автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Пути повышения водоустойчивости асфальтобетонов

УМ о

мшистегство образования украины

ХАРЬКОВСКШ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЕТОШЕИЛЬНО-ДОРОШЬИ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

гюясник георгий вмдимирович

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ВОШУСТОЙГЧМВОСШ АСФАЛЬТОБЕТОНОВ

Специальность 05. 23.05 - Строительные материалы

и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технически« наук

Харьков - 1936

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена на кафедре технологии дорожно-строительных материалов Харьковского государственного автомобильно-дорожного технического университета.

Научный руководитель! доктор технических наук,

профессор, заслуженный деятель науки и техники Украины В.А. Золотарев

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

кандидат технических наук, с. н. с. Жданкк В. К.

доктор технических наук, профессор Братчун В. И.. кандидат технических наук, доцент Зинченко В.Н.

Ведущее предприятие: Харьковское областное подрядное специализированное предприятие по ремонту, строительству и эксплуатации дорог и мостов.

Зещита состоится часов на заседа-

нии специализированного Совета К. 02.17.01 при Харьковском государственном автоыобилъно-дорожном техническом университете по адресу: 310078. Украина, г.Харьков, ул.Петровского, 25.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Харьковского государственного автомобилъно-дорожного технического университета.

Автореферат разослан "у( 1996 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук, доцент

А. В.Космин

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуально г-тт» пяДотм. Особенностью службы асфальтобетонных покрытий в современных условиях является их преждевременное разрушение. Интенсивное разрушение асфальтобетона в покрытии обусловлено одновременны»! воздействием механических нагрузок и природно-климатических Факторов. Преобладающими видами разрушений (30-4530 являются: шелушение, выкрашивание, выбоины. Причиной этих разрушений является, главным образом, низкая водоустойчивость асфальтобетона^ Снижению водоустойчивости асфальтобетона способствуют: плохое сцепление битума с каменными материалами в водной среде: низкая адгезионная активность и загрязненность каменных материалов; плохое качество или полное отсутствие минерального порошка в ао$альтт?бе.тоне.. Повышения устойчивости асфальтобетона разрушающему воздействию воды обычно достигают путем применения поверхностно-активных веществ, гидрофобизации и активации минеральных материалов, а также некоторыми технологическими приемами, направленными на улучшение перемешивания и уплотнение асфальтобетонных смесей. Обычно объектом исследования водоустойчивости являлись асфальтобетонная смесь или асфальтобетон в целом. Мало внимания уделялось выяснению количественного вклада отдельных составляющих в обеспечение водоустойчивости асфальтобетона. В то же время именно учет структурообразующей роли различных компонентов асфальтобетонной смеси позволяет предложить пути повышения водоустойчивости и, как следствие, существенно повысить долговечность асфальтобетонных покрытий.

Цель настямрй ра^пты заключается в установлении влияния количества, качества и взаимодействия составляющих асфальтобетонной смеси на водоустойчивость асфальтобетонов и разработке рациональных путей ее повышения.

Научная нпаияна работы состоит: - в углублении представлений о роли щебня, песка и минерально-

го порошка в обеспечении длительной водоустойчивости асфальтобетонов:

- в установлении закономерностей изменения водоустойчивости асфальтобетонов, приготовленных по раздельной технологии;

- в доказательстве возможности регулирования длительной водоустойчивости асфальтобетонов путем использования разновяэ-ких битумов при приготовлении смесей по раздельной технологии:

- в разработке защищенных авторскиад свидетельствами технологическик способов, обеспечивающих повышение водоустойчивости асфальтобетонов;

- в установлении возможности повышения водоустойчивости асфальтобетона избирательной обработкой его крупнозернистых соетавляших битумом, улучшенным ПАВ, растворами ПАВ или активаторами, являвшимися побочными продуктами промышленности. Достоверность научных положений, выводов и предложений подтверждается соответствием результатов исследований основным принципам Физико-химической механики термопластичных дисперсных систем: согласованностью результатов, полученных применением независимых и взаимодополняющих методов исследования; данными опытного строительства и обследования состояния построенных с использованием результатов исследования участков асфальтобетонных покрытий.

~ ПаяугичйАКйя янаццц^г-гь ря^пты заключается в обосновании технологических приемов, позволяющих повысить водоустойчивость асфальтобетонов и продлить срок службы асфальтобетонных покрытий. Проведено строительство опытных участков на автомобильных дорогах различных категорий в Харьковской, Сумской, Запорожской и Хмельницкой областях. По результатам исследований и опытного строительства разработаны технические условия ТУ 223 УССР-85 и ТУ 10.20 УССР 115-90 "Песок из отработанных формовочных смесей для

дорожного строительства".

Апробаццд работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на IY Всесоюзной конференции "Управление структу-рообраэованием. структурой и свойствами дорожным бетонов", г.Харьков, 1983 г.: на научно-технических конференциях в городах Пенза - 1984 г.. Севастополь - 1983 г., Владимир - 1985, 1990, 1991 гг., а также на научныхсессиях ХАДИ.

Пуйлюгянми- По результатам диссертационной работы опубликовано 16 работ, получено два авторских свидетельства.

ПВгвы работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих вьшодов, списка литературы из 179 наименований. Содержит 178 страниц машинописного текста, 28 рисунков, 25 таблиц и приложения.

2, СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

R прфалд гдавр циг^ррггянипмнпа работы приведен анализ литературный источников и сформулированы задачи исследования. К настоящему времени не существует цельного монографического подхода к анализу водоустойчивости асфальтобетона. Обычно эта проблема рассматривалась в аспекте оценки обшей долговечности асфальтобетонов и процесса взаимодействия в них структура о бразу пцих компонентов. Следствием такой оценки является ряд общепринятых принципов обеспечения водоустойчивости. Эти принципы могут быть сведены к следующему.

влтугтпаииплгть тем РЫЯР. црч_ЯК-ГИЯНРР if«•ЭИУП-УЦЦЦЦРГК-ПР

гааиупдвйгегпир) на граниия пвчпр.па .fen. Отсюда, большей водоустойчивостью отличаются системы с карбонатными минеральными материалами. с битумами повышенной вязкости, с поверхностно-активными веществами, вводимыми в битум или на поверхность каменных материалов, с активированньми каменными материалами СИ.А.Рыбьев,

Н. В. Горелывкв, А. С. Колбановская, Т. А. Рыбьева, И. В. Королев, Л. Б.Ге-зенцвей и др.). Повышению водоустойчивости способствует также ые-ханоактавадия вяжущего СВ.Н. Зинченко, Я.Н. Ковалев и др.).

йпщуггтячиго<т> в. значиталъшй мера ямяктгся_функцией . по-

ритргы Чем выше пористость, тем ниже водоустой-

чивость асфальтобетона С Д. И. Гегелия, Б.М. Слепая). Отсутствие данных, за исключением работы А. С. Колбановской и Н. В. Горелышева, по дифференциальной пористости асфальтобетона, существенно снижает возможности учета этого фактора на водоустойчивость асфальтобетона.

йолпу<ггойвдтп(ггь ж-чТячъ-тбнтона существенно аддисит пт_степени покрытия ппаргмнлгугы кямяннык ияггепцяппд бытуыпм. Работами Л. Б. Гезенцвея, Н.В. Горелышева. А. С. Колбановской показано, что даже при 15-ти минутном перемешивании смеси в лопастной лабораторной мешалке около 25X поверхности крупных частиц остается не покрытой битумом. В связи с этим отмечается постоянное стремление исследователей улучшить обволакивание каменных материалов битумом на этом технологическом этапе: совершенствованием рабочих узлов смесителей, привлечением ультразвукового и вибрационного воздействия, изменением порядка дозирования составляющих в смесь и др. СЛ. Б. Геэенцвей, Н.В. Михайлов, Я.Н. Ковалев, И. В. Королев, А.М. Скудра, А. Ю. Гольдштейн, Г.Г. Гринберг, В. И. Колышев, В. Н.Сот-никова, Б. М. Слепая, Е. Г. Тареданский и др. 3.

В соответствии со сложившейся ситуацией по рассматриваемому вопросу основными задачами работы являются:

1. Изучение уровня влияния грубо- и мелкодисперсной части смеси, с учетом содержания и вязкости битума, на водоустойчивость асфальтобетона.

2. Установление рациональных способов введения в асфальтобетонные смеси различных ПАВ и добавок, обеспечивавших водные

свойства асфальтобетонов.

3. Разработка ресурсосберегающих технологически» приемов приготовления асфальтобетонов повышенной водоустойчивости.

4. Доказательство эффективности использования в асфапьтобе-тоне песков из отработанных формовочных смесей, как материала с предварительно гидрофобизированной поверхностью.

Во втопоя глядя приведены основные теоретические представления о причинах и характере деструктруктивных процессов, происходящих в асфальтобетонах в результате воздействия воды.

Водную устойчивость асфальтобетонов определяют два основных фактора: прочность сцепления битума с поверхностью минеральных материалов во влажной среде и характер парового пространства, определяемого плотностью асфальтобетона и однородность» его структуры.

Формирование водоустойчивости асфальтобетона начинается на стадии перемешивания и уплотнения асфальтобетонной смеси и зависит от процессов смачивания и растекания битума по поверхности минеральных материалов различной дисперсности и гинезиса. Мэлкиа частицы минерального порошка в процессе перемешивания первыми поглощаются битумом Синверсионное смачивание), а смачивание крупных зерен песка и иебня, продолжаясь во времени, сводится к процессу перераспределения битума на их поверхность с поверхности порошка Сконтактное смачивание). В процессе перераспределения битума его растекание- затрудняется в силу изменения первоначальной вязкости из-за структурирующего действия минерального порошка. При этом может иметь место защемление пузырьков воздуха между подложкой и затвердевшим адгезивом.

Ухудшению распределения и устойчивости битумной пленки на поверхности крупных составляющих способствует, по апологии с процессами разрушения, масштабный Фактор и характер их поверхности.

Кроме того, важное значение приобретают условия миграции воды в контистную зону и к границе раздела фаз. С уменьшением размера зерен уменьшатся размеры пор и, благодаря гидрофобноста их стенок. многие поры шкроструктурной части асфальтобетона становятся недоступными для воды. Подтверждением этому служит увеличение соотношения между водонасыцением и остаточной пористостью при переходе от песчаных (около 0,5) к многощебенистым (близко к 1) асфальтобетона!.

Отрицательное влияние крупнозернистой (макроструктурной) составляющей асфальтобетона усугубляется тем, что она, как правило, из Условий обеспечения износостойкости покрытия, представлена каменными материалами из твердых кислых пород. Низкое сцепление поверхности таких пород с битумом в водной среде в настоящее время является твердо установленным Фактом.

Таким образом, особенности обволакивания различных по крупности каменных материалов вяжущим, прочность адгезионных связей между их поверхность» и битумом, условия Фильтрации воды в мокро структурной часто приводят к необходимости разработки специальных технологических приемов повышения водоустойчивости асфальтобетона путем направленного воздействия на границу раздела Фаз: крупные каменные составляющие - битум. При решении этой задачи возможно достичь сокращения расхода адгезионно-акггивных веществ в связи со значительно меньшей удельной поверхностью крупных каменных материалов по сравнению с мелкозернистыми.

Изложенное вше об особенностях влияния крупных составляющих на водоустойчивость асфальтобетона позволяет предположить, что положительные результаты могут быть достигнуты: изменением порядка дозирования и перемегавания минеральных составляющих: обработкой крупнозернистых составляющих битумом большей адгезионной способности (битумы большей вязкости или битумы с ПАВ): целе-

напрязленноя обработкой крупнодисперсной составлявшей ПАВ и и» растворам или актаватораш, изменяющими электростатический механизм взаимодействия на границе раздела Фаз.

Подтверждение эффективности таких приемов позволит объективно оценивать возможность использования побочных продуктов промышленности без ущерба водоустойчивости асфальтобетона.

Треть% глава посвящена описанию принятых материалов и методов исследования.

Для исследования были приняты мелкозернистые асфальтобетонные смеси типов А, Б, В и песчаные смеси типов Г и & (по ГОСТ С 9128-84). Ии минеральная часть представлена материалами, которые нашли наиболее широкое применение в дорожном строительстве Сгранитные и известняковые щебень и отсев» природный кварцевый песок, известняковый минеральный порошок). Использован песок из отработанных формовочных смесей Харьковского тракторного и Купян-ского чугуно-литейного заводов. В качестве вяжущего использовались окисленные нефтяные битумы марок БНД 60/90, БНД 130/200 и БНД 200/300.

Для регулирования водоустойчивости асфальтобетонов использованы поверхностно-активные вещества, синтезированные ВНИИПАВ СШ&-бекино, Россия). ПАВ катионактивного действия СКЛАВ) - продукт конденсации СЖК фракции Gl? - Сао с полизтилен^амином и анионак-тивного действия САПАЮ - раствор натриевого мыла СЖК фракций С5 - С20. В качестве добавок, регулирующих адгезию битума к гранитным материалам, были приняты отходы химической промышленности: монозтанод СЮ - отход производства аммиака и талловое мыло СТЮ-отход производства целлюлозы. Активация поверхности каменного материала осуществлялась водными растворами отходов травления черных и цветных металлов и печатных плат (А).

Физико-механические свойства каменных материалов, битумов и

асфальтобетонов оценивали стандартными методами, с той лишь разницей, что сроки выдерживания асфальтобетона в воде во многих случаях были большим 14 суток. Морозоустойчивость асфальтобетонов оценивали по коэффициенту морозоустойчивости, представляющему собой отношение пределов прочности при сжатии образцов, выдержавших N циклов замораживания-оттаивания и водонасыденных образцов. Для более об-ъективной оценки процессов взаимодействия на границе раздела фаз был принят модуль снижения водоустойчивости, представляющий собой отношение доли потери прочности после выдерживания в воде к значению водонасьвдения.

Величину адгезии битума к поверхности каменных материалов оценивали по методу А. С Колбановской, а к поверхности стекла по методу, разработанному В. А. Золотаревым и Е. Н. Агеевой. Влияние генезиса и дисперсности минеральных материалов на величину адсорбции битума из раствора в бензоле определяли ло оптической плотности ^с помощью спектрофотометра Бреко1 11.

Чйтвяртйя глава посвящена результатам экспериментальных исследований.

Изучению технологических способов повышения водоустойчивости асфальтобетона предшествовали исследования адсорбционных и адгезионных процессов на границе раздела фаз: минеральная подложка - битум. Адсорбционная способность вяжущего по отношению к какой-либо поверхности является обязательным условием формирования в последупцем прочных адгезионных связей. Адсорбция битума из раствора в бензоле к различным по генезису и дисперсности адсорбента« показала, что адсорбция увеличивается с ростом дисперсности адсорбента, что она пдомо пропорциональна концентрации битума в бензоле и что при прочих равных условиях она всегда выше для известнякового порошка, чем для кварцевого. Следовательно, для кварцесодержащих каменных материалов предварительные условия для

формирования прочных адгезионных связей хуже, чем для карбонатных.

Это подтверждается результатами определения сцепления битума с поверхностью стекла, гранита и мрамора в водной среде. Значения сцепления этих материалов с битумом соответственно равны 35, 70 и 90 X.

Таким образом, очевидно, что в асфальтобетонных смесях, состоящих из каменных материалов различного генезиса, наиболее уязвимой при воздействии воды является граница раздела фаз: битум -поверхность зерен из кислых пород. Для установления путей усиления адгезионного взаимодействия в этой зоне оценивался вклад грубо дисперсной С Фракция 2,5-10мм) и мелкодисперсной Сфракция менее 0,315 им) составлявших асфальтобетона в Формирование его свойств (прочности и водоустойчивости). При этом исходили из того, что грубодисперсная составляющая СГДО обычно представлена зернзш кислых горных пород. С этой целью оптимальное количество битума перераспределяли между крупной и мелкой С МДС) составляющей. Введение всего Соптимального для всей смеси) количества битума на ГДС с последующим введением МДС приводит к значениям прочности при сжатии и коэффициенту водоустойчивости, большим, чем для асфальтобетонов, полученных по традиционной технологии С рис. 1.). Получение смеси объединением МДС и ГДС с оптимальным для каждой части содержанием битума, также обеспечивает высокие значения указанных показателей. В случае введения всего битума на МДС с последующим объединением асфальтовяжущего с ГДС показатели прочности остаются большими, но значения коэффициента водоустойчивости существенно падает по сравнению с обычным асфальтобетоном. Введение в ГДС и МДС неоптимального количества битума, приводит к снижению прочностных показателей до минимума.

