CC BY
67
УДК 691.16; 625.062
КОЛЬОРОВІ АСФАЛЬТОБЕТОННІ ПОКРИТТЯ НА ПОЛІМЕРГУДРОНОВОМУ В’ЯЖУЧОМУ
В.О. Золотарьов, професор, д.т.н., ХНАДУ, С.Ф. Головенчиць, директор, АТ “Будінвест”, С.В. Оксак, аспірант,
С.В. Єфремов, наук. співроб., ХНАДУ
Анотація: Розкривається можливість отримання кольорових асфальтобетонів на полімергудроновому в ’яжучому. Вказані принципові моменти в технології виробництва кольорових сумішей та влаштування асфальтобетону.
Ключові слова: гудронополімер, кольоровий асфальтобетон, фізико-механічні властивості,пігмент, яскравість
Вступ
Створення кольорових монолітних покриттів на органічних в’яжучих завжди привертало увагу дорожніх дослідників та виробників. Найпотужніший інтерес до цього матеріалу відноситься до 60-их років минулого століття. В ті роки на Заході та в СРСР переважно орієнтувались на епокси-ді та інден-кумаронові смоли [1]. Ця тенденція в СРСР не була реалізована на виробничому рівні з причин високої вартості названих смол. На Заході вони також кінець кінцем були відторгненні головним чином з причин їх низької довговічності, обумовленої в першу чергу їх крихкостю та прискореним старінням [2]. В якості альтернативи цим смолам в СРСР розглядалась багато клейких та відносно прозорих відходів виробництва. Проте жодний відхід не витримав перевірки часом головним чином із-за недовговічності бетонів на їх основі. Найбільш перспективним в цьому сенсі був таловий пек, але цей продукт, що виробляється в Росії, вже багато років є кондиційною сировиною для синтезу багатьох корисних органічних речовин.
Аналіз публікацій
Повернення до ідеї кольорових пластбетонних покриттів мало місце в останні роки минулого століття. Наукові дослідження та виробничі перевірки привели до висновку, що існує декілька шляхів створення довговічних, різних по яскравості офарблення дорожніх бетонів: асфальтобетон (на основі бітуму) з великою кількістю червоного пігменту (темно-червоний колір, швидке старіння, висока вартість); багатощебеневі асфальтобетону з кольоровим щебенем (слабка зафар-бленість, низька довговічність); бетони на спеціальних забарвлюваних “синтетичних” в’яжучих
(висока вартість, фірмова таємниця відносно складу і технології, невизначеність властивостей). Ці емпірічні підходи призвели до сформування загальної концепції якісного кольорового термопластичного бетону. Можна припустити, що ведучою ідеєю цієї концепції є повна ідентичність властивостей кольорового та звичайного асфальтобетону, відносно технології та властивостей. В першу чергу це стосується опору старінню та тріщиностійкості, бо наявність пігментів є головним чинником цих вад кольорового бетону. Найбільш ефективним рішенням проблеми було б застосування в’яжучого, подібного бітумам. Такий шлях можливий за умови видалення з бітуму асфальтенів, що надають бітуму чорне зафарб-лення. Але видалення асфальтенів корінним чином міняє властивості бітуму, бо переводить їх в мальтенову складову, яка хоча і достатньо прозора, але по реологічним властивостім більше тяжіє до малов’ язкої ньютоновської рідини з усім комплексом притаманих їй властивостей. Можна з великою долею вирогідності стверджувати, що саме таким шляхом на Заході виготовляють “синтетичні бітуми”, в які замість асфальтенів вводять структуруючі добавки, що не забарвлюють маль-тенову складову бітуму у чорний колір [2].
В умовах України існує теоретична база для такого технологічного рішення, але практичні та економічні умови для цього ще не склалися. Для часткового рішення проблеми, що розглядається, кафедра технології дорожньо-будівельних матеріалів ХНАДУ створили технологію виготовлення в’ яжучого, складеного із багатосмолистої сировини, пластифікатора та полімеру типу СБС. В такій композиції платсифікатор сприяє зниженню вмісту асфальтенів в сировині, тобто покращує офарблюванність в’ яжучого та полегшує умови розчинення полімеру у матричному в’яжучому.
Полімергудронове в’яжуче має відповідати вимогам ТУ.У В.7-24.1-034507778-198-2002 “Бітуми, модифіковані полімерами.Технічні умови” до модифікованих бітумів БМТЕ 90/130 - 49 та ДСТУ 4044-2001 “Бітуми нафтові дорожні в’язкі. Технічні умови” до бітумів марки БНД 90/130.
