автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Структурообразование в контактной зоне как основа формирования водостойкости асфальтобетонов

ХАРЮВСЬКИЙ державши! техшчний ушверситет

БУД1ВНИЦТВЛI АРХ1ТЕКТУРИ

■V

ЖДАШОК BAJIEPlft КУЗЬМОВИЧ

На правах рукопису УДК 625.855.3

СТРУКТУРОУТВОРЕНИЯ В КОНТАКТ1ПЙ ЗОН1 ЯК ОСНОВА ФОРМУВАННЯ ВОДОСТ1ЙКОСТ1 АСФАЛЬТОБЕТОШВ

05.23.05 - Буд1иельш матер1али та вироби

АВТОРЕФЕРАТ дисертацм на здобуття паукового ступеия доктора техшчних наук

Харк-iB- 2000

Дисертащею с рукопис.

Робота виконана у Харкшському державному автомобшьно-дорожному тсхшчному уншсрсите'п Мппстерства освЬи Укра'ши.

Науковий консультант: заслужений Д1яч науки 1 техники Укра'ши,

доктор техшчних наук, професор Золотарьов Вштор Олександрович,

Харк1вський державний автомобшьно-дорожшй техшчний ушверситет, завщувач кафедрою технолоп! дорожно-буд1вельних матер]ал"1В.

ОфщЫш опоненти:

- доктор техшчних наук, професор Чернявськнн Вячеслав Леошдович, Харювський державний техшчний ушверситет буд1вництва 1 архпектури, завщувач кафедрою ф1зико-х1м1чноТ мехашки I технологи буд1вельних матер1ашв 1 вироб1в;

- доктор техшчних наук, професор Братчун Валерш 1ванович, Донбаська державна акаделпя буд1вництва 1 арх]тектури, завщувач кафедрою технологш буд1вельних матеркипв, вироб1в та автомобшьних Дор}г;

- доктор техшчних наук, професор Мозговнй Володнмир Васильович, Укра'шський транспортний ушверситет, завщувач кафедрою дорожно-буд1велыг1х матер1алш 1 х1мн.

Провщна установа: Харювська державна акаделия затзничного транспорту Мппстерства транспорту Укра'ши.

5с

Захист вщбудсться " П " Л^Ф^Ш-^/^ООО р. о У2- годиш на засщанш спещайзовашл вченоТ ради Д. 64.056.04 при Харкшському державному техничному ушверситет1 буд1вництва 1 архпектури (61002., м. Харив, вул.Сумська, 40).

3 дисертацкю можна ознайомитися у б}бл10тец! Харывського державного техшчного ушвсрситету будтництва 1 арх1тектури (61002, м.Харюв, вул.Сумська, 40).

Автореферат розюланий

Вчений секретар спещайзованоТ вчено1 ради, кандидат техшчних наук, доцент

Смельяненко М.Г.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуалыпсть роботн. Пщвищення штенсивност1 руху, а також твантажень на в1сь автотранспортних засобш, привело, за останш роки, до ;уттевого ш'двищення наваитажень на асфальтобетонш покриття ттомобишшх дор1г. Спшьний вплив дяналичних транспортних навантажень -а погодньо-юиматичних факторт оточуючого середовища викликас )уйнування верхнього шару покриття.

Значна частина дефект!в, що спосгср1гаються на покритп, повязана з 1едостатньою водостшкчстю асфальтобетону. Одним з основних вщпя »уйнування е лущения, яке починаеться з вщривання окремих мшеральних ернин ш'д поверхш покриття 1 закшчуеться зменшенням його товщини, 'Творениям вибо'йг. У осшнш та весняпий першди року таке руйнування бшьшуеться завдяки змшному заморожуванню - вщтавашно. Цьому також прияе використання зимою сол1 шд час прибирания сшгу, яке викликае «иже щодобове повторювання цикл ¡в заморожування вноч'1 '1 танення вдень. 5казаш види руйнувань для бшъшост1 областей УкраТни складають до 30% ¡д загально1 кшькост1 дефект1в, як! спостер'1гаються на асфальтобетонних юкриттях. Причиною ¡нтенсивного лущения верхшх шар1'в сфальтобетонних покриттш е недостатнш огпр шивок б!туму на поверхш Гшеральних матер1агпв вщшаровуючш д!Т води. Це в!ябивасться на короченш м1жремонтних термппв служби покриттш до 4 - 6 роив на римюьких дорогах 1 до 2 - 3 роюв у \iicrax, що потребуе значних инансових, енергетичних та матер1альних затрат на Тх ремонт.

Таким чином, актуалыпсть роботи обумовлена необхщшетю розв'язання ажливо'1 народногосподарсько! проблеми - шдвищення довгов!чност1 окритпв автомобшьних дор'1г, забезпеченням тривало'1 стшкост! сфальтобетону до агресивно! дп води.

Зв'язок з науковими програмами. Результати роботи являються <л адовою частиною наукових дослщжень, яй виконаш у рамках гржбюджетно!' науково-дослщноТ теми Мпнстерства Освгги Укра'ши (01-537), а також тематичних плашв науково-дослщницьких роб1т Корпораци ¡/кравтодор" Мипстерства Транспорту Укра'ши за 1987... 1988р.р. I Э95.. ,1997р.р. (теми 82-03-87; 35/47-07-95; 36/47-07-95; 3/47-17-96).

Метою роботи являсться встанозлення закономерностей фуктуроутворення в контактнш зош, а також руйнування шивок нафтових ¡тум1в на поверхш мшеральних матер1'ал1в В1д да води I розробка на цш :нов1 критерив оншки якост1 складових асфальтобетону, на основ! ггановлеких законом1рностей, уточнения 1 розробка технолопчних заходив ормування тако\' структури, яка забезпечуе тривалу стгаюсть бетошв до -ресивноТ да води.

Для реатзац'и вказаноТмети поставлен! сшдуюч! задач! дослщження:

1. Вивчення мехашзму формування контактно!' зони у асфальтобетон!, для чого необхщно:

1.1. Дослщити мехашзм формування граничних шар1в б¡туму на поверхш мшеральних материал ¡и 1 Тх вплив на водостшисть асфальтобетону;

1.2. Виконати теоретичний анал!з впливу природи ! дисперсност'1 складових мшералько'У частини асфальтобетонних сум ¡шей на водсхгпГшсть асфальтобетону I обгрунтувати можлившть н забезпечення спешалышми технолопчними способами;

1.3. Дослщити, за допомогою ф1зико-х1м!чних метод1в анагнзу, особливосп взасмоди нафтових бпум!в з поверхнею мшеральних матер!ал!в р!зноТ природи.

2. Експериментально вивчити роль грубо- 1 др!бнодисперсноУ складовоТ минерально!' частини асфальтобетонних сум!шей, з урахуванням вм'юту ! н'язкосп б1туму, у забезпеченн! тривало'! водостшкост! асфальтобетону.

3. Грунтуючись на уявленнях про мехашзм формування контактно! зони розробити ! експериментально перев!рити технолопчш способи шдвшдення тривало!' водо- 1 морозостшкост! асфальтобетошв.

4. Розробити рссурсозбер1гаюч1 технолопчш способи виготовлення асфальтобетошв шдвищеноТ водост!йкост!.

5. Дослщити вплив складу 1 структурних особливостей окислених вяжучих на мщшеть, вязкопружш властивост! ! водост!йк!сть асфальтобетон! в.

6. Виконати промислову перев!рку ! впровадження результате досл!джснь у виробництво.

Наукова новизна отриманнх результате заключаеться у слщуючому:

- розроблена концепщя "слабких" граничних шар!в бгеуму у контактнш зош 1 розглянуто IX вплив на водост!йк!сть асфальтобетону;

- доповнеш уявлення про законом'фносп змочування поверхн! р!зних за походженням мшеральних матер!ап1в ! основних породоутворюючих м!нерал!в водою! б!тумом;

- запропоноваш критерП' прогнозування здатност1 мшеральних матер1ал1и забезпечувати водостцдасть асфальтобетону;

- отрнмаш нов! експериментальш дан! про теплоф!зичш властивост! нафтових б!тум!в, та Ух складових - асфальтени, спирто-бензольш смоли, петролейно-бензольн! смоли ! масла, а також асфальтов'яжучих;

- доповнеш уявлення про роль щебеню ! генерального порошку у забезпеченн! водо-! морозостшкост! асфальтобетон!в;

- розроблеш та захищеш авторськими св!доцтвами, технолопчш способи п!двищення тривалоТ водо-! морозост!йкост! асфальтобетошв.

Практично значении отриманнх результатов полягае :

- у розробщ технолопчних спосо6)в виготовлення окислених в'яжучих ¡з складеноТ вуглеводневоГ сировнни I асфальтобетонних сум ¡шей, яю забезпечують охорону навколишнього середовища завдяки використанню в1дх0д!в промисловост'г,

- у розробц'1 нормативних документов: ДСТУ Б.В. 2.7-81 - 98 "Бп-уми нафтов! дорожш вязи. Методи визначення показника зчеплення з поверхнею скла ! кам'яних матер1алт"; ДСТУ " Сумпш асфальтобетонш дорожш, аеродромш5 асфальтобетон. Техшчш умови" (проект);

- у викладенш положень дисертацшно'1 роботи у Харкчвському державному антомоотыю-дорожш.ому техтчному ушверситет1 у дипломному проекту ванш \ пщготовщ асшранпв;

- у реал1зацп результате роботи при буд1вництв1 асфальтобетонних покритт'ш у дорожных оргашзац1ях ХарювськоУ, Запор13ькоТ, Лугансько1 5 СумськоГ областей.

Особнстий внесок здобувача. Розроблена 1 сформульована концепция "слабких" граничних шар1в б'|туму у контактнш зош, а також обгрунтована Тх роль у забезпеченш три вал 01' водоспйкост! асфальтобетону. Експериментально визначеш законом1рносгп змочування поверхн! р1зних за походженням мшеральних матер1ал1в 1 породоутворюючих мшералов водою, бггумом 1 асфальтовяжучими. На основ! узагальнення експериментапьних результат визначеш критерн ощнки здатност! мшеральних матер1ал1в забезпечувати три валу водостшюсть асфальтобетону. Виконаш доошдження взасмод1У бгтпв з поверхнею мшеральних матср]'алт р1зного генезису, а також теплоф1зичш властивост1 51тумш р1зних структурних титв, IX компонетзв, а також асфальтов'яжучих, за допомогою сучасних ф1зико-Х1М1чних метод! в. Теоретично обгрунтоваш технолопчш способи тдвищення водостшкост! асфальтобетошв. Частина результат!в дослщжень, що ввШшли у дисертацшну роботу, отримана здобувачем при виконанш держбюджетноТ 1 госпдогов!рних науково-доапдницьких робот, вщповщальним виконавцем 1 науковим кер1вкиком яких вш був. Автором особисто опубл!кова!го 9 наукових статей.

Апробащ'я результатов роботи. Основш результати дослщжень допов!дались на (.пжнародних наукових конференщях: "Развитие технической химии в Украине" (Харю в 1995,1997рр.); "Теория и практика строительства и строительных материалов" (Суми, 1994р.); "Ресурсосберегающие технологии в производстве строительных материалов" (Макпвка, 1995р.); на науково-техшчних конференц1ях (Харюв, 1987р.; Челябинськ, 1988р.; Воло-димир, 1988р.; Волгоград, 1989р.; Харюв, 1989р.; Суздаль, 1989р.; Ворошж, 1990р.; Саранеьк, 1990р.; Володимир, 1990р.; Белгород, 1991р.; Володимир, 1991р.; Харюв, 1991р.; Суздаль, 1992, 1994рр.; Кшв, 1994р.); на науково-практичшй конференци (Харюв, 1991р.), а також на щор1чних наукових сесоях ХДАДТУ (1987 - 2000 р.р).

