурно-механические свойства асфальтобетонов с тонкодисперсным минеральным порошком из шунгита;

- провести анализ возможности применения асфальтового вяжущего на основе шунгита для устройства дорожных покрытий;

- экспериментально подтвердись эффективность применения шунгитового минерального порошка в асфальтобетонных смесях;

- провести сравнительный анализ наноповерхностей композитов «шунгит—битум» и «известняк—битум»;

- исследовать коррозионную устойчивость асфальтобетона с шупгитовым минеральным порошком;

- разработать методику расчета усталостной прочности асфальтобетона с учетом качественных параметров частиц шунгитового минерального порошка в условиях циклической нагрузки и длительного водонасыщсния.

Научная новизна работы заключается в решении проблемы расширения номенклатуры эффективных отечественных дорожно-строительных материалов. К числу наиболее важных результатов исследования, обладающих научной новизной, относятся следующие:

- методика расчета усталостной прочности асфальтобетона, отличающаяся от известных учетом качественных характеристик частиц шунгитового минерального порошка в условиях циклической нагрузки и длительного водонасыщения;

- результаты исследований наноповерхностных характеристик битумно-минеральных композитов на электронном сканирующем зондовом микроскопе;

- результаты исследований коррозионной устойчивости асфальтобетона с шунгитовым минеральным порошком;

- модель для определения вязкости ненарушенной структуры асфальтобетона с шунгиюм для различных температурных условий.

Практическая значимость научных исследований заключаются в возможности использования полученных результатов при производстве горячих асфальтобетонных смесей на основе тонкодисперсного минерального порошка из шунгита. Предложенная замена доломитового минерального порошка на шунгитовый позволяет устраивать асфальтобетонные покрытия с повышенными эксплуатационными параметрами и восполняить дефицит минерального порошка за счет расширения номенклатуры используемых горных пород.

Результаты диссертационных исследований были использованы при устройстве экспериментальных участков покрытия на улицах Волгоградской и Машиностроителей в г. Воронеже.

Достоверность результатов исследований и выводов подтверждается использованием современных приборов (в том числе электронного сканирующего зондового микроскопа) и методов, а также опытными испытаниями с положительными практическими результатами, не противоречащими выводам известных положений, сходимостью результатов испытаний.

На защиту выносятся:

- методика расчета усталостной прочности асфальтобетона с шунгитовым минеральным порошком в условиях циклической нагрузки и длительного водонасыщения, позволяющая прогнозировать сроки эксплуатации покрытия;

- результаты исследований наноповерхностных характеристик битумно-минеральных композитов «шунгит—битум» и «известняк—битум»;

- результаты обоснования возможности применения шунгитового минерального порошка в асфальтобетонных смесях;

- модель для определения вязкости ненарушенной структуры асфальтобетона с шунгитовым минеральным порошком для различных температурных условий.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете (Воронеж, 2007, 2009 гг.), а также на заседании дорожного конгресса в Московском автодорожном институте (ГТУ) (Москва, 2009 г.) и на ежегодной научной сессии международной Ассоциации исследователей асфальтобетона (Москва, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ общим объемом 40 страниц, из которых лично автору принадлежит 18 страниц. Три статьи опубликованы в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ: «Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура», «Наука и техника в дорожной отрасли».

В статьях, опубликованных в рекомендуемых ВАК изданиях, изложены основные результаты диссертации: в работе [1] обоснована возможность применения минерального порошка из шунгита в асфальтобетонных смесях; в [2] приведены результаты исследований наноповерхностных характеристик композитов «шунгит—битум» и «известняк—битум»; в [3] описана методика расчета усталостной долговечности асфальтобетона с шунгитовым минеральным порошком.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 95 наименований и четырех приложения. Общий объем работы составляет 165 страниц машинописного текста, включая 46 рисунков и 45 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показаны актуальность и научная новизна выполненных исследований, их практическая значимость, а также сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе на основании сравнительного анализа физико-механических свойств минеральных порошков из шунгита и доломитизирован-ных известняков обоснована возможность применения шунгитового минерального порошка в асфальтобетонных смесях для устройства дорожных покрытий.

Теоретические основы и концепция применения тонкодисперсных минеральных порошков в асфальтобетонных смесях и их взаимодействие с битумным вяжущим исследовались и получили дальнейшее развитие в трудах А. В. Руден-ского, Вл. П. Подольского, Л. Б. Гезенцвея, И. А. Рыбьева, А. С. Колбановской, Я. Н. Ковалева и др.

Анализ научных работ по вопросам взаимодействия тонкодисперсных минеральных порошков с органическими вяжущими в процессе приготовления асфальтобетонных смесей позволил сформулировать цель работы и необходимые для ее достижения задачи.

Во второй главе рассмотрены научно-практические аспекты применения шунгитового минерального порошка с учетом особенностей взаимодействия органического вяжущего с шунгитовым углеродсодержащим материалом. Рассмотрены теоретические предпосылки применения минерального порошка из шунгита для приготовления асфальтобетонных смесей. Взаимодействие вяжущего и минеральных материалов проявляется в хемосорбционных процессах, протекающих на границе их раздела. Механизм образования хемоадсорбцион-ных связей между битумом и минеральным порошком определяется не только химическим взаимодействием между компонентами битума и минерального материала, но и механическими связями, зависящими от характера поверхности частиц минерального порошка.

Учитывая более высокую пористость шунгитового минерального порошка по сравнению с известняковым, можно предположить, что в частицах шунгитового минерального порошка аккумулируется значительное количество смол в поверхностных микропорах, а часть масел за счет избирательной диффузии проникает внутрь материала. Поэтому при использовании пористого тонкодисперсного минерального материала структурированные пленки битума на поверхности частиц будут иметь более прочное сцепление по сравнению с порошком из плотных пород.

Для изучения влияния характера поверхности частиц шунгитового минерального порошка на свойства асфальтового вяжущего во ВГАСУ были проведены исследования на сканирующем зондовом микроскопе КапоЕсТисаГог, который предназначен для визуализации, диагностики и модифицирования вещества с микро- и наноразмерным уровнем пространственного разрешения.

На первом этапе проводилось исследование наноповерхности тонкодисперсных минеральных порошков из шунгита, известняка, а также битума

Характер поверхности тонкодисперсных минеральных частиц имеет большое значение при формировании структуры асфальтобетона, так как сколы, дефекты и микротрещины будут способствовать большему внутреннему трению и, следовательно, лучшему взаимодействию органического вяжущего с минеральным порошком.

В результате проведенных исследований установлено, что степень шероховатости поверхности известковой муки составляет 0,43 мкм, а фрактальная размерность поверхности £)=1,73.

Степень шероховатости поверхности шунгитового минерального порошка составляет 0,46 мкм, а общий перепад высот — от -342 до +457 нм. Фрактальная размерность поверхности £>=1,43.

Органическое вяжущее (битум) имеет достаточно ровную, однородную поверхность, без дефектов в структуре. Фрактальная размерность поверхности £1=1,97.

На втором этапе исследовались композиционные системы. При совмещении исходных компонентов в соотношении гг.т происходит усреднение исходных изображений (рис. 1).

Рис. 1. Трехмерное изображение поверхности композита «битум—шунгит» (а) и «известняк—битум»(б)

Поэтому можно говорить о том, что шунгит, обладая высокой адсорбционной активностью по отношению к органическому вяжущему, способствует его структурированию. Частицы битума проникают в поровое пространство шун-гита и заполняют его. При этом максимальная степень шероховатости асфальтового вяжущего с шунгитом составляет 0,027 мкм (размер скана — 5,0x5,0 мкм). Фрактальная размерность поверхности £>=1,64.

