CC BY
3
УДК 625
Солиев Р.Х.
DcS
Валиева Г.Ф.
ассистент
Наманганский инженерно- строительний институт КОМПОЗИЦИОННЫХ МАСТИК ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ ШВОВ
БЕТОННЫХ И ТРЕЩИН АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ДОРОГ
Аннотация. Результаты исследований впервые разработанных термо-морозостойких композиционных материалов на основе органоминеральных ингредиентов из местного сырья и отходов производств с заранее заданными физико-механическими и технологическими свойствами для заполнения деформационных швов бетонных дорог и трещин асфальтобетонных дорог.
Ключевые слова. Физико-механические свойства, композиционная мастика, деформационный швов, органоминеральные ингредиенти, теплостойкость, работоспособность, долговечность, герметизирующая мастика.
Soliyev R.X.
DcS of Namangan Engineering-Construction Institute
Valiyeva G.F.
Assistant of Namangan Engineering-Construction Institute
Uzbekistan, Namangan city COMPOSITE MASTICS FOR COMPLETE SEWAGE OF
CONCRETE AND CROPS OF ASPHALT-CONCRETE ROADS
Annotation. The results of studies of the first developed thermo-frost-resistant composite materials based on organomineralic ingredients from local raw materials and industrial wastes with pre-determined physical-mechanical and technological properties for filling expansion joints of concrete roads and cracks in asphalt concrete roads.
Keywords. Physical and mechanical properties, composite mastic, expansion joints, organomineral ingredients, heat resistance, working capacity, durability, sealing mastic.
Введение. Большое государственное, стратегическое и экономическое значение имеет техническое состояние транспортной сети.
В вопросе обеспечения сохранности и повышения долговечности бетонных, железобетонных и асфальтобетонных покрытий дорог, мостов и аэродромов в условиях жаркого климата и высокогорья особую роль играет применение для герметизации деформационных швов и текушего ремонт бетонных и трещин асфальтобетонных покрытий тепло-морозостойкими композиционными материалами (мастик). Такие мастики экономичны и удобны в применении, долговечны в эксплуатации, незаменимы для
уплотнения неразъемных соединений, способны уплотнять стыки любой конфигурации и могут эксплуатироваться сразу же после нанесения.[1,4].
В нашей Республике для этой целью применяются в большинстве случаев импортные дорогостоящие герметизирующие мастики. Однако верхний температурный предел работоспособности этих герметикой, как правило, составляет 70-80 °С, что не соответствует климатическим условиям Узбекистана и в целом Центрально Азитского региона.
В связи с этим проблема создания и организации производства импортозамещающих и экспортоориентированных тепло-морозостойких композиционных полимерных материалов с высокими адгезионними, прочностными свойствами на основе местного и вторичного сырья Узбекистана для герметизации швов бетонных, железобетонных, асфальтобетонных покрытий дорог, мостов и аэродромов при сохранении эксплуатационных свойств в интервале температур от -25 до +125°С является весьма актуальной.
Цель исследования. Целью данной работы является разработка импортозамещающих и экспортоориентированных тепло-морозостойких композиционных материалов из местного сырья и индустриальных отходов и технологии их производства для герметизации швов и трещин бетонных и асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог, мостов и аэродромов с высокими физико-механическими свойствами, эксплуатируемых при температуре от-25 до+125°С.
Объект и методы исследований. Объектом исследования являются битумы марок БН-90/10 (БНИ-У), БН-70/30 (БНИ-1У), резиновая крошка, госсиполовая смола, известь гашенная, базальтовый волокнистый наполнитель и активированный мелкодисперсный волластонит и композиции на их основе. [1]. Предметом исследования явились исследование физико- механических и эксплуатационных характеристик разработанных композиционных герметизирующих материалов.
Методиками исследований явились определение температуры размягчения, растяжимости при 25°С, глубины проникания иглы-пенитрации, прочности сцепления с бетоном, водопоглощение и других физико-механических свойств композиционных герметизирующих материалов согласно соответствующих ГОСТов. [2].
Результаты исследований и их обсуждение. Выпускающиеся в настоящее время герметизирующие мастики состоят из битума марок БН -70/30 (БНИ-1У), БН-90/10 (БНИ-У) 88-93%, резиновой порошки - 5 -10%, соевого масла 5-7% и имеют следующие характеристики: температура размягчения по методу КИШ 65-90оС; глубина проникания иглы при 25о С -20 - 40 мм-1; растяжимость при 25оС -3-4 см; температура хрупкости по Фраасу минус 20-30оС; водонасыщение за 24 часа - 0,1-0,2%. [1-2].
Как видно из приведенных данных, показатели качества указанных мастик не могут удовлетворять требованиям, предъявляемым к герметизирующим мастикам, эксплуатируемых в условиях
резкоконтинентального климата Центральной Азии, а именно, высокая температура в летнее время и пониженная - в зимний период времени.
