КОМПЛЕКСНО-МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ДОРОЖНЫЕ АСФАЛЬТОБЕТОНЫ ПОВЫШЕННОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПРОЕКТЫ

УДК 625.855.3

КОМПЛЕКСНО-МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ДОРОЖНЫЕ АСФАЛЬТОБЕТОНЫ ПОВЫШЕННОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ

В.И. Братчун, В.Л. Беспалов, Д.В. Гуляк, Е.А. Ромасюк, О.А. Пшеничных

ГОУ ВПО ДОННАСА, Макеевка, Донецкая Народная Республика

Аннотация. На основе методологии системного анализа предложенных физико-химических моделей модифицированных асфальтовяжущих веществ и асфальтобетонов с использованием экспериментально-статистического описания разработаны и реализованы новые научно-обоснованные технологические решения получения комплексно-модифицированных горячих и щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей для устройства покрытий нежестких дорожных одежд автомобильных дорог повышенной долговечности, способных противостоять колейности, усталостному разрушению, трещиностойкости и термоокислению, в результате комплексной модификации нефтяного дорожного битума этиленглицидилакрилатом Элвалой АМ с катализатором структурирования надмолекулярных образований

высокомолекулярных веществ - полифосфорной кислотой ПФК-105 и формированием в битуме пространственной полимерной сетки с расчетным количеством узлов и кинетически гибких цепей из макромолекул и надмолекулярных образований с одновременной поверхностной активацией олигомерами минеральных материалов асфальтобетонных смесей. Разработаны технологии, обеспечивающие охрану окружающей среды и низкую энергоемкость процесса производства, укладки и уплотнения комплексно -модифицированных асфальтобетонных смесей с использованием техногенного сырья. Для ПАО «Облдорремстрой разработаны «Рекомендации по производству и применению модифицированных асфальтобетонов повышенной усталостной долговечности». Для Донецкого объединения облавтодор корпорации «Укравтодор» разработаны «Рекомендации по производству асфальтобетонных смесей модифицированных этиленглицидилакрилатом в комбинации с полифосфорной кислотой ПФК-105». На асфальтобетонном заводе Новоазовского райавтодора Донецкого объединения «Облавтодор» приготовлено 350 тонн асфальтополимербетонных смесей, которые

содержат в своем составе битум, модифицированный 2,5 % этиленглицидилакрилата и 0,2 % ПФК-105.

Ключевые слова: функционально-физический анализ, комплексно-модифицированный дорожный асфальтобетон, ресурсосбережение, экспериментально-статистическое

моделирование, деформационно-прочностные свойства,

долговечность.

Введение. Актуальность темы. Расчетный срок службы покрытий асфальтобетонных дорог I-а и I-б технических категорий до капитального ремонта (10 - 12 лет) в Донецкой Народной Республике и в России не выдерживается [1-3]. После пяти лет эксплуатации они нуждаются в капитальном ремонте. Свойства асфальтобетона -композиционного материала с коагуляционным типом контактов -определяются, прежде всего, качеством органического вяжущего, рациональным сочетанием типов макроструктуры, мезоструктуры и микроструктуры минерального остова, порового пространства, а также энергией взаимодействия на поверхности раздела фаз «органическое вяжущее - минеральный материал». Таким образом, необходимо разрабатывать такие способы направленного регулирования структуры и свойств нефтяных дорожных битумов и повышения энергетического взаимодействия на поверхности раздела фаз «органическое вяжущее -минеральный материал», которые бы позволили асфальтобетону, эксплуатируемому в покрытиях нежестких дорожных одежд в климатических условиях и грузонапряженности на автомобильных дорогах Донецкой Народной Республики и в России эффективно противостоять старению, сдвиговым деформациям,

низкотемпературному и усталостному трещинообразованию, и циклическим транспортным нагрузкам. Одним из эффективных полимеров-модификаторов нефтяных дорожных битумов и поверхности минеральных материалов является

этиленглицидилакрилат Элвалой АМ [4]. В связи с возрастающими экологическими и экономическими требованиями к нежестким дорожным одеждам автомобильных дорог актуальной задачей, помимо изыскания новых дорожно-строительных материалов с повышенными расчетными характеристиками, является снижение ресурсоемкости и энергоемкости производства асфальтобетонных смесей и улучшение условий труда при их производстве и строительстве нежестких одежд автомобильных дорог, и, прежде всего, использование техногенного сырья в качестве компонентов асфальтобетонных смесей, а именно шламов станций нейтрализации сталепроволочно-канатных заводов (ШСН) и полимерсодержащих отходов производства эпоксидных смол (ПОЭС) [5].

Целью исследования является теоретическое и экспериментальное обоснование способов получения ресурсоэкономичных и технологичных комплексно -модифицированных горячих и щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей для строительства конструктивных слоев нежестких дорожных одежд повышенной долговечности; установление закономерностей формирования структуры модифицированных органических вяжущих и контактной зоны на поверхности раздела фаз «комплексно-модифицированное органическое вяжущее - поверхностно-активированные минеральные материалы асфальтобетона».