Публ1каци. По MaTepiaJiax дисертацп опублжовано 30 статей i 19 тез допов1дей, отримано 3 авторських свщоцтва на винахщ.

Структура дисертацп. Дисертацшна робота складаеться 13 вступу, семи роздипв, загальних висновгав, списку використаннх джерел ¡з 303 найменувань. Вона вм!щуе 370 CTOpiHOK друкарського тексту , 68 рксунюв, 58 таблиць та 1 додаток на 28 сторшках.

ЗМ1СТ РОБОТИ

У Bcryni обфунтована актуальжсть дослщжень, викладена Vx мета, наукова новизна i практичне значения.

У першому роздип наведено огляд i аналЬ результатов ¡снуючих досл'щжеиь, повязаних з тривалою водост'шюстю асфальтобетошв. В pi3Hi нерюди 1м були лрисвячеш робота 1.М.Борща, МЛ.Волкова, Л.Б.Гезенцвея, В.М.Гоппдзе, М.В.Горелишева, Л.М.Гохмана, В.О.Золотарьова, Я.М.Кова-льова, А.С.КолбановськоУ, Г.В.Корольова, М.М.Короткевича, A.I.JiitcixiHoi, М.М.Першина, Б.Г.Печьоного ГМ.РуденеькоТ, А.В.Руденського, Ш.Риб'ева, Т.Г.Рибсво!, B.M.CMipnoBa, Г.К.Сюны, Л.С.Терлецько1, Л.М.ЯстребовоТ, М.Дюр'е, Ч.Макка, Ж.Рамона, А.Рене, Д.Розе та ¡н.

Як показав аналп, власти воет i шдивщуальних компонента асфальтобетонно1 сум'нш суттево впливають на структуроутворення в контактнш 30Hi i, в1Дпов1Дно, водостшюсть асфальтобетону. При цьому, контактною зоною пропонуеться вважати зону, яка обмежена поверхнями суадшх мшеральних зерен у склад1 асфальтобетону. В неГ входять: границя роздшу фаз, граничний шар б1туму та мшеральноТ частки. Граничний шар б1туму представляе собою шар, властивост! якого змшюються шд впливом поля поверневих сил мшерально!' поверхш, у nopiBimum з об'емним бггумом. У граничний. шар входить адсорбцшний шар бпуму, який формусться в результат! безпосереднього контакту молекул найбшьш активних компонснт1в бпуму з мшеральною поверхнею.

При обеднанш бггуму з мшеральними матер1алами формуванню б1тумних пл1вок передують сл1дукта процеси: розткання i змочування мшеральноТ поверхн1, утвореннл irrornj контакту М1Ж двома фазами, адсорбщя окремих компоненпв бггуму i виб^ркова дифузгя низькомолекулярних вуглеводшв у пори мшералыюго материалу. Завершуються и) д-Nsi 4eiii процеси формуванням мгж б ¡ту м ом i поверхнею мшерального матер'юлу адгезшних зв'язюв.

Вщповщний вплив на здатшеть б1туму змочувати мшеральну поверхню мае його в'язтеть. Але, единого погляду на роль змочування i його вплив на штенсившсгь взаемодп б1туму з мшеральним матер1алом не ¡снуе. Одш дослцт,ники стоять на точен зору, зпдно якоУ водосштость бпумних шшюк на поверхш мшерального матер1алу звязана прямопропорцшною залежшетю ¡з змочуючою здатшетю бггуму, iiiaii вщкидають под1бну залежшеть. Усе ж ,

мабуть, не слщ недооцшювати здатшсть б'1туму змочувати поверхпю мшерального матер! ал у, бо кшцевий етап процесу змочування повинен завершуватися формуванням на поверхш мшерального матер1алу достатиьо стшких до вщшаровуючоГ ди води б1тумних шнвок.

Найбишше розповсюдження отримав метод визначення водостшкост! б!тумних гшвок на поверхш мшерального материалу, розроблений АЛ.Лиах'тою I вдосконалений А.С.Колбановською, який оснований на дн води, при температур! кипшня, на б1тумомшеральну сум!ш. 3 тим, цьому методу властива висока стушнь суб сктивност! при пор1внялыий оцшш водостшкост! б'ггумних пл!вок на мшеральнш поверхш.

Технолопчне забезпечення стшкост! б'ггумних пл!вок на поверхш камяних матер1ашв, при тривалш ди води на асфальтобетон, с темою багаточисельних дослщжень. Бшьша частина цих досл!джень ставить за мету шдвшцення адгезшноТ активное™ битуму, або поверхш м!жфазного роздшу, введениям модифкуючих добавок на поверхшо заповшовача, чи збудженням його активного енергетичного стану.

При узагальнеиш результат теоретичного огляду вщзначено, що немае едино!' точки зору у питаниях впливу генезису мшеральних матер!ал!в на водостшюсть б1тумних пл!вок на Тх поверхн!, що !снують р1зн! погляди на природу адсорбцшних зв'язк!в на границ! роздшу б!тум - поверхня мшерального материалу ¡з основних прських порщ ! на роль змочування мшералыю'1 поверхн"! б'пумом у забезпеченн! водост!йкост! асфальтобетону, а також в)д-сутн! стандартизований юльюсний метод визначення показника водостшкос-Т1 бггуму на мшеральнш поверхш! загальноприйнят! уявлення про механ!зм формування структури контактно!' зони ! и вплиз на водостшюсть асфальтобетону, що вимагае продовження системних досл!джень у цьому напрямку.

У другому розд1Л1 наведено теоретичне обгрунтування механ!зму формування структури контактно!" зони в основу якого покладено концепцто "слабких" граничних шар!в биуму ! гшотезу про лереважне концентрування низькомолекулярних компоненте бкуму на поверхн! мшерального матер!алу, а також способ!в регулювання водостшкост! асфальтобетон!в.

Процес формування контактно!" зони, що починаеться на стадш об'една-ння б!тума з кам'яними матер!алами, продовжуеться аж до укладання, ущшь-нення сумнш, вистигання асфальтобетону,! складаеться 13 декшькох стад!й:

- розтжання ! змочування б1тумом поверхн! м!неральних матер!ашв рпного генезису! дисперсност!;

встановлення адсорбц! иного контакту, яке пов'язане з м1жмолекулярного взаемод!ею у б!тум! ! залежить в!д штенсивносп процес!в адсорбцй", а також дифузп компонент'т бпуму в пори м!нерального матер!алу;

- формування структури бпумних пл!вок при вистиганш, що супроводжуеться утворенням граничного шару б!туму, який в!др!зняеться за властивостями вщ об'емного б!туму.

При розтжанш б ¡тум у по шорсткш мшерапыпй поверхш йому необхшю витиснути поштря ¡з кожного заглиблення. Якщо пснитря витиснене неповшстю, його пухир! залишаються м-1ж м'шеральною поверхнею 1 затвердлою б1тумною плшкою \ стають центрами концентрацп напруг при руйнуванш пл1вки. 1з повпгря на мшеральну поверхню можуть попасти р1зш до\ншки, сам1 камяш матер'1али, особливо щебшь, недостатньо чист1 -вм'нцують на поверхш шар пилувато-глиняних часток, або продукт« х*1М1Чних реакцш, що також ослаблюе взаемод!Ю бггуму з поверхнею. Утворення на гранищ роздшу "слабких" граничних шарш пов'язане, насамперед, з умовами нанесения б1туму I його розпкання 1 викликае виникнення у контакт!» зош дефектов - зон порушення суцшыюго контакту лнж в'яжучим 1 мшеральною поверхнею. Вказаш причини виникнення "слабких" граничних шар!в бггуму у контактнш зош повязан'1, у першу чсргу, з технолопчними факторами.

В реальних асфальтобетонних сум'нлах мшеральна частина представлена набором мшеральних зерен ршюУ дисперсность При введенш б1туму на мшеральну частину сум!Ш1 одночасно проходить ¡ммерсшне 1 контактне змочування, при цьому наряду з твердою минеральною поверхнею контактуе третя фаза - повкря. Др1бнодиснерсш зерна поглинаються краплями б1туму на початку, а змочування грубодисперсних зерен тривае 1 закшчуеться на останшй стадп, яка залежить в'1д прийнятого способу зм'нпування, тобто, процес перемшування б1туму з мшеральною частиною сумша полягае, в основному, у розподшенш асфальтов яжучого по поверхш грубодисперсних зерен. Природньо, що процесу розподшення бггуму м'ш др1бними 1 великими зернами иерешкоджас зростания почагково! в'язкост\, внаслщок структурую-чоТ Д11 на б1тум мшералыюго порошку. Отже, виходячи з основних положень статистично!" теорП'мщност!, зпдно якоУ бшьша мщшсть зразюв малих розмь р1в пояснюеться меншою ¡мошршстго присутноеп у об'см1 пебезпечних дефектов зклейки, можна зробити припущення, що бшьша площа 1 шорстисть поверхш зернин щебеню, у пор1внянт з зернами мшералыюго порошку 1 шску, викликае бшьшу ¡мов!ршсть формування на його поверхш "слабких" граничних шар'ш, схильних вщшаровуватися при да води.

Кр1м технолопчних причин виникнення "слабких" граничних шар1в ¡сну-ють пнш, як! пов'язаш з умовами адсорбцшно'У взаемод1У б1туму з мшераль-ною поверхнею. Структуроутвореншо граничного шару передуе адсорбщя на мшеральшй поверхш найбшьш активних компоненив бпуму. Виходячи з р'пних значень молекулярноТ маси 1 поверхневого натягу окремих компоненте бггуму, по аналоги з пол'шерами, можливо зробити передумову, з враху-ванням геометричноУ гетерогенности що при контакт! поверхш мшералыюго матер ¡ал у з бпумом на гранищ роздшу концентруються низькомолекулярш фракцп з бгльшою кшетичною енерпсю теплоноУ рухливосп молекул, меншим розлпром молекул 1 м1жмолекулярною взаемод1ао, тобто молекули масел формують адсорбцшний шар. Адсорбцшна взасмод1я молекул, як1

безпосередньо контактують з поверхнею, безперечно повязана з пересуванням деякоТ частини низькомолекулярних компонент!в б1туму ¡з об'ему до граншд роздшу. Як насл!док, поблизу адсорбцшного шару з'являсться рихлий шдшарок ¡з якого масла частково перейшли в ущшьнений адсорбцшний шар, а смоли ! асфальтени, не маючи достатшх можливостей для вшьного пересування, утворюють "розрихлену" зону на його зовшшнш границ!, яка е найбшыл нестшкою при тривагпй дн води на контактну зону.

