CC BY
24
УДК 625.855
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ЧУВАШСКОЙ РЕСПУБЛИКИ В ПРОИЗВОДСТВЕ АСФАЛЬТОБЕТОНОВ НА ПРИМЕРЕ ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА
USE OF LOCAL MATERIALS OF CHUVASH REPUBLIC IN PRODUCTION OF BITUMINOUS CONCRETES BU EXAMPLE OF MACADAM-MASTIC BITUMINOUS CONCRETE
М. Г. Салихов, С. В. Криворучко, В. Ю. Иливанов M. G. Salikhov, S. V. Krivoruchko, V. Y. Ilivanov
Волжский филиал ГОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)», г. Чебоксары
Аннотация. Определяется возможность применения местных материалов Чувашской Республики в качестве стабилизирующих добавок и минерального порошка для изготовления щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси.
Abstract. Possibility of application of local materials of Chuvash Republic as antihunt additions and minéral powder for making macadam-mastic bituminous concrete mixture is determined.
Ключевые слова: щебеночно-мастичный асфальтобетон, целлюлозное волокно, минеральный порошок.
Keywords: macadam-mastic bituminous concrete, cellulose fibre, mineral powder.
Актуальность исследуемой проблемы. Развитие автодорог чрезвычайно актуально для всех регионов России. Остро стоит проблема необходимости модернизации дорожной инфраструктуры, без которой невозможна реализация национальных проектов на территории Чувашской Республики и близлежащих республик и областей.
Строительство дорог общего пользования в Чувашской Республике повысит качество жизни сельского населения, создаст условия для дальнейшего развития предприятий агропромышленного комплекса, совершенствования и развития сети местных автомобильных дорог, связи сельских населенных пунктов между собой, районными центрами и городами российского значения. В основном это дороги TTT-V технических категорий. Для покрытий автомобильных дорог данных категорий целесообразно применять асфальтобетон типов Б и В [5].
В настоящее время для покрытий требуется более качественный и долговечный материал, способный выдерживать нарастающую с каждым годом нагрузку на ось и интенсивность движения. Наиболее перспективным материалом современного дорожного строительства, позволяющим повысить качество автодорог, является щебеночномастичный асфальтобетон (ЩМА), который обеспечивает высокий коэффициент сцепления с колесом автомобиля, уменьшение водяных брызг и аквапланирования шин, высокое сопротивление постоянной деформации, наивысшую долговечность, низкий уровень шума, снижение расходов на обслуживание.
Целью работы явилось научное обоснование целесообразности использования местных отходов текстильной и макулатурной промышленности Чувашской Республики при производстве щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей взамен зарубежных стабилизирующих добавок.
Решаемые задачи: 1) сравнение физико-механических свойств предварительного состава ЩМА со стабилизирующей добавкой на основе целлюлозного волокна (ЦВ) и ЩМА с У1ЛТ0Р; 2) обзор местных материалов Чувашской Республики, пригодных для дорожного строительства.
Материал и методика исследований. Для снижения стоимости покрытия автомобильных дорог из ЩМА предлагается использование местных материалов Чувашской Республики. В качестве неотъемлемого компонента ЩМА, стабилизирующей добавки, предлагается использовать целлюлозное волокно завода по переработке бумажных отходов, расположенного в г. Канаше.
На территории Чувашской Республики находится карьер минеральных карбонатных пород Яманчуринского месторождения, который находится возле деревни Яманчу-рино Яльчикского района. Минеральный порошок, полученный путем дробления известняка из Яманчуринского карьера, был исследован в лаборатории Волжского филиала ГОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)». Для исследований были взяты неактивированный и активированный минеральные порошки из карбонатных пород, залегающих на территории Чувашии.
Методика исследований предусматривает проведение ряда испытаний в соответствии с ГОСТ [2], [3] с последующим сопоставлением полученных результатов с нормативными требованиями. Однако для всесторонней характеристики исследуемых материалов испытаний по ГОСТ недостаточно, поэтому они дополнены рядом специализированных испытаний с использованием стабилизирующих добавок типа У1ЛТ0Р. Кроме стандартных испытаний ЩМА исследовали на:
- устойчивость смеси к расслаиванию (определяется по показателю стекания вяжущего);
- сдвигоустойчивость (определяется коэффициентом внутреннего трения и сцеплением при сдвиге);
- коррозионную стойкость (оценивается показателями водостойкости и морозостойкости).