В случае объединения порошка со всем количеством битума часть поверхности шебенок при сравнимом времени перемешивания ос-

тается непокрытой битумом, что является причиной снижения водоустойчивости всей системы.

р*

3.8

Л

к

-Г

о о

3.4

3 3-°

•ч:

2.6

0.96 ^

0.92

0.88

я

о о и

«г о

Е* О

О

ч:

о и

о

га

3

0,84

А. А А А А А А А

• 7 6 5 4 3 2 1 0

Кпншнтпания Лигаш в НДС. Ж Концентрация битума в ГДС.Х Рисунок 1. Влияние последовательности объединения битума и минеральных составляивих на свойства асфальтобетона. .

Полученные данные подтверждает-, что максимальная прочность асфальтобетона обусловлена не только оптимальным содержанием в нем битума, ной оптимальным его перераспределением на каждую структурную составляинув минеральной чекгти. При этом наибольший вклад в обеспечение прочности дает асфальтовяжущее. водоустойчи-

вость же асфальтобетона существенно зависит от степени и равномерности покртия поверхности грубодисперсной составляющей пленкой битума.

В развитие этого положения были выполнены исследования по раздельной обработке структурообразующих компонентов С щебня, песка и минерального порошка) битумами БНД 60/90 и БНД 200/300. Рассчитанное для каждой составляющей оптимальное количество битума заданной вязкости вводилось раздельно на их поверхность и, после перемешванмя, составлялась общая смесь. В качестве контрольных приняты. асфальтобетоны, приготовленные по традиционной технологии на составленных зквивязкхх битумах.

В соответствии с данными таблицы 1 введение а порошок вязкого, а в щебень и песок - маловязкого битума повышает прочность асфальтобетона, па сравнению с контрольным. Следовательно, усиление икроструктурной, части ведет к общему упрочнению асфальтобетона. В то же время для коэффициентов длительной водоустойчивости наблюдается обратит закономерность. Рост водоустойчивости асфальтобетона обеспечивается при введении вязкого битума на щебень. Следовательно, крупные составляющие из кислых пород являются основными очага»« снижения водоустойчивости асфальтобетона. Степень отрицательного влияния слабого адгезионного взаимодействия этих составляющих с битумом отчетливо отражается модулем снижения водустойчивости асфальтобетона. Данные по сдвиго устойчивости асфальтобетона находятся в полном согласии с тенденцией, установленной для показателей его прочности при сжатии.

Установление роли крупных минеральных составляющих в обеспечении водоустойчивости асфальтобетона, данные по адсорбционной и адгезионной активности кислых каменных материалов явились основой регулирования водоустойчивости путем введения ПАВ на каменные материалы соответствующего генезиса. Такое введение КЛАВ на

Таблица 1.

Свойства асфальтобетонов, приготовленных по обычной и раздельной технологии

Г- - ■ • ---------- " ......... 1 1 Г Наименование 1 1 1 Индекс смеси .........ч

1 1 (показателей 1 Г ' *-"'. 1 Й о § ( 1 « з1 т а 8| * ос 19в+8ш I ЗГС гп 1 ; и; сС1 Й1 Он 1 1

1 1 1 Средняя пло-йюстъ, кг/ъг* I 2330 2330 ( 1 2330 2330 1 1 2330 1 1 2350 1 1 1 2340 | 2320 I

1Водонасыцение, X 1 4,10 5,30 1 6,00 4,90 1 5,80 1 4,20 1 4,40 1 3,6 1

I КабУханив, X 1 1,38 1,82 1 1,73 1,52 1 1,63 1 1,80 1 2.00 I 1.60 1

|Предел прочности при ежа-| 1 1 1

(тии, НПа,' при темпереггу- 1 1 1 1 >

|ре «С 0 1 8.2 5,8 1 6,4 7.5 1 6,0 1 6,7 1 7.0 1 8.3 1

1 20 1 2.62 1,21 1 1,60 2,10 1 1.80 1 1.41 1 1.60 1 2*45 1

|...... 50 1 0,55 0,30 1 0,34 0,45 1 0,48 1 0,30 1 0.35 | 0.49 1

1 Коэффициент длительной 1 1 1 1

1 водоустойчивости 1 0,80 0,70 1 0,70 0,72 1 0.71 1 0.79 1 0.74 1 0.66 I

1 Модуль снижения водоус- 1 1 1 1 1 1 1

|тойодвости ' 1 1 . . .,_., „_ -------1. 4,87 5,67 1 1 5,00 5,70 .......... 1 5,00 .1 1 5.00 < 1 5.90 I ■ 1 9.44 | >

Примечание: 1. Сокращения: ОВ - обычная технология, БНД.60/90: ОМ - обычная, БНД.200/300 ОС - обычном/ битум составленный различным соотношением БНД 60/90 и ВИД 200/300: Р - раздельная, с введением на щебень, песок и минеральный порошок битумов различной, вязкости. 2. ЦйФры вшапке таблицы отвечают содержанию битума БНД 60/90 СЮ и БНД 130/200 СЮ.

