CC BY
29
DOI: 10.23670/IRJ.2017.55.159 Соломенцев А.Б.1, Мосюра Л.С.2, Анахин Н.Ю.3, Грошев Н.Г.4
1 Доцент, кандидат технических наук, 2аспирант, 3,4Студент, Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АСФАЛЬТОВЯЖУЩЕГО
С АДГЕЗИОННЫМИ ДОБАВКАМИ
Аннотация
Определены физико-механические свойства асфальтовяжущего с адгезионными добавками Амдор-10, Дорос-АП, Honeywell Titan 7686 при расходе битума 11,0%-13,0% от массы минерального порошка и расходе добавок Амдор-10 -1,0%, Дорос-АП и Honeywell Titan 7686 - 1,5% от массы битума. Установлено, что при оптимальном расходе битума улучшаются физико-механические свойства асфальтовяжущего, однородность микроструктуры асфальтобетона, уменьшается водонепроницаемость зоны контакта битумной пленки с минеральным порошком.
Ключевые слова: дорожный битум, асфальтовяжущее, адгезионные добавки, микроструктура асфальтобетона.
Solomentsev A.B.1, Mosyura L.S.2, Anahin N.Yu.3, Groshev N.G.4 1Associate Professor, PhD in Engineering, ^Postgraduate student, 3,4Student, Orel State University STUDY OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF ASPHALT BINDER WITH ADHESIVE
ADDITIVES
Abstract
The paper contains the study of physical and mechanical properties of asphalt binders with adhesive additives, such as Amdor-10, Doros-AP, Honeywell Titan 7686 with the bitumen rate of 11.0% - 13.0% from the weight of mineral powder and the rate of additives Amdor-10-1.0%, Doros-AP and Honeywell Titan 7686 - 1.5% of bitumen weight. It is found that the optimal rate of bitumen improves the physical and mechanical properties of asphalt binder, uniformity of asphalt concrete microstructure, reduces water resistance of the contact zone of the bitumen film with mineral powder.
Keywords: bitumen road, asphalt binders, adhesion additives, the microstructure of asphalt concrete.
Исходя из особенностей компонентов в асфальтобетоне выделены три типа структур (подсистем): микроструктура асфальтобетона как структура асфальтовяжущего вещества, мезоструктура как двухкомпонентная подсистема (песок - асфальтовяжущее вещество), макроструктура как двухкомпонентная подсистема (щебень - асфальтовый раствор)[1].
При объединении битума с минеральным порошком формируется микроструктура асфальтобетона, отражающая количественное соотношение, расположение и взаимодействие вяжущего и наиболее дисперсной и активной составляющей асфальтобетона - минерального порошка. Поверхность минерального порошка составляет большую часть общей поверхности минеральной части асфальтобетонной смеси. Таким образом, на частицы минерального порошка приходиться большая часть поверхностных взаимодействий с битумом. По изменению показателей физико -механических свойств асфальтовяжущего при введении адгезионных добавок в битум можно оценить влияние этих добавок на микроструктуру асфальтобетона [2].
В данной статье приводятся результаты исследований влияния адгезионных добавок Амдор-10, Дорос-АП, Honeywell Titan 7686 на физико-механические свойства асфальтовяжущего.
Для приготовления асфальтовяжущего использовался неактивированный доломитовый минеральный порошок ОАО «Доломит» и битум нефтяной дорожный вязкий БНД 60/90 Московского НПЗ. Свойства адгезионных добавок приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Свойства адгезионных добавок
№ Наиме- Свойства добавок
n / n новние добавок Внеш-ний Темпе- Раство- Плот- Щелоч- Кислот- Темпе- Температу
вид и цвет ратура римость ность ное число, ное число, ратура ра воспла-
при 20°С плавления, °С при 20°С, кг/м3 мг КОН/г мг КОН/г вспы-шки, °С не ниже менения, °С
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2 Амдор-10 вязкая жидкость светло-желтого цвета меньше минус 3 маслораст воримая 950 400-600 не более 15 145 255
3 Дорос-АП вязкая жидкость от желтого до темно-коричневого цвета 10 маслораст воримая не более 20 166 187
4 Honeywe ll Titan 7686 поро-шок средней круп-ности белого цвета 900 от 5 до 50
Результаты оценки сцепления битума с добавками с поверхностью материала кислой породы приведены в таблице 2.
