CC BY
25
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ДОРОГ, МЕТРОПОЛИТЕНОВ, АЭРОДРОМОВ, МОСТОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ
УДК 691.168-678.049.2
КИСЕЛЁВ ВЛАДИМИР ПЕТРОВИЧ, докт. техн. наук, доцент, wkiselev001@yandex. ru
ЕФРЕМОВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСЕЕВИЧ, докт. хим. наук, профессор, aefremov@sfu-kras. ru
КЕМЕНЕВ НИКОЛАЙ ВИКТОРОВИЧ, аспирант, ida7037@yandex. ru
БУГАЕНКО МАКСИМ БОРИСОВИЧ, ст. преподаватель,
popowa223@yandex. ru
Сибирский федеральный университет,
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79
ОРГАНИЧЕСКИЙ КОМПОНЕНТ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
В работе приведены результаты исследований по использованию скорлупы маньчжурских орехов (СМО) в составах асфальтобетонных смесей. Добавка вводится в смесь на стадии разогрева битума. СМО модифицирует вяжущее за счёт перехода низкомолекулярных фрагментов лигнина в битум, при этом в составе асфальтобетонной смеси СМО заменяет часть минерального известнякового порошка-наполнителя. Наблюдается положительное влияние добавки на устойчивость композиций к старению.
Ключевые слова: битум; скорлупа маньчжурских орехов; модификатор вяжущего; заменитель известнякового порошка; устойчивость к старению.
KISELEV, VLADIMIR PETROVICH, Dr. of tech. sc, assoc. prof., WKiselev001@yandex. ru
EFREMOV, ALEKSANDER ALEKSEEVICH, Dr. of chemistry, prof., aefremov@sfu-kras. ru
KEMENEV, NIKOLAY VIKTOROVICH, P.G., ida7037@yandex. ru
BUGAENKO, MAKSIM BORISOVICH, senior teacher, popowa223@yandex. ru Siberian Federal University,
79 Svobodniy Avenue, Krasnoyarsk, 660041, Russia
© В.П. Киселев, А.А. Ефремов, Н.В. Кеменев, М.Б. Бугаенко, 2012
THE ORGANIC COMPONENT OF ASPHALT MIXES
The possibility of use of Manchurian walnut shells in asphalt concrete mixes has been studied in the research work. The additive compound is introduced into mixture at the stage of heating bitumen. The Manchurian walnut shells modifies the cementing material due to the transfer of low molecular weight lignin’s fragments into bitumen, while the Manchurian nutshells replace the part of limestone asphalt filler in the composition of asphalt mixes. The positive effect of the additives on the resistance to aging has been observed.
Keywords: bitumen; Manchurian walnut shells; modifier of cementing; replacer of limestone filler; resistance to aging.
Введение
Для дорожного строительства требуются миллионы тонн органических вяжущих и минеральных порошков [1], поэтому перед наукой и промышленностью стоят задачи по освоению и реализации вторичных ресурсов. Прочность и долговечность асфальтобетонных покрытий в значительной степени зависит от качества минеральных порошков [1-3]. Однако в связи с большими объемами дорожного строительства традиционные известняковые минеральные порошки являются дефицитными материалами. Их используют при производстве асфальтобетонных смесей для покрытий дорог I и II категории. Для производства ремонтных асфальтобетонных смесей практикуют назначение минеральной части для асфальтобетонных смесей без минерального порошка, заменяя его какими-либо отходами дробления каменных материалов различных карьеров. В результате асфальтобетонная смесь содержит пылевидные частицы с большим содержанием глинистых примесей. Поэтому ведутся широкие исследования дешёвых местных материалов и побочных продуктов промышленности, способных заменить известняковые порошки.