Таблица 2

Водоустойчивость асфальтобетонов с использованием ПАВ

Г" -....... .. 1 Технология

1Наимейование

|

1показателей 1 Обыч- Обычная с Раздельная 1

ная, 1 1

Г '■ ' АПАВ КЛАВ АПАВ. 1 КЛАВ 1

г МДС; 1СЩ+ГО 1

1 1 Средняя тиютаость^ кг/м3 2390 2410 2370 2350 1 2330 1

{Водонасъвдэнйе, X' 2.0 1,2 2.7 1.1 1 2,0 1

(Набухание, X 0,3 0,4 0,2 0,1 1 0,1 1

1 Навлек щочиости'

|причжгши,при

(тамперагтуре УС, 20 5.1 5.1 5.6 4,8 1 5,9 I

I 50 1,8 1,3 1.8 1,6 1 2,0 1

I КоэФ4мдйентводоус-

(тойчйвоста 0,92 0,95 0.92 0,96 1 0,94 1

(Коэффициент »одоуо-

I тойчивоста на14 су т. 0,78 0,81 0,88 0.80 1 0,89 1

I Коэффициент водоус-

1 тойчгоости на 28 сут. 0,69 0,8 0,83 0,79 1 0,82 Л

( Содержание битума в

(смеси, 5,0 5,0 5,0 5,0 1 5,0 I

IСодержание ПАВ в

[битуме, X 0 2,0 "1,5 2,0 1 1,5 |

1 Рагаодбит^мас ПАВ, X 0 5,0 5,0 3,5 1 1,5 I

I Модуль сни*енияводоус-

]тоячивости 1 . '....•,", 11,0 ..... ... 15,8 5,1 1 18 1„ ,....... 1 5,5 1 1 г

гранитом* иебень и песок дает возможность достичь того же уровня»

водостойкости, что и & случае введения битума улучшенного ПАВ на всв смесь ( Таблица 2, смеси СГГКПАВ и РКПАВЭ. Одновременно с этим достигается существенная экономия КЛАВ С70Х). Значения модуля снижения водостойкости свидетельствуют о том. что повышение водоустойчивости в рассматриваемом случае является следствием усиления адгезионного взаимодействия на границе раздела Фаз. Для случая же использования АПАВ эффект роста водоустойчивости достигается за счет его пластифмциругще го действия, приводящего, к улучшению уплотнения (меньшее водонасыцение3 и типичному для таких ПАВ снижению прочности при 50°С.

При решении вопроса о расширении ассортимента веществ. повы-шаиадиадгезионныэ свойства битумов за счет побочных продуктов производства, исходили из принципа получения аналогичного эффекта при сопоставлении состава известного вещества С аналога) и изучаемого побочного продукта.

Механизм, повьмвния интенсивности адгезионного взаимодействия на границе раздела Фаз. присущий ПАВ. реализуется при использовании в качестЕе добавок к битуму моноэтанола и таллового юляа-Наличие в первом активных функциональных групп СОН и а во втором - групп карбоксильного типа способствует повышению адгезионной способности битумов при содержании добавок не более 1.5^ (рис. 2). В отношении асфальтобетона такие добавки повгваот коэффициент водоустойчиаоста на 28 сутки на 30-32%, при одновременном увеличении прочности при 50°С в 1.4 раза.

Эффект пептизируяцего действия ароматических углеводородов насгруктуру битума, сопровождатегося улучшением деформаггивных и адгезионных свойств: битумов, осуществлен введением в битушое сырьеСгудронЭ доначала его окисления кубовых остатков ректификация сырого бензола. Водоустойчивость асфальтобетона на таком кожлексном вяжувем повышалась на 25 X, по сравнению со случаем использования исходного битума..

Рисунок: 2.. Зависимость величины адгезии бкт^ш коэффициентов морозоустойчивости от принято«

добавки (х - К ~ — —)

' мрз

О-безПАВ; «-КПАВ; Тй; Т-М

Задана суаественного снижения расхода дорогостоедих ПАВ или добавоквтехнологии производства асфальтобетона решалась на основе избирательного введения на поверхность кислых каменных материалов ПАВ а виде водным, рас-таоров. Технологическая целесообразность такого решения втвкаат из расчлененности в асфальтобетонном- смесителе линий ввода крупных ссстаалянгих и минерального порошка.: Использование водных растворов ПАВ или добавок (2Х от массы- крупных составляющих) позволяет обеспечить равномерное, распределение ПАВ непосредственно на поверхности зерен и существенно Св 2. 5-3 раза по сравнению с традиционной технологической схемой) снизить рёсход ПАВ; и добавок. Технически, целесообразность предлагаемого решения подтверждается данными таблицы 3 и рмсунка 3.

Таблица 3.

Регулирование свойств асфальтобетонов водными растворами.