Исследуемые характеристики оказывают существенное влияние на долговечность дорожных покрытий из ЩМА.
Результаты исследований и их обсуждение. При анализе структурных характеристик ЩМА и обычного асфальтобетона применение целлюлозного волокна местного производства дает возможность судить о более жесткой каркасной структуре, которая обеспечивает передачу нагрузки с поверхности в нижележащие слои через непосредственно контактирующие друг с другом отдельные крупные частицы каменного материала, благодаря чему слой щебеночно-мастичного асфальтобетона подвергается меньшим деформациям как в поперечном, так и в продольном направлениях.
При анализе технологических характеристик при производстве минерального порошка Яманчуринского месторождения выявлено, что при активизации жировым гудроном и битумом повышается удельная поверхность пленки активатора. Это повышает гид-рофобизирующие свойства минерального порошка.
Для изготовления эффективного дорожного покрытия из ЩМА важным условием является правильное соотношение компонентов смеси: щебня, песка из отсевов дробления, минерального порошка, битума и стабилизирующей добавки. Одним из наиболее активных структурирующих компонентов асфальтобетонов, как известно, является минеральный порошок. При объединении битума с минеральным порошком формируется микроструктура асфальтобетона, отражающая количественное соотношение, расположение и взаимодействие вяжущего и наиболее активной составляющей асфальтобетона -минерального порошка. По сравнению с другими минеральными материалами, входящими в состав асфальтобетона, минеральный порошок имеет значительно большую суммарную поверхность частиц. Благодаря своей развитой поверхности, адсорбирующей большую часть битума, минеральный порошок, как наиболее активная составляющая часть композиции, сообщает асфальтобетону необходимые свойства. От количества, удельной поверхности и свойств минерального порошка в значительной степени зависят свойства асфальтобетона. Поэтому главнейшими особенностями минерального порошка являются его способность к прочному сцеплению с битумом и высокая удельная поверхность [1].
Смеси ЩМА требуют повышенного количества вяжущего для заполнения межка-менного пространства и улучшения деформативных характеристик. В связи с неизбежным стеканием излишков вяжущего в процессе транспортирования смеси и при ее укладке необходимо применять стабилизирующие добавки, которые представляют собой волокна, как правило, целлюлозные, или гранулы на их основе типа У1АТОР, ТОРСЕЬ и др., которые выпускаются зарубежными производителями и имеют довольно высокую стоимость. Допускается применение полимерных или иных волокон с круглым или удлиненным поперечным сечением нитей длиной от 0,1 до 10,0 мм [2]. Пригодность этих волокон и оптимальное их содержание оценивается посредством проведения испытаний.
По результатам лабораторных исследований произведена апробация ЩМАС на экспериментальном участке дороги. Для проведения апробации было взято целлюлозное волокно в виде ваты с повышенной огнестойкостью (рис. 1) в количестве 49 кг.
Рис. 1. Целлюлозное волокно
Состав материала для приготовления ЩМАС был взят аналогично рекомендациям [6]. Приготовление смеси осуществлялось на автоматизированной установке марки «Vibau». Асфальтобетонная смесь выпускалась с температурой 160-165 0C, время приготовления одного замеса в количестве 1,5 т составило 42 с. Дозирование материалов проводилось без нарушения технологии производственного цикла приготовления смеси. Укладка асфальтобетонных смесей производилась асфальтоукладчиком «Vogel» на пневмоходу. Температура смеси при укладке составляла 130-145 0C. Уплотнение смеси, распределенной укладчиком, производилось катками 8,0 и 10,0 т. ЩМА смесь уплотнялась только в статическом режиме при 4-6 проходах катка по одному следу. При укладке одновременно производился визуальный осмотр, который установил стабильность и однородность ЩМА смеси, а также удобоукладываемость и хорошую укатываемость.
Результаты физико-механических свойств образцов (проб) ЩМА представлены в табл. 1.