Поверхнев! явища на границ! розд!лу фаз приводять до змши властивостей граничних шар! в по м!р! вищалення В1Д границ! роздшу. По вщношенню до граничних шар!в б1туму на поверхн! мшералышх матер!ал"|В може бути використане поняття про ефективну товщину шару ! и залежшсть вщ тих властивостей, за якими вона визначаеться. Товщина граничного шару, яку можливо встановити оцшкою змши тих чи шших властивостей, с величиною, яка визначаеться здатшстю граничного шару бггуму змпповатися на вплив зовшшшх фактор1в. У цьому закладений один ¡з р1вшв мшрогетерогенност! граничних шар!в. Вщмшшсть у стаж молекул на р!зшн вщсташ в!д поверхш створюе новий р!вень м!крогетерогенност!, тому що це визначае характер взасмного розташування молекул, тобто Ух пакування, ¡, зв!дси, нцльшсть фаничного шару, на р!зшй в!дсташ вщ мшерапыгоТ поверхн!, р!зна. Характер шс! м1крогетерогенност!! в!дстань вщ поверхн!, на як!й вона проявляеться, залежить вщ властивостей, як б!туму, так ! мшерально! поверхш. Змша молекулярно"! рухливост!, в результат! утворення адсорбц!йних звязюв, торкаеться не тшьки адсорбщйного, але 1 граничного шару, тому що поверхнев! сили мшералыюго матер!алу позначаються на дальшому вщдалешй вщ фанищ розд!лу. У зворотньому випадку, граничш шари неможливо було б виявити експериментально, наприклад, визначаючи величину когезшноТ м!цност! б!тумних п.швок р!зно"! товщини на м!неральн!й поверхн!. Ефект далекод!!' поверхневих сил мшерального матер!алу можливо пояснити, якщо припустите, що вплив поверхн! на молекули, як! безпосередньо не контактують з нею, передаеться, за рахунок мгжмолекулярних сил, на найближч! молекули. Отже, якщо сили м!жмолекулярноТ взаемодн у самому бггум1 велик!, то змша властивостей бггуму у граничному шар! п!д впливом м!нералыюТ поверхт розповсюджуеться на пор!вняно бшыш в!дстан! вщ не!" внаслщок того, що и вплив на молекули, як! безпосередньо з нею контактують, передаеться, завдяки сильшй м1жмолекуляршй взаемодн, на бшьш в!ддалеш шари б!туму.

Непрямим пщтвердженням ппотези про переважне концентрування низькомолекулярних компонент!в бггуму на границ! роздшу ¡, вщповщно, часткове зменшення, за рахунок утворених адсорбц!йних зв'язк!в, молекулярноУ рухливост! у фаничному шар!, являються вщом! даш , як! свщчать про зростання температури склування битуму при шдвищенш у його склад! мшералыюго наповшовача. Якщо розглядати температуру склування

асфальтов'яжучих з позицн ¡снуючих уявлень про будову бггумних плшок на мшеральному зерш 1 переважне концентрування високомолекулярних асфальтешв на границ! роздшу, то сл'щ було чекати зниження значения температуря склування б1туму при збшьшенш концентрацп наповнювача у його склада що не знаходить до сьогодш експериментального шдтвердження.

Анал'13 факторов, як! суттево впливають на розткання 1 змочування м'шеральних шдкладок бпумом, а також на адсорбщйну взаемодно компонент|"в бпуму з мшералыюю поверхнею, дозволив припустити, що регулюванням температури 1 тривалост! перебування б!туму у контакт! з мжералшою поверхнею можливо впливати на ступшь дефектпосп граничних шар1в ¡, вщповщно, водоет1йк1сть бпумних пл!вок. Величина пористосн мшсрального материалу впливае на умови формування структури граничних шар'ш б'1туму на його поверхш. Формування граничних шар1в на пористш мшеральшй поверхш супроводжуеться ефектом виб1рковоТ дифузн масел в пори мшерального матер1алу ¡, як результат, до границ! роздшу просуваються асфальтено-смолисп компонента б1туму, яю

характеризуются, у поршнянш з маслами, бшьш високою когезшною мщжстю 1 в'язйстю. Вони приймають участь у формуванш адсорбцпшого шару 1 забезпечують па пористш поверхш, у пор1внянш ¡з пильного поверхнею, бшьш високу водостшюсть бгеумних шнвок. Отже, "слаби" граничш шари б'иуму негативно впливають на тривалу водостшккть асфальтобетону, оскыьки саме вони у контактшй зон! в найбшьшш м!р! схильн! до вщшаровуючо!' дм води.

Грунтуючись на концепц!!' "слабких" поверхневих шар1в б!туму сформульована основна технолопчна задача, яка полягае у необхщност! забезпечення максимального зчеплення б!тумних плавок, насамперед, з поверхнею зерен щебеню, ! направлена на зменшення негативного впливу "слабких" граничних шар!в б1туму, присутн!х у контактн!й зон!, на водостшккть асфальтобетону. Викладен! вище уявлення про особливост"1 впливу грубодиспсрсно"1 складово"! минерально!" частини асфальтобетонно!" сум!ш! на водостшккть асфальтобетону дозволяють припустити, що позитивш результати можуть бути досягнут!: при приготувашп асфальтобетонних сум!шей за розд!льною технолопею, яка передбачае обробку грубодисперсно"! складово!" бггумом з шдвищсною адгез!йною активн!стю; спрямованою попередньою активащ'ею поверхш м!неральних матер!ап!в ¡з кислих прських порщ водними розчинами активних добавок; використанням для приготування асфальтобетонних сум!шей б!тум!в, виготовлених окислениям вуглеводнево! сировини !з штучно шдвищеним вм!стом ароматичних вуглеводшв.

У третьему роздЫ наведена характеристика об'еклтв ! метод1В дослщження.

Для встановлення впливу генезису природних мшеральних матер1ал1в на законом!рност1 змочування Ух поверхш, а також величину показника водостшкосп бпумних плшок, були виготовлеш ¡з р!зпих прських пор1д пластини однаковоУ шорсткосп товщиною 8-10 мм. Виб1р для виготовлення пластин вамняку, шсковику, гранту, мармуру, представлених зразками ¡з р'1зних родовищ, а також залпистого кварциту ! базальту, продиктован'! Ух використанням (за вийнятком двох видт мармуру) дорожшми орган¡зашями у якосп мшеральних складових асфальтобетонних 1 бп-умомшераль-них сумппей у р1зних областях УкраУни. Додатково для цих дослижень були виготовлеш пластини ¡з основних породоутворюючих мшералт -кварц, плапоклаз, ортоклаз, рогова обманка, слюда мусковит, слюда б'ют1т, кальцит.

М'шералыи порошки (фракц'ш 0,125-0,063 мм) для дослщження електроповерхневих властивостей були виготовлеш ¡з тих прських порщ 1 матер1ал1в, яга були прийнял для приготування пластин.

У якост! в'яжучих були використаш 8 нафтових бггум1в (ГОСТ 2224590) р1зних марок 1 структурних тишв.

Бензол, як розчинник, використовувався для спектроскотчних дослщжень бггум1в ! його складових (масла, петролейно-бензолып 1 спирто-бензольш смоли, асфальтени).

Для пор1Вняння впливу некондицшних поверхцево-активних добавок ¡з другорядних продукте Х1м1чН01 промисловост! на тривалу водостшгасть асфальтобетошв були прийшт поверхнево-активш речовини, що розроблеш у НД1 СинтезПЛР ( м.Шеоекшо, Роая). ПАР катюнноТ дп (КПАР) - продукт конденсащУ СЖК фракцГи Ср-Сго з пол1етиленамшом. Вмкт основно'1 речовини 95 %. ПАР анюнноТ ди (АПАР) - розчин натр1евого мила змш фракцш С5-С20. Вм'ют мила "1 води складае, в'щпов'щно, 30 5 70 %. У якост1 некондицшних добавок, яга шдвищують зчеплення бЬумт з поверхнею мшеральних матер ¡ал ¡в п кислих прських порщ, були прийнят1 моноетаноламш 1 талове мило.

У якост1 компонеттв окислених б1тум1в, збагачених ароматичними вуглеводнями, були прийнят! кубов! залишки ректифшацй' сирого бензолу, таловий пек, генераторна сланцева смола, високотемпературна кам'яновугшьна смола 1 маловязкий дьоготь.

Для досл!дження водо-, морозо-, зсувостшкост1, стандартних ф1зико-мехашчннх, а також реолопчних властивостей асфальтобетошв, иго виготовлеш за традицшною 1 розд1льною технолопями, були прийнят! асфальтобетонш сумшп тишв А, Б, В 1 Г.

Пкки п в'щпрацьованих формувальних сумнией, як складова мшеральноУ частини асфальтобетонних сумппей, вщповщали вимогам ТУ 10. 20 УРСР 115-90.

В робот!, кр1м стандартних, прийнят! спещальш метод и дослщжень-'шфрачервоноТ спектроскопы, дер'1ватограф'1чний, калориметричний, оптичноТ спектроскопш, реолопчн!, дшатометричнии та шил.

Четвертнй роздьч присвячений дослщженшо взаемодн б1туму з мшерапьними матер!алами р!зного походження.

Експериментально показан'1 особливоеп змочування поверхн! мшеральних матер1ал!в р!зного походження (таблиця 1). При цьому встановлено, що величина кут!в змочування мшеральноТ поверхн! залежить в'|д електроповерхневих властивостей подкладки. Встановлена кореляцжна залежшсгь м1ж електроповерхневими властивостями мшеральних порогшлв I термодинам'1чнимн характеристиками змочування поверхн! мшеральних матер!ал!в, !з яких були виготовлен! порошки. Достатньо стал! корсляц!йн! залежност! спостер-1гаються м!ж кутом змочування, а також параметром V/';) ! сумарною юльюстю зерен минерального порошку з нейтральною ! позитивно зарядженою поверхнею (рис.I, 2). Параметер зпдно

даних Ж.Рамона, характеризуе швидюсть в!дшарування биуму вщ поверхн! мшерального матер!алу у присутност! води, при цьому, чим бшына ця р]'зниця, тим штенсившше проходить вщшарування б¡туму вщ поверхш. Наведен! даш показують, що з ростом сумарноТ кшькосп часток м!нерального порошку з нейтральною ! позитивно зарядженою поверхнею величина кут!в змочування поверхш м!неральних гпдкладок водою зростас, а швидк!сть вщшарування б!туму в!д поверхн! зменшуеться.

Встановлеш температурю залежност! кут1в змочування бпумом ! асфальтов'яжучими поверхн! р!зних за походженням мшеральних матер!ал1В. А с ф ал ьт ов" яжу ч 1 характеризуються, у пор^внянш з вих1дним «¡тумом, меншою змочуючою зд!бшстю. Це свщчить про б!льшу !мов!рн!сть формування м!крогетерогенних граничних шар!в бггуму на м!неральн!й поверхш.

Експериментальне визначення величини показника водост1йкост! бпумних шивок на мшеральнш поверхн!, за допомогою розробленого юльюсного методу, св!дчить (таблиця 1), що вона суттево залежить вщ походження м!нерального материалу. При цьому, мшеральн! матер!али одшсл природи, що представлен! зразками ¡з р1зних родовищ, тсж вщргзняються за величиною показника водост!йкост! баумних пл!вок. Це повязано ¡з впливом р!зно'|* пористосп, м!нерального складу ! структури на величину показника водоспйкосп бггумних пл!вок на поверхн! цих матер!ал1в. Наведен! результати шдтверджують вщоме положения про краще прилипания б^угшв до поверхн! м!неральних матер!ал!в ¡з осповних прських пор!д. Б!льш низьк! значения показника водостшкост! бггумних пл'шок на поверхш грант в та шсковикчв повязан! з меншою водост¡йюстю пл'шок на д!лянках поверхн!,

Таблица 1- Термодинам1чш характеристики змочування мшеральних тдкладок водою та бпумом

Назва минерально! шдкладки Кути змочування, град. Робота адгези, сил мДж/м2 Робота сил змочування, мДж/м2 V/*,-мДж/м2, при температур!, °С Показник водостш-КОСТ1 б1тум- НИХ ПЛ1ВОК, %