1 1 (Показатели свойств | Ведение водного раствора 1

1асфальтобетонов 1 I 1 1 1 I 1 1 КЛАВ | та 1 1 м 1 1 1 1 А I 1 |

г 1 1Средняя плотность,кг/м^| 1 2330 I 1 2330 1 2340 1 1 2330 1 1 1 2330 I

|Водонасы«ение, X 1 2,9 I 3,7 1 2,5 1 3,0 1 2,8 I

1Набухание, % I 0.2 I 0,2 1 0,2 1 0.2 1 0.1 |

1Предел прочности при 1 1 1 1 1 1

1 сжатии, МПа. при | 1 1 1 1 I

(температуре. °С I 1 1 1 1 1

1 20 | 5,4 1 6.0 I 6,5 1 4.9 1 6,8 I

1 50 1 1,8 I 2,0 1 2,3 1 1.6 1 2.1 I

(Коэффициент водоустой— 1 1 1 1 1 1

|чивости на сутки 1 1 1 1 1 1

1 0 1 0,64 1 0,97 | 0,95 1 0,93 1 0,96 {

1 14 | 0.79 1 0.88 | 0.83 I 0.82 1 0.84 1

1 28 I 0,59 I 0,76 I 0,78 1 0.71 1 0,74 I

1 Содержаще битумав I 1 1 1 1

(смеси. X | 4,5 1 4,5 1 4,5 1 4.5 1 4,5 |

1Содаржание добавки - 1 1 1 1 1 1

((активатора) в воде. % 1 1 1 0 1 1,5 1 1 2,0 1 2,0 1... . 1рН»2,5 1 .1 , — 1

35% 62% 83% 95 % 97 %

Рисунок 3. Адгезия битума к поверхности стекла ( метод ХАДй

Гкинщ№ активации поверхности каменных материалов С ее перезарядки слабыми водными растворами кислот или щелочей), развитый А. Г. Ольгинскиы для- заполнителей бетона, в настоящеп работе ис-пользова» для обеспечения электростатического взаимодействия положительно заряженных асфальтенов с перезаряженной поверхностью гранитного иебня: и песка. Водный раствор отхода травления металлов и печатньх шихт наносился на поверхность каменных материалов перед ии - нагревом. Получаемы» в этом случае асфальтобетон характеризуется повыненной водо- С К»28 -0,74) и морозостойкостью СКмоэ®*Сравнительная картина прочности сцепления битума с твердой подложкой С стеклом), обработанной водными растворами ПАВ, добавок й активатора, приведена на рисунке 3.

Установленные закономерности и пути повышения водоустойчивости асфальтобетонов позволили объективно оценить возможность применения в- качеств» песчаной составляющей асфальтобетонов песков из отработанных; Формовочных смесей. При этом решакшм аргументом, в пользу положительного решения вопроса явилось то, что в технологическом процесса приготовления формовочной смеси используют топочный мазут. Это приводит к гидрофобизации их поверхности, о чем, в частности, свидетельствуют значения коэффициента Фйльтвдшшэтта^ в 2. 5 - 4 раза меньшие по сравнению с необработанна«. В результате этого адгезия битума к поверхности Формовочного пвска составляет 80-85Х, а природного - не более 202. Асфальтобетонына основе таких песков характеризуются повышенной водоустойчивостью С Ко28 -0,80), прочностью на сжапие при 50°С С Яэо =1,50ИПа). морозоустойчивостью СКш»50 »0.62) и сдви-гоустойчивостью 21МПа). Склонность к старению асфальтобетонов с применением отработанных Формовочных песков не выше, чем асфальтобетоне» с обычным природным песком.

в пятпа гляюя ппиввпонн результаты проверки предлагаемых решений и дан анализ их экономической целесообразное™. Произведены и уложены в покрытие дорожных одежд асфальтобетонные, смеси: с граниташ ; шебнем и отсевом, обработанными водным раствором активатораСХмеяьницкий, 1991 год): с песками из отработанных фор-мовочныисмвсей (Суш. 1984 год. Харьков, 1988 год): с битумом» окисленным совместно с КОРСБ (Запорожье. 1988 год).

Экономическая целесообразность предложенных технологических приемов подтверждена значениями коэффициента качества выпускав-мой продукции, определяемого мультипликативным методом с учетом максимизации и минимизации выбранных критериев качества (максимизированы показагтели прочности при сжатии при температурах 50° и 20°С, 1«нмш43Ированы значения снижения водоустойчивости на 28 сутки и морозоустойчивости после 50 циклов замораживания-оттаивания). С учетом дополнительных затрат на производство 1 тонны асфальтобетонной смеси эффективность предлагаемых технологически, способов составила, соответственно при использовании добавок -галлового мша и песков из ОФС, 4.97 и 3.88 условный единицСУ.Е- « 1« USA).

ОВДИЕ ВЫВОШ

Ч. Исследование роли вебня. песка и минерального порошеа в обеспечении свойств асфальтобетона, содержащего оптимальное количество битума в смеси показали, что граница раздела фаз между битумом и крупными минеральны»« зернами из кислых пород наиболее подвержена разрушатаему действии воды. Это обусловлено низким уровнем адсорбционных и адгезионных взаимодействий в контактной зоне (адсорбция битума на поверхности кварца в 1.55 раза ниже, чем на поверхности известняка; сцепление битума с поверхность» гранита в 1,45 раза ниш, чем с поверхностью мрамора).

2. Последовательность объединения составляющих минеральной

снеси с битумом существенно влияет на качество асфальтобетона . Высокая прочность и водоустойчивость асфальтобетона обеспечиваются при раздельной технологии приготовления асфальтобетонных смесей, в случае объединения мелкодисперсной и грубодисперсной сос-тавляших с оптимальным для каждой из них количеством битума, а такжевведениемминерального порошка после перемешивания грубо-дисперсной составляпцей с битумом. Эффект достигается за счет улучшения условий смачивания составляпцих и устранения очагов несмачивания, возникающих иэ-за адгезии частиц порошка к поверхности крупны» зерен.