Количественные характеристики наноповерхностей исследуемых материалов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Основные характеристики материалов

Вид материала Количественные характеристики

Степень шероховатости, мкм Фрактальная размерность поверхности,О

Известняковый минеральный порошок 0,43 1,73

Шунгитовый минеральный порошок 0,46 1,43

Битум 0,00 1,97

Асфальтовое вяжущее (битум+шунгит) 0,027 1,64

Полученные данные говорят о корреляции показателей шероховатости поверхности и фрактальной размерности. Чем меньше шероховатость поверхности, тем ближе значения фрактальной размерности поверхности к «2», т. е. материал является более плотным и однородным.

В дорожной лаборатории ВГАСУ на шаровой мельнице МШ-100 был приготовлен минеральный порошок из шунгитовых пород Зажогинского месторождения в Медвежьегорском районе Карелии и исследованы его физико-механические свойства. Полный гранулометрический состав шунгитового минерального порошка, полученного в лаборатории, указан в табл. 2.

Таблица 2

Зерновой состав неактивированного минерального порошка из шунгита

Наименование показателя Размер отверстий сит, мм

1,25 Г 0,63^ 0,315 0,16 0,071 <0,071

Частные остатки, гр. - 0,22 6,43 3,11 15,93 74,31

Частные остатки, % - 0,22 6,43 3,11 15,93 74,31

Полные остатки, гр. - 0,22 6,65 9,76 25,69 100

Полные проходы,% - 99,78 93,35 90,24 74,31 -

Зерновой состав в зависимости от времени помола может варьироваться в пределах соответствия требованиям ГОСТ 9128-2009. Содержание в шунгито-вом порошке частиц данных фракций не менее требуемого, поэтому его можно применять в качестве минерального порошка в асфальтобетонных смесях.

В лабораторных условиях был осуществлен подбор зернового состава минеральной части асфальтобетонной смеси типа Б с использованием минерального порошка из шунгита.

Показатель пористости частиц шунгита обусловливает более развитую удельную поверхность как крупно-, так и мелкозернистых компонентов в смеси, т. к. в процессе принудительного перемешивания минеральных материалов

до объединения их с битумом зерна наполнителя неизбежно обволакиваются мелкими частицами минерального порошка. Вследствие такой обработки происходит «модификация» поверхности крупных зерен наполнителя, способствующая улучшению сцепления с битумом.

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что за оптимальное содержание битума в исследуемой смеси с использованием порошка из шунгита можно принять 7,5 %, т. к. при этом количестве битума асфальтобетонная смесь отвечает требованиям ГОСТ 9128-2009. Данная смесь имеет наилучшие показатели прочности при сжатии при температуре 50 °С и высокий коэффициент водостойкости, а также минимальные значения отношений 1120/1150 и 110/1150. Это свидетельствует о достаточной сдвигоустойчивости и трещиностойкости покрытий их этого материала.

Для эталонной смеси с известняковым минеральным порошком наилучшие показатели имеет состав с содержанием битума 7 %.

Свойства асфальтобетонных смесей, приготовленных с использованием шунгита, определялись в различные сроки при выдерживании образцов на воздухе в 2, 15, 30, 60 и 90-суточном возрасте.

Результаты испытаний свидетельствуют о том, что асфальтобетон (на известняковом минеральном порошке) практически не изменил свои структурно-механические свойства в течение 90 суток выдерживания образцов на воздухе. Однако образцы асфальтобетона, содержащего шунгит, имеют лучшие прочностные показатели по сравнению с эталонной смесью. При меньшей плотности наблюдается увеличение прочностных показателей во времени, что свидетельствует о процессе структурообразования у асфальтобетона на минеральном порошке из шунгита.

Старение асфальтобетона сопровождается уменьшением его коррозионной устойчивости, выраженной в соответствующем снижении ее показателей: водо- и морозостойкости покрытия. Коррозия асфальтобетонных покрытий проявляется в виде выкрашивания, повышенного износа поверхности и образования выбоин.

Для оценки влияния шунгитового минерального порошка на коррозийные свойства асфальтобетона были проведены исследования водо- и морозостойкости.

Для более объективной проверки водостойкости при проведении исследования была применена стандартная методика испытания асфальтобетонной смеси. Испытуемые образцы подвергались насыщению водой в условиях вакуума. После определения величины водонасыщения образцы, насыщенные водой, помещались в сосуды с водой, в которых хранились 15, 30, 60, 90 суток.

По истечении этих сроков снова определялись величины водонасыщения, а также прочностные показатели при температурах 20, 50, 0 С. Сопоставление начальных и конечных величин водонасыщения и прочности при сжатии позволяет более объективно судить о водостойкости.

Анализ зависимости на рис. 2 свидетельствует о том, что асфальтобетон на шунгитовом минеральном порошке с течением времени увеличивает предел прочности при сдвиге, а у асфальтобетона на известняковом порошке происходит снижение этого показателя. Возрастание предела прочности при сдвиге у асфальтобетона с шунгитом связано с продолжающимися процессами структу-

рообразования. Повышенная прочность при сдвиге указывает на более высокую сдвигоустойчивость асфальтобетонных покрытий с шунгитом.

2,750 -

§2 и

= и

СО

2 & £«

е- с

- асфальтобетон, содержащий шунгитовый минеральный порошок;

- асфальтобетон на известковом минеральном порошке

30 60

Возраст образцов, сут

Рис. 2. Изменение структурно-механических свойств асфальтобетона при сдвиге во времени при температуре +20 *С (точки на графиках получены Путем осреднения результатов испытаний шести образцов исследуемых составов)

Анализ зависимости на рис. 3 свидетельствует о том, что асфальтобетон с использованием шунгитового минерального порошка имеет большее водона-сыщение по сравнению с эталонным асфальтобетоном, однако абсолютный прирост водонасыщения при длительном хранении образцов в воде практически одинаковый (1,18 и 0,91 соответственно). В асфальтобетоне с шунгитом содержится большее количество замкнутых пор, недоступных для воды, что должно положительно сказаться на его морозостойкости.

- асфальтобетон, содержащий шунгитовый минеральный порошок;

- асфальтобетон на известковом минеральном порошке

Продолжительность водонасыщения, сут

Рис. 3. Изменение водонасыщения асфальтобетона при длительном водонасыщении (точки на графиках получены путем осреднения результатов испытаний пяти образцов исследуемых составов)

Асфальтовый бетон на минеральном порошке из шунгита имеет меньшие значения пределов прочности на сжатие после длительного водонасыщения в разные сроки по сравнению с асфальтобетоном на известняковом минеральном порошке, что указывает на его более высокую деформативную способность при отрицательных температурах.

На снижение водо- и морозостойкости в наибольшей степени влияют сообщающиеся между собой открытые поры, легко доступные проникающему действию влаги.

Но другой важной особенностью пор с точки зрения их влияния на морозостойкость является их размер. В мелких порах вода присутствует в виде тонких адсорбционных слоев на внутренней поверхности пор и поэтому способна замерзать при значительно более низких температурах. Это приводит к тому, что многие циклы замораживания—опаивания слабо влияют на адсорбционно-связанную воду и поэтому не оказывают разрушающего влияния на асфальтобетон. Можно предположить, что воздействие битума на минеральный порошок из шунгита, особенно на его мелкие частицы, приводит к созданию мелкопористой, более однородной структуры асфальтобетона.

Приведенные данные по исследованию асфальтобетонов на водо- и морозостойкость свидетельствуют о повышенной коррозийной устойчивости исследуемого асфальтобетона оптимального состава в результате полной замены известнякового минерального порошка на порошок из шунгита.