Анализ теоретических и экспериментальных исследований, выполненных учеными Российской Федерации, Германии, Франции, США и др., свидетельствует, что одним из наиболее перспективных способов изменения состава и структуры дисперсионной среды битумов является модификация органического вяжущего олигомерами, а также полимерами: термоэластопласты типа СБС в Европе, ДСТ в Российской Федерации (из общего количества полимеров, используемых для модификации битумов, термоэластопласты составляют 75 %); термопластичные полимеры (винилацетат, винилметилакрилаты, полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол и др. - 15 %) [6-9]. На остальные разновидности полимеров-модификаторов приходится, не более 10 %. Взаимодействие минеральных материалов и органических вяжущих является важнейшим элементом структурообразования в бетонах на органических вяжущих, так как оно, при прочих равных условиях, определяет прочность и деформативность асфальтобетонов при эксплуатационных температурах, способность противостоять изменяющемуся влажностному режиму и старению. Установлено, что с целью повышения энергии взаимодействия на поверхности раздела фаз в композиционных строительных материалах поверхность минеральных материалов подвергают активации, используя для этого следующие способы; термические, физико-химические, гидрофобизация поверхности минеральных материалов органическими вяжущими, ПАВ из раствора или перевода активатора в газовое состояние с последующей конденсацией на поверхности минеральных материалов); механохимические [10-13], интенсивное диспергирование минерального материала в среде ПАВ, олигомеров, органических вяжущих, полимеров. При механохимической активации возникают реакционно-способные новые поверхности минеральных материалов и радикалы-сорбенты, что приводит к созданию на минеральных частицах первичного контактного слоя высокоструктурированного органического вяжущего, изменяющего

свойства, прежде всего, минерального порошка и получаемых с его использованием асфальтобетонов повышенной долговечности. Электрофизические [14] (контактная электризация,

трибоэлектризация, электризация при разбрызгивании).

Изложение результатов исследования. Разработана блок-схема теоретических и экспериментальных исследований (рисунок 1)

На сталепроволочно-канатных заводах в процессе нейтрализации отработанных сернокислотных растворов известковым молоком ежегодно в ДНР, Украине и в Российской Федерации образуются многотонажные отходы как жидкие шламы, так и отходы из под пресс-фильтров (кек), которые вывозятся в отвалы. Для изучения физико-химических свойств шлам обезвоживали при 105°С и измельчали до прохождения сквозь сито №0071.

Установлено, что шлам нейтрализации - гетерогенная полидисперсная система, представленная жидкой (вода) и твёрдой фазой : частицы недожога извести (СаСО3) размером (0,5 - 1,5)-10-2 м, частички гидроксидов железа размером Ы0-6 - Ы0-5 м, кристаллы двуводного гипса. Средний химический состав шлама нейтрализации следующий, % по массе: оксид железа 30±5; оксид кальция 25±5; сульфаты 18±5; хлориды - до 1; потери при прокаливании до 27; рН = 6 - 8; влажность кека 50 - 60 %.

Методом рентгенографического анализа в составе шлама нейтрализации зарегистрированы такие кристаллические фазы : двуводный гипс (7,52; 4,26; 3,03; 2,82; 2,00; 2,08 А); кальцит (3,03; 2,44; 2,32; 2,07; 1,91; 1,85 А); гематит (3,65; 2,65; 2,51; 2,16; 1,92 А); гётит (4,16; 2,65; 2,42; 2,34; 1,70 А); гидросульфоферрит кальция (9,92; 5,44; 3,87; 2,81; 2,49 А).

Двуводный гипс в составе шлама нейтрализации находится в виде тонких игл призматической формы длиной (8 - 10)-10-5 м. Микроскопические исследования показывают, что иглы гипса соприкасаются одной из сторон с гелевидной фазой, представленной железистыми минералами: гётитом (ИБе02), лепидокритом ^еО(ОН)), лимонитом (Бе203-пН20).

Электронные микрофотографии свидетельствуют о большом многообразии форм частиц, которые присутствуют в составе ШН: от игловатых до шаровидных и упакованных в пакеты (типа портлантид).

Рисунок 1. Блок-схема теоретических и экспереме нтальных исследований.

Термограмма гётита характеризуется двумя эндоэффектами при температурах 385°С и 690°С. Лепидокрит характеризуется эндоэффектом при температуре 580°С и экзоэффектом при температуре 600°С.

Высушеный и измельченный ШН характеризуется следующими свойствами: удельная поверхность - 560 м2/кг; плотность - 3460 кг/м3; средняя плотность под нагрузкой 40 МПа - 2290 кг/м3; пористость - 66 %; битумоемкость - 92 %. По показателям битумоемкости и пористости ШН не отвечает требованиям ДСТУ Б В 2.7-121:2014. ШН подвергали поверхностной активации ПОЭС.

Предел прочности при сжатии асфальтополимербетона в зависимости от концентрации полимерсодержащих отходов производства эпоксидных смол на поверхности частиц ШН имеет экстремум при двухпроцентной массовой концентрации ПОЭС. Как показывают электронномикроскопические исследования, при данной концентрации ПОЭС на поверхности частиц ШН формируется слой модификатора, полностью насыщающий поверхность МП.

ИК-спектр системы «ШН - 2 % ПОЭС» практически полностью соответствует спектру шлама нейтрализации. Основные полосы поглощения ПОЭС (ОН-группы, простые эфирные связи, ароматика и метильные группы) практически не заметны. Также не проявляются более сильные водородные связи ПОЭС (максимум 3430 см-1) на фоне ВС шлама нейтрализации (максимум 3373 см-1). Это свидетельствует о равномерном распределении полимерсодержащего отхода производства эпоксидных смол на внешней поверхности ШН и в поверхностных порах шлама нейтрализации.

Данные калориметрических исследований модельной системы (шлам нейтрализации - эпоксидиановая смола ЭД-16 с содержанием 17 % эпоксидных групп 1:1) в изотермическом режиме при температурах 110°С и 150°С на калориметре ДАК-1-1А свидетельствуют о химическом взаимодействии амфотерных гидроксилов железной кислоты или гидроксида трёхвалентного железа, содержащихся в ШН, с эпоксидными группами ЭД-16 как на поверхности раздела фаз «ШН - ЭД-16», так и в порах частиц шлама нейтрализации. Установлено, что толщина слоя эпоксидиановой смолы, в котором происходит сшивка макромолекