CC BY
20УДК 625.861
Е.П. КУЛИК, инженер (egor-drsu@yandex.ru), Ростовский государственный строительный университет
Холодные асфальтобетонные смеси, приготавливаемые без сушки и нагрева минерального материала
К числу важнейших механических свойств асфальтобетона, характеризующих его как дорожно-строительный материал, относятся: прочность, пластичность, упругость и вязкость. Деформативность асфальтобетона зависит не только от величины напряжения, но и от продолжительности его действия. Однако учет последнего фактора затрудняет решение практических задач. Поэтому для характеристики прочности асфальтобетона для практических целей, как правило, используют предельные напряжения.
В качестве показателей физико-механических свойств асфальтобетонов из холодных смесей ГОСТ 9128—97 предусматривает предел прочности при сжатии образцов до и после прогрева — сухих, водонасыщенных и после длительного водонасыщения. Эти показатели исследованы в процессе разработки смеси асфальтобетона по новой технологии [1].
После таяния снега минеральный материал, хранящийся в штабеле под открытым небом, имел влажность 4,8%. В сухую погоду он приобретал влажность 0,8%. Материал, хранящийся длительное время в помещении, имел влажность 0,22%. В условиях лета через 1 ч после продолжительного дождя материал, хранящийся в штабеле, имел влажность 2,5%, через 36 ч — 1,9%, после 72 ч — 1,4%. Эти данные относятся к конкретному материалу, но надо иметь в виду, что такой материал с похожим зерновым составом является характерным для асфальтобетонных заводов (АБЗ) Юга России.
При приготовлении холодных асфальтобетонов были использованы следующие материалы:
1. Песчано-щебеночная смесь из карбонатных горных пород Жирновского карьера (ОАО «Руда») марки 1000, фракции 0—20 мм, являющаяся отходом дробления этих пород. По прочности, морозостойкости и зерновому составу она отвечает ГОСТ 9128—97 (рис. 1).
2. Битум нефтяной дорожный вязкий марки БНД 60/90 по ГОСТ 22245-90 произведен ОАО «Саратовский НПЗ».
3. В качестве разжижителя вязкого битума с целью получения жидкого битума, соответствующего марке СГ 40/70 по ГОСТ 11955-82, была использована смесь дизельного топлива и керосина, отвечающая требованиям ГОСТ 11955-82.
4. Полимер анионактивный ПАВ Карбоксипав.
При подборе зернового состава асфальтобетонной
смеси применялась предназначенная для этого компьютерная программа «Sostav» [2], разработанная в Центре Интеллектуальных Транспортных Систем РГСУ.
Количество жидкого битума подбирали экспериментально. Для подбора оптимального состава асфальтобетона приготовили четыре смеси с различным содержанием вяжущего с интервалом 0,5% — от 4 до 5,5%. В дальнейшем в целях уточнения была приготовлена пятая смесь, содержащая 4,75% битума.
Результаты испытаний показывают (рис. 1, 2), что оптимальным является содержание разжиженного битума в холодном асфальтобетоне на исследованном минеральном материале и составляет 4,5 мас. %. При этом содержании битума прочностные свойства холодного асфальтобетона, приготовленного без нагрева и сушки минеральных материалов, в основном близки к прочностным свойствам, требуемым стандартом для холодного асфальтобетона, приготавливаемого в горячем виде [3, 4].
По результатам работ, проведенных в СОЮЗДОРНИИ [5, 6], был предложен принцип установления оптимального количества битума в холодном асфальтобетоне. Он заключается в том, что количество битума, соответствующее максимальной прочности образцов при сжатии, уменьшают на 20% для сохранения рыхлости холодного асфальтобетона и противодействия его слеживанию при хранении. Поскольку исследуемая асфальтобетонная смесь в отличие от стандартной приготавливается в холодном виде, этот принцип можно не учитывать.
Исследование влияния влажности минерального материала на физико-механические свойства приготовленного на его основе асфальтобетона проведено по
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
40
0,071
4,75
Содержание битума, %
Рис. 1. Установление оптимального зернового состава холодной асфальтобетонной смеси марки II типа Бх: 1 - верхняя граница; 2 - нижняя граница; 3 - асфальтобетонная смесь оптимального состава
Рис. 2. Влияние содержания битума на прочность при испытании на сжатие образцов до прогрева: 1 - для сухих образцов; 2 - для водонасыщенных образцов; 3 - для образцов после длительного водонасыщения
%
мм
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал ¡Д^ |'3
14 май 2010
4,75
Содержание битума, %
Рис. 3. Влияние содержания битума на прочность при испытании на сжатие образцов после прогрева: 1 - для сухих образцов; 2 - для водо-насыщенных образцов; 3 - для образцов после длительного водонасы-щения
0,2 0,8 1,4
Влажность минерального материала, %
Рис. 4. Влияние влажности минерального материала на прочностные свойства холодного асфальтобетона, содержащего ПАВ Карбоксипав: —^ предел прочности образцов при сжатии при 20оС до прогрева;
----то же после прогрева: 1 - с сухим минеральным материалом;
2 - с водонасыщенным минеральным материалом; 3 - с минеральным материалом после длительного водонасыщения
следующей методике. Из трех проб использованного в исследованиях минерального материала:
— 1-я с наполнителем в воздушно-сухом состоянии, ее влажность составляла 0,2 мас. %;
— 2-я — с увлажненным до 0,8 мас. % наполнителем;
— 3-я — с увлажненным до 1,4 мас. % наполнителем.