Основной задачей проведения исследований термоокислительной устойчивости асфальтобетонных смесей с содержанием шунгита было определение периода времени, в течение которого исследуемая смесь при рабочей температуре сохраняет первоначальные физико-механические свойства. Указанный период времени является важнейшим технологическим параметром, обеспечивающим качество дорожных работ. Поэтому для оценки периода жизнеспособности асфальтобетонных смесей использовался метод старения путем изотермического воздействия на пленку битума на минеральной части смеси в присутствии кислорода.

Известно, что при определении старения вяжущего на когезиометре в тонких пленках в начальный период испытаний наблюдается рост прочности (когезии), а затем резкое падение прочности структурных связей и хрупкое разрушение.

В диссертации в качестве определяемых показателей была выбрана прочность асфальтобетона при 20° С. Исследования проводились с помощью термокамеры. Температура прогрева была принята равной 150°С. Проведены исследования двух смесей: асфальтобетонной смеси, содержащей шунгит, и эталонной на известняковом минеральном порошке (рис. 4). С интервалом в 5 часов отбирались пробы, из которых изготавливали образцы, и на них определяли предел прочности при сжатии при температуре 20°С.

Асфальтобетон на минеральном порошке из шунгита менее подвержен старению (термоокислительному воздействию) по сравнению с асфальтобетоном на известняковом минеральном порошке. Максимум прочности у асфальтобетона с шунгитом наступает при 20 часах прогрева, а у эталонного асфальтобетона — при 15 часах прогрева.

Прочность асфальтобетона, содержащего шунгит, только после 20 часов прогрева начинает снижаться. При этом на начальном отрезке времени изменение предела прочности незначительно. Это позволяет отметить положительное влияние шунгита на термоокислительную устойчивость вяжущего.

асфальтобетон,

содержащий

шунгитовый

минеральный

порошок;

асфальтобетон на известковом минеральном порошке

Время прогрева, час

Рис. 4. Зависимость предела прочности асфальтобетона при сжатии при температуре 20 °С

от времени прогрева при рабочей температуре 150 "С (точки на графиках получены путем осреднения результатов испытаний пяти образцов исследуемых составов)

В третьей главе приведены результаты исследований структурно-механических свойств асфальтобетона с шунгитовым минеральным порошком.

Разрушение асфальтобетона происходит вследствие того, что при его длительном увлажнении вода через дефектные места в битумных пленках, абсорбированных поверхностями зерен минеральных компонентов, проникает к самой поверхности этих зерен. Это приводит к ослаблению структурных связей между пленкой связующего битума и поверхностью минерального материала, с последующим разрушением асфальтобетонного покрытия.

Более разрушительным действием обладают переменные циклы замораживания—оттаивания за счет того, что вода, попавшая в поры асфальтобетона или просочившаяся через дефекты битумных пленок в поры минерального материала, при замораживании расклинивается в порах с увеличением объема и вызывает за счет этого большие напряжения в стенках пор. Эти напряжения порождают развитие микротрещин, заполняющихся в цикле оттаивания водой, которая в следующем цикле замораживания способствует появлению новых напряжений, микротрещин, трещин и так далее — до полного разрушения асфальтобетона.

Наряду с испытаниями на длительное водонасыщение важной характеристикой устойчивости против атмосферной коррозии является показатель морозостойкости, получаемый в результате испытаний образцов, подвергнутых предварительному водонасыщению многократными, периодически повторяющимися циклами замораживания—оттаивания.

На рис. 5 представлены результаты исследования структурно-механических свойств асфальтобетонов в зависимости от циклов замораживания—оттаивания.

Анализ данных, приведенных на рис. 5, свидетельствует о том, что при температуре 20 °С после воздействия знакопеременных температур у асфальтобетона на шунгитовом минеральном порошке наблюдается рост прочности, что, вероятно, связано с продолжающимися процессами структурообразования, которые превалируют над деструктивными процессами. Асфальтобетон на известняковом минеральном порошке в процессе воздействия знакопеременных температур снижает прочность.

8,20 8.00 7,80 7,60 7,40 7.20 7,00 6,80

8,00 асфальтобетон,

^---- 7,78 содержащий шунгитовый

.......у минеральным

___ т7,25 т 7,37 порошок; -«- асфальтобетон на известковом минеральном порошке

0 25 50

Количество циклов замораживания—опаивания

Рис. 5. Зависимость предела прочности на сжатие при температуре 20 С от циклов замораживания—оттаивания (точки на графиках получены путем осреднения результатов испытаний пяти образцов исследуемых составов)

Анализ зависимостей, приведенных на рис. 6, свидетельствует о том, что асфальтобетон, содержащий шунгитовый порошок, имеет и лучшие показатели сдвигоустойчивости по сравнению с асфальтобетоном на известняковом порошке (чем меньше отношение Яго/Ь^о, тем асфальтобетон более сдвигоустойчивый).

Несущую способность и эксплуатационную долговечность асфальтобетонного покрытия наиболее полно характеризуют модуль упругости и прочность на растяжение при изгибе. Динамическое состояние дорожного покрытия зависит от интенсивности и состава транспортного потока, а также интервалов между отдельными автомобилями.

С целью определения влияния шунгита на долговечность асфальтобетона была разработана методика прогнозирования эксплуатационных свойств асфальтобетона на основе результатов испытания балочек 4x4x16 см на вибростенде УВ 70/100 (рис. 7). Вибростенд обеспечивает получение частоты и амплитуды колебаний, плавно регулируемых во время работы от 10 до 100 Гц и от 0,1 до 5 мм соответственно. Нагрузка на образец может изменяться от 2 до 60 кг.

В основу методики положены аналитические зависимости, позволяющие определять продолжительность эксплуатационного периода при имитационной нагрузки 6 и 10 т на ось.

2.15

1.97 2.01 2,01 —■

^ 1,65 1.76 I 1.75

- асфальтобетон, содержащий шунгитовый минеральный порошок;

- асфальтобетон на известковом минеральном порошке

Продолжительность водонасыщенкя, сут

Рис. б. Изменение относительной сдвигоустойчивости песчаного асфальтобетона

при длительном водонасыщении (точки на графиках получены путем осреднения результатов испытаний пяти образцов исследуемых составов)

Ш - - |!-

" * I

Рис. 7. Испытания асфальтобетонных балочек на вибрационном стенде УВ 70/100: 1 — имитационная нагрузка; 2 — асфальтобетонные балочки

Вибростендом моделируются колебания, близкие по форме к гармониче^ ским:

А = А151п(шг + ф„), где А — амплитуда колебаний в момент времени V, А туда, ¡¡>а — начальная фаза; со = 2ж/ колебаний вибростенда.

Процесс усталостного разрушения асфальтобетона обычно включает 3 фазы: 1) накопление внутренних деформаций, сопровождающееся заметным уменьшением модуля упругости; 2) возникновение микротрещин при невысокой скорости снижения модуля упругости; 3) распространение и прогрессирующее развитие трещин с резким падением модуля упругости.

(О

максимальная ампли-циклическая частота, где / — частота

Напряжение, действующее в сечении балочки в середине пролета, рассчитывали по формуле

ЗА?

сг =—Ц-, (2)

2ЬИ

где Ра — динамическая нагрузка; / — пролет между опорами; Ь, А — размеры сечения. Величину относительной деформации определяли по формуле

-•5-Ю"6, (3)

где 1*Г,Г ' (6)

К.

где п\ и п; — показания моста ЦТМ-5 для образца без нагрузки и вибрации и после нагружения и вибрации; Кт — коэффициент тензочувствительности тен-зодатчика.

Значения относительной деформации, определяемые по показаниям тензо-моста ЦТМ-5, должны быть близки к расчетным, полученным по формуле

№

При соблюдении условия ер= ет модуль упругости определяется по формуле

Ед=—, (5)

. ЗРЦщ + АЛр1/1) 2Ыг2

Окончательная формула для определения динамического модуля упругости записывается в виде

д 2М2(и,-Я2)-5-10-6'

Оценка срока эксплуатационной надежности асфальтобетона в результате эксплуатационно-климатических воздействий (Т) выполняется по формуле

N.

Т = —(8)

где Ыр — число циклов нагружения асфальтобетона до уменьшения его динамического модуля упругости наполовину относительно исходного значения; Л', — расчетное число приложений колесной нагрузки за год эксплуатации покрытия дороги:

ХЭ=МЧ1К1К2, (9)

где Ыпр — приведенная интенсивность движения; К/ — коэффициент перекрытия следа колеса автомобиля; Кг — коэффициент, учитывающий долю расчетных автомобилей в потоке (0,3—0,4).

С целью изучения влияния шунгита на долговечность асфальтобетона и продолжительность эксплуатации покрытия проводились сравнительные испытания образцов в виде балочек 4*4*16 см. Исследования влияния динамического нагружения на усталостные свойства асфальтобетона проводилось после длительного водонасыщения образцов-балочек в течение 60 суток.

В результате анализа графиков зависимостей можно заключить, что имеет место снижение значений модуля упругости и прочности при изгибе и сжатии у исследуемых асфальтобетонных смесей. Однако данное снижение определяемых параметров значительно ярче выражено у эталонных асфальтобетонов. Оценивая результаты данного эксперимента, можно сделать вывод о замедлении процесса усталостного разрушения шунгитосодержащего асфальтобетона.

Известно, что эксплуатационная надежность асфальтобетона характеризуется стабильностью его структуры, которая может оцениваться числом циклов динамического нагружения, необходимых для уменьшения значения модуля упругости наполовину.

На основе экспериментальных исследований установлено, что применение шунгита позволяет выдержать повышенные в 1,3 раза нагрузки до начала возникновения повреждений. Таким образом, использование шунгитового порошка взамен стандартного минерального порошка способствует повышению усталостной долговечности асфальтобетонов, особенно в условиях водонасыщения асфальтобетона, что, по-видимому, связано с более высокой адгезионной активностью шунгитового порошка.

Для определения реологических параметров асфальтобетона использовали метод А. М. Богуславского и Я. Н. Ковалева. С этой целью измеряли высоту /г и диаметр с/ асфальтобетонных образцов до и после исследования и предел прочности при сжатии. На основании этих данных рассчитывали значения реологических параметров:

„ 400-Л-Л/;2

- время релаксации: О =-;-; (10)

Ас

1000 -Ас1

- время ретардации: г=-; (11)

/?

- модуль упругости: (12)

ДЛ

- коэффициент вязкой податливости: у = —; (13)

К.

- коэффициент вязкости по Максвеллу: г\п = 0 • К. (14)

Вязкость ненарушенной структуры рассчитывали по формуле

400• Л-Л/ • ДЛ = А* ■ (15)

Было изучено влияние продолжительности водонасыщения, возраста образцов и количества циклов замораживания на реологические параметры асфальтобетона.

Результаты испытаний приведены в табл. 3 и на рис. 8.

Анализ зависимости на рис. 8 свидетельствует о том, что процессы етрук-турообразования превалируют над деструктивными процессами воздействия воды. После воздействия воды в течение 30 суток процессы структурообразо-вания и деструкции уравновешивают друг друга и вязкость ненарушенной структуры не меняется.

Таблица 3

Изменение при длительном водонасыщении реологических свойств асфальтобетона следующего состава: гранитный отсев — 92 %, шунгитовый минеральный порошок — 8 %, битум марки БНД 60/90 — 7,5 %

Продолжительность водонасыщения, сут Вязкость ненарушенной структуры, МПа*с Вязкость по Максвеллу, МПахс

При температуре испытания 50 °С

0 198002,957 199049,511

15 170752,071 171884,390

30 191412,773 193321,716

60 144618,662 144330,038

При температуре испытания 20 "С

0 336086,931 358915,231

15 621755,165 640688,840

30 750156,875 762939,026

60 - -

При температуре испытания 0 °С

2 118457,519 1297188,39

15 790962,861 886269,806

30 1650387,155 1676236,34

60 879427,647 880584,663

Е + I е-

8,250

6.250 5,250 4,250 3,250 2,250 1,250

-♦

7,800

.....0..........

5, 50___—— 6.400 ; 6.300 .........5,800.....

- асфальтобетон, содержащий шунгитовый минеральный порошок;

- асфальтобетон на известковом минеральном порошке

0 15 30 60

Продолжительность водонасыщения, суг

Рис. 8. Изменение вязкости ненарушенной структуры асфальтобетона при температуре испытания + 20 °С в процессе длительного водонасыщения (точки на графиках получены путем осреднения результатов испытаний пяти образцов исследуемых составов)

В четвертой главе с учетом результатов теоретических и лабораторных исследований, опыта эксплуатации экспериментальных участков дорожного покрытия на улицах Волгоградская и Машиностроителей г. Воронежа разработана технология устройства покрытий из асфальтобетонных смесей типа «Б» на основе шунгитового минерального порошка

Мониторинг эксплуатационного состояния участков покрытия из экспериментальной асфальтобетонной смеси типа Б на основе шунгита позволил уста-

новить лучшее состояние поверхности шунгитосодержащего асфальтобетона, на котором отсутствуют выбоины, выкрашивание, шелушение и колея на поверхности всего протяжения экспериментальных участков, что выгодно отличает их от покрытий на смежных участках с обычным асфальтобетоном

Работы по укладке асфальтобетонной смеси следует проводить в сухую погоду при температуре воздуха не ниже 5 °С, осенью — не ниже 10 °С. Длину укладываемой полосы устанавливают в соответствии с температурой окружающего воздуха: при 5 °С она может быть до 30 метров, а при температуре выше 25 °С — более 100 метров.

При кратковременном дожде выгрузку смеси в укладчик следует приостановить, защитное брезентовое укрытие смеси в кузовах автосамосвалов не открывать, а крылья приемного бункера укладчика закрыть во избежание охлаждения оставшейся в нем смеси. Температура горячей смеси в начале укладки должна быть не ниже указанной в табл. 4.

Таблица 4

Температура укладываемой асфальтобетонной смеси при скорости ветра до 6 м/с

Толщина слоя, см Минимальная температура горячей смеси при температуре воздуха, "С

30 20 15 10 5 0

До 5 115 125 130 135 140 145

5-10 105 115 120 125 130 135

При непродолжительных перерывах в доставке смеси к укладчику рекомендуется не вырабатывать смесь полностью и закрыть бункер во избежание остывания питателя и смеси в нем до возобновления доставки горячей смеси.

После прохода укладчика на поверхности слоя не должно быть дефектов в виде трещин, раковин, разрывов. Замеченные дефекты необходимо устранять до начала работы катков.

Для обеспечения ровности покрытия и предупреждения температурной и гранулометрической сегрегации необходимо использовать перегружатель асфальтобетонной смесей типа «Шаттл-Багги». В этом случае длина сменной захватки определяется производительностью асфальтоукладчика.

Физико-механические свойства готового покрытия прямо связаны с его степенью уплотнения. При этом чем выше степень уплотнения покрытия, тем меньше опасность раннего появления пластических деформаций (волн, колей), растрескивания, выбоин. Усталостная долговечность асфальтобетонных покрытий также прямо связана со степенью его уплотнения. Поэтому уплотняемость смесей является одним из основных технологических показателей. Асфальтобетонная смесь на основе шунгитового минерального порошка обладает более высокой удобоукладываемостью по сравнению с обычными смесями. Особенно эффективны в работах по уплотнению асфальтобетонных покрытий комбинированные модели вибропневмокатков или виброгладковапьцевык катков.