3. Экспериментально показана принципиальная возможность регулирований водоустойчивости асфальтобетонов путем использования разновязких битумов при приготовлении смесей по раздельной технологии. Введение на щебень вязкого битума в наибольшей мере способствует повышению коэффициентов длительной водоустойчивости асфальтобетонов по сравнению с асфальтобетонами на основе зквивяэ-кого или менее вязкого битума.

4. С учетом адгезии битума к материалам из различных горных пород показано, что объективным методом направленного повышения водоустойчивости асфальтобетона является избирательное воздействие на кислую, преимущественно крупную, составляющую смеси, (щебень и песок). Введение на ее поверхность битума с КЛАВ приводит к росту коэффициента водоустойчивости на 28 сутки на 24%. При этом экономия ПАВ»- по сравнению с введением по обычной технологии, достигает 70 X.

Использование АПАВ С раздельным введением его в составе битума на порошок, или на всю полипородную смесь) не приводит к существенному эффекту, что снижает актуальность использования таких ПАВ в технологии производства асфальтобетона.

5. Экспериментально подтверждена возможность регулирования

водо- и морозоустойчивости асфальтобетонов введением в битум добавок, представляющих собой побочные продукты химической промышленности. Доказана применимость для этих целей таллового мыла и монозтанода.

6. Предложена и экспериментально доказана возможность обеспечения высоких показаггелей коэффициентов длительной водоустойчивости асфальтобетонов путем обработки гранитной части минеральной смеси (перед введением в смеситель известнякового минерального порошса и битума) водными растворами ПАВ и добавок, яв-лящимися побочными продуктами промышленности. Обработка грубо-дисперсной составляшей из кислых пород водными растворами КЛАВ, талловым мылом и монозтанолом привела к росту водоустойчивости в возрасте 28 суток, соответственно, на 29, 32 и 20 X, а морозоустойчивости через 50 циклов заммораживания-оттаивания на 24. 22 и ИХ. При зтомнаблкщается снижение расхода ПАВ и добавок по сравнению с традиционным введением в смесь в 2,5 - 3,0 раза.

7. Использование песков из отработанных Формовочных смесей в качестве состааляиаея асфальтобетонных смесей различных типов, позволяет обеспечить высокие показатели водоустойчивости. Так. водоустойщшость в возрасте 28 суток асфальтобетонов с использованием таких песков превышает контрольные результаты на 12-25 X. Благодаря использованию при формовке органических связуших и добавок, пески из ОФС приобретают гидрофобные свойства, что подтверждается более низким (в 2,5 - 4,0 раза) коэффициентом фильтрации воды в сравнении с природным песком. По показателям сдвигоустойчивости и старения асфальтобетоны, содержащие пески из отработанных формовочных смесей, практически не отличаются от асфальтобетонов на основе дробленных песков.

8. Технико-экономическая эффективность предлагаемых решений составляет: при использовании песков из ОФС 3,88 у.е.: при иэби-

рательной обработке грубо дисперсных составлякщих КЛАВ - 2,98 у. е.: за счет применения добавок из побочных продуктов промышленности - 4,97 у.е. (У.е.=1 доллар США по курсу НБУ).

Результаты исследования использованы при разработке ТУ УССР 37-85 и ТУ 10.20 УССР 115-00 "Песок из отработанных Формовочных смесей для дорожного строительства".

Основные положения работы изложены в следующих публикациях:

1. Фоменко Г. Р. , Поясник Г. В. Пута использования отработанных Формовочные смесей литейного производства в асфальтобетоне. Тез. докладов республ. научн. -техн. конФер. "Повышение эффективности строительства и эксплуатации автомобильных дорог".- Харьков, 1985. - С. 181-182.

2. Фоменко F. Р.» Поясник Г. В., Тйтарь В. С. Отходы литейного производства в городском дорожном строительстве. Тез. докладов 8-й научн.-техн.конФер. " Повьанение качества строительства автомобильных дорог в Нечерноземной зоне РСФСР', Владимир, 1985. - С. 106.

3. Титарь В.С.„Поясник Г.В., Золотарев В.А. Оценка морозостойкости асфальтобетонов на загрязненном отсеве и битумах разных структурных типов.- Автомоб. дороги и дорожное строит-во, 1986, вып. 38. - С 39-41.

4. Кондратьева И.Г. .Поясник Г.В., Захаренков В.В. Использован!» горелый песков в различных конструктивных слоях автомобильных дорог.- Автомоб. дороги и дор. стр.-во, 1986, вып. 36. -С. 73-75.

5. Агеева E.H., Фоменко Г.Р.. Поясник Г.В. Модификация различными ПАВ поверхноспм минеральных материалов в асфальтобетонной смеси с целью оптимизации ее свойств - Автомоб. дороги и дор.. стр.-во, 1989, вьет. 45. - С. 44-48.

6. Поясник Г. В. Влияние вида песчаной составляющей на физи-

ко-механические свойства асфальтобетона. Тез. докл. республ. кон-Фер. "Ресурсосберегающие технологии. Структура и свойства дорожных бетонов. Харьков, 1989. - С. 96.

7. ПоясникГ.В., Агеева E.H., Золотарев В.А. Использование отходов целлюлозно-бумажной промышленности в качестве добавок при производстве асфальтобетонных смесей. Тез. докл. научно-тех-н. конф. "Использование отходов промышленности при строительстве, и эксплуаташда автомобильных дорог в Нечерноземной зоне РСФСР' Владимир, 1990. - С 68.

9. Ждоикк В. К., Поясник Г. В., Шиленко Н. И., Кисель Е. В. Регулирование свойств битумов путем введения добавок кубовых остатков ректификации сдоого бензола в окисляемый гудрон. Автодорожник Украины, N1. 1990. - С. 31-33.