Исследованиями были установлены, что герметизирующие мастики на основе местных битумов и госсиполовой смолы имеют более низкие показатели физико-механических свойств, причиной чего, является высокое содержание парафинов в местных битумах и легколетучих веществ в составе госсиполовой смолы.
В связи с этим возникла необходимость проведения глубоких и всесторонних исследований в направлении создания композиционных герметизирующих материалов на основе местных сырьевых ресурсов и отходов производства, которые полностью отвечали бы по своим эксплуатационным свойствам специфических климатических условий нашей республики и не уступали бы по свойствам зарубежным аналогам.
В связи с этим нами было изучено влияние вида и содержания различных ингредиентов на формирование физико-механических свойств композиционных материалов с целью создания герметизирующих мастик, полностью удовлетворяющих этим требованиям.
Как видно из рисунка 1, температура размягчения мастики по мере увеличения содержания госсиполовой смолы в композиции снижается от 75 до 45оС, показатели пенитрации и растяжимости при 25оС увеличиваются, соответственно, до 25 и 8 мм-1.
Показано, что введение резинового порошка оказывает существенное влияние на формирование свойств герметизирующих мастик. В частности, температура размягчения увеличивается от 50 до 90оС по мере увеличения содержания резинового порошка в рецептуре от 5 до 30% (рис 2).
30 о. О 2 Г , 150 я и
25 - б о 0 - 8130
5 ч
м 2 - м 10 за С
-я 20 и р п 8
и ц 15 - ь т 6 - $9 0
а с
р т и 10 - о м 4 - & 70
н е и ж р е
Е 5 ят с а Р 2 - § 50 е н
0 0 1 0
- 4 3 \ ^^^ ---^^ 9
- -
1т ° —°— --с
1.2
1.0
0.6
0.4
0.2
о «
К К
<и
ч с
и
а
о
Л
н о о К ЕТ
о С
10 15 20 25 30 35 Содержание госсиполовой смолы-С, %
Рис. 1. Зависимость температуры размягчения (1), растяжимости при 25оС (2), пенитрации (3) и прочности сцепления с бетоном (4) композиционной
30
25
20
«
к а а ер н к
К
<и
С
15
10
12
к §10
л $ 8
* 6
н £ 4 Рч
0 5 10 15 20 25 30 v Содержание резинового порошка-С, %
Рис. 2. Зависимость температуры размягчения (1), растяжимости при 25оС (2), пенитрации (3) и прочности сцепления с бетоном (4)
5
Наблюдаемую закономерность зависимости мастики от количества резинового порошка в рецептуре можно объяснит тем, что в процессе варки определенная часть эластомера набухает в битуме и госсиполовой смоле и превращается в клееподобное вещество, что способствует повышению вязкости всей системы. Не растворившаяся часть резиновой порошка играет роль эластичного наполнителя и способствует повышению морозостойкости мастики. С целью повышения температуры размягчения мастики при одновременном повышении ее прочности сцепления с бетоном необходимо было ввести в состав рецептуры неорганические ингредиенты: известь, базальтовое волокна и природные пески.
С целью усиления прочностных показателей битумной композиции в рецептуру вводили базальтовое волокно как армирующий наполнитель. ИК-спектроскопическим исследованием битумного вяжущего, содержащего базальтовое волокно, зафиксировано появление двух полос поглощения вместо одной при частотах 1030 см-1 и 1011 см-1, связанные с физическим взаимодействием поверхностных гидратированных полярных групп базальтового волокна и компонентов битума.
Отмечено, что существенное изменение показателя температуры размягчения мастики наблюдается при введение в рецептуру гашеной извести в количестве 3-4% в композицию, где температура размягчения достигает 1100С. Показатель растяжимости при 25оС так же увеличивается до 10 и более см. Очевидно, это объясняется тем, что при взаимодействии гашеной извести с госсиполовой смолой происходят межмолекулярные реакции, приводящие к увеличению их средней молекулярной массы. В последствии возрастает общая вязкость композиции, которая приводит к увеличению как растяжимости и температуры размягчения, так и прочности сцепления с бетоном. Показано, что введение 2 - 4% тонкоизмельченного базальтового волокна в состав мастик повышат их прочностные показатели.
Далее нами было изучено влияние механоактивированного наполнителя (природных песков) на комплекс свойств герметизирующей мастики. Показано, что с увеличением количества механоактивированного наполнителя от 1 до 6% температура размягчения увеличивается от 95 до 125оС. Прочность сцепления с бетоном возрастает от 0,5 до 1,1 МПа.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что при использовании механоактивированных минеральных наполнителей, обладающие развитой удельной поверхности и адсорбционных свойств увеличиватся межфазные взаимодействия с госсиполовой смолой, приводящих к улучшению комплекс свойств герметизирующих мастик. В пользу высказанного предположения свидетельствует улучшение
показателей физико-механических свойств разработанных мастик по сравнению с существующими аналогами. Все это открывает широкие перспективы использования разработанных мастик для герметизации швов и трещин асфальтобетонных дорог, мостов и аэродромов, способны эксплуатироваться в условиях Центральной Азии.