Состав звена по уплотнению асфальтобетонных покрытий формируется в зависимости от типа и мощности асфальтоукладчика, ширины укладываемой полосы, погодных условий при проведении работ.

Таким образом, увеличение затрат на своевременное и более качественное выполнение работ по ремонту дорожных одежд позволит снизить затраты на

плановые, капитальные ремонты. Учитывая, что затраты на капитальный ремонт несопоставимо выше затрат на ремонт, увеличение межремонтных сроков позволит значительно перекрыть увеличение затрат на планомерно проводимые ремонтные работы и тем самым получить положительный экономический эффект. При этом за счет более высокого уровня содержания, достигаемого путем проведения наиболее эффективных дорожно-ремонтных работ, достигается дополнительный эффект от повышения скорости транспортного потока и, следовательно, уменьшения себестоимости перевозок, а также снижения потерь от дорожно-транспортных происшествий.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Экспериментальные исследования физико-механических свойств асфальтобетонных смесей различных типов подтвердили возможность применения минерального порошка из шунгита. При этом установлено, что взаимодействие битума с частицами шунгитового минерального порошка позволяет обеспечить формирование устойчивой структуры асфальтобетона с преобладанием замкнутых пор.

2. Результаты исследования шунгитового минерального порошка на сканирующем зондовом микроскопе с наноразмерным уровнем пространственного разрешения свидетельствуют о том, что шунгит с высокой адсорбционной активностью по отношению к органическому вяжущему, способствует его структурированию. Совместно с битумом он образует структурированную дисперсную систему, выполняющую роль асфальтового вяжущего материала в бетоне.

3. Установлено, что в результате применения шунгитового минерального порошка, асфальтобетон имеет лучшие показатели водостойкости и длительного водонасыщепия, что обеспечивает более высокую коррозионную устойчивость асфальтобетонного покрытия по сравнению с традиционным порошком из известняковых пород.

4. Асфальтобетон, содержащий шунгитовын минеральный порошок, имеет более высокий коэффициент морозостойкости по сравнению с асфальтобетоном на известняковом минеральном порошке, что обеспечивает лучшие показатели трещиностойкости и сдвигоустойчивости после 50 циклов замораживания—оттаивания.

5. В процессе устройства экспериментальных участков установлено, что асфальтобетонная смесь с шунгитовым минеральным порошком обладает хорошей удобоукладываемостыо и удобоуплотняемостыо, что позволяет обеспечить нормативные показатели ровности и коэффициента уплотнения при устройстве дорожных покрытий.

6. Для асфальтобетонных смесей с использованием шунгитового минерального порошка разработана методика расчета усталостной прочности асфальтобетона в условиях циклической нагрузки и длительного водонасыщений, которые позволяют прогнозировать сроки эксплуатации покрытия.

7. Предложена уточненная модель для определения вязкости ненарушенной структуры асфальтобетона с шунгитовым минеральным порошком, позволяющая исследовать его реологические свойства при различной температуре в процессе длительного водонасыщсния.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в изданиях, входящих в Перечень ВАК

1. Черноусое, Д. И. Обоснование возможности применения минерального порошка из шунгита в асфальтобетонных смесях / С. Е. Щербинина, Д. И. Черноусое // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2009. —№ 2. — С. 34—35.

2. Черноусое, Д. И. Исследования физико-механических свойств битум-но-шунгитового вяжущего на сканирующем микроскопе / Вл. П. Подольский, Д. И. Черноусов, С. М. Усачев // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. — 2010. — Вып. № 4 (20). — С. 93—99.

3. Черноусов, Д. И. Исследование усталостной долговечности асфальтобетона на основе шунгитового минерального порошка / Д. И. Черноусов, Вл. П. Подольский, Э. В. Труфанов // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. — 2011, — Вып. № 1 (21). —С. 80—86.

Публикации в других научных изданиях

4. Черноусов, Д. И. Влияние шунгитового минерального порошка на изменение структурно-механических свойств асфальтобетонов во времени / Вл. П. Подольский, Д. И. Черноусов И Наука и инновации в строительстве (SIB-2008): междунар. конгресс: в 2 т. Т. 1. Современные проблемы строительного материаловедения и технологии. Кн. 2. — Воронеж: ВГАСУ, 2008. — С. 394—399.

5. Черноусов, Д. И. Влияние шунгитового минерального порошка на устойчивость структуры песчаного асфальтобетона в условиях увлажнения / Вл. П. Подольский, А. А. Быкова, Д. И. Черноусов // Труды первого всероссийского дорожного конгресса. — М.: МАДИ, 2009. — С. 219—222.

6. Черноусов, Д. И. Влияние различных минеральных порошков на реологические характеристики асфальтобетона / Вл. П. Подольский, Д. И. Черноусов, Е. Б. Тюков, С. М. Ширяева // Вестник центрального регионального отделения РААСН: сб. науч. ст. — Воронеж-Тамбов, 2009. — Вып. 9. — С. 173—184.

7. Черноусов, Д. И. Сравнительный анализ усталостной долговечности покрытий из асфальтобетонных смесей на основе известнякового и шунгитового минеральных порошков с углеродсодержащим материалом / Вл. П. Подольский, А. В. Руденский, Д. И. Черноусов, Э. В. Труфанов // Международная ассоциация исследователей асфальтобетона. — М.: МАДИ (ГТУ), 2011. — С. 137—144.

ЧЕРНОУСОВ ДМИТРИИ ИВАНОВИЧ

ПРИМЕНЕНИЕ АСФАЛЬТОВОГО ВЯЖУЩЕГО ВЕЩЕСТВА С ШУНГИТОМ ПРИ УСТРОЙСТВЕ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 18 04.2011. Формат 60*84 1/16. Усл. псч. л. 1.0. Бумага писчая. Тираж 120 экз. Заказ № Отпечатано: отдел оперативной полиграфии Издательства учебной литературы и учебно-методических пособий Воронежского государственного архитектурно-строительного университета 394006 г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84

НЕВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТОНКОДИСПЕРСНОГО ^МИНЕРАЛЬНОГО ПОРОШКА ИЗ ШУНГИТА В АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ

СМЕСЯХ.

1.1 Основные принципы организации производства асфальтобетонных смесей для дороэ/сного строительства.

1.2 Условия применения смесей специального состава.

1.3 Асфальтобетонные смеси с добавками поверхностно-активных веществ и активаторов.

1.4 Определение достоверного количества экспериментов.

1.5 Приготовление и сравнительных анализ минеральных порошков из шунгита и известняка в лабораторных условиях.

1.6 Свойства исходных минеральных материалов для приготовления асфальтобетонных смесей.

1.7 Результаты исследований физико-механических свойств порошка из шунгита.

1.8 Выводы по главе 1.

2 НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ШУНГИТОВОГО МИНЕРАЛЬНОГО ПОРОШКА В АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЯХ.

2.1 Особенности взаимодействия битума и углеродсодержащих материалов.

2.2 Теоретические предпосылки применения шунгита для приготовления асфальтобетонных смесей.

2.3 Исследование наноповерхностей асфальтового вяжущего с различными порошками на электронном сканирующем зондовом микроскопе.

2.4 Подбор оптимального содержания битума и зернового состава в асфальтобетонных смесях с использованием известнякового и шунгитового минеральных порошков.

2.5 Сравнительный анализ песчаного асфальтобетона на известняковом и шунгитовом минеральных порошках.