Асфальтобетонную смесь готовили на модифицированном разжиженном битуме, содержащем ПАВ Карбоксипав. Количество битума в смесях составило 4,5%. Эксперимент повторили 3 раза. Во всех случаях содержание ПАВ в битуме составляло 1%. Вяжущее нагревали до 60оС и смешивали с ненагретым минеральным наполнителем.
Готовые смеси хранили под полиэтиленовой пленкой в течение 2 сут, после чего из них изготавливали по методике, рекомендованной ГОСТ 12801—98, цилиндрические образцы диаметром и высотой 71,4 мм. Образцы испытывали через сутки после изготовления. Среднеарифметические значения (по 6 образцам) физико-механических показателей по результатам испытания приведены на рис. 4.
Обращает на себя внимание то, что влажность использованного для приготовления асфальтобетонных смесей минерального материала мало влияет на прочностные свойства асфальтобетона. Разница между показателями прочности асфальтобетонов, приготовленных на воздушно-сухом минеральном материале (при влажности 0,2%) и на увлажненном материале (1,4%), только в 3 из 18 определений превышала 20%. В остальных случаях она колебалась в пределах 6,5—18%.
Как правило, показатели прочности исследуемых асфальтобетонов выше требуемых ГОСТ 9128—97 для холодного асфальтобетона марки Бх II. Незначительно меньше лишь показатели, относящиеся к отдельным испытаниям образцов из влажных смесей после водонасыщения.
Однородность исследованных смесей оценена коэффициентом вариации водонасыщения по ГОСТ 12801—98, равным 0,083 при норме по ГОСТ 9128—97 для холодного асфальтобетона не более 0,15.
Экспериментально установлено, что минеральный материал свободно смешивается с жидким битумом, содержащим ПАВ, при влажности ниже 1,4%. При более высокой влажности могут возникнуть технологические сложности, связанные при смешивании с образованием сгустков битума. Исходя из результатов испытаний следует рекомендовать хранить минеральный материал, предназначенный для приготовления холодных смесей, особенно в дождливый период, под навесом или под пленкой. Это избавит технологический процесс приго-
товления асфальтобетонной смеси от необходимости подсушивать материал.
Стоимость состава Карбоксипав невысокая, он обладает положительным дополнительным качеством: в отличие от катионактивных добавок свободен от аминосодер-жащих компонентов, а значит, экологически более чист.
Карбоксипав является устойчивым во времени продуктом. Однако при хранении более 1 года может происходить его перераспределение по удельной массе и даже расслоение. Свойства его при этом не меняются, и перед использованием достаточно произвести перемешивание всей массы продукта.
Относительно термостабильности следует отметить, что свойства Карбоксипав с повышением температуры не меняются. Известно, что до 160—170оС помимо испарения воды с продуктом ничего не происходит. Прозрачные жидкие водные растворы могут помутнеть, но химические и физические свойства не изменяются.
ПАВ Карбоксипав содержит эфиркарбоксилаты общей формулы ЩОС2Н4)пСНСОО№, где Я алкилфенол, а п = 4—12, и оксиэтилированный на 4—12 молей оксида этилена алкилфенол, с целью повышения эмульгирующей и диспергирующей активности дополнительно содержит 1—10 мас. % оксидов аминов общей формулы ЯК(СН3)2^0, где Я — углеводородный радикал с 8—20 атомами углерода.
Карбоксипав в своей химической структуре имеет как гидрофильную группу — анион карбоксила, так и сильную гидрофобную оксиэтилированную изоалкилароматичес-кую. Причем строение последней идентично строению ряда составляющих компонентов битума, поэтому Карбоксипав имеет сродство к битуму. Это означает, что Карбоксипав имеет хорошие эмульгирующие свойства в отношении битумов, т. е. он может выступать в качестве структурообразователя или стуктурорегулятора в асфальтобетонных смесях, в том числе в присутствии воды.
Предлагается следующий механизм взаимодействия Карбоксипава с битумом и влажным минеральным материалом (основных пород). Молекулы Карбоксипав при смешении с битумом располагаются на его поверхности или вокруг частиц битума, образуя на них в основном мономолекулярные отрицательно заряженные слои. Эти заряженные частички в условиях жидкого, подвижного битума распределяются за счет ван-дер-ваальсовых сил по всей массе битума, создавая таким образом эффект регуляции. При попадании такого битума на влажную поверхность имеет место эффект гидрофобизации, то есть отрицательно заряженные части Карбоксипав замещают воду с поверхности минерала, адсорбируясь на по-
Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
Ы' ® май 2010 15
верхности и физико-химически связывая минерал и битум. Вода при этом образует эмульсию в основной массе битума. Это обусловливает возможность работы с влажным материалом основных пород. Причем должна соблюдаться закономерность: чем более влажный минерал, тем больше расход ПАВ Карбоксипав.