Істотною складовою концепції кольорових асфальтобетонів є те, що колір мінеральних складових має наближатись до кольору пігменту. При використанні полімергудронного в’яжучого найбільший кольоровий ефект досягається у випадку червоного та зеленого асфальтобетону. При цьому відчутне значення має яскравість самого пігменту. Для асфальтобетонів під пішохідний рух з метою забезпечення одноманітності зафарблення естетично прийнятної текстури поверхні, комфортності руху доцільно використовувати асфальтобетон з покращеною грунулометрією типу “Г”. Покращення полягає в тому, що серед мінеральних зерен не повинно бути частинок крупністю більше 5 мм. Пісчана мінеральна складова може бути отримана з відсівів подрібнення гірських порід на щебінь. Тонкодісперсна мінеральна складова може бути сумішшю зерен відсіву (менше 0,071 мм), а також звичайного мінерального порошку із світлих карбонатних гірських порід.
Технологія виробництва кольорових асфальтобетонних сумішей принципово не відрізняється від технології виготовлення звичайних сумішей. Її особливості полягають в підготовці (очищенні) обладнання, обов’ язкового дотримання дозування пігментів та в’яжучого, дотриманні темературних режимів, продовженому, порівняно зі звичайним “сухого” та “мокрого” перемішування складових. Останнє є запорукою однорідного розподілу пігменту у суміші, попередження агрегатування пігменту, а відповідно надійного його закріплення в асфальтобетонному шарі.
Головні особливості влаштування покриття із кольорової суміші полягають у дотриманні температурного режиму по всьому технологічному ланцюгу: виготовлення суміші, її транспортування, укладання та ущільнення. Завдяки тиксотропним властивостям гудронополімерного в’яжучого суміші при оптимальній температурі відзначаються доброю ущільнюваністю. Тому, за звичай достатнє ущільнення легкими котками. Природ-ньо, що транспортні засоби й котки мають бути очищені від залишків чорної суміші. Режим ущільнення сумішей, відносно швидкості руху котків, має бути загальмованим та відповідати мінімальним швидкостям, що допустимі при ущільненні звичайних сумішей.
Мета та постановка задачі
Метою роботи була розробка кольорових асфальтобетонів з досить яскравим забарвленням та властивостями притаманними традиційним асфаль-
тобетонам. Розроблені та вивчені в’ яжуче, різноманітні пігменти. Підібраний оптимальний склад асфальтобетону. Розроблена технологія виробництва та укладання кольорового асфальтобетону.
Результати досліджень
Початок вивчення складів властивостей, технології кольорових асфальтобетонів розпочато в ХАДІ на початку 60-их років минулого століття. Проте, перша дослідна ділянка на основі бітумоподібно-го в’яжучого була влаштована у Харкові у 2001 році. Накопичені наукові дані та виробничий досвід створили передумови для широкого виробничого будівництва покриттів у м. Харкові в рік його 350-річчя.
Виробничий досвід дозволив розкрити деякі деталі та тонкощі технологічного процесу використання кольорових сумішей, зберігши проте основоположні принципи розробки. Велике значення для забезпечення якості покриттів мала стабільність технологічного процесу, що здійснювався на АБЗ АТ “Будінвест”. В значній мірі цьому сприяло опанування у 1997 році при науковому супроводженні кафедри ДДБМ ХНАДУ вперше в Україні технології виробництва бітумополімер-них в’яжучих.
Прийняті для влаштування кольорових покриттів в’яжучі мали такі властивості: глибина проникання голки при 25 °С - 130... 140x0,1 мм; температура розм’якшення 87...102 °С; розтяжність при 25 °С - близько 100 см; зчеплення зі склом - при температурі 85 °С більше 75 %. Температура крихкості таких в’ яжучих може не визначатися, бо вона завжди нижче вимог, вказаних у нормативних документах, за двох причин: низької температури крихкості самого гудрону та зниження її за рахунок вмісту термоеластопласту. Мінеральна частина суміші мала такі повні залишки на ситах: 5 мм - 3...5 %; 2,5 мм - 19...23 %; 1,25 мм - 4145%; 0,63 мм - 51...55 %; 0,315 мм - 66...72 %;
0,14 мм - 76...82%; 0,071 - 85...87 %. Вміст в’яжучого становив 6,0...6,5 %.