На основании проведенных комплексных исследований влияния технологических факторов процессов варки и различных ингредиентов на свойства мастик разработан ряд рецептур, позволяющие получать герметизирующие композиционные материалы с заранее заданными технологическими и физико-механическими свойствами пригодны для герметизации деформационных швов и трещин асфальтобетонных покрытий дорог, мостов и аэродромов. Свойства разработанных герметизирующих композиционных материалов для асфальтобетонных покрытий приведены в табл.1.
Таблица 1
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДОРАБОТАННЫХ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ _КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ_
Наименование показателей Метод определения Значения показателей для марок
МБРГ- МБРГ- 80 90 МБРГ-100 МБРГ-110 МБРГ-120
Внешний вид визуально, отсутствие посторонних включений, однородность посторонние включения отсутствуют, масса однородная
Температура размягчения по КиШ, оС, не менее ГОСТ 26589 80 90 100 115 125
Температура хрупкости по Фраасу, оС, не выше ГОСТ 11507 -18 -20 22 23 25
Растяжимость ГОСТ
при 25 оС, см, 11056 4,0 3,8 3,5 3,0 3,0
не менее
Прочность сцепления с ТУ -РУз 14.04.2004. 0,4 0,45 0,5 0,7 0,9
бетоном, МПа,
не менее
Глубина ГОСТ
проникания иглы, мм-1, 11501 30,0 0,27 25,0 15,0 10,0
при
температуре 25оС (пенитра
ция), не менее
Водопоглоще 0,2
ние за 24 часа, 0,15 0,16 0,17 0,19 0,2
%, не более
Из полученных данных видно, что путем подбора соответствующих компонентов с последующим изменением их соотношений можно создавать композиционные герметизирующие материалы с заранее заданными свойствами. В частности, при содержании битумов 55 мас. ч., госсиполовой смолы 20, резиновой порошки 10-13, тонковолокнистого минерального наполнителя 2-3 и гашеной извести 1-2 мас.ч., получаются герметизирующие композиционные материалы, способные эксплуатироваться в интервалах температур от -25 до +120оС. [5-6].
Заключение
Впервые научно обосновано улучшения физико-механических и эксплуатационных характеристик композиционных материалов для герметизации деформационных швов и трещин асфальтобетонных покрытий дорог путем целенаправленной физико-химической модификации физико-химической модификации органических и механоактивации неорганических ингредиентов на основе местного сырья и техногенных отходов и выяснено определяющая роль полярных функциональных групп ингредиентов при формировании структуры и свойств композиционных материалов указанного назначения. Предложен принципиально новый подход к созданию композиционных материалов, основанного на предварительной физико-механо-химический модификации органических и неорганических ингредиентов, обладающие улучщенными физико-механическими технологическими и свойствами, способных эксплуатироваться в климатических условиях жаркого климата и высокогоря.
На основании проведенных комплексных исследований влияния технологических факторов варки мастики и различных ингредиентов на ее свойства, разработаны ряд рецептур, позволяющие получать композиционные герметизирующие мастики марок МБРГ-80, МБРГ-90, МБРГ-100, МБРГ-110, МБРГ-120 с заранее заданными физико-
механическими технологическими и свойствами, которые способны эксплуатироваться в различных климатических условиях и температурах от -25 до +125 °С.
Использованные источники:
1. Негматов С.С., Собиров Б.Б., Рахмонов Б.Ш., Салимсаков Ю.А. Основаны создания герметизирующих композиционных материалов для дорог, мостов и аэродромов // Ташкент: ГУП «Фан ва тараккиёт», 2012.
2. Негматов С.С., Собиров Б.Б., Абдуллаев А.Х.,Рахмонов Б.Ш., Иноятов К.М., Салимсаков Ю.А. Модифицированные битумные композиции многофункционального назначения // Ташкент: ГУП «Фан ва тараккиёт», 2012.
3. Sobirov A.B., Rahmonov B.Sh., Abdullayev A.X., Inoyatov K.M., Salimsakov Y.A., Mahkamov D.I., Soliyev R.X. Study of composition and technology of highly filled composite polymeric materials for asphalt roads, which can be used in hot climates and increasing their operation life. European polymer congress in 2011. XII congress of the specialized group of polymers., / Congress program, june 26-jule 1, 2011, Granada, Spain.
4. Патент. «Герметизирующая композиционная мастика». № !АР 04849 от 26.12.2014. Негматов С.С., Собиров Б.Б., Рахмонов Б.Ш., Салимсаков Ю.А., Гулямов Г., Абдуллаев А.Х., Солиев Р.Х., Махкамов Д.И., Облакулов Л.Н., Шодиев Х.Р., Ирисметов Х.Э..
5. Патент. «Битумная композиция». № !АР 04848 от 26.12.2014. Негматов С.С., Собиров Б.Б., Абдуллаев А.Х., Гулямов Г., Салимсаков Ю.А., Махкамов Д.И., Солиев Р.Х., Облакулов Л.Н., Шодиев Х.Р., UZ.