Вода Б пум (140°С) Вода Бпум (140°С) Вода ТО Б ¡тум (\у;) 110 140

Вапняк - 1 26 14 136,7 57,5 64,7 28,3 32,6 36,4 100

Вапняк - 2 34 11 131,7 57,9 59,7 28,7 26,8 31,0 100

Вапняк - 3 32 8 133,1 58,1 61,1 28,9 28,0 32,2 97

Вапняк - 4 29 10 135,0 58,0 63,0 28,8 28,4 34,2 100

Мармур тонкозерн. 32 9 133,1 58,0 61,1 28,8 26,7 32,3 100

Мармур крупнозер. 35 8 131,0 58,1 59,0 28,9 24,2 30,1 88

Базальт 37 10 129,5 58,0 57,9 28,8 23,7 28,7 100

Зашзистий кварцит 24 11 137,8 57,9 65,8 28,7 32,4 37,1 94

Грашт -1 27 10 136,2 58,0 64,2 28,8 29,8 35,4 62

Грашт — 2 29 8 135,0 58,1 63,0 28,9 28,1 34,1 45

ГПсковик — 1 8 11 143,3 57,9 71,3 28,7 38,4 42,6 3

Пюковик - 2 11 14 142,7 57,9 70,7 28,3 38,6 42,4 39

ГПсковик - 3 14 12 141,9 57,5 69,9 28,6 36,1 41,3 51

ГПсковик - 4 11 13 142,7 57,7 70,7 28,5 38,1 42,2 19

ГПсковик - 5 9 12 143,1 57,8 71,1 28,6 38,7 42,5 45

Кварц 21 8 139,2 58,1 67,2 28,9 33,1 38,3 38

Слюда (мусковгг) 15 6 141,6 58,3 69,5 29,1 34,6 40,4 67

Слюда (б!от1т) 18 9 140,5 58,0 68,5 28,8 32,2 39,7 79

Плагиоклаз 33 10 132,4 57,9 60,4 28,7 26,8 31,7 78

Ортоклаз 30 9 134,4 58,0 62,4 28,8 28,2 33,6 88

Рогова обманка 28 10 135,5 57,9 63,6 28,7 32,9 34,9 98

Кальцит 35 9 131,0 58,0 59,0 28,8 26,4 30,2 98

представлених кварцем. Шдтвердженням цього с найменша величина показника на поверхш чистого кварцу, у пор1внянш з ¡ншими породоутворюючими мшералами.

Сумарна Есишгасгь чясгок порошку з перс валаю 1{Снт[»;(Л|.и<)ю I лоз(гпшио зарядже-ною цоверхиею,%

Рисунок 1 Залежшсть кута змочування поверхш мшеральних пщкладок водою В1Д загально1 юлькосп часток порошку з переважно нейтральною 1 позитивно зарядженою поверхнею.

Узагальнення результат! в дослщження змочування мшеральних пщкладок водою 1 бкумом, а гакож стшкост1 бпумних шивок на Тх поверхш до агресивноТ води, дозволило встановити кореляцшний зв'язок м1ж показником водостшкост1 пл1вки б1туму I величиною кута змoчyвaнFIя поверхш пщкладки водою. Встановлена залежшсть, що характеризуеться ¡з достов!ршстю 95 % коефщ1ентом кореляцн (г„) р'шним 0,72, показуе зростання водостшкосп пл!вки б!туму з ростом величини кута змочування поверхш водою. Кр'гм того, юнуе кореляцшна залежшсть м1ж показником водостшкост'1 б!тумноТ шпвки на поверхш р1зних пщкладок 1 параметром (\V_\V''), а також кшьюстю часток порошку з переважно негативним

зарядом поверхш. При цьому, з ростом величина параметру СМ"- XVта кшькост1 часток порошку з переважно негативним знаком заряду поверхш спостер1гасться штенсивне зменшення водост1йкост1 пл1вки бггуму.

Сумарна к1 льюсь часток порошку з переважно нейтральною 1 позитивно зарддженок» поверх-пего ,%

Рисунок 2 Залежшсть параметра вщ загально!' кшькост1 часток

порошку з переважно нейтрального 1 позитивно зарядженою поверхнею.

3 позиц11 опору гапвок бпуму вщшаровуючш дн води, експерименталыго встановлеш законом1рност1 дозволяють в'цшпити негативну роль иегативних 1 позитивну роль переважно нейтральних та позитивно заряджених дшянок мшерально'Г поверхш у форму ваши мщних граничних шар1в, як! забезпечують високу водостшюсть. У якоеп критер1я, який дозволяе прогнозувати здатшсть мшерального матер ¡ал у забезпечувати трнвалу водостшюсть асфальтобетону, можуть бути прийнял показник водостшкосп б!тумних пл1вок на поверхш мшерального матер1алу, а також сумарна к1Льк'1сть часток порошку з переважно нейтральною 1 позитивно зарядженою поверхнею.

Характерною особливютю мшералышх пластин, шсля визначення показника водостшкосп пл1вок бпуму, е наявшсть на мшеральнш поверхш, на Д1лянках з яких вода витиснула б'|тум, тонкого шару вуглеводшв ¡з жовтим в!дтшком, що свщчить про когезшний тип руйнування б1тумних пл!вок в

результат! д!У на них води. Результата спектроскогпчних дослщжень нафтового б!туму до ! теля випробування на водостшюсть бггумних пл!вок, а також таких складових б1туму як масла, петролейно-бензольш та спирто-бензолып смоли ! асфальтени, стали шдтвердженням того, що в1зуалыю спостер1га€му тонку жовту шпвку вуглеводюв на дшянках мшеральноУ поверхш, з яких вода витюнила основну масу б!туму, утворюють масла.

Методом ¡нфрачервоноУ спектроскопн встановлено, що при взаемод'и б'пум'ш рпнпх структурних тиш'в з поверхнею кварцевого, граштного I вапнякового мшеральних порошков хемосорбщя компоненте бпуму не вщбуваеться. При дослщжешн сум1ш! нафтових б!тум!в з граштним мшеральним порошком, як ! у випадку кварцевого порошку, спостершаються менш ¡нтенсивт, шж у ¡ндивщуальних складових асфальтов'яжучих, смуги поглинання, характерш як б1туму, так ! граштному порошку. Зм1щення смуг поглинання по шкаш частота, а також наявшсть нових смуг не спостер!гаеться, що вказуе на ф1зичну природу адсорбцшних зв'язкчв, яю утворюються при взаемод|У бЬуму з м!неральною поверхнею. В результат! анал!зу спектров асфальтов'яжучого на основ! вапнякового мшерального порошку вщм1чено, що смуга поглинання 1435см"1, яка належить валентним коливанням карбонат-!она кальциту, змютилася до 1400см'1. Зм!щення деяких смуг поглинання до 35см"1, виявлених при дослщженн! взаемодш б!тум1в з вапняком, е свщченням утворення слабких водневих зв'язк'ш М1Ж карбоксильними групами б1туму ! карбонат-юнами кальциту, що може сприяти формуванню б!льш водостшких граничних шар1в бкуму на поверхш кальцитвм!щуючих м!неральних матер!ашв.

Наповнення бггум!в м!нералышми порошками р!зного походження супроводжусться пщвишенням температури склування, звуженням облает! переходу у склопод!бний стан, зменшенням стрибка теплоемност!, меншою зм!ною ентальпн у функцп температури, що повязано з виключенням частини молекул низькомолекулярних компонент!в б1туму ¿з пронесу склування внаслщок дп адсорбц!йних сил, як! обмежують Ух теплову рухливкть.

У питому роздЫ наведеш результати дослщження впливу шдивщуалышх особливостей грубо- ! др!бнодисперсноУ складових м!неральноТ частини асфальтобетонних сумшей на водост!йк!сть асфальтобетону та "п регушовання приготуваиням сум1шей за роздшьною технолог!сю.

Результати експериментальних дослщжень впливу тривалоУ д!У води на зразки асфальтов'жучих, як мкроструктурноГ складовоУ асфальтобетону, св!дчать про суттеву залежшеть меж! м!цност! при стисканш ! коеф'1ц!енту тривалоУ водостшкост! в'щ дисперсност'1 "1 природи порошку, прийнятого для приготування асфальтов'яжучого. При цьому темп зниження межч мщност! при стискашп ! коефвдента водостшкосп б'шьше залежить в!д природи порошку I менше чутливий до зм!ни його дисперсность

Результата дослщження впливу змпшого замерзання-вщтавання на коефЫенти морозостшкосп зразюв асфальтов'яжучих, попередньо насичених водою, а також 5%-м водним розчином ЫаС1, показали, що цишпчпа д'ш води '1 нпзьких температур внкликас бгпьш штенсивнс зниження межч мпшосп при стискашм 1 коефщ!агпв водостшкост!, у пор!внянш ¡з статичним режимом впливу води на зразьсн. У поршнянш з водою, водним розчин 1^аС1 (МаС1 внкористовуеться для боротьби з ожеледицею у зимовий пер'юд експлуатац'п) с б'шьш агресивним середовишем, яке значно штенсившше знижуе морозостшк!сть б^умомшерального матер!алу. При однаковому вм!ст! 61туму у склад1 асфальтов'яжучого на основ! вапнякового ! граненого порошк!в у перших коеф^щенти водо- '1 морозост!йкост! менше чутлив'1 до агресивно!' дп води. Ц'1 дан'1 погоджуються з результатами визначення показника водостшкост"| б1тумних шпвок на поверхн! шдкладок ¡з вапняк1в ! гран!т!в. Враховуючи однаковий розм!р м!нералышх зерен порошив рпного походження у склад! пор'шнюваних асфальтов'яжучих, встановлеш законом'фност! можливо пояснити утворенням водневих зв'язюв мш карбоксильними групами б1туму ! С=0 зв'язками кальциту, ям суттсво впливають на водостнш'сть бпумних шпвок на поверхш м!неральних зерен. Менгш значения коеф!ц!снт!в водо- ! морозост!йкост! асфальтов'яжучих на основ! мшерачьних порошк!в фракцп 0,25-0,125мм пов'язан!, можливо, ¡з значною !мов1'ршстю впливу масштабного фактору I шорсткост! поверхш грубодисперсних зерен порошку, у пор!внянн! з зернами др!бнодисперсного порошку (фракц!я 0,125-0,063мм), на формування "слабких" граничних шар!в бпуму, менше ст!йких при тривалш дй" води.

Встановлено, що змша звичайно!" технологи приготування бкумомшералыю!" сумш!, яка складасться т!льки ¿з щебеню ! м!нерального порошку, на схему, що передбачас перерозпод!лення оптимально!" кшькост! битуму на гцебшь 1 мшеральний порошок з кроком 1%, Тх розд'шьне зм!шування ! сл!дуюче об'сднання у едину сум!ш, приводить до суттевого вщхилення значень водонасичення, меж! мщност! при стисканш ! коефвдшта водост!йкост1 вщ значень, характерних асфальтобетону, виготовленому за традицшною технолопсю.

Особливост! залежност! коеф!ц!ента водост!йкост! асфальтобетону вщ перерозподшення оптимального для вс!е!" сум!ни бпуму на м!нералышй порошок 1 щеб!нь, е найменша величина косфпнснта при введенн! всього бггуму на порошок. При цьому його величина стае нижче величин» коеф!шента водостшкост! асфальтобетону,- виготовленого за звичайною технолопею. При так!й посл!довност! об'еднання компонент асфальтобетонноТ сум!ш! залишаються не покртп пл!вкою б!туму окрем! д!лянки поверхш зерен щебеню, що е причиною зниження водостшкост! вс!е"» системи. При розподшенш б!туму в оптимальнш кшькост! на щебшь ! м!нералышй порошок досягасться максимальна величина водостшкост!

асфальтобетону. При вихилешн в1д оптимального вмкту бггума у щебеш 1 порошку коеф'ниент знижуеться. При введенш всього бггуму на щебшь, з посл'щуючим введениям сухого порошку у сум^ш, коефпнент зростас I досягае величини, яка властива асфальтобетону, виготовленому за звичайною технологию. Отримаш результати пщтверджують, що найбшьший впесок у забезпечення мщност! асфальтобетону вносить асфальтов'яжуче. При цьому, водостшклсть асфальтобетону насамперед залежить в'1Д ступеня р'шном1рност! покриття поверх»! щебеню пл1вкою бауму \ и стшкосп у присутност! води.

