CC BY
55
УДК 625.7/8
ДОСЛІДЖЕННЯ МІЦНОСТІ ЗЧЕПЛЕННЯ ШАРІВ ДОРОЖНІХ ОДЯГІВ, ВЛАШТОВАНИХ СПОСОБОМ ХОЛОДНОЇ
РЕГЕНЕРАЦІЇ
В.К. Жданюк, професор, д.т.н.,
О.В. Г оворуха, аспірант, ХНАДУ
Анотація. Досліджено вплив концентрації та виду в ’яжучого на міцність зчеплення шарів, влаштованих способом холодної регенерації, з асфальтобетонними шарами.
Ключові слова: зчеплення шарів, холодна регенерація, асфальтобетонна суміш, бітум, бітумна емульсія, межа міцності на зсув.
Вступ
Для захисту шарів дорожніх одягів, влаштованих способом холодної регенерації, застосовують, головним чином, гарячі асфальтобетонні суміші або поверхневу обробку.
Недостатня міцність зчеплення між шарами дорожнього одягу може привести до передчасного руйнування всієї конструкції.
Аналіз публікацій
Незадовільне міжшарове зчеплення є однією з основних причин руйнування багатошарових покриттів [1—4]. Відсутність зчеплення між шарами веде до збільшення напружень в конструкції від зовнішнього навантаження на 10 - 15 % в порівнянні з конструкціями, у яких забезпечене міжшарове зчеплення, а також приводить до зменшення терміну служби конструкції на 30 % [5].
Міцне міжшарове зчеплення досягається при хорошому розтіканні і змочуванні адгезивом поверхні. В результаті утворюється контакт між молекулами адгезиву і молекулами твердої поверхні і саме ці зв’язки в значній мірі визначають міцність міжшарового зчеплення [23].
Розтікання адгезиву по поверхні залежить від багатьох факторів, серед яких його в’язкість і поверхневий натяг [6].
Величина змочування в основному визначається молекулярно-поверхневими властивостями адгезиву. Чим менша величина поверхневого натягу в’яжучого на межі з повітрям і, відповідно, менше значення кута змочування поверхні, тим сильніше повинна проявлятися адгезійна
активність в’яжучого відносно мінеральної поверхні [7].
У разі підґрунтовки поверхні покриття, що ремонтується, доцільно застосовувати в’яжучі, які в момент нанесення на покриття характеризуються низькою в’язкістю, а в процесі формування контакту між шарами забезпечують високу адгезійну та когезійну міцність.
Мета і постановка задачі
Попередніми дослідженнями [8-11] встановлена доцільність одночасного використання цементу та бітумної емульсії при реалізації технології холодної регенерації шарів асфальтобетонних покриттів. Матеріал, що утворюються в процесі регенерації асфальтобетонних покриттів із застосуванням комбінованого в’яжучого, характеризується наявністю двох видів структурних зв’язків - коагуляційних і кристалізаційних. Одночасна наявність жорстких і еластичних зв’язків надає такому матеріалу у шарах дорожнього одягу деякі специфічні властивості. На відміну від звичайного асфальтобетону цьому матеріалу характерна менша температурна чутливість показників міцності та підвищена міцність при стиску і зсувостійкість при високих експлуатаційних температурах. Виконаними дослідженнями [7, 11] встановлено, що вид в’яжучого та його витрата для влаштування підґрунтовки впливають на величину міжшарового зчеплення однорідних за структурою матеріалів. Особливості формування міцного міжшарового зчеплення між матеріалами, що суттєво відрізняються за структурою та властивостями, на сьогодні залишаються недостатньо вивченими.
Метою цього дослідження є оцінка впливу виду в’яжучого та його концентрації на міцність
зчеплення регенерованих шарів дорожніх одягів з шарами із гарячих асфальтобетонних сумішей, які виконують функцію захисних шарів.
Результати експериментальних досліджень
Для виконання експериментальних досліджень виготовлялись зразки діаметром 71,4 мм із холодних сумішей фрезерованого асфальтобетону з мінеральним (цемент) та комплексним (цемент та бітумна емульсія) в’яжучими за традиційною технологією [8-10]. Після 28 діб набору міцності на поверхню зразків наносили шар підґрунтовки та наформовували шар із гарячої асфальтобетонної суміші. Як адгезив використовували бітум марки БНД 90/130 та бітумну емульсію. Концентрація бітуму варіювалась від 0 до 0,6 кг/м2. Для бітумної емульсії, в перерахунку на бітум, приймались такі ж концентрації. Для порівняльних досліджень була виготовлена серія зразків з нижнім та верхнім шаром із асфальтобетонної суміші з підґрунтовкою швидкорозпадною катіонною бітумною емульсією.
Виготовлені зразки випробовували через добу за допомогою розривної електромеханічної машини (рис. 1). За критерій міжшарового зчеплення приймали показник межі міцності на зсув. Швидкість деформування зразків складала 3 мм/хв.
Прийнята схема випробування на зсув зразків, склеєних різними за походженням в’яжучими, значною мірою відтворює умови експлуатації покриттів автомобільних доріг, особливо на ділянках, де транспортні засоби гальмують і суттєво впливають на в’яжуче, яке знаходиться між шарами.
Результати експериментальних досліджень впливу виду та концентрації в’яжучого на показник міцності міжшарового зчеплення наведені на
рис. 2 та рис. 3.
Витрата емульсії, кг/м2
5%(Ц)
5%(Ц)+4%(Е)
5%(Ц)+2%(Е)
Асфальтобетон
Рис. 2. Залежність міцності міжшарового зчеплення від концентрації катіонної бітумної емульсії
Витрата бітуму, кг/м2
5%(Ц)
5%(Ц)+2%(Е)
5%(Ц)+4%(Е)
Рис. 1. Розривна машина
Рис. 3. Залежність міцності міжшарового зчеплення від концентрації бітуму
При випробовуванні зразків спостерігався когезійний тип відриву. При цьому зразкам притаманна відносно висока міцність міжшарового зчеплення. Аналіз наведених експериментальних даних показує, що концентраційні залежності показника міцності міжшарового зчеплення традиційного асфальтобетону з бетоном із холодних сумішей на основі фрезерованого грануляту проходять через максимум (рис. 2 і 3). При цьому максимальне значення міцності міжшарового зчеплення властиве бетону на основі мінерального в’яжучого і менші значення - бетонам на основі комбінованих в’яжучих (цемент + бітумна емульсія). При збільшенні концентрації катіонної бітумної емульсії у складі комбінованого в’яжучого показник міцності міжшарового зчеплення зменшується, а максимум залежності зміщується в бік меншої концентрації органічного в’яжучого,
використаного для підґрунтовки. Вказана закономірність характерна як для бітуму, так і для бітумної емульсії, застосованих для підґрунтовки. Найбільші значення показника міцності міжшарового зчеплення спостерігаються при витратах нафтового дорожнього бітуму від 0,2 до 0,4 кг/м2 та катіонної бітумної емульсії від
0.35 до 0,7 кг/м2 (0,2-0,4 кг/м2 в перерахунку на бітум). Міцність зчеплення зразків, склеєних за допомогою бітумної емульсії, в середньому на 12 % більше, ніж на бітумі, що можна пояснити кращим її розтіканням по поверхні та утворенням однорідної суцільної плівки.
Висновки
Шари дорожніх одягів, що влаштовуються способом холодної регенерації, традиційно потребують влаштування захисних шарів. Рівень якості влаштування захисних шарів та довговічності всієї конструкції дорожнього одягу визначається насамперед міцністю зчеплення шарів. Експериментальними дослідженнями встановлені оптимальні концентрації нафтового бітуму та катіонної бітумної емульсії, як в’яжучих для підґрунтовки поверхні шарів дорожніх одягів, влаштованих із холодних регенерованих сумішей, перед їх перекриттям дрібнозернистими гарячими асфальтобетонними сумішами.
Література
1. Михович С.И., Стороженко М.С., Прусенко Е.Д
Повышение качества текущего ремонта ас-
фальтобетонных покрытий // Автомоб. дороги. - 1985. - № 9. - С. 9 - 10.
2. Басин В.Г. Адгезионная прочность. - М.: Хи-
мия, 1991. - 280 с.
3. Дерягин В.В., Чураев Н.В. Смачивающие
пленки. - М.: Наука, 1984. - 160 с.
4. Прусенко Е.Д. Совершенствование технологии
текущего ремонта асфальтобетонных покрытий. Автореферат дис... к.т.н. - Харьков, 1985. - 20 с.
5. Захаров В.А., Калерт А.А. Сдвигоустойчивость
и деформативность черных дорожных покрытий // Автомобильные дороги.- 1967. -№ 7. - С. 24-26.
6. Зимон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. - М.:
Химия, 1977. - 352 с.
7. Кияшко И.В. Улучшение междуслойного сцеп-
ления при ремонте асфальтобетонных покрытий. Дис... канд. техн. наук: 05. 22. 11. -Харьков, 1997. - 267 с.
8. Zhdanyuk V., Govorukha A., Gnativ N., Ivanitsa J.
Execution pavement layers using milled asphalt concrete // Transcom 2003 5-th European Conference in Transport and Telecommunications, Section 7. - 2003.- P. 37-40.
9. Жданюк В.К., Говоруха О.В., Гнатів М.Я.,
Іваниця Ю.П. Перспективи використання холодних органогідравлічних сумішей на основі фрезерованого дрібняку // Автошляховик України. - 2004. - № 2. - С. 37-38.
10. Жданюк В.К., Володько В.П., Даценко В.М.,
Даценко О.В., Говоруха О.В., Думанский А.М. Холодні бітумомінеральні суміші для будівництва конструктивних шарів дорожніх одягів // Автошляховик України. - 2005. - № 5. -
С. 37-39.
11. Жданюк В.К., Шрестха Р.Б., Масюк Ю.А.,
Говоруха О.В. Дослідження впливу виду органічного в’яжучого на міцність зчеплення шарів дорожніх одягів // Материалы VII Международной научнотехнической интернет-конференции
«Применение пластмасс в строительстве и городском хозяйстве». - Харьков: ХНАГХ, 2006. - С. 48 - 49.
Рецензент: В.В. Філіппов, професор, д.т.н., ХНАДУ. Стаття надійшла до редакції 30 червня 2006 р.