При выборе наполнителей и модификаторов для битумов и асфальтобетонных смесей предпочтение отдаётся органическим продуктам, которые являются активными по отношению к базовому веществу - битуму, что способствует их «совмещению» и повышает физико-химические характеристики композиций [1, 4]. Известно [4], что важным компонентом нефтяного битума являются арены. Образование высокомолекулярных аренов происходит уже после отмирания организмов - в водной толще и илах. Источником их являются полиено-вые системы типа каротиноидов [4]. Однако основная масса аренов образуется при термической и термокаталитической деструкции сапропелевого органического вещества. Содержание аренов (ароматических углеводородов) в тканях растительных и животных организмов ограничено. Углеводы и жиры не содержат аренов. Бедны аренами и микрокомпоненты живой природы [4]. Только некоторые природные смолы и бальзамы содержат ароматические спирты и альдегиды, а стероиды имеют структуру, из которой могут образовываться полициклические арены и смешанные соединения типа «циклоалканы - арены». Лишь лигнин древесного и растительного сырья содержит производные гидроксифенилпропана, а также некоторые аминокислоты, входящие в структуру белков, имеют в своём составе ароматическое кольцо [4]. С этих позиций перспективными модификаторами битума и компонентами асфальтобетонных смесей являются лигнинсодержащие растительные полимеры - твёрдые обо-
лочки плодов различных деревьев. Так, орех маньчжурский распространен в Северном Китае и на Корейском полуострове, а в России - на всей территории страны, большие массивы его имеются на юге Красноярского края. Орех маньчжурский - наиболее морозостойкий среди всех других видов орехов. Он выдерживает температуру зимой до минус 42-45 °С. Высота дерева может достигать 15-27 м, диаметр - до 1 м. Живет маньчжурский орех до 200 лет. Плод -орех длиной 3,5-4,5 см, заостренный, темно-бурый, бороздчатый с 6-8 продольными швами. Скорлупа толстая с многочисленными лакунами внутри. Интерес к маньчжурскому ореху постоянно растёт, и это вызвано следующими причинами. Ядро семени маслянистое, составляет до 19-20 % от массы ореха, по вкусу не отличается от ядра грецкого ореха, жирность выше, до 70 %. Из коры, листьев и сочных оболочек плодов маньчжурского ореха получают дубильные вещества (в оболочках плодов - до 22 % масс.) и стойкую темно-коричневую краску, используемую для протравливания мебели из кедровой, березовой и другой белой древесины перед её лакировкой. Все части растения обладают лекарственными свойствами. Из зеленых корок плода получают алкалоид юглон. Это сильнодействующее антимикробное вещество, задерживающее развитие бактерий и грибов.
Как следует из обзора литературных источников, при переработке орехов в пищевых и медицинских целях остается скорлупа маньчжурского ореха (СМО) в количестве 69-75 % от массы самого ореха. В настоящее время предложено использовать твёрдую скорлупу орехов для производства активированного угля высокого качества и наполнителей в производстве прессованных строительных изделий. Активированный уголь на основе СМО характеризуется большой долей наноразмерных пор. Значение удельной поверхности пор у активированного угля из СМО может достигать 1800-2000 м2/г угля. Гранулы активированного угля, полученные после пиролиза СМО и активации угля-сырца перегретым (800 °С) водяным паром, обладают высокой твёрдостью, прочностью и стойкостью к истиранию. Для производства карбониза-та (угля-сырца) фракции скорлупы размером 1,5-2,5 мм и 2,5-5,0 мм пироли-зуют, как правило, в инертной среде или на воздухе. Суммарная доля этих фракций составляет не более 38-40 %. Более мелкие фракции (размером 0,1-1,5 мм) для получения угля-сырца не используют, хотя при дальнейшем измельчении они могут применяться в качестве наполнителя в дорожные материалы. Ранее [5, 6] была показана целесообразность использования скорлупы кедровых орехов (близкого по природе к СМО материала) в производстве дорожно-строительных материалов в качестве модификатора битума и (или) заменителя минерального известнякового порошка в составе асфальтобетона.
СМО, благодаря наличию в ней активных функциональных групп, после экстракции жиров, смол, красящих и дубильных веществ является перспективным модификатором органических вяжущих и порошком-наполнителем для асфальтобетонных смесей, особенно для ремонтных асфальтобетонных смесей.
Рассматривая СМО как возобновляемое растительное сырье, следует отметить, что способы ее комплексной переработки будут определяться востребованностью тех или иных продуктов, применяемых в технических целях.
Экспериментальная часть
В работе использовали рекомендуемый для строительства автодорог во II дорожно-климатической зоне битум марки БНД 90/130 ОАО «Ачинский НПЗ», соответствующий требованиям ГОСТ 22245-90, и скорлупу маньчжурских орехов урожая 2011 г.
Углубленный анализ химического состава СМО, проведённый нами по методикам [7-9], показал, что основными компонентами скорлупы маньчжурских орехов являются лигнин (негидролизуемый в 72 %-й серной кислоте остаток) в количестве 54,3 % и целлюлоза в количестве 35,4 %, причем лигнин СМО на
23.5 % состоит из низкомолекулярных фрагментов ароматического характера, способных растворяться в 0,1 н растворе №ОН, и на 76,5 % из более высокомолекулярных полимерных образований ароматического характера.