У розвиток цього напрямку були виконаш дослщження властивостей асфальтобетону, виготовленого за роздшьною технологию, яка передбачае обробку структуроутворюючих компонештв сум1ш1 (щебшь, шсок I мшералышй порошок) биумами р!зноУ вязкосп (БНД 60/90 та БНД 200/300). Оптимальну для кожного компонента кшьюсть б1туму задано! в'язкосп вводили окремо на вщповщну складову ¡, шсля змшування, об'еднували у загальну асфальтобетонну сумш. За контролын були прийшт асфальтобетони, як! виготовлялися по традиц!йн!й технолопУ на основ! зктавлених екв1в'язких боумш. Встановлено, що введения на поверхню щебеню 1 шску малов'язкого, а на порошок - в'язкого б!туму, шдвшцуе м!цн!сть ! зменшус тривалу водост!йккть асфальтобетону, у пор!внянш з контрольним. Забезпечення високо'У водост!йкост! асфальтобетону досягаеться введениям в'язкого бггуму на щебшь. Огже, фубодисперсна складова ¡з кислих прських пор!д е основним осередком зниження водостшкост! асфальтобетону.

Встановлення рол! грубодисперсних компонеттв асфальтобетонноУ сум!ш! у забезпеченш водост!йкост! асфальтобетону, а також результати дослщження показника водостшкосп бггумних пл!вок на поверхн! мшеральних шдкладок ¡з кислих г!рських порщ, стали шдгрунтям для направленого регулювання водо- ! морозостшкост!, введениям кондиц!йних ПАР ! некондиц!йних активних присадок у склад бкуму, а також ¡з водних розчишв, на поверхню кам'яних матер!ал!в вщповщного генезису та дисперсности

3 в!дпов!дним припущенням Гранину частину мшеральноУ сумш! можливо в!днести до грубодисперсноУ складовоУ. Введениям, саме на не'У, бггуму з кат!онною поверхнево-активною речовиною (КПАР) досягаеться максимальна водостшюсть асфальтобетону (коефщкнт водост!йкост! складае на 28 добу 0,83). Такий ефект не досягаеться при використашн чистого б!туму, або при введенш на мшералышй порошок б1туму з ашонною поверхнево-активною речовиною (АПАР). Отже, роздшьна технолопя приготування асфальтобетон них сум!шей, яка передбачае введения б1туму з КПАР Т1льки на гран!тну частину сум'шп, забезпечуе у найб!льш'1й м1р1 не Т1'льки шдвищення водостшкост! асфальтобетону (таблиця 2), але I значну (до 70%) економпо ПАР.

Експерименталыю встановлено, що введения КПАР ! АПАР ¡з водних розчин!в на мшерапьну частину асфальтобетонноУ сум'!ш! забезпечуе Ух

Таблиця 2- Властивост1 асфальтобетошв з використанням пооерхнево-активних речовин

Вид б1туму I спос1б введения у сумш

Назва показниив властивостей Бггум без ПАР вводився на ВСЮ мшераль-ну частину Б1тум з АПАР вводився на всю мшеральну частину Бггум з КПАР вводився на всю мшеральну частину Бггум з АПАР на порошок, б1тум без ПАР на останню частину Б1тум без ПАР на порошок, бггум з КПАР на останню частину

Середня ицшьшсть, кг/м 3 2390 2410 2370 2350 2330

Водонасичення, % 2,0 1,2 2,7 1,1 2,0

Набрякання, % 0,3 0,4 0,2 0,1 0,1

Межа мщносп при стисканш, МПа, при температур!, °С

20 5,1 5,1 5,6 4,8 5,9

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

Коефщкнт водост'шкосгп 0,92 0,95 0,92 0,96 0,94

Коефщ1ент водостшкост1 на:

14 добу 0,78 0,81 0,86 0,80 0,89

28 добу 0,69 0,80 0,83 0,79 0,82

Вмют б1тума у сум1ип,% 5 5 5 5 5

Вмют ПАР у б1тум1, % 0 2,0 1,5 2,0 1,5

еконолпю при одночасному шдвшценш водостшкоеп, у пор1внянш з асфальтобетоном, виготовленим за звичайного технолопею. При цьому ефектившсть КПАР вища, шж АПАР.

Мехашзм тдвшцення водостшкосп бЬумних шивок на поверхш мшералышх матср!ал1в реашзусться також при використанш у якосп добавок до б!туму талового мила и моноетаноламшу. Характерною особлив1стю асфальтобетошв на основ! б1тум'|в з некондицшними добавками, е бшыш значения коефщ1атв тривалоУ водостшкост'1, у поршиянш з асфальтобетонами на бпум! без добавки. Грунтуючись на здатност! дослщжених добавок розчинятися у водц вони були використаш для активацн грубодисперсноУ складовоУ минерально'!' частини асфальтобетонно'Г сумнш, по аналоги з кондицшними ПАР, як1 вводилися на мшеральну поверхню ¡з водних розчишв. Замша КПАР водорозчинними добавками ¡з другорядних продукт! в промисловосп забезпечуе бшыш значения коефщкнт тривалоУ водостшкосп, у пор'шнянш з асфальтобетонами, виготовленнми за традищйною технолопсю (таблиця 3). Встановлен'1 законом!рност! зростания коефщетдв тривалоУ водостшкост! асфальтобетон! в на основ! активованих м!неральних матер1ашв с постер! гаються 1 для коеф1ще1тв морозост1Йкост1 (рис. 3). Отже, обробка поверхш граштно'У частини сум1ш'1 (перед введениям м1нерального порошку ! б!туму) водними розчинами активних добавок забезпечують високу водо- ! морозостшккть асфальтобетону, а також дозволяють частково замшити дорог! кондицшш ПАР.

Встановлен! законом!рност! ! сиособи шдвищення водостшкост! асфальтобетон!в попередньою активащею поверхн! мшералышх матер!ал!в дозволили обективно оцшити можливють використання у якост! шицаноУ складово'У асфальтобетону шскш ¡з вщпрацьованих формувальних сум1Шей. Вагомим аргументом на користь використання таких шсюв у склад! асфальтобетону стало те, що Ух поверхня мае пдрофобш властивоеп 1 забезпечуе водостшюсть бкумних пл!вок на р5вн1 80%. Асфальтобетони

Таблиця 3- Регулювання водостшкост! асфальтобетону водними розчинами активних речовин

Показники властивостей асфальтобетону Введения водного розчину на граштну частину сумш!

Катюнактив-на ПАР Талове мило Моноета-ноламш Сумш без активацн

Коеф!ц!снт

водост1икост1 на

добу:

0 0,97 0,95 0,93 0,84

14 0,88 0,83 0,82 0,79

28 0,76 0,78 0,71 0,59

Цикли замерзания - вщтавання

о о

С.)

о

гч

о

сх.

о

»г

.Я"

О

0,70

0,50

^ 3

О 15 35 50

Цикли замерзания - вщтавання

Рисунок 3 Залежшсть коефщекпв морозостшкост! вщ юлькосп цикчнв замерзания - вщтавання асфальтобетошв, виготовлених традицшним способом ( 1 ), на основ! мшералышх матер!ал!в активованих водним розчином АПАР ( 2 ), водним розчином КПАР ( 3 ), водним розчином талового мила ( 4 ), водним розчином моноетаноламша ( 5 ).

р1зних тигпв на основ! таких шсив характеризуються шдвихценою мщшстго при стисканш ! зсувостшгастю при 50°С, водо- I морозост!йк!стю, вони менше схильш до старшня, шж традицшш асфальтобетони на основ! подр!бненого граненого ! природного кварцевого теку.

Шостнй роздш присвячений дослщженню технолопчних способ!в пщвищення якост'1 б!тум!в ! асфальтобетошв на Ух основ!.

Ефект шдвищення водост!йкост! б!тумних пл!вок на поверхш м!неральних матер!ал!в був забезпечений також штучним зб!лыненням у склад! нафтового гудрону ароматичних вуглеводн!в в процес! його окисления, що супроводжуеться зросганням к!лькост! кисневмщуючих сполук у б!тум1, як! позитивно впливають на тривалу ст!йк!сть пл1вок б!туму на мшералыпй поверхн! у присутност! води.

Експерименталыю встановлена можливкть регулювання властивостей нафтових б1тум1в введениям добавок кубових залшшав ректифжаци сирого бензолу (КЗРСБ) в гудрон в процес! його окисления. За допомогою реолопчних мегсдав показано, що окислен! бггуми за структурно-реолопчним ознаками гяжчють до р1зних тишв. Б1тум ¡з чистого гудрону близький до другого структурного типу, а б1тум ¡з гудрону з КЗРСБ - до третього типу, якому властивий комплекс показникш, який забезпечуе найбЫьшу довгов1чшсть асфальтобетонних покритпв на "!х основ!.

Оптимапьням комплексом показшшв властивостей характеризуются окислен! б!туми, що вм1щують 10 - 15 % КЗРСБ. При цьому, порщйне введения 15 % КЗРСБ в гудрон ( по 5% через кожну годину окисления), максимально прискорюе процес окисления б1туму. Зб!льшення в гудрон! концентрацп КЗРСБ практично не впливае на значения температури крихкост! ( -9...-П°С ) при одночасному зростанн! дуктильноеп при 25°С. При 10 % КЗРСБ у склад1 гудрону показник водостшкост! пл1вок окисленого б!туму на поверхш скла зростае у два рази, у пор!внянш з бгеумом ¡з чистого гудрону.

Асфальтобетони на основ! окислених б!тум1в р!зних марок з добавкою КЗРСБ характеризуются б'ыьшими значениями коеф!ц!ент!в тривало'1 водостшкост! (таблиця 4), у пор1внянт з асфальтобетонами на окисленому б1тум! ¡з чистого гудрону. Аналопчна законом!ршсть спостерщаеться ! для косф!ц!ент!в морозост!йкост! (рис.4).

Експериментальш досл!дження в'язкопружних властивостей показали, що !з зб!льшснням частота деформування ! зниженням температури випробування спостеркаеться зростання комплексного динам1чного модуля пружност! (Е ) асфальтобетон!в на основ! дослщжуваних б!тум!в (рис. 5). Мппмальна ппснсившсть зм!ни модуля пружност! спостерогаеться в облает! низьких температур (шд 0° до -20°С) для асфальтобетон!в на основ! вих!дного б!гуму ! бкуму з 10% КЗРСБ. При цьому бшьш ¡нтенсивно зм!нюються модул! асфальтобетону у випадку б!туму модифшованого КЗРСБ. Це е евщченням того, що асфальтобетон на чистому б!тум!, маючи б!льш похилий характер залежносп |Е | = /(со) у вказаному д!апазош температур, фактично зпаходиться у склопод!бному стан!, тод! як асфальтобетон на модифкованому КЗРСБ бггум! т!льки досягае такого ф!зичного стану. Анал!з в'язкопружних характеристик вказус на залежшеть температур умовного склування ! вязкопластичного стану, як1 характеризують перехщ асфальтобетону у р'[зн! ф1зичш стани, в!д частоти деформування, при цьому вони зсуваються у область б1лыц низьких температур при зменшенш швидкост! деформування, що обумовлено екв!валентшстю да температури ! частоти деформування. Якщо прийняти р'гзиицю мнк температурами умовного склування \ в'язкопружного стану за штервал пластичност! асфальтобетону (в!н же характеризус ширину облает!