10. Поясник Г.В., Жданхк В.К., Золотарев В.А. Использование отходов травления металлов в качестве активатора поверхности каменных материалов. -Тез. докл. Всесоюзной Н.Т.К., Владимир. ВНТО работников автомобильного транспорта и дорожного хозяйства, 1991. - С 116.

11. Поясник Г.В., Агеева E.H., Жоанюк В.К. Рациональное использование поверхностно-активных добавок из отходов промышленности при производстве асфальтобетонов. - Тез. докл. научно-техн. конфер., Харьков, Союз организаций строительного кошлекса Харьковской области, 1991. - С. 38-39.

12. Поясник Г.В., Лданюс В.К., Золотарев В.А. Влияние активации поверхности заполнителей на морозоустойчивость асфальтобетонов - Тез. докл. межреспубликанской НТК, Суздаль, НТТО "ГЭК". 1992. - С. 75-77.

13. Поясник Г. В., Жданхк В. К. Сдвигоусгойчивость асфальтобетонов, приготовленных с использованием песков из отработанных Формовочных смесей.- Тез. докл. межреспубликанской НТК, Суздаль.

НГГО "ГЭК'\ 1992- - С- 81-82.

14. Жданис В.К., Поясник Г. В. Использование отработанных ор-гано-мйнеральных формовочных смесей при строительстве дорог. Автомобильные дороги и дор. стр-во, 1082, вып. 50. - С. 53-55.

15. Поясник Г,В., Жданис В.К., Золотарев В.А. Регулирование водоустойчивости и морозоустойчивости асфальтобетонов водными растворам* поверхностно-активных добавок. Депон. рукопись в ГНТД

Укреины от 22.02.94 г.. N 324-Ук.94, - 9 с.

16. Жданис В.К., Поясник Г.В. Повышение водоустойчивости асфальтовых бетонов активацией минеральных составляющих побочными продуктами промышленности: -Тез. докл. НТК, Киев, КАШ, 1994. -С. 881

17. Поясник Г.В., Золотарев В.А., Ждашок В.К., Агеева Е.Н. Способ приготовления асфальтобетонной смеси.- А. с N 1758036 Al. Заявке N 48087 23/33 от 02.04.1990. С 04326/26, Б.И. N 32, 1992.

18. Жданис В.К., Поясник Г.В., Ииленко Н.И., Кисиль Е.В., Золотарев В.А. Способ получения вяжущего. - А.С. N 1808843 Al, заявка N 4794702/05 от 22.02.1990. С 08 L 95/00, С 08 К 11/00, Б. И. N 14, 1993.

Личина икляц. Изучено влияние раздельной технологии- производства асфальтобетонной смеси с использованием битумов различной вязкости. Установлено, что Форшрование водоустойчивости асфальтобетона зависит от взаимодействия битума «С кислой, преимущественно крупной, составляющей. Предложены пути повышения водоустойчивости асфальтобетона различными технологическими приемами с использованием побочных продуктов проиншденности. Экспериментально подтверждена возможность использования песков из ОФС, как материала, повывавшего водоустойчивость асфальтобетона, за счет предварительной гидрофобизации поверхности.

АН0ТАЦ1Я

Поясник Г. В. Шляхи п1двикення водостКисосП асфальтобетонов.

Дисергац1я на здобуття наукового ступеня кандидата тек-н!чних наукза фахом 05.23.05 - Буд1вельн1 матер!али та виробм. Харк1вський державный автомоб1льно-дорожн1й техн!чнмй ун1верситет.

В дисертац1йн1й робот! вивчана можлив!сть отримання асфальтобетон! в п!двищено! водостЮкост!. Встановлено, во наяб1льш, Шдвласна руйнукнда дИ води межа роспод!лу Фаз Mix б!тумом. та зернами щебеню з ккслих пор!д. Запропонован1 шляхи п1двищення во— дост!йкост! р1зними технолог!чними засобаыи з застосуванням поб1чшш продукт! в промисловост1. £коном!чна доц1льн!сть базу еться на ШдвивденШ. довгов1чнсст1 асфальтобетону, а також на

використанн! вторинних pecypciB. Зд!йснено впровадження у Хар-* « * i к1вськмй, Сумськйя, Запор! жскыавй та Хмельницкий областях. Ефдосг

складае 30000 карбованц1в в ц!нах 1988 року.

Kmhi-obí слова: довгов1чн!сть, водост! йкЮть, розд!льна тех-нологХя, адгез!я, п!ски з в1-дщ>ацьованих форь^вальних сумхшей _

AfWOTATION

Ftoyasnlk G. V. "The ways of Increasing the water-resistance of asphalt concretes".

A thesis Is submitted for the candidate degree of Engineering Sciences on speclllzation 05.23.05 - "Construction materials and products". Kharkov State Automobile aid Highway Engineering Technical University, Kharkov. 1996.

In dissertation work studied the possibility to obtain the asphalt concrete with increased water-resistance. Established, that the phase boundary between the bitumen and crushed stone froa acidic rock is mainly exposed to destructive effect. The economical expediency Is based on the Increase of durability of asphalt concrete and also the use of secondary materials. The results of work were used in the Kharkov, Sumskoi, Zaporojskol, Khnelnitchkoi regions. The economical effect was 30000 roubles in the price of 1988.

Key words: durability, water-resistance, separate technology, adhesion, surfacetant admixture, sand from the used moulding sand.