Ключевые слова: холодные смеси асфальтобетона, прочностные характеристики, разжижитель битума, ПАВ Карбоксипав, оптимальный состав, технологические параметры.
Список литературы
1. Кочерга В.Г., Кулик Е.П. Исследование факторов, влияющих на качество холодного асфальтобетона // Материалы международной науч.-практ. конф. Строительство-2008: Ростов-на-Дону: РГСУ, 2008.
2. Кочерга В.Г., Ляпин А.А., Кораблева Т.А., Кучеров В.А Компьютерный подбор состава асфальтобетонной смеси с использованием программы «Sostav»: Тез. докл. I междунар. науч.-практ. конф. Современные проблемы дорожно-транспортного комплекса (Ростов-на-Дону, сентябрь 1998 г.). Ростов-на-Дону, 1998. 20 с.
3. Кулик Е.П. Использование «Вяжущего для ремонта влажного дорожного покрытия» при производстве холодной асфальтобетонной смеси. РГСУ. 2006. 3 с. Деп. в ВИНИТИ РАН 16.08.06. 2006. № 1071.
4. Кулик Е.П. Технология производства «Вяжущего для ремонта влажного дорожного покрытия»: РГСУ. 2006. 5 с. Деп. в ВИНИТИ РАН 16.08.06. 2006. № 1070.
5. Дорожный асфальтобетон. / Под ред. Л.Б. Гезен-цвея. М.: Транспорт, 1976. 33 с.
6. Козлова Е.Н. Холодный асфальтобетон. М.: Авто-трансиздат, 1958. 124 с.
УДК 625.76
С.П. АРЖАНУХИНА, канд. техн. наук,
Саратовский государственный технический университет (СГТУ)
Современное состояние вопросов зимнего содержания автомобильных дорог
Вопросами зимнего содержания автомобильных дорог занимались в Федеральном дорожном агентстве, МАДИ (ГТУ), ОАО «ГИПРОДОРНИИ», ФГУП «РОСДОРНИИ», ОАО «СОЮЗДОРНИИ», ОАО «КАЗДОРНИИ», ОАО «РОСДОРТЕХ», Воронежском государственном архитектурно-строительном университете, СГТУ, ООО «Зиракс» и др. организациях. Известны результаты исследований А.П. Васильева, Б.А. Дмитревского, М.В. Немчинова, П.И. Поспелова, И.Е. Евгеньева, Б.Б. Каримова, Т.В. Самодуровой, В.В. Столярова, Д.М. Хомякова, С.И. Романова, В.В. Чванова, Н.В. Бори-сюка, А.К. Киялбаева, Ю.В. Кузнецова, Б.Б. Анохина, Ю.Н. Розова, А.Т. Глухова и др., а также работы Массачу-сетского технологического института США, Центральной лаборатории дорог и мостов Франции, ученых и специалистов Финляндии, Швеции, Канады и др. стран.
В понятие «зимняя скользкость» включаются такие метеорологические явления, как рыхлый снег, снежный накат, ледяной покров или гололед и др., которые существенно снижают коэффициент сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием и приводят к уменьше-
м4
0 4
1 3
I 2
С
о1 р1
I 0
а
5 -1
о
т -2
-3 -4
-5
№ точки измерения Рис.1. Продольный профиль покрытия под снегом и наледью
нию скорости движения автомобилей, уменьшению пропускной способности дорог, увеличению числа дорожно-транспортных происшествий, человеческих жертв и порче грузов. Опасности подвергаются не только водители автомобилей, но и пешеходы: много людей получают травмы. Чаще других страдают люди пожилого возраста.
Невысокий уровень зимнего содержания автомобильных дорог определяется недостаточно правильным учетом местных климатических условий по характеру и интенсивности образования снежно-ледяных отложений, отсутствием планов зимнего содержания автомобильных дорог, применением в качестве метода борьбы с зимней скользкостью фрикционного способа, требующего большого количества распределителей и материальных ресурсов.
Образование зимней скользкости происходит за счет замерзания переохлажденных капель воды, налипания и кристаллизации мокрого снега, сублимации водяных паров. Часто образуется пленка гололеда толщиной 1—3 мм. Ее плотность варьируется от 0,7 до 0,9 г/см3,
Противогололедные материалы
Химические Комбинированные Фрикционные
Твердые Жидкие Твердые Твердые
1 1
Я 3
о о а. о
иа рр
Рис. 2. Классификация ПГМ: * - ПСС - пескосоляная смесь; ** - ПГС - песчано-гравийная смесь
www.rifsm.ru
научно-технический и производственный журнал
16
май 2010
ы ®