Таблиця 4 - Властивост! асфальтобетошв на основ! окислених з КЗРСБ б'пум'ш

Марка б1туму Склад окислю- вано\' сировини Вмют битуму У сумМ, % Серед-ня Щ1ЛЬ- шсть, кг/м3 Водо-наси- Чення, % Набря- кання, % Межа мщност1 при стискашп, МПа, при температур!, °С Коеф'шцент подостшкосп шсля тривалого водонасичення, д!б

0 20 50 0 14 28

200/300 Гудрон КЗРСБ (порцш-но по 5%) 5,5 2340 6,1 0,6 6,2 3,0 0,85 0,84 0,64 0,55

130/200 то же 5,5 2320 5,6 0,4 6,5 3,0 0,90 0,84 0,66 0,60

90/130 то же 6,0 2340 5,1 0,3 7,6 3,2 0,95 0,85 0,71 0,70

60/90 то же 6,0 2230 3,8 0,2 8,8 5,0 1,40 1,00 0,91 0,85

200/300 Гудрон (100%) 5,5 2340 6,0 1,0 6,8 2,7 0,90 0,78 0,61 0,48

130/200 то же 5,5 2360 5,4 0,9 7,0 2,9 0,92 0,78 0,62 0,48

90/130 то же 6,0 2330 5,0 0,7 6,9 3,2 0,92 0,82 0,68 0,57

60/90 то же 6,0 2280 4,5 0,3 10,2 4,0 1,50 0,98 0,80 0,69

ю

1 ! V } уч |

V \ тч^. ]

I 2

1 4

О 5 10 15 20 25 30 35

Цикли замерзания - вщтавания

Рисунок 4 Залежшсть коеф1шшта морозостшкостч вщ кшькост! цикшв замерзання-вщтавання асфальтобетону на основ1 окисленого битуму з 10 % (1), 15 % (2), 30 % КЗРСБ (3) 1 бутуму п чистого гудрону (4).

Рисунок 5 Залежн1сть комплексного модуля пружност! вщ частоти деформування асфальтобетону на основ1 окисленого 61туму без добавки (сущльш лши) 1 з добавкою 10 % КЗРСБ (пунктирш лши) при температур! I (-20°), 2 (-10°), 3 (5°), 4 (20°), 5 (35°), 6 (50°С).

в'язкопружноУ поведшки бетону), то асфальтобетон на б1тум1 з добавкою КЗРСБ перевшцуе за цнм показником асфальтобетон на основ1 окнсленого б1гуму без добавки. Коефппент температурноУ чутлииост1 асфальтобетону на биунн без добавки, у пор1внянш з асфальтобетоном на оспов1 б1туму з КЗРСБ, значно вищий, що обумовлено вплипом якосп в'яжучого на Гюго значения.

Встановлено, що попереднш впб1р ! послщуюче компаундування вуглеводневоУ снровини рЬного походження, за умови забезпечення однорщносп компаунду, дозволяс отримувати яклсну сировину для виготовлення комплексних окислених оргашчних в'яжучих з шдвищеними показниками водостшкосл б^умних плшок на мшералыпй поверхш, у пор!внянн1 з окисленими нафтовими б1тумами. Компаундування снровини виправдовуе себе повшстю у випадку поеднання гудрону з таловим пеком, гудрону з таловим пеком 1 кам'яновупльною смолою, гудрону з генераторною сланцевою смолою, талового пеку з малов'язкими дьогтями. При цьому, окисления таких композицш дозволяс знизити енергозатрати при виготовлешп в'яжучих завдяки скороченню тривалост1 пронесу на 20 %. Результата визначення показника водостшкост1 шивок комплексних окислених в'яжучих на поверхш скла вказують на зростаиня його величини до 72 % при введенш у гудрон талового пеку, до 98 % - талового пеку 1 кам'яновупльноУ смоли, до 57 % - генераторноУ сланцевоТ смоли, у гюр1внянн1 з окисленим ¡з чистого гудрону б1тумом, для якого цей показник складае 26 %. В'яжуч! на основ1 композицн талового пеку 1 малов'язкого дьогтю забезпечують показник зчеплення з поверхнею скла на р1вш 98 %. Вивчення в'язкопружноУ поведшки комплексних окислених в'яжучих у стацюнарному режим! деформування показало, що вони за ознаками структурно-реолопчного типу, яю визначалися за величиною коефвдснта аномала в'язкост'1, вщношення меж! зсовуючоУ мщност! до напруг стащонарноУ теч1'У, швидкосп деформування, яка вщгговщас появлению меж1 зсовуючоУ мщност1, та коефнденту температурноУ чутливост'1 в'язкост!, не виходять за меж1 другого та третього структурного типу, що позитивно позначаеться на водост1Йкост1 асфальтобетошв на Ух основь

Досл1Дження ф1зико-мсхашчних властивостей термопластичних бетошв на основ! комплексних окислених в'яжучих ¡з складено'У вуглеводневоУ сировини показали, що за величиною показниюв водонасичення, набрякання, мщност! при стисканш, вони повшстю задовшьняють вимоги стандарта, що висуваються до асфальтобетошв першоУ 1 другоУ марок для П-У дорожно-кл1матичних зон ! характеризуються бшын високою водо- ! морозостпшстю (таблиця 5,6), у пор!вняшп з бетонами на основ] в'яжучих ¡3 шдив1дуально окислено! сировини. Доотдження вязкопружних властивостей вказують на те, що за величиною умовно'У температура переходу у в'язкопластичний стан, коефщ^ента температурноУ чутливосп модуля пружност1, ширини облает! в'язкопружноУ поведшки,

Таблиця 5 - Властивоеп термопластичних бетошв на комплексних окислених в яжучих

Склад окислюваноУ сировини Водонаси-чення, % за об'емом Набрякання, % за об'емом Межа мщносп при стисканш,МПа, при температур!, °С Коеф'щкнт водостшкосп при водонасиченш

коротко-часному трлва-лому

0 20 50

Гудрон 4,3 0,2 6,9 2,6 0,8 0,92 0,80

Таловий пек 3,1 0,2 11,1 4,9 0,9 0,70 0,61

40% пеку+ 60% гудрону 2,2 0,1 9,1 4,3 1,2 0,94 0,85

40% пеку + 45% гудрону + 15% смоли 2,4 0,2 10,2 3,7 1,1 0,96 0,87

Дьоготь 3,2 1,0 1,0 18,8 1,5 0,69 0,64

65 % пеку + 35 % дьогтю 2,1 0,2 11,7 4,8 1Д 0,92 0,90

95 % пеку + 5 % СТК 1,4 0,1 11,6 8,5 1,3 0,87 0,80

90% гудрону + 10% сланцево'1 смоли 2,1 0,2 9,9 5,4 2,0 0,92 0,85

ю

Таблиця 6 - Значения коефпипгпв морозоспйкосп термопластпчних бетошв

Коефщк нт MOPO'SOCTÍÍÍKOCTÍ шеля цпкл'т

Назва в яж\ чого замерзания - шдтавання

5 25 40 50

Дьоготь марки Д-6 0,59 0,28 0.24 0.22

1з!тум окислений

Ы |Д 60/90 0.S3 0.48 0.40 0,38

Дьоготь окислений 0.49 0,23 0.20 0,19

Окислений галовий пек 0,52 0,20 0.26 0.24

Комплексш окислен!

в'яжуч! п складено!

сировини:

35% дьогтю !

65% пек\ 0,87 0,65 0,53 0,50

40% талового пек\-

60% гудрону 0,81 0,70 0.58 0,50

40% пеку. 45% гудрону

1 1 5% кам яиовупльноУ 0,83 0,67 0,55 0,54

смоли

90% гудрону ! 10%

сланцево!' смоли 0,78 0,64 0.49 0,48

80% гудрону 1 20%

сланцево!" смоли 0,82 0,70 0.52 0,50

асфальтобетони на ochobí комплексних окислених вяжучих ¡з компаундованоУ вуглеводневоУ сировини перевершують асфальтобетон на 6ÍTyvñ ¡3 окисленого гудрону.

Сьомнй розд1л присвячений застосуваншо результате дослщження для вирццення практнчних задач на виробництвк

На ochobí проведених досл^джень запропоноваш hobí, видшет ефективш i вдосконалеж кнуюч! технолопчш способи. якч направлен! на шдвищення тривалоУ B0fl0CTÍñKOCT¡ асфальтобегошв. Прюритет запропонованих способ]'в шдтверджений трьома авторськими евщоцтвами.

Теоретичш i скспериментальн! дослщження модиф|кованих 6ítvmíb i асфальтобетошв, Ух впровадження, визначили раш'ональну область використания - буд!вництво Bepxnix шар!в дорожтх одяпв автомобьтьних дорн I-IV категорш.

ТехнолопУ виготовлення асфальтобетон! в п!двищеноТ водостшкост1 впроваджен! у дорожпо-будшельних оргашзацЫх ХармвсысоУ, ЗапорпькоУ, СумськоТ i ЛуганськоУ областей. 3 1987 р. по 1999 р. виготовлепо 5,3 тис. т.

окислених в'яжучих з шдвшценими адгезойними властивостями 1 183 тис. т. асфальтобетонних сумшей, як! укладет у верхи! шари дорожопх одяпв автомобтьних дорог: Москва-Харюв-Симферопш., Харкчв-Ростов-на-Дону, Запор1жжя-Пологи-Мар!ушль, Ростов-на-Дону-Одеса, Запор!жжя-Василшка та ¡н. Загальна площа побудованих ! в!дремонтованих асфальтобетонних покритпв перевищуе 1556 тис. м2, що складас загальну довжиыу автомобшьноТ дороги шириною 15 м. у 103,7 км., при товщиш шару асфальтобетонного покриття 5 см.

Досвщ буд1вництва ! експлуатаци асфальтобетонних покритг!в ! тонких шорстких шар ¡в зносу, побудованих на модифкованих окислених б ¡ту мах, показав, що М1жремонтт пер!оди, завдяки бшьшШ водостшкост!, зростають у 1,5 рази. Виготовлення в умовах АБЗ окислених б1тум!в ¡з складено"! орган!чноТ сировини з п!двищеною юльюстю ароматичних вуглеводшв зменшуе енергозатрати, завдяки скорочешпо процесу окисления на 20 %.

Результата досл!джень ув!йшли у нормативно-техн!чн! документа: ДСТУ БВ. 2.7-81-98 "Бпуми нафтов! дорожи! в'язю. Метод визначення показника зчеплення з поверхнею скла та кам'яних матер!ал1в", ДСТУ "Сум11ш асфальтобетонш дорожн!, аеродромн! ! асфальтобетон. Техшчш умови" (проект), використовуються в учбовому процес! - дипломному проектуванн! для студенпв спец!алыюст! 7.092105 "Автомобшьш дороги та аеродроми", а також при шдготовщ мапстр!в ! асп!рант!в.

ЗАГАЛЫП ВИСНОВКИ

1-Встановлен! загалыи законом!рност! формування граиичних шар!в у контактнш зон! асфальтобетону ! впливу структури контактно'1 зони на водост!йк!сть асфальтобетону. Щ законом ¡рносп е теоретичною основою прогнозування якост! складових асфальтобетонно! сум1ин ! стшкост! асфальтобетону до агресивноТ ди води на стадн проектування складу, а також регулювання його тривало! водо-! морозостшкость

2.На основ! анал!зу поверхневих явищ, що проходить на границ! роздшу б1тум - 'поверхня м!нерального матер!алу, розроблен! основш положения концепцн "слабких" фаничних шар!в, присутн!х у контактной зон! ! негативно впливаючих на водостшюсть асфальтобетону. 1х виникнення пов'язане з переважним концентруванням низькомолекулярних компонент!в б!туму, ¡з значною к!нетичною енерпею теплового руху ! не високою м!жмолекулярною взаемод'1ею, на мшеральнш поверхт.