2.6 Эксплуатационные свойства асфальтобетона типа Б на основе различных порошков.

2.7Выводы по главе 2.

3 ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АСФАЛЬТОБЕТОНА С ШУНГИТОВЫМ МИНЕРАЛЬНЫМ ПОРОШКОМ.

3.1 Изучение коррозионной устойчивости асфальтобетонов на основе минерального порошка из шунгита.

3.2 Исследование термоокислительной устойчивости асфальтобетонных смесей.

3.3 Применение ультразвуковых колебаний для исследования свойств асфальтобетона.

3.4 Проведение испытаний образцов с использованием циклической нагрузки на вибростенде.

3.5 Определение реологических свойств асфальтобетонов на основе различных минеральных порошков.

3.6 Выводы по главе 3.

4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КАРТЫ ПО УСТРОЙСТВУ ПОКРЫТИЙ ИЗ СМЕСЕЙ С АСФАЛЬТОВЫМ ВЯЖУЩИМ ВЕЩЕСТВОМ НА ОСНОВЕ ШУНГИТА.

4.1 Технология приготовления активированного минерального порошка из шунгитового щебня.

4.2 Приготовление смесей с шунгитовым минеральным порошком на асфальтобетонном заводе.

4.3 Рекомендации по укладке и уплотнению асфальтобетонных смесей с шунгитовым порошком.

4.4 Мониторинг эксплуатационного состояния участков покрытия из экспериментальной асфальтобетонной смеси типа Б на основе шунгита

4.5 Обоснование технико-экономической эффективности применения горячих асфальтобетонных смесей с использованием шунгитового минерального порошка при устройстве покрытий автомобильных дорог!

4.6Выводы по главе 4.

Актуальность темы. Продление сроков службы дорожных асфальтобетонных покрытий является в настоящее время одной из важнейших задач в области развития и совершенствования сети автомобильных дорог. В условиях, когда интенсивность и грузонапряженность возрастают опережающими темпами, необходимо обеспечить работоспособность дорог на весь период эксплуатации.

Для повышения ответственности подрядных организаций за качество дорожно-строительных работ в 2003 году Росавтодором издано распоряжение «О введении в действие гарантийных паспортов на законченные строительством, реконструкцией, капитальным ремонтом и ремонтом автомобильные дороги и искусственные сооружения на них». Однако существующие технологии приготовления и укладки асфальтобетонных смесей на основе традиционных материалов не позволяют обеспечить требуемое качество на длительный период.

Дефицит минерального порошка, испытываемый многими дорожно-строительными организациями, стимулирует в настоящее время поиск новых нетрадиционных материалов и технологий, которыми можно было бы заменить традиционные без ухудшения эксплуатационных свойств асфальтобетона.

Шунгит является уникальным природным углеродсодержащим композитом, состоящим из аморфного углерода, чрезвычайно активного в окислительно-восстановительных реакциях, двуокиси кремния, а также оксидов алюминия, железа, кобальта, ванадия, титана и других. Исследование свойств асфальтобетона с использованием шунгитового минерального порошка было включено в число важнейших тематик научных исследований «Росавтодора» в 2010 году.

Таким образом, исследование свойств тонкодисперсного порошка из шунгита, обоснование возможности использования его в дорожном строительстве и разработка на этой основе новых технологий устройства высококачественных и долговечных асфальтобетонных покрытий является актуальной проблемой.

Целью работы является обоснование возможности применения минерального порошка из шунгита в асфальтобетонных смесях для устройства дорожных покрытий.

Для достижения цели исследования решаются следующие задачи:

- исследовать структурно-механические свойства асфальтобетонов с тонкодисперсным минеральным порошком из шунгита;

- провести анализ возможности применения асфальтового вяжущего на основе шунгита для устройства дорожных покрытий;

- экспериментально подтвердить эффективность применения шунгитового минерального порошка в асфальтобетонных смесях;

- провести сравнительный анализ наноповерхностей композитов «шунгит— битум» и «известняк—битум»;

- исследовать коррозионную устойчивость асфальтобетона с шунгитовым минеральным порошком; разработать методику расчета усталостной прочности асфальтобетона с учетом качественных параметров частиц шунгитового минерального порошка в условиях циклической нагрузки и длительного водонасыщения.

Научная новизна работы заключается в решении проблемы расширения номенклатуры эффективных отечественных дорожно-строительных материалов. К числу наиболее важных результатов исследования, обладающих научной новизной, относятся следующие:

- методика расчета усталостной прочности асфальтобетона, отличающаяся от известных учетом качественных характеристик частиц шунгитового минерального порошка в условиях циклической нагрузки и длительного водонасыщения;

- результаты исследований наноповерхностных характеристик битумно-минеральных композитов на электронном сканирующем зондовом микроскопе;

- результаты исследований коррозионной устойчивости асфальтобетона с шунгитовым минеральным порошком;

- модель для определения вязкости ненарушенной структуры асфальтобетона с шунгитом для различных температурных условий.

Практическая значимость научных исследований заключаются в возможности использования полученных результатов при производстве горячих асфальтобетонных смесей на основе тонкодисперсного минерального порошка из шунгита.

Предложенная замена доломитового минерального порошка на шунгитовый позволяет устраивать асфальтобетонные покрытия с повышенными эксплуатационными параметрами и восполняить дефицит минерального порошка за счет расширения номенклатуры используемых горных пород.

Результаты диссертационных исследований были использованы при устройстве экспериментальных участков покрытия на улицах Волгоградской и Машиностроителей в г. Воронеже.

Достоверность результатов исследований и выводов подтверждается использованием современных приборов (в том числе электронного сканирующего зондового микроскопа) и методов, а также опытными испытаниями с положительными практическими результатами, не противоречащими выводам известных положений, сходимостью результатов испытаний.

На защиту выносятся:

- методика расчета усталостной прочности асфальтобетона с шунгитовым минеральным порошком в условиях циклической нагрузки и длительного водонасы-щения, позволяющая прогнозировать сроки эксплуатации покрытия;

- результаты исследований наноповерхностных характеристик битумно-минеральных композитов «шунгит—битум» и «известняк—битум»;

- результаты обоснования возможности применения шунгитового минерального порошка в асфальтобетонных смесях;

- модель для определения вязкости ненарушенной структуры асфальтобетона с шунгитовым минеральным порошком для различных температурных условйй.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете (Воронеж, 2007, 2009 гг.), а также на заседании дорожного конгресса в Московском автодорожном институте (ГТУ) (Москва, 2009 г.) и на ежегодной научной сессии международной Ассоциации исследователей асфальтобетона (Москва, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ общим объемом 40 страниц, из которых лично автору принадлежит 18 страниц. Три статьи опубликованы в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ: «Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура», «Наука и техника в дорожной отрасли».

В статьях, опубликованных в рекомендуемых ВАК изданиях, изложены основные результаты диссертации: в работе [1] обоснована возможность применения минерального порошка из шунгита в асфальтобетонных смесях; в [2] приведены результаты исследований наноповерхностных характеристик композитов «шунгит—битум» и «известняк—битум»; в [3] описана методика расчета усталостной долговечности асфальтобетона с шунгитовым минеральным порошком.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 95 наименований и четырех приложения. Общий объем работы составляет 165 страниц машинописного текста, включая 46 рисунков и 45 таблиц.

2. Результаты исследования шунгитового минерального порошка на сканирующем зондовом микроскопе с наноразмерным уровнем пространственного разрешения свидетельствуют о том, что шунгит с высокой адсорбционной активностью по отношению к органическому вяжущему, способствует его структурированию. Совместно с битумом он образует структурированную дисперсную систему, выполняющую роль вяжущего материала в асфальтовом бетоне.