_Таблица 2 - Сцепление дорожного битума с гранитным минеральным материалом_
№ n/n Наименование добавки Показатель сцепления по ГОСТ 11508-74, выдерживает по образцу №, при расходе добавок в % от массы битума
0,3 0,5 0,8 1,0 1,5 2,0
1 2 3 4 5 6 7 8
2 Амдор-10 3 3 2^1 1 2^1 2
3 Дорос-АП 2 2 3^2 3^2 1 2
4 Honeywell Titan 7686 2 2 2^1 2^1 2^1 2^1
В соответствии с классификацией, приведенной в [3], Амдор-10 и Honeywell Titan 7686 относятся к группе высокоэффективных, а Дорос-АП к группе среднеэффективных. Исходя из данных приведенных в таблице 2, расход добавок в битуме был принят следующим: Амдор-10 - 1,0%, Дорос-АП - 1,5%, Honeywell Titan 7686 - 1,5%.
Асфальтовяжущее приготавливали в 10-литровом лабораторном смесителе с подогревом смесительной камеры. Битум нагревался до 150-160°С, в него вводились адгезионные добавки в заданном количестве. Смешивание битума с добавками производилось в лабораторном смесителе для приготовления полимер-битумных вяжущих в течение 3 минут. Минеральный порошок нагревался до температуры 160-170°С и засыпался в смеситель, затем вводился битум с добавками и проводилось смешивание в течение 3 минут для равномерного распределения вяжущего в минеральном порошке. Образцы асфальтовяжущего изготавливались с использованием форм для асфальтобетона d=50,5 мм. Нагрузка на образец составляла 8 тонн, время воздействия нагрузки — 3 минуты. Температура асфальтовяжущего при формовании принималась равной 140°С, так как при температуре формования 140-160°С физико-механические свойства асфальтовяжущего не изменялись. Расход битума в асфальтовяжущем изменяли от 11,0% до 13,0% от массы минеральных материалов для определения оптимального количества битума в асфальтовяжущем. Физико -механические свойства образцов асфальтовяжущего определялись в соответствии с ГОСТ 12801-84 «Смеси асфальтобетонные дорожные и аэродромные, дегтебетонные дорожные, асфальтобетон и дегтебетон. Методы испытаний.»
В таблице 3 и на рисунке 1 приведены показатели физико-механический свойств асфальтовяжущего с адгезионными добавками при различном расходе битума от массы минерального порошка. Как видно, оптимальное количество битума в асфальтовяжущем составило 12,0%-12,5% от массы минерального материала, при этом достигаются максимальные значения средней плотность и прочности.
Таблица 3 - Показатели физико-механический свойств асфальтовяжущего с адгезионными добавками
№ Название и Расход битума в, Показатели физико-механический свойств асфальтовяжущего
n/n расход % от массы Средняя Водонасы- Предел прочности при Водо-
добавки, % от минерального плот- щенние, сжатии МПа, при стой-
массы битума порошка ность W,% по температуре кость
р, г/см3 объему 20°С 20°С водо-насыщенных образцов 50°С Кв
1 Без добавки 11,0 2,26 4,11 8,29 7,76 2,87 0,94
11,5 2,29 1,6 8,13 7,89 2,67 0,97
2 12,0 2,31 0,58 7,67 7,41 2,68 0,97
3 12,5 2,3 0,3 6,55 6,36 1,81 0,97
13,0 2,3 0,14 7,44 7,23 2,34 0,97
4 Амдор-10, 11,0 2,27 2,25 9,51 9,17 3,11 0,96
1,0% 11,5 2,3 0,55 9,03 8,91 2,69 0,99
5 12,0 2,31 0,38 9,8 9,7 3,15 0,99
6 12,5 2,29 0,31 7,88 7,92 1,95 1,01
13,0 2,28 0,09 6,04 6,37 1,9 1,05
7 Дорос-АП, 11,0 2,25 4,42 7,78 7,77 2,16 1,00
1,5% 11,5 2,28 1,5 8,98 9,64 3,16 1,07
8 12,0 2,31 0,52 9,58 9,81 3,06 1,02
9 12,5 2,31 0,35 7,78 8,56 2,5 1,10
13,0 2,29 0,1 6,75 8,02 1,54 1,19
10 Honeywell 11,0 2,28 2,44 9,17 9,05 2,95 0,99
Titan 7686, 11,5 2,3 0,72 8,63 8,58 2,86 0,99
11 1,5% 12,0 2,31 0,52 9,42 9,44 2,77 1,00
12 12,5 2,31 0,17 7,76 7,97 2,85 1,03
13,0 2,3 0,06 7,78 8,05 1,98 1,03
Более детально характер изменений физико-механических свойств можно проследить на рисунке 1, где на графиках показано изменение значений физико-механических свойств при увеличении расхода битума с добавками в асфальтовяжущем.