3. Доведено, що законом!рност! змочування поверхн! мшеральних матср!ал1в водою визначаються електроповерхневими властивостями шдкладок. При цьому, чим бшьша загальна кшьюсть д!лянок поверхн! з переважно нейтральним ! позитивним зарядом, тим вище значения кута змочування шд кладки водою. 3 позицн опору бЬуму в!дшаровуюч!й дп води

встановлена позитивна роль дшянок поверхш з переважно нейтральним 1 позитивном зарядом у формуванш мщних граничних шар1в, що забезпечують водостшюсть бггумних пл1вок.

4. Обгрунтован! критерп прогнозування здатносп бггуму 1 мшерального матер!алу забезпечувати тривалу водостшкють асфальтобетону. Такими критер1ями служать кчлькОсний показник водостшкост1 шнвки б1туму на поверхш м'теральноТ пщкладки, а також р1зниця м1ж термодинам1чною роботою сил змочування шдкладки водою 1 б1тумом. На величину запропонованих критерив суттево впливають електроповерхнев1 властивост1 мшерального матер1алу. Практичне використання критермв на стади проектування складу сумшей еприяе шдвишеншо три вал оТ водостшкост! асфальтобетону.

5. Експериментально встановлена принципова розбшшсть у величинах показника водостшкостч б1тумних шпвок на гладкш 1 шореткш поверхш скла, яка заюпочаеться у зросганш прилинання б1туму при збшьшенш темнератури 1 тривалост1 його контакту з мшеральною поверхнею. Встановлеш закономерное™ шдтверджуюгь теоретичш передумови 1 розрахунки, як! свщчать про вплив вязкое™, поверхневого натягу 1 тривалост1 об'еднання б1туму з мшеральним матер1алом на глибину дифузн його компонешзв у пори ¡, вщповщно, на водостшисть асфальтобетону.

6. Спектроскошчними дослщженнями встановлено, що при взаемодп б1тум1В р1зних структурних тигав з поверхнею кварцевого, граштного I вапнякового порошив хемосорбщя компонент бггуму не проходить. Змщення деяких характеристичних смуг поглинання до 50 см яке спостер!гасться для асфальтов'яжучого на основ1 вапнякового порошку, е наелщком утворення слабких водневих звязюв м1ж карбоксильними трупами 01туму 1 карбонат-юнамн кальциту, що суттево впливае на формування граничних шар!в, яга забезпечують високий показник водостшкосэт бпумних

ПЛ1ВОК.

7. На модельнш систем! ] реальних складах асфальтобетонних сумшюй встановлено диференцшний вплив складових мшеральноУ частини (щебшь, шсок 1 м'шеральний порошок) на водостшкють асфальтобетошв. Пщтверджено визначне впливання якост1 асфальтов'яжучого на мщшсть асфальтобетону. Доведено, що границя М1ж «¡тумом 1 грубодисперсними мшеральними зернинами ¡з кислих прських порщ у скла/н асфальтобетону найбшыпе вражаеться при вщшаровуючш л!V води. Показана можливють регулювання коефппптв тривалоУ водо- 1 морозостшкост1 асфальтобетошв, виготовлених за роздшыюю технолопсю з використанням б1тум1в р1зно1 вязкость Доведено, що введения на щебшь в'язкого бггуму у найбшьшш кпр! еприяе стшкосп бггумноУ плшки до дн води, внаслщок меншого вмюту низькомолекулярних компоненте у склад1 вязкого б1гуму, у поршнянш з малов'язким, здатним формувати "слабю" граничш шари у контактшй зош.

8. Показано, що негативный вплив "слабких" граничних шар1в б!туму у контактшй зон1 на водостшисть асфальтобетону можливо зменшити понередньою обробкою поверхш мшерального матер!алу водним розчином поверхнево-активних речовин або добавок. Це забезпечуеться кращим змочуванням 1 формуванням перехиного структурованого шару активатора, мщно адсорбцшно зв'язаного з поверхнею заповнювача, 1 збшьшенням м'|жмолекулярно1 взасмодп на гранищ розд'пу б'1гум - поверхня мшерального матер1алу, внаслщок зменшення м1жфазного поверхневого натягу. Екснериментально пщтверджена можлив!сть економц кондиц'шних ПАР, при одночасному забезпеченш високоУ водост1йкост1 асфальтобетон! в, активащею тгльки грубодисперсного заповнювача ¡з кислих прських порщ водними розчинами ПАР або активних добавок ¡з другорядних продукт!в х1м1чноУ промисловости На основ! запропонованих способш пщвищення водостшкоеп асфальтобетошв об'ективно ощнена дощлыпсть використання, у якост! шщано'У складовоУ асфальтобетошв, шсюв ¡3 вщпрацьованих формувальних сулпшей з пдрофобними властивостями поверхш. Асфальтобетони на основ! таких шскчв в1др1зняються вщ асфальтобетошв на основ! природних 1нск1в, шдвищеною мщшстю \ зсувостшгастю при 50°С, а також тривалою водостшюстю.

9. Доведена можливкть регулювання тривалоУ водостшкост! асфальтобетошв шдвшценням ароматичност! вихщноУ вуглеводнево'У сировини, призначеноУ для виготовлення окислених бггум!в. Пщвищення ароматичност-! приводить до накопичення у склад'1 б1туму, у процес'| окисления, кисневм1щуючих сполук, збшьшення його полярноси ¡, як слщство, сприяе формуванню у контактшй зон! мщних граничних шар!в, ст!йких до агресивноТ дн води. За величиною коефщештв тривалоУ водост!йкост!, коеф!ц!ент!в температурно! чутливост!, д1апазону вязкопружноУ поведшки, асфальтобетони на основ! окислених в'яжучих ¡3 компаундованоУ сировини перевищують асфальтобетони на основ! окисленого б!туму ¡з чистого гудрону.

10. Теоретично обгрунтоваш \ розроблен! технолопчш способи, що забезпечують зниження енергом!сткост! виробництва з використанням м!сцевих матер!ал!в ! другорядних продукпв промисловост!. Результата достджень вв'шшли до нормативно-техшчних документа: ДСТУ Б В. 2.7-8198 "Б!туми нафтов! дорожн! вязки Метод визначення показника зчеплення з поверхнею скла та кам'яних матер1ал1в." , ДСТУ "Сум'пи! асфальтобетони! дорожн!, аеродромн! ! асфальтобетон. Техшчн! умови." (проект) ! впроваджеш у дорожньо-буд!вельних орган!зац!ях ХаривськоУ, Запор!зькоУ, ЛуганськоУ I СумськоУ областей. В результат! впровадження дослщжень виготовлено 5330т окислених в'яжучих, 182709т асфальтобетонних сум!шей, побудовано 1556989 м2 асфальтобетонних покритт!в 1 36 км то!1ких шорстких шар!в зносу. Розрахунковий економ!чний ефект в!д впровадження окислених б1тум!в складае 10,8 крб/т (у ц!нах 1988р.).

OciioBiii положения днсертацп викладеш у оидугочнх публп<ац!ях:

1. Kocm'ih О.В., Золотарьов В.О., Кислкж Ю.П., Жданюк В.К. Важливий компонент асфальтобетону// Сшьське буд1вництво.- 1984. -№ 2. - С.19 - 20.

2. Коваль 0.1., Жданюк В.К., Псюршк В.О. Дослщжепня реолопчних властивостей дорожшх 6¡TyM¡b i дьогпв у npoueci старшня // Автомобшып дороги i дорожне будтництво. - Ки'пз: Буд1вельник.-1986.- вип.39. - С.58 -60.

3. Золотарев В.А., Веребская Е.А., Жданюк В.К. Органические вяжущие на основе составленного сырья //Автомобильные дороги.-1987-№1 .-С. 14- 15.

4. А.с. 1370122 СССР, МКИ С 08 95/00, С 04 В 26/26. Способ приготовления вяжущего для дорожного строительства / В.А.Золотарев, Е.А.Веребская, В.К.Жданюк, А.И.Коваль, В.М.Пономарь, Ю.Г.Яновский (СССР). -№ 3969357/31 33; Заявлено 28.01.85; Опубл. 20.01.88, Бюл. № 4.

5. Жданюк В.К., Псюрник Г.В., Веребская Е.А., Золотарев В.А. Использование отходов лесотехнической и коксохимической промышленности в дорожном строительстве // Утилизация отходов промышленности при строительстве и ремонте дорожных одежд на юге РСФСР. - Ростов-на-Дону: РИСИ. - 1988. - С. 100- 105.

6. Жданюк В.К., Веребская Е.А. Свойства комплексных органических вяжущих на основе сырья нефтяного и древесного происхождения // Автодорожник Украины. - 1989. - № 2. - С.25 - 27.

7. Золотарев В.А., Жданюк В.К., Коваль А.И., Полуновская В.И. Реологические свойства дорожных битумов, модифицированных при окислении кубовыми остатками ректификации сырого бензола // Асфальтовые и цементные бетоны для условий Сибири. - Омск: ОмПИ. -

1989. - С.14 - 20.

8. Жданюк В.К., Поясник Г.В., Шиленко Н.И., Кисиль Е.В. Влияние добавок КОРСБ на свойства окисленных битумов // Автодорожник Украины. - 1990. - № 1. - С.31 -33.

9. Жданюк В.К., Золотарев В.А. Особенности реологического поведения асфальтобетонов на основе окисленных вяжущих // Автодорожник Украины.-

1990. - С.27 - 29.

Ю.Жданюк В.К., Маляр В.В., Золотарев В.А. Регулирование прочности органических вяжущих на стадии их окисления // Автодорожник Украины. -

1991.-№2.-С.27-29.

11. Жданюк В.К. В'язкопружш властивост1 окислених в'яжучих ¡з складеноТ вуглеводноУ сировини р1зного походження // Автомобшьш дороги i дорожне буд1вництво. -Кшв: Буд1вельник. - 1991. - вип.49. - С.56 - 60.

12. Космин А.В., Жданюк В.К., Дзюбенко Т.Ф., Поясник Г.В. Свойства асфальтобетонов с минеральными порошками из промышленных отходов// Автомобильные дороги. - 1992. - № 5 - 6. - С.17 - 18.

13. Жданюк В.К., Поясник Г.В. Використання вщпрацьованих органомшеральних формувальних сумшей при буд1вництв1 дорш//

Автомобшьш дороги i дорожнс буд!вництво. - Кшв: Будгвельник. — 1992. -вип. 50.-С.53 -55.

14. A.c. 1758036 AI СССР, МКИ С 04 В 26/26. Способ приготовления асфальтобетонной смеси / Г.В.Поясник, В.А.Золотарев, В.К.Жданюк, Е.Н.Агеева (СССР). - № 4808723/33; Заявлено 02.04.90; Опубл. 30.08.92, Бюл. №32.

15. A.c. 1808843 AI СССР, МКИ С 08 L 95/00, С 08 К 11/00. Способ получения вяжущего / В.К.Жданюк, Г.В.Поясник, Н.И.Шиленко, Е.В.Кисиль, В.А.Золотарев (СССР). - М> 4794702/05; Заявлено 22.02.90; Опубл. 15.04.93, Бюл. № 14.

16. Регулирование водоустойчивости и морозоустойчивости асфальтобетонов водными растворами поверхностно-активных добавок и активаторов / Поясник Г.В., Жданюк В.К., Золотарев В.А..; Харьк. гос.автомоб. - дор. техн. ун-т - Харьков, 1994. - 9с. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 22.02.94, № 324 - Ук94.

17. Жданюк В.К. Дослщження х1м1чних особливостей б1тум1в в npoueci окисления методом шфрачервоноТ спектроскогш // Автомобшьш дороги i дсрожнс буд1вництв0. - Кшв: Буд1вельник. - 1994. - вип.52. - С. 102 - 105.

18. Жданюк В.К. Исследование дорожных окисленных битумов методом ИК-спектроскопии // Повышение качества дорог и строительных материалов из отходов промышленности /Сиб.автомоб.-дор. ин-т.- Омск ,1995 - С.26-33.