3. Установлено, что в результате применения шунгитового минерального порошка, асфальтобетон имеет лучшие показатели водостойкости и длительного водонасыщения, что обеспечивает более высокую коррозионную устойчивость асфальтобетонного покрытия по сравнению с традиционным порошком известняковых пород.

4. Асфальтобетон, содержащий шунгитовый минеральный порошок, имеет более высокий коэффициент морозостойкости по сравнению с асфальтобетоном на известняковом минеральном порошке, что обеспечивает лучшие показатели трещиностойкости и сдвигоустойчивости после 50 циклов замораживания-оттаивания.

5. В процессе устройства экспериментальных участков установлено, что асфальтобетонная смесь с шунгитовым минеральным порошком обладает хорошей удобоукладываемостью и удобоуплотняемостью , что позволяет обеспечить нормативные показатели ровности и коэффициента уплотнения при устройстве покрытий.

6. Предложена методика расчета усталовсной прочности асфальтобетона, отличающаяся от известных методов учетом качественных частиц шунгитового минерального порошка в условиях многократного повторения знакопеременных нагрузок и позволяющая прогнозировать сроки эксплуатации покрытий.

7. Предложена уточненная модель для определения вязкости ненарушенной структуры асфальтобетона, позволяющая исследовать его реологические свойства при различной температуре в процессе длительного водонасыщения. I

1. Griffith A.A. The phenomena of rupture and flow in solids, Phil. Trans. Rou. Soc. London. Ser. A., v. A221, P 163-198.

2. Авсеенко A.A., Петров Ю.Н., Цыганков В.И. Экономика, планирование и управление в дорожном хозяйстве М.: Центроргтруд Минавтодор РСФСР, 1990, 363с.

3. Алферов В.И. Дорожные материалы на основе битумных эмульсий. Воронеж. Изд-во ВГУ. 2003. - 152 с.

4. Аррамбит Ж„ Дюрье М. Органические вяжущие и смеси для дорожного строительства. М.: -1961. с. 15-266

5. Богуславский A.M. Зависимость реологический свойств асфальтобетона от его состава и структуры. / A.M. Богуславский, И.А. Сархан, JI. Г. Ефремов // Автомобильные дороги. 1977. - № 8. - с. 22 - 24.

6. Богуславский A.M. Основы реологии асфальтобетона / A.M. Богуславский, JI.A. Богуславский М.; Высшая школа., 1972. - 200 с.

7. Борисенко O.A. Легкие асфальтобетоны с повышенными термостабильностью и трещиностойкостью. Дисс. канд. техн. наук. Воронеж. 2007 185 с.

8. Быкова А.А Разработка и обоснование технологии примененияжелезосо-держащих отходов промышленности в дорожном строительстве : дис. канд. техн. наук : Воронеж. 2000. — 153 с.

9. Влияние адсорбции, твердения битума и температуры на свойства асфальтобетонных покрытий: Экспресс-информ./ВИНИТИ. М., 1976. № 1. С. 8-10.

10. ВСН 93-73 Инструкция по сроительству дорожных асфальтобетонных покрытий. -М.: Транспорт. 1973.

11. Гезенцвей Л.Б. Дорожный асфальтобетон. / Л.Б. Гезенцвей, Н.В. Горелы-шев, A.M. Богуславский. М.: Транспорт, 1985. - 350 с.

12. Гезенцвей Л.Б. Асфальтовый бетон из активированных минеральных материалов. М.: Изд-во литературы по строительству. 1971. - 254 с.

13. Гезенцвей Л.Б. Асфальтовый бетон из активированных минеральных материалов. М.: Изд-во Литературы по строительству, 1971. - 255 с.

14. Горелышев Н. В. Асфальтобетон и другие битумоминеральные материалы / Н. В. Горелышев. -М.; Можайск : Терра, 1995. 176 с.

15. Горштейн А.Е. и др. Адсорбционные свойства шунгитов // Известия ВУЗов. Химия и химические технологии. 1979. Том 22. №6. — с.711-715

16. ГОСТ Р 50597 «Автомобильные дороги и улицы. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения», М. 1993

17. ГОСТ 30413-96 «Дороги автомобильные. Метод определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием», М.1996

18. ГОСТ 8267-93. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия.

19. ГОСТ 16557-78. Порошок минеральный для асфальтобетонных смесей. Технические условия

20. ГОСТ 12801-98. Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытания.

21. ГОСТ 22245 90. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия.

22. ГОСТ 50597-93 «Автомобильные дороги. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения»

23. ГОСТ Р 52129 2003. Порошок минеральный для асфальтобетонных и ор-ганоминеральных смесей. Технические условия.

24. ГОСТ 9128- 2009. Смесь асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия.

25. Грушко И.М., Королев И.В., Борщ И.М. и др. Дорожно-строительные материалы: Учебник для автомобильно-дорожных институтов. М., 1983.

26. Дедюхин А.Ю. Разработка технологии дисперсного армирования асфальтобетонных смесей несортовыми фракциями волокон хризотила. 143 с. 2009. Дисс. на соискание уч. степени канд. техн. наук. Воронеж. 2009

27. Елецкий A.B., Смирнов Б.Н. Фуллерены и структуры углерода // Успехи физических наук. -М.: Том 165. №9 1995. с 990-997

28. Зайцев Г. Н., Ковалевский В. В. Влияние структуры и влажности шунгито-вых пород на их электрические свойства // Геология и полезные ископаемые Карелии. Вып. 9. Петрозаводск: КарНЦРАН, 2006. С. 135-139.

29. Зискинд М.С. Декоративно-отделочные камни.

30. Золотарев В. А. Долговечность дорожных асфальтобетонов / В. А. Золотарев. — Харьков : Высш. шк., 1977. — 155 с.

31. Зыков В. А. Исследование трещиноустойчивости асфальтобетона с учетом его реологических свойств / В. А. Зыков // Повышение эффективности применения цем. и асфальтобетонов в Сибири. — Омск, 1975. Вып. 3. — С. 34-39.

32. Изменение модулей упругости асфальтобетонных покрытий в процессе их службы: Экспресс-информ./ВИНИТИ. М., 1975. № 5. С. 1-6.

33. Изучение процессов усталости битумоминеральных смесей: Экспресс-информ./ВИНИТИ. М., 1977. № 3. С. 7-9.

34. Калашникова Г.Н., Руденский A.B. Усталостные испытания асфальтобетона: Экспресс-информ./ЦБНТИ. Минавтодора РСФСР. М., 1973. № 11. С 3-14

35. Калгин Ю.И. Дорожные битумо-минеральные материалы на основе модифицированных битумов. Воронеж. Изд-во ВГУ. 2006. - 272 с.

36. Калинин А.И. и др. Кислотно-основные свойства шунгитов Карелии. // Журнал неорганической химии. 1994. Том 39. № 5. с. 787 - 789

37. Калинин Ю.К. и др. Шунгиты новое углеродистое сырье. Карельский филиал академии наук СССР. Институт геологии. - Петрозаводск.: «Карелия». 1984. 184 с.

38. Камруззаман М. Оценка долговременной прочности асфальтобетона при длительном воздействии воды//Управление структурообразованием, структурой и свойствами дорожных бетонов. Харьков. 1983. С.27.

39. Керл Роберт Ф., Смоли Ричард Э. Фуллерены // М.: Успехи науки. 1991. №12

40. Ковалев Я.Н. Определение вязкости песчаного асфальтобетона методом осаживания цилиндра Автомобильные дороги, 1966, № 8, с. 15 - 17.