Рис. 1 - Зависимость физико-механический свойств асфальтовяжущего с адгезионными добавками от расхода битума: а - средняя плотность, б - водонасыщение, в - прочность при 20°С, г - прочность в водонасыщенном
состоянии, д - прочность при 50°С, е - водостойкость
- Бит™ оез з о о авки
■Ьитум-Андор-Ю 1,0%
Би1 vu -Дор о с-АП 1,5% -W- Бит™ -Н onev^-eü Titan 7 6 Е 6 1,5%
Как видно из таблицы 3 и рисунка 1 средняя плотность при оптимальном количестве битума 12% с адгезионными добавками осталась такой же, как и у битума без добавок. Водонасыщение уменьшилась во всех образцах у Амдор-10 с 0,58% до 0,38% на 52%, с Дорос-АП и с Honeywell Titan 7686 от 0,58% до 0,52% на 11,5%. Введение адгезионных добавок увеличивает прочность на сжатие при 20°С у Амдор-10 с 7,67МПа до 9,80 МПа на 26,2%, у Дорос-АП с 7,67МПа до 9,58МПана 24,9%, у Honeywell Titan 7686 с 7,67МПа до 9,42МПа на 22,8% по сравнению с битумом без добавок. Прочность в водонасыщенном состоянии увеличивается с Амдор-10 от 7,41МПа до 9,70МПа на 23,6%, с Дорос-АП от 7,41МПа до 9,81МПа на 24,5%, с Honeywell Titan 7686 от 7,41МПа до 9,44МПа на 21,5%. Прочность на сжатие при 50°С увеличивается у Амдор-10 с 2,68МПа до 3,15МПа на 17,5%, у Дорос-АП с 2,68МПа до 3,06МПа на 14,2%, у Honeywell Titan 7686 с 2,68МПа до 2,77МПа на 3,4%. Коэффициент водостойкости увеличивается при добавлении всех добавок: с применение добавки Амдор-10 с 0,97 до 0,99 на 2,1%, Дорос-АП с 0,97 до 1,02 на 5,1%, Honeywell Titan 7686 с 0,97 до 1,00 на 3,1%.
Введение адгезионных добавок в битум улучшает физико-механические свойства асфальтовяжущего при оптимальном количестве битума. Введение адгезионных добавок изменяет также физико-механические свойства асфальтовяжущего и при неоптимальном расходе битума: при 11,0% увеличивается средняя плотность при введении добавок Амдор-10 и Honeywell Titan 7686 и незначительно уменьшается в асфальтовяжущем с Дорос-АП,
уменьшается водонасыщение при введении добавок Амдор-10, Honeywell Titan 7686 и Дорос-АП, увеличивается водостойкость, повышается прочность на сжатие при 20°С, за исключением асфальтовяжущего с Дорос-АП с расходом битума 11,0% от массы минерального порошка (в этом случае, прочность при 20°С в сухом состоянии образцов асфальтовяжущего уменьшается). При расходе битума в асфальтовяжущем 11, 0% прочность при 50°С увеличивается при введении добавок Амдор-10 и Honeywell Titan 7686 и уменьшается при введении Дорос-АП.
Таким образом, можно сделать вывод, что с введением адгезионных добавок Амдор-10, Дорос-АП, Honeywell Titan 7686 в асфальтобетон будет улучшаться однородность и прочность микроструктурных связей, уменьшаться водопроницаемость зоны контакта битумной пленки с поверхностью минеральным порошком.
Список литературы / References
1. Дорожный теплый асфальтобетон/Королев И.В., Агеева Е.Н., Головко В.А., Фоменко Г.Р. - Киев: Вища школа, 1984. - 200 с.
2. Соломенцев А.Б., Свойства асфальтобетона с азотсодержащими адгезионные ПАВ [Текст] /А.Б. Соломенцев // Наука и техника в дорожной отрасли, 2001. - №2. - С.6-7.