В составах асфальтобетонных смесей был применен щебень, отвечающий требованиям ГОСТ 8268-82. Для приготовления смесей применяли природные пески, отвечающие требованиям ГОСТ 8736-85. Использованный в работе минеральный порошок для эталонной асфальтобетонной смеси представляет собой продукт измельчения доломитов и других карбонатных пород с содержанием глинистых примесей не более 5 % по массе. Суммарное количество полуторных окислов А12О3 + Ре2О3, содержащихся в карбонатной горной породе, не превышало 1,7 % по массе.
Образцы асфальтобетонных смесей, изученных в работе, соответствовали требованиям ГОСТ 9128-2009. Содержание битума в смеси составляло
7.5 % от массы минеральной части. Температура смеси после приготовления составляла 165 °С.
Для улучшения сцепления композиционного вяжущего с минеральной частью асфальтобетона в битум была предварительно добавлена водонерастворимая часть смолы пиролиза скорлупы маньчжурских орехов, которая способна проявлять свойства антиоксиданта и адгезива [10].
Поскольку в реальных технологических условиях вводить тонко размолотый порошок СМО непосредственно в асфальтобетонную установку затруднительно из-за потерь, то добавку предложено вводить в битум до подачи его в смеситель. Предполагалось, что СМО, введённая на стадии подготовки композиционного вяжущего, будет выполнять, с одной стороны, роль модификатора вяжущего за счёт перехода в разогретый битум части фенилпропановых звеньев низкомолекулярного лигнина. С другой стороны, основная часть СМО будет замещать минеральный порошок в асфальтобетонной смеси.
В лабораторных условиях модифицированное вяжущее с добавками СМО приготавливали в металлическом стакане ёмкостью 2 л. Добавку вводили в предварительно разогретый до 105 °С обезвоженный битум, содержащий
1.5 % масс. отстойной смолы пиролиза скорлупы маньчжурского ореха, выполняющей роль пластификатора и адгезива для вяжущего. Для перемешивания использовали двухлопастную лабораторную мешалку. Число оборотов мешалки поддерживали таким образом, чтобы при введении добавок не происходило вскипание массы битума. Затем поднимали температуру в стакане до 165 °С за 30 мин. Физико-механические характеристики композиционного
материала определяли по ГОСТ 22245-90. Подбор состава опытных образцов горячей органоминеральной смеси типа Б, 2-й марки для II дорожно-климатической зоны (Сибирский регион) осуществляли по ГОСТ 9128-2009.
Обсуждение результатов
Были изучены физико-механические характеристики композиционных вяжущих, содержащих в своём составе размолотую и разделённую на фракции СМО. С целью изучения влияния степени дисперсности на предельно допустимое содержание скорлупы в композиции использовали фракции с различными размерами частиц. Содержание СМО в битуме варьировали в пределах 1-10 % масс.
В табл. 1 приведены свойства битума, модифицированного СМО в количестве 1-10 % масс. Все образцы модифицированного асфальтового вяжущего соответствуют действующему стандарту.
Таблица 1
Физико-механические свойства битума и битума, модифицированного СМО, с размером частиц 75-500 мкм
Номер образца Состав органического вяжущего Температура хрупкости по Фраасу, °С* Сцепление с мрамором по контрольному образцу № 2 Изменение температуры после прогрева-при163 °С в течение 5 ч
1 Битум исходный БНД90/130 -20,6 не > -17 выдерживает 5,5
2 Битум+1 % масс. СМО+1,5 % ОСП -26,5 выдерживает 4,5
3 Битум+2 % масс. СМО+1,5 % ОСП -26,5 выдерживает 3,5
4 Битум+4 % масс. СМО+1,5 % ОСП -26,0 выдерживает 3,0
5 Битум+6 % масс. СМО+1,5 % ОСП -26,0 выдерживает 3,0
6 Битум+8 % масс. СМО+1,5 % ОСП -23,5 выдерживает 4,5
7 Битум+10 % масс. СМО+1,5 % ОСП -21,5 выдерживает 5,5
*В числителе физико-механические показатели используемого в работе битума, в знаменателе - требования ГОСТ 22245-90 для битума марки БНД 90/130; ОСП - отстойная смола пиролиза СМО
Из данных табл. 1 и рис. 1, 3 видно, что введение СМО в состав битума уменьшает его пенетрацию и растяжимость при 25 °С и 0 °С. Наиболее приемлемым по качеству является композиционное вяжущее с содержанием
4-6 % масс. добавки СМО с размером частиц до 500-750 мкм. К числу положительных изменений свойств вяжущего при добавлении к нему такой СМО следует отнести заметное повышение температуры размягчения вяжущего на
5-6°С, повышение устойчивости к старению (согласно ГОСТ 18180-72), хорошее сцепление с минеральным материалом.
130
о
о"
О
1Л
К
Л
И
«
к
л
р
<и
и
<и
с
Содержание СМО, % масс.
Рис. 1. Зависимость пенетрации композиционного вяжущего от фракционного состава и содержания СМО:
1 - фракция СМО с размером частиц < 150 мкм; 2 - фракция СМО с размером частиц 150-500 мкм; 3 - фракция СМО с размером частиц 500-750 мкм; 4 -фракция СМО с размером частиц 750-1500 мкм; 5 - фракция СМО с размером частиц > 1500 мкм
«
и
<и
£
Л
Л
Л
Г
а
<и
а
а
<и
Н
2 4 6 8
Содержание СМО, % масс.
10
0
Рис. 2. Зависимость температуры размягчения композиционного вяжущего от фракционного состава и содержания СМО:
1 - фракция СМО с размером частиц > 1500 мкм; 2 - фракция СМО с размером частиц 750-1500 мкм; 3 - фракция СМО с размером частиц 500-750 мкм; 4 -фракция СМО с размером частиц 150-500 мкм; 5 - фракция СМО с размером частиц < 150 мкм
Как видно из рис. 1-3 и табл. 1, по показателям качества битума (пенет-рации, растяжимости при 25 °С, температуре размягчения по кольцу и шару (КиШ), показателю сцепления) в требования ГОСТ 22245-90 для испытуемой марки битума БНД90/130 укладывается модифицированный скорлупой маньчжурских орехов битум с добавками СМО фракции < 150 мкм в количестве
< 8-10 %, фракции 150-500 мкм - < 4 %, фракции 500-750 мкм в количестве
< 2,5 %, фракции 750-1500 мкм - не более 1,5 %, фракции > 1500 мкм в количестве не более 0,5 %. При этом влияние комплексной модифицирующей добавки в основном сказывалось на температуре хрупкости растяжимости битума при 25 °С. Эти важные показатели определяют пластические свойства вяжущего. Как показывают проведенные эксперименты, размолотая в шаровой мельнице СМО является полидисперсным материалом, содержание частиц с размером < 500 мкм составляет до 85-92 % масс. Дальнейшие исследования проводили с полидисперсной СМО.
о
о"
о
<М
«
а
а
-а
н
о
о
н
о
Л
Рч
Содержание СМО, % масс.
Рис. 3. Зависимость растяжимости (дуктильности) композиционного вяжущего при 25 °С от фракционного состава и содержания СМО:
1 - фракция СМО с размером частиц < 150 мкм; 2 - фракция СМО с размером частиц 150-500 мкм; 3 - фракция СМО с размером частиц 500-750 мкм; 4 -фракция СМО с размером частиц 750-1500 мкм; 5 - фракция СМО с размером частиц > 1500 мкм
С целью оптимизации составов органоминеральных смесей был проведен эксперимент по расширенному плану ПФЭ 22 для независимых переменных:
х1 - содержание добавки (СМО); х2 - содержание композиционного вяжущего в асфальтобетоне.
Независимые переменные имели следующие значения:
х1 (содержание добавки 1 или
2 в вяжущем) х1; 0 основной уровень 6,0 %
Лх1 интервал варьирования 2,0 % х1 max верхний уровень 11,0 %
х1 min нижний уровень 1,0 %
х1 (содержание вяжущего в асфальтобетоне) х2; 0 основной уровень 5,5 %
Лх2 интервал варьирования 1,0 %
х2 max верхний уровень 9,5 %
х2 min нижний уровень 1,5 %
В качестве функций отклика были выбраны:
У1
прочность на сжатие при 20 °C R20, МПа
У2
коэффициент
водостойкости
Кв
У3
коэффициент длительной водостойкости
Кв дл
Полученные при реализации плана экспериментальные данные приведены в табл. 2.
Таблица 2
Экспериментальные данные для добавки СМО
Значение величин Независимые переменные Функции отклика
Х1 Х2 y1(R2g) У2(Кв) у3(Кв.дл)
max 11,0 9,5 3,3 0,82 0,79
min 1,0 1,5 0,05 0,1 0,08
0 6,0 5,5 4,1 1,2 0,96
Промежуточные значения 1,0 9,5 0,22 0,86 0,62
3,0 3,5 0,1 0,27 0,1
7,0 9,5 3,6 0,66 0,48
6,0 6,5 4,3 0,93 0,81
6,0 7,5 4,2 0,91 0,80
6,0 8,5 4,0 0,89 0,79
5,0 6,5 4,3 0,89 0,79
5,0 7,5 4,3 0,87 0,74
5,0 8,5 3,8 0,87 0,76
8,0 1,5 0,05 0,2 0,1
8,0 9,5 2,7 0,59 0,25
9,0 2,5 0,08 0,2 0,1
9,0 4,5 1,1 0,48 0,25
10,0 6,5 3,9 0,52 0,3
Расчет проводился для асфальтобетонных мелкозернистых смесей типа Б, 2-й марки, предназначенных для верхних слоев дорожных одежд II дорожно-климатической зоны, поэтому нормы для функций отклика по ГОСТ 9198-2009 были:
^20, МПа Кв Кв.дл
не < 2,2
не < 0,85
не < 0,75
После математической обработки результатов эксперимента, проверки их на однородность по критерию Стьюдента и на воспроизводимость по критерию Кохрена были получены уравнения регрессии, адекватные по критерию Фишера:
y1 = 3,896 + 0,094-х1 + 0,019- х12 + 0,92-х2 - 1,08- х2- 0,347-х1-х2; у2 = 0,887 - 0,014-Xi - 0,083- х2 + 0,18-х2 - 0,27- х2 - 0,077-Xi'X2; y3 = 0,784 + 0,001-х1 - 0,096- х12 + 0,2-х2 - 0,3- х 2 - 0,127-х1-х2.
Анализ уравнений проводился методом сечений с использованием математического пакета MathCAD на основе построения графиков изолиний свойств асфальтобетонных смесей с добавкой СМО.
Как было установлено, оптимальной является область значений свойств асфальтобетонных смесей для верхних слоев покрытия, соответствующая нормам ГОСТ 9198-97 и условию Дхь х2)^20; Кв; Квдл^ max, реализуемая при значении независимых переменных для добавки: х! = 4,0-6,0 % масс., х2 = 7,5 %масс.
Наиболее оптимальными составами, по данным экспериментальных исследований, следует считать композиционное вяжущее, содержащее СМО в количестве 4-6 %. Это находится в соответствии с расчётными значениями. Введение более 8 % скорлупы маньчжурских орехов в битум значительно понижает его пенетрацию, переводя битум в другую, более вязкую марку, вяжущие же становятся малопластичными. Добавление больших количеств СМО приводит, по-видимому, к структурированию битума. Следует отметить неоднозначное отношение к показателю растяжимости битума, характеризующему пластические свойства вяжущего. В последнее время в среде уче-ных-дорожников наибольшей критике подвергся не только метод определения растяжимости при 0 и при 25 °С, но и сам показатель [10-13]. Показатель растяжимости не включен [11] в перечень требований общеевропейского стандарта на дорожные битумы EN 12591 «Bitumen and bituminous binders Specifications for paving grade bitumens». Существует мнение [12, 13], что необходимо существенно снизить требование к растяжимости при 25 °С для дорожных битумов марок БНД 90/130 - БНД 90/60, а нормирование растяжимости при 0 °С для дорожных битумов считать излишним [11]. По нашему мнению, показатель растяжимости при 0 и 25 °С является основным для модифицированных вяжущих. Он позволяет сразу определить верхний предел в содержании добавляемого модификатора.
Установлено, что при использовании мелких фракций размолотой СМО возможно введение в битум большего количества добавки. При этом свойства битума остаются в пределах изучаемой марки. Использование крупнозернистой СМО для модификации битума приводит к более резкому изменению его свойств. По ряду свойств модифицированный битум переходит в более вязкую марку битума. Причина резкого влияния крупнозернистой скорлупы маньчжурских орехов на физико-механические свойства битума (особенно на глубину проникания иглы при 25 °С) заключается в следующем. В толще битума при перемешивании происходит насыщение вяжущего модификатором за счет перехода мелкодисперсной коллоидной части СМО в массу материала.
Однако при использовании крупных фракций СМО часть материала при перемешивании в условиях выполнения анализа в своей массе не пропитывается битумом, а при значительном содержании крупнозернистой СМО этот процесс проявляется в большей степени. В битуме присутствуют частицы СМО, ядро которых не смочено битумом. При физико-механических испытаниях такие частицы приводят к резкому снижению свойств битума. Рабочая часть прибора контактирует с добавкой, что влияет на показания. Впоследствии при формировании и уплотнении асфальтобетонной смеси на дороге или при прессовании образца вся добавка СМО (и мелкие, и крупные частицы) оказывается пропитанной битумом.
В реальных условиях в асфальтобетонной смеси среда повсеместно является микро- и макрогетерогенной. Подтверждением вышеописанного является следующий факт: асфальтобетонные смеси, полученные с использованием модифицированного вяжущего, содержащего скорлупу маньчжурских орехов с размером частиц 750-1500 мкм в количестве 3,5-5,0 %, полностью соответствовали ГОСТ 9128-2009. Их можно использовать в верхних слоях дорожного покрытия. При большем содержании СМО (6-12 % масс.) материал (средне- и высоконаполненные композиты) необходимо использовать для нижних слоев покрытия или в качестве черного щебня. Следует отметить, что вяжущее с добавкой СМО менее подвержено процессам старения. Данные, приведенные в табл. 1, показывают, что после прогрева в тонком слое (4 мм) при 163 °С в течение 5 часов происходит наименьшее изменение температуры размягчения в композиционном вяжущем с добавкой СМО в количестве 2-6 % масс.
На основе исходного битума БНД90/130, модифицированного скорлупой маньчжурских орехов, были приготовлены асфальтобетонные смеси, состав которых приведён в табл. 3.
Таблица 3
Состав мелкозернистых асфальтобетонных смесей типа Б,
2-й марки для II дорожно-климатической зоны
Наименование компонента асфальтобетонной смеси Содержание компонента, % масс.
Щебень карьера «Мазульский» фракции 20-5 мм 36
Песок дробленный фракции 5-0 мм 60
*Минеральный порошок (доломитовый) 4
Композиционное вяжущее (битум + СМО) 7,5 (сверх 100)
*Часть добавляемой в композиционное вяжущее СМО выполняет функцию минерального порошка.
Результаты испытаний образцов асфальтобетона (характеристика вяжущего по табл. 2) приведены в табл. 4. Как видно из приведенных в табл. 4 данных, модификация битума размолотой СМО в количестве от 1 до 8 % масс. приводит к улучшению основных характеристик асфальтобетона - прочности на сжатие при 20 и 50 °С (показатель, косвенно свидетельствующий о тепловой устойчивости асфальтобетона), коэффициентов водостойкости и длительной водостойкости. Наилучшие показатели прочности на сжатие при 20 и 50 °С,
коэффициентов краткосрочной (1 сут) и длительной (14 сут) водостойкости имеют образцы асфальтобетонных смесей, приготовленные на композиционном вяжущем с добавками СМО в количестве 4-6 % масс. (образцы № 3-5).
Несмотря на то, что мелкие фракции СМО (размером 0,1-1,5 мм) для получения угля-сырца в настоящее время не используются и сжигаются или вывозятся в отвал, при решении вопроса о применении СМО в дорожном строительстве поставщиками СМО будет определена соответствующая стоимость добавки, которая, несомненно, будет значительно ниже стоимости минерального порошка (в настоящее время 2200-2750 руб./т). Это предопределяет экономическую эффективность предлагаемого решения.
Таблица 4
Физико-механические показатели свойств асфальтобетонных смесей на основе битума, модифицированного СМО
Номер образца по табл. 2 Средняя плотность, г/см3 « а <и ю о 0х <и « К & 3 о Л К О 4 о т Набухание, % объемн. Предел прочности при сжатии сухих образцов, МПа Коэффициенты водостойкости
Я20 °С Я50 °С О ° О Кв Кв.дл
1* 2,40 1,69 0,39 3,20 1,15 7,00 0,89 0,77
2** 2,41 1,70 0,38 3,25 1,25 7,10 0,95 0,84
* * СП 2,42 1,67 0,36 3,80 1,50 6,80 1,03 0,8 5
4** 2,44 1,65 0,35 3,90 1,80 6.60 1,05 0,86
5** 2,44 1,66 0,36 3,98 1,80 6,90 1,10 0,88
6** 2,41 1,70 0,38 3,65 1,78 7,00 1,02 0,83
7** 2,35 1,82 0,39 33,15 1,85 7,10 0,85 0,74
*Смесь на чистом битуме с известняковым минеральным порошком; ** смесь на композиционном вяжущем без известнякового минерального порошка.
К особенностям технологии производства асфальтобетонных смесей, содержащих в составе органический компонент (СМО), относится то, что воздушно-сухой, тонко размолотый порошок СМО (именно в таком виде поставляется СМО) вводят в битум до подачи его в смеситель. Эта операция требует установления обогреваемой промежуточной емкости, снабженной перемешивающим устройством.
Выводы
Экспериментальные результаты дают основания считать, что СМО, образующаяся при переработке маньчжурских орехов на пищевые и технические продукты, может быть применена для получения асфальтобетонных смесей, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 9128-2009. Положительный эффект применения СМО достигается за счет того, что при добавлении природного по-
лимера, содержащего лигниновые фенилпропановые звенья невысокой степени конденсации, происходит взаимодействие с функциональными группами смол и асфальтенов битума, а также с ионами щёлочноземельных металлов основных пород щебня. По-видимому, взаимодействие осуществляется в основном за счёт водородных связей и вандерваальсовых сил. При этом создается прочная коагуляционная структура битумопесчаной композиции, обладающая достаточными прочностными и пластическими свойствами. Эффект обусловлен также родством природы компонентов, имеющей органическое происхождение. СМО дополнительно вносит в состав вяжущего ароматические углеводороды в виде различных производных: альдегидов, кислот, эфиров и одно- и (или) многоатомных фенолов.
Библиографический список
1. Гунн, Р.Б. Нефтяные битумы / Р.Б. Гунн. - М. : Химия, 1973. - 432 с.
2. Bellin, P. Die Ergebnisse der Programm (SHRP) / P. Bellin// Bitumen. - 2002, B.64. - № 4. -S. 140-144.
3. Руденская, И.М. Органические вяжущие для дорожного строительства / И.М. Руденская,
A.В. Руденский. - М. : Транспорт, 1984. - 203 с.
4. Химия нефти и газа : учеб. пособие для вузов / под ред. В.А. Проскурякова и А.Е. Драб-кина. - Л. : Химия, 1981. - 359 с.
5. Киселев, В.П. Возможности использования скорлупы кедрового ореха в качестве модификатора нефтяного битума / В.П. Киселев, Ю.Н. Кукса, А.А. Ефремов // Химия растительного сырья. - 2001. - № 3. - С. 59-63.
6. Киселев, В.П. Отходы лесохимии в качестве модифицирующих добавок в дорожные покрытия / В.П. Киселев, Э.В. Бугаенко, К.Б. Толстихин, А.А. Ефремов // Ресурсы регионов России. - 2001. - № 5. - С. 38 - 41.
7. Закис, Г.Ф. Функциональный анализ лигнинов и их производных / Г.Ф. Закис. - Рига : Зинатне, 1987. - 231 с.
8. Шарков, В.И. Количественный химический анализ растительного сырья / В.И. Шар-ков. - М. : Лесная промышленность, 1976.
9. Практические работы по химии древесины и целлюлозы / А.В. Оболенская, В.П. Щеголев, Г.А. Аким [и др.]. - М. : Лесная промышленность, 1965. - 411 с.
10. Влияние добавок, обладающих антиоксидантной активностью, на качество асфальтобетонных смесей / В.П. Киселёв, А.А. Ефремов, Н.В. Кеменев, М.Б. Бугаенко // Известия вузов. Строительство. - 2012. - №. 3. - С 49-55.
11. Золотарёв, В.А. О взаимосвязи реологических свойств битумов и асфальтобетонов /
B.А. Золотарев // Наука и техника в дорожной отрасли. - 2002. - № 4. - С. 3-6.
12. Золотарёв, В.А. Влияние температуры и группового состава на растяжимость битумов / В.А. Золотарев // Наука и техника в дорожной отрасли. - 2000. - № 2. - С. 12-13.
13. Черняков, А.В. Реологическое исследование метода определения растяжимости битумов / А.В. Черняков, О.И. Богомолова // Наука и техника в дорожной отрасли. - 2003. -№ 1. - С. 28-31.