41. Колбановская A.C. Дорожные битумы / A.C. Колбановская, В.В. Михайлов. М.: Транспорт, 1973. - 246 с.

42. Королев И.В. Модель строения битумной пленки на минеральных зернах в асфальтобетоне // Изв. ВУЗов: Строительство и архитектура. 1981. - №8. - с. 63-67

43. Красиков O.A. Обоснование стратегии ремонта нежестких дорожных одежд. Автореф. дисс. докт. техн. наук. М. : 2000. - 44 с.

44. Лаврухин В. П. Физико-механические свойства и усталостная долговечность асфальтобетонов на модифицированных битумах / В. П. Лаврухин, Ю. И. Калгин, В. Т. Ерофеев // Вестник Волжского регионального отделения РААСН. — Н. Новгород, 2003. — Вып. 6.

45. Лысихина А,И, Ханина Ц.Г. Об определении сцепления органических вяжущих материалов с поверхностью щебня, М,: Дориздат, 1951, - 12 с

46. Мелик-Богдасаров М. С. Оптимальное время перемешивания асфальтобетонной смеси / М. С. Мелик-Богдасаров, В. Н. Кононов, Э. С. Файнберг // Автомобильные дороги. — 1974. — С. 17-18.

47. Микульский В.Г. Строительные материалы (материаловедение и технология): Учебное пособие. М.: ИАСВ. С. 45.

48. Михайлов Н.В. Физико-химическая механика асфальтового бетона // Материалы симпозиума по структуре и структурообразованию в асфальтобетоне. -Балашиха. 1968.

49. Носов Е.А. Технология приготовления и применения активных и активированных фусами минеральных порошков в дорожном строительстве : диссертация . кандидата технических наук : Воронеж. 2001. - 174 с.

50. ОДН 218.0.006-2002 «Правила диагностики и оценки состояния автомобильных дорог» (взамен ВСН 6-90), М. 2002.

51. ОДН 218.024 2002 «Технические правила ремонта и содержания автомобильных дорог», М. 1989

52. ОДН 218.046 01 Проектирование нежестких дорожных одежд. - 145 с.

53. ОДН 218.1.052-2002 «Оценка прочности нежестких дорожных одежд»

54. Основы упрщенного метода расчета битумоминеральных смесей: Экспресс-информ./ВИНИТИ. М., 1975. № 3. С. 1-16.

55. Повышение надежности автомобильных дорог/ Под. ред. И.А. Золотаря. М., 1977. 183 с.

56. Подольский В л. П., Расстегаева Г. А, Расстегаева JI. Н. Армированный асфальтобетон с применением активных минеральных отходов и побочных продуктов промышленности // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века.- 2000. № 9.

57. Подольский Вл.П., Черноусов Д.И. Тюков Е.Б., Ширяева С.М. Влияние различных минеральных порошков на реологические характеристики асфальтобетона. Вестник центрального отделения РААСН. Выпуск 9. Воронеж, 2010 с. 173-184.

58. Правила строительства асфальтобетонных покрытия и основний автомо-билных дорог и аэродромов. М.: РосдорНИИ. 2006. - 144 с.

59. Прикладная механика дорожных и аэродромных конструкций. Омск. Изд-во: ОмГТУ. 1993.-128 с.

60. Радовский Б. С. Оценка реологических характеристик асфальтобетона при кратковременных нагрузках / Б. С. Радовский, Е. Я. Щербакова // Повышение качества асфальтобетона : труды СоюздорНИИ. М., 1975. - Вып. 79. - С. 7077.

61. Расстегаева Г.А. Активные и активные минеральные порошки из отходов промышленности Воронеж. Изд-во ВГУ. 2002 - 192 с.

62. Ребиндер П.А. Научные основы технологии производства строительных материалов. / П.А. Ребиндер, Н.В. Михайлов // Вестник АН СССР. 1961. № 10. -с. 70-77.

63. Ребиндер П.А. Образование и механические свойства дисперстных структур / П.А. Ребиндер // Журнал Всесоюзн. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева. 1983. -т. 8, №2,-с. 162-170.

64. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика дисперсных структур. / П.А. Ребиндер // Физико-химическая механика дисперсных структур. М.: Наука, 1966.-с. 6-12.

65. Розенталъ Д. А. Изменение свойств дорожных битумов при контактировании с минеральным наполнителем / Д. А. Розенталъ, А. М. Сыроежко // Химия и технология топлив и масел. — 2000. № 4. - С. 41-45.

66. Руденский А. В. Дифференцирование требований к прочности и деформа-тивности асфальтобетона для различных условий применения при строительстве покрытий : автореф. дис. д-ра техн. наук. Томск, 2000. - 35 с.

67. Руденский А. В. Дорожные асфальтобетонные покрытия / А. В. Руденский. М. : Транспорт, 1992. - 255 с.

68. Руденский A.B. Анализ работы асфальтобетонных покрытий как конструкций с нестационарными эксплуатационными характеристиками//Тр. Гипродор-НИИ. 1979. Вып. 27. С. 66-78.

69. Руденский A.B. Опыт строительства дорожных асфальтобетонных покрытий в различных климатических условиях М., 1983. 64 с.

70. Руденский A.B., Радовский Б.С., Коновалов C.B. О закономерностях усталостного разрушения дорожных одежд//Тр. Гипродорнии. 1973. Вып. 7. С. 47.

71. Рыбьев И. А. Строительные материалы на основе вяжущих веществ. — М.: Высшая школа, 1978. 309 с.

72. Рысьев O.A. Шунгит Камень жизни. - СПб.: Изд-во «Диля», 2010 - 128 с.

73. Рябова О.В. Научно-практические основы снижения адгезии снежно-ледяных образований в процессе эксплуатации автодорог : диссертация . канд. техн. наук. Воронеж. 1998. - 176 с.

74. Сильянов B.B. Домке Э.Р. Транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорог и городских улиц. М. : Академия, 2008. - 342 с.

75. Слободчиков Ю.В. Условия эксплуатации и надежность работы автомобильных дорог. М. : Транспорт. 1987. — 128 с.

76. СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги», М.1986

77. СНиП 3.06.03 85 «Автомобильные дороги», М. 1986

78. Усталостная прочность асфальтобетонных смесей: Экспресс-информ./ВИНИТИ. М., 1976. № 41. С. 7-19.

79. Фоменко Г. Р. Исследование структурно-механических свойств асфальтобетонов на битумах различной вязкости / Г. Р. Фоменко : автореф. дис. . канд. техн. наук. Харьков, 1980. - 24 с.

80. Черноусов Д.И. Обоснование возможности применения минерального порошка из шунгита в асфальтобетонных смесях / Щербинина С.Е // — М.: Новости в дорожной науке и технике. №2, 2009 с. 34-35.

81. Черноусов Д.И., Влияние шунгитового минерального порошка на устойчивость структуры песчаного а/б в условиях увлажнения / Подольский Вл.П., Быкова А. А. // Труды первого всероссийского дорожного конгресса — М.: МАДИ. 2009-с. 219-222.

82. Чистяков Е.Г. Разработка методов повышения эксплуатационно-прочностных характеристик автомобильных дорог с учетом циклического воздействия нагрузок : дис. канд. техн. наук : Воронеж. 2009. - 155 с.

83. Шейнин А.Е. Строительные материалы. Учебник для вузов. М., Стройиздат. 432 с.

84. Шляпина A.M. Шунгиты Карелии и пути их комплексного использования. Препринт АН СССР. Петрозаводск. 1975.

85. Щербинина С.Е. Черноусов Д.И. Обоснование возможности применения минерального порошка из шунгита в асфальтобетонных смесях. — М.: Новости в дорожной науке и технике. №2, 2009 с. 34-35.