3. Соломенцев А.Б. Адгезионные добавки для дорожных битумов и асфальтобетонов и оценка их эффективности [Текст]/А.Б. Соломенцев// Строительство и реконструкция, 2013.-№1. - С. 81-85.
Список литературы на английском языке / References in English
1. Dorozhnyj teplyj asfal'tobeton [Warm asphalt road] /Korolev I.V., Ageeva E.N., Golovko V.A., Fomenko G.R. - Kiev: Vishha shkola, 1984. - 200 p. [in Russian]
2. Solomencev A.B., Svojstva asfal'tobetona s azotsoderzhashhimi adgezionnye PAV [Properties of asphalt adhesive with nitrogen-containing surfactants] [Text] /A.B. Solomentsev // Nauka i tehnika v dorozhnoj otrasli [Science and Technology in the road sector], 2001. - №2. - P.6-7. [in Russian]
3. Solomentsev A.B., Adgezionnye dobavki dlja dorozhnyh bitumov i asfal'tobetonov i ocenka ih jeffektivnosti [Adhesive additives for road bitumen and asphalt, and assess their effectiveness] [Text] /A.B. Solomentsev // Stroitel'stvo i rekonstrukcija [Construction and reconstruction], 2013.-№1. - P. 81-85. [in Russian]
DOI: 10.23670/IRJ.2017.55.110 Соломенцев А.Б.1, Ревякин С.Л.2, Баранов И.А.3, Бобков А.С.4, Савкин Г.А.5
1Доцент, кандидат технических наук,
2Аспирант, 3Старший преподаватель, кандидат технических наук, 4,5Студент, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ СТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ДОБАВОК ДЛЯ ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНЫХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ ПО БИТУМОЕМКОСТИ В АСФАЛЬТОВЯЖУЩЕМ
Аннотация
Произведена оценка эффективности полимерных стабилизирующих добавок Viatop 66, КМА КОЛТЕК, УНИРЕМ-002, РТЭП для щебеночно-мастичного асфальтобетона по битумоемкости в асфальтовяжущем с использованием коэффициента битумоудерживающей способности. Оценена эффективность стабилизирующих добавок по стандартному методу путем определения показателя стекания щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси ЩМАС-15. Установлена сходимость результатов оценки эффективности предложенным и стандартным методами: наиболее эффективной является добавка Viatop 66, эффективной КМА КОЛТЕК, добавки РТЭП и УНИРЕМ-002 стабилизирующими добавками не являются. Рассмотрены механизмы структурообразования в асфальтовяжущем и ЩМАС с добавками.
Ключевые слова: щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь, стабилизирующая добавка, битумоудерживающая способность добавки, показатель стекания, коэффициент битумоудерживающей способности.
Solomentsev A.B.1, Revyakin S.L.2, Baranov I.A.3, Bobkov A.S.4, Savkin G.A.5
Associate Professor, PhD in Engineering, 2Postgraduate student,
3Senior lecturer, PhD in Engineering, 4student, 5student, Orel State University
EVALUATION OF POLYMER STABILIZING ADDITIVES FOR STONE MASTIC BITUMEN-CONCRETE MIXES ON BITUMEN CONTENT IN ASPHALT BINDER
Abstract
The performance of polymer stabilizer additives Viatop 66, CMA Koltek, UNIREM-002, RTEP is estimated for stone mastic asphalt on bitumen content in asphalt binder using bitumen holding capacity index. The effectiveness of stabilizing additives is estimated according to standard method by defining the runoff coefficient of stone mastic asphalt mix - SCHMAS-15. The reproducibility of the evaluation results and the effectiveness of the proposed standard methods are defined in the study: the most effective additive is Viatop 66, KMA Koltek is quite effective too, RTEP and UNIREM 002 additives are not effective. The mechanisms of structure formation in asphalt binder and SCHMAS with additives are described in the paper.
Keywords: Stone mastic bitumen concrete mix, stabilizing additive, bitumen content capacity of additive, runoff coefficient, bitumen holding capacity.
Особенностью щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА) является большое содержание щебня (от 60 до 80 %), что существенно увеличивает объем пустот между зернами щебеночного каркаса. Этот объем пустот заполняется песком из отсевов дробления и минеральным порошком, а полученная пористость минеральной части является нормируемой величиной. Песок из отсевов дробления, минеральный порошок и вяжущее образуют