19. Жданюк В.К. Про термодинам1чну роботу змочування й адгезн бггулпв на поверхш мшералышх матер1ал1в // Автомобшьш дороги i дорожне буд1вництво. -Кшв: Буд1вельник. - 1996. - вип.53. - С.78 -81.

20. Жданюк В.К. О структурных особенностях битумных пленок на поверхности минеральных зерен // Вестник государственного автомобильно-дорожного технического университета - Харьков: ХГАДТУ.-1997,- С.44 -47.

21. Жданюк В.К. Влияние группового состава и наполнителя на особенности стеклования битумов // Сборник трудов по технической химии. - Харьков: "Укрзашзниця". - 1997. - С.399 - 401.

22. Космин A.B., Жданюк В.К., Космин П.А. Ультразвуковая обработка асфальтовяжущего вещества // Транспортное строительство. - Москва. -1997. -№ 11. - С.22 -23.

23. Жданюк В.К., Золотарев В.О. Оцшка впливу дисперсносп та походження мшералышх порошив на адсорбщю б1туму з розчишв // Автомобшьш дороги i дорожне буд!вниптво. - Кшв: Техшка. - 1997. — вип. 54. - С.104 - 107.

24. Жданюк В.К., Сфремов C.B. До питания про вплив походження кам'яних матер1ал1в на кути змочування ïx поверхш // Автомобшьш дороги i дорожне буд1вництво. - Khïb: Техшка. - 1997. - вип. 54. - С.107 - 110.

25. Жданюк В.К. Влияние старения на низкотемпературные свойства битумов // Вестник Донбасской государственной академии строительства и архитектуры. - Макеевка: ДГАСА. - 1998. - вып.98-1 (9). - С.З - 6.

26. Жданюк B.K. Про вплив мшералышх наповшовач1в на теплофЬичш властивосп асфальтов'яжучих// Автошляховнк Украши. -№ 3. -1998.-С.28-30.

27. Золотарьов В.О., Головенчиць С.Ф., Жданюк В.К., Зологарьов Д.В. Досв1Д виробничого використання асфальтопол1мербетону // Автошляховнк Украши. - 1998. - № 4. - С.41 - 43.

28. Гнатенко Г.Ф., Ефремов C.B., Ждашок В.К., Золотарьов В.О. Досвщ використання поверхнево-активних речовин для пщвпщення водостшкосп асфальтобетонного покриття // Автошляховнк Украши.- 1999.- ,М> 1- С.38 -39.

29. Космш О.В., Жданюк В.К., Васильченко Д.Д. Водостшюсть та морозоешшсть асфальтов'яжучих на ochobï вузьких фракцш мшеральних пороншв pi3Hoï природи // Автошляховнк Украши. - 1999. - № 3. - С.46 - 49.

30. Жданюк В.К. Калориметрические исследования нефтяных дорожных битумов // BicHHK ДонбаськоУ державно!" академп буд1вництва i арх1тектури. -Макнвка: ДДАБА. - 1999. - вип.99 -2 (16). - С.119 - 121.

31. Шиленко Н.И., Псюрник В.А., Жданюк В.К. Реологические свойства асфальтобетонов на основе окисленных вяжущих из составленного углеводородного сырья // Вестник Харьковского государственного автомобильно-дорожного технического университета. - Харьков: ХГАДТУ. - 1999. — С.35 - 37.

32. Соломенцев А.Б., Жданюк В.К., Маляр В.В.. Круть В.В. Влияние поверхностно-активных веществ на кинетику окисления гудрона и качество битума // Химия и технология топлив и масел. - 1999. - № 5. - С.20 - 22.

33. Жданюк В.К., Кондратенко Е.В. Влияние электроповерхностных свойств минеральных материалов на водоустойчивость битумных пленок// BicHHK ДонбаськоУ державно!" академп буд!вництва i архггектури. — Макнвка: ДДАБА. - 2000. - вип.2000 - 2 (22). - С. 117 - 120.

АНОТАЦ1Я

Жданюк В.К. Структуроутворення у контактнш зон! як основа формування водостшкост) асфальтобетошв. — Рукопис.

Дисертащя на здобуття наукового ступеня доктора техшчних наук за спещалынстю 05.23.05 - "Буд1вельш матер1али та вироби". - Харювський державний техшчний ушверситет буд1вництва i архггектури, м.Харив, 2000р.

Захищаеться наукове обфунтування важливоУ практично!" проблеми -забезпечення тривалоУ водостшкост! асфальтобетонних покригпв. Розроблена i сформульована концепц'ш "слабких" граиичних inapiß бггуму у контактнш зош, обгрунтована Ух роль у забезпеченш водост1Йкост1 асфальтобетону. Створено метод визначення юлькюного показника водост1 йkoctî бггумних njriвок на мшеральнш noBepxni, використання якого ,у вщношепш до ргзних за походженням кам'яних матер1ал1в, дозволяе, на стадй" проектування складу асфальтобетонноУ суMiuii, прогнозувати здатшсть бггуму i мшерального маге pi ал у забезпечувати тривалу водостшюсть асфальтобетону. Встановлено, що границя роздшу м!ж

бкумом i поверхнею зернин щебеню ¡з кислих прських порщ у склад! асфальтобетону найбшып пщвладна руйнуючш дц' води. Запропоноваш практичш шляхи шдвищення тривало'1 водостшкост1 асфальтобетонних покригпв.

Ключов1 слова: асфальтобетон, б1тум, тривала водостшкють, граничний шар, мшеральж матер!али, роздшьна технолопя, активащя.

ABSTRACT

Zhdanyuk V.K. The structure-building in a contact zone as a basis of shaping the water-resistance of asphalt concretes. - Manuscript.

Thesis for doctor's degree by speciality 05.23.05 - "Construction materials and products". - Kharkiv State Technical University of Construction and Architecture, Kharkiv, 2000.

The scientific foundations for new branch of ways to maintenance long-term water-resistance of asphalt pavements. The concept of "weak" bordering layers of bitumen in contact zone is estimated and formulated. Their role in maintenance of the water-resistance of asphalt concrete is substantiated. The method of determination of the quantitative parameter of the water-resistance of bitumen layer on a mineral surface is created. Its use in relation to different rocky materials allows at the stage of designing a composition of asphalt mixture to predict ability of bitumen and mineral material to maintenance long-term water-resistance of asphalt concrete. It is established that the border of division between bitumen and the surface of road-metal grains from sour rock in composition of asphalt concrete is the most subject to a destructive influence of water. Ways of heightening the long-term water-resistance of asphalt pavements are suggested.

Key words: asphalt concrete, bitumen, long-term water-resistance, bordering layer, mineral materials, separate technology, activation.

АННОТАЦИЯ

Жданюк B.K. Структурообразование в контактной зоне как основа формирования водоустойчивости асфальтобетонов,- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.23.05-"Строительние материалы и изделия",- Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, г.Харьков, 2000г.

Установлены общие закономерности формирования граничных слоев битума в контактной зоне асфальтобетона и влияние структуры контактной зоны на водоустойчивость асфальтобетона.. Эти закономерности являются теоретической основой прогнозирования качества составляющих

асфальтобетонной смеси и устойчивости асфальтобетона к агрессивному воздействию воды на стадии проектирования состава, а также регулирования его длительной водо- и морозоустойчивости.

На основании анализа поверхностных явлений, происходящих на границе раздела битум - поверхность минерального материала, разработаны основные положения концепции "слабых" граничных слоев, присутствующих в контактной зоне и оказывающих негативное влияние на водоустойчивость асфальтобетона. Их возникновение связано с предпочтительным концентрированием низкомолекулярных компонентов битума, со значительной кинетической энергией теплового движения и не высоким межмолекулярным взаимодействием, на минеральной поверхности.

Показано, что закономерности смачивания поверхности минеральных материалов водой определяются электроповерхностными свойствами подложек. При этом, чем больше суммарное количество участков поверхности с преобладающим нейтральным и положительным зарядом, тем выше значение угла смачивания подложки водой. С позиции сопротивления битума отслаивающему действию воды установлена позитивная роль участков поверхности с преобладающим нейтральным и положительным зарядом в формировании прочных граничных слоев, обеспечивающих водоустойчивость битумных пленок.

Установлены критерии прогнозирования способности битума и минерального материала обеспечивать длительную водоустойчивость асфальтобетона. Такими критериями служат количественный показатель водоустойчивости пленки битума на поверхности минеральной подложки, а также разница между термодинамической работой сил смачивания подложки водой и битумом ¡¡.).

Спектроскопическими исследованиями установлено, что при взаимодействии битумов различных структурных типов с поверхностью кварцевого, гранитного и известнякового порошков хемособция компонентов битума не происходит. Смещение некоторых характеристических полос поглощения до 50 см"1, наблюдаемое для асфапьтовяжущего на основе известнякового порошка, является следствием возникновения слабых водородных связей между карбоксильными группами битума и карбонат -ионами кальцита, что оказывает влияние на формирование прочных граничных слоев битума на поверхности кальцитсодержащих минеральных материалов, обеспечивающих высокий показатель водоустойчивости битумных пленок.

Доказано, что граница раздела между битумом и крупными минеральными зернами из кислых горных пород в составе асфальтобетона наиболее подвержена отслаивающему действию воды. Показана возможность регулирования коэффициентов длительной водо- и морозоустойчивости приготовлением смесей по раздельной технологии с использованием битумов различной вязкости. Доказано, что введение на

щебень вязкого битума в наибольшей мере способствует устойчивости битумной пленки к воздействию воды, вследствие меньшего содержания низкомолекулярных компонентов в составе вязкого битума, по сравнению с менее вязким, способным формировать "слабые" граничные слои в контактной зоне. Показано, что негативное влияние микрогетерогенных граничных слоев битума в контактной зоне на водоустойчивость асфальтобетона возможно снизить предварительной обработкой поверхности минерального материала водным раствором поверхностно-активных веществ или добавок. Это обеспечивается хорошим смачиванием и формированием переходного структурированного слоя активатора, прочно адсорбционно связанного с поверхностью заполнителя, и усилением межмолекулярного взаимодействия на границе раздела битум-поверхность минерального материала, вследствие снижения межфазного поверхностного натяжения. Экспериментально подтверждена возможность экономии кондиционных ПАВ, при одновременном обеспечении высокой водоустойчивости асфальтобетонов, активацией только грубодисперсного заполнителя из кислых горных пород водными растворами ПАВ или активных добавок из побочных продуктов химической промышленности. На основе предложенных путей повышения водоустойчивости асфальтобетонов объективно оценена целесообразность применения, в качестве песчаной составляющей асфальтобетонов, песков из отработанных формовочных смесей с гидрофобными свойствами поверхности. Асфальтобетоны на основе таких песков отличаются, от асфальтобетонов на основе природных песков, повышенной прочностью и сдвигоустойчивостью при 50°С, а также длительной водоустойчивостью.

Доказана возможность регулирования длительной водоустойчивости асфальтобетонов повышением ароматичности исходного углеводородного сырья, предназначаемого для производства окисленных битумов. Увеличение ароматичности приводит к накоплению в составе битума, в процессе окисления, кислородсодержащих соединений, повышению его полярности и, как следствие, формированию в контактной зоне прочных граничных сло.ев, устойчивых при агрессивном воздействии воды. По значениям коэффициентов длительной водоустойчивости, коэффициентов температурной чувствительности, протяженности области вязкоупругого поведения, асфальтобетоны на основе окисленных вяжущих из компаундированного сырья превосходят асфальтобетоны на основе окисленного битума из чистого гудрона.

Юпочевие слова: асфальтобетон, битум, длительная водоустойчивость, граничный слой, минеральние материала, раздельная технология, активация.