Таблица 1
Физико-механические свойства щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси
Факти- ческие показа- тели Сред- няя плот- ность а/б, г/см3 Водона-сыщение, % по объему Предел прочности при сжатии, МПа Сдвигоусто йчивость Трещино-стойкость: предел прочности при 00C, МПа Устойчивость к расслаиванию, % по массе
Ro R20 R50 Коэф. внутр. трения, МПа Сцепление при сдвиге, МПа
Треб. ГОСТ не норм. от 0,1 до 4,5 не более 11,0 не менее 2,2 не менее 0,65 не менее 0,93 не менее 0,18 не менее 2,5 не более 6,0 не более 0,20
ЩМА с ЦВ 2,34 2,47 8,3 3,15 0,83 0,93 0,20 3,6 0,10
ЩМА с VIATOP 2,36 2,30 8,6 2,50 0,97 1,07 0,54 3,8 0,11
По физико-механическим показателям ЩМА со стабилизирующими добавками из целлюлозного волокна и У1ЛТОР отвечают требованиям ГОСТ [2].
Минеральный порошок получен путем помола известняка Яманчуринского месторождения и соответствует ГОСТ [3]. Зерновой состав: мельче 1,25 мм - 99,72 % по массе, мельче 0,315 мм - 95,2 % по массе, мельче 0,071 мм - 77,0 % по массе; пористость -29,2 %; набухание образцов из смеси порошка с битумом - 1,9 %; содержание активирующего вещества - 0,5 % по массе; средняя плотность 1,9 г/см3; истинная плотность -2,68 г/см3; насыпная плотность - 1,01 г/см3.
Активированный минеральный порошок получен путем помола известняка Яман-чуринского месторождения и обогащен смесью жирового гудрона и битума, соответствует ГОСТ [3]. Зерновой состав: мельче 1,25 мм - 99,72 % по массе, мельче 0,315 мм -99,86 % по массе, мельче 0,071 мм - 81,5 % по массе; пористость - 28,51 %; набухание образцов из смеси порошка с битумом - 1,76 %; влажность 0,63 % по массе; средняя плотность 1,93 г/см3; истинная плотность - 2,7 г/см3; насыпная плотность - 1,01 г/см3. Нефтяной битум применяется для активирования порошка - БДН 60/90. Активирующее вещество - жировой гудрон - принят по ТУ 18 РСФСР 486-77.
Таким образом, мы может констатировать следующее:
1. Прочностные характеристики образцов ЩМА с целлюлозным волокном по показателю прочности при сжатии при 20 оС (3,15 МПа) превосходят образцы ЩМА со стабилизирующей добавкой У1ЛТОР (2,5 МПа), что свидетельствует о развитой каркаснощелевой структуре, которая обеспечивает хороший контакт между крупными частицами каменного материала, чем снижает деформации как в поперечном, так и в продольном направлениях слоев асфальтобетона.
2. Применение активатора порошка повышает сорбционную способность и дает возможность увеличивать срок хранения приготовленного минерального порошка.
Резюме. Применение местных материалов Чувашской Республики в качестве стабилизирующей добавки (целлюлозное волокно) и минерального порошка в производстве асфальтобетонов не только позволяет снизить стоимость асфальтобетонной смеси, но и обеспечивает необходимые показатели надежности и долговечности дорожных покрытий, позволяет добиться на примере ЩМА более высоких прочностных характеристик в сравнении с зарубежными аналогами, используемыми в настоящее время. Поэтому их применение на территории Чувашской Республики более целесообразно.
ЛИТЕРАТУРА
1. Борисенко, О. А. Влияние дисперсности и удельной поверхности минерального порошка на формирование структуры и физико-механических свойств асфальтобетонов / О. А. Борисенко // Сб. науч. тр. -Ставрополь : СевКавГТУ, 2004. - № 1. - С. 184-187.
2. ГОСТ 31015-2002. Смеси асфальтобетонные и асфальтобетоны щебеночно-мастичные. Техн. условия. - Введ. с 1.05.03. - М. : Госстрой России, ГУП ЦПП, 2003. - 21 с.
3. ГОСТ 12801-98. Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний. - Введ. с 1.01.99. - М. : Г осстрой России, ГУП ЦПП, 1998. - 36 с.
4. Задорожный, Д. В. Щебеночно-мастичный асфальтобетон с повышенными эксплуатационными свойствами / Д. В. Задорожный // Изв. Ростов. гос. строит. ун-та. - 2004. - № 8. - 259 с.
5. СНиП 2.05.02-85*. Автомоб. дороги. - Изд. офиц., Введ. 01.01.87. - М. : Госстрой России, ГУП ЦПП, 2004. - 54 с.
6. Методические рекомендации по устройству верхних слоев дорожных покрытий из щебеночномастичного асфальтобетона (ЩМА) / ФГУП «Союздорнии». - М., 2002. - 36 с.