Попередня оцінка фізико-міханічних властивостей асфальтобетонів з кольорових сумішей виконувалась в лабораторних умовах. При цьому було використано чотири пігмента: два червоних
(українського та китайського виробництва), а також жовтий (китайського виробництва) та зелений (китайського виробництва). Зважаючи на принцип відповідності кольору мінерального матеріалу та пігменту, для червоних пігментів використано відсів гранитів Коростенського родовища, для жовтого пігменту прийнято висівки мур-муровоподібного вапняку Балаклавського кар’єру, а для зеленого пігменту використано відсів мідноплавильного шлаку (м. Нікополь). Вміст в’яжучого в цих випадках становив 6,5 %. У відповідності з отриманими результатами (табл. 1)
Таблиця 1 Фізико-механічні властивості асфальтобетонів типу Г на полімергудроновому в’яжучому та
різнокольорових пігментах
Вид пігменту Середня щільність, кг/м3 Водонасищення, % за об’ємом Міцність на стиск (МПа) при температурах
20 °С 50 °С 0 °С
Червоний (Україна) 2315 3,1 2,70 1,47 6,07
Червоний (Китай) 2327 0,8 2,98 1,64 6,22
Жовтий (Китай) 2111 1,0 3,78 2,33 6,02
Зелений (Китай) 2596 1,3 2,92 1,59 6,13
Таблиця 2 Фізико-механічні властивості червоних асфальтобетонів, укладених на об’єктах м. Харкова
Місце використання Середня щільність, кг/м3 Водонасичення за об’ємом, % Міцність на стиск (МПа) при температурах Коефіцієнт довгострокового водонасичення
20 °С 50 °С 0 °С
ХДАБА 2337 5,7 6,08 2,25 11,4 0,82
Ст.метро “Ботанічний сад” 2341 0,8 4,64 1,83 7,77 0,92
Вул.23 Серпня 2352 0,4 4,97 1,97 7,27 0,94
Палац одруження 2346 0,5 4,54 1,82 8,13 0,96
всі асфальтобетони відповідають вимогам, що висуваються до асфальтобетонів типу Г ДСТУ Б В 2.7-119-2003. Вони добре ущільнюються і мають низьке водонасичення.
Висока середня щільність зеленого асфальтобетону зумовлена великою щільностю мідеплавильного шлаку. Характерною рисою всіх асфальтобетонів є їх низька міцність при 0 °С, що має свідчити про їх тріщиностійкість в зимовий період. Вищі показники якості асфальтобетону з китайським пігментом порівняно з асфальтобетоном, в якому використано український пігмент, пояснюються більшою дисперсності першого, меньшою його агрегуємостю. Крім того, асфальтобетон з китайським пігментом має більш яскраве забарвлення. Жовтий асфальтобетон міцніший за інші. Це пов’язано з кращою взаємодією карбонатного мармуру з в’яжучим, ніж у випадку інших взаємодіючих пар.
В виробничих умовах було використано лише червону суміш з українським пігментом. Всього в покриття найбільш престижних об’ єктів міста її було укладено біля 300 т. Фізико-механічні властивості асфальтобетонів, виготовлених з заводських сумішей, наведено у табл. 2. Асфальтобетони з заводських сумішей по показникам механічних властивостей дещо кращі, ніж їх лабораторні аналоги. Для сумішей укладених біля Державної академії будівництва та архітектури це зумовлено підвищеним (4 %) вмістом пігменту. При цьому вміст мінерального порошку в суміші був дещо меншим передбаченого лабораторією. Це підвищило водонасичення асфальтобетону.
Для інших об’єкті склад було скориговано, що забезпечило високі показники міцності та щільності. Особливістю асфальтобетонів для реальних об’ єктів є їх висока водостійкість. Це має бути позитивним фактором у відношенні водо- та морозостійкості кольорових бетонів. Проте, це припущення може виправдатися тільки у випадку
ефективного ущільнення сумішей у виробничих умовах. Досвід показав, що цього важко досягти з причин: втрати сумішами температури в період між випуском їх із змішувачів та початком ущільнення, а також з причини нестачі котків в виробничих підрозділах.
Висновки
Виходячи з результатів наукових досліджень та виробничої практики розроблено технологію виготовлення кольорових (помірної яскравості) асфальтобетонів. Особливість технології цих асфальтобетонів полягає в використанні пластифікованого полімергудронового в’ яжучого з мінімально можливою для досягнення кінцевої мети його консистенцією.
Запропоновані кольорові асфальтобетони в повній мірі відповідають вимогам нормативно-технічної документації до типових асфальтобетонів. Вартість цих бетонів перевищує вартість традиційних в межах 30-50 %.
Необхідною умовою досягнення високої якості кольорових бетонів є обов’ язкове виконання рекомендацій щодо складу в’яжучого та сумішей, технологічних режимів їх приготування, транспортування та ущільнення.
Література
1. Сюньи Г.К. Цветной асфальтобетон. - М.:
Транспорт, 1964. - 50 с.
2. Модифицированные битумные вяжущие, спе-
циальные битумы и битумы с добавками в дорожном строительстве / Пер.с франц. Под редакцией д.т.н. В.А. Золотарева, д.т.н. В.И. Братчуна. - Харьков: Изд-во ХНАДУ, 2003. - 229 с.
Рецензент: В.К. Жданюк, професор, д.т.н,
ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 2 лютого 2005 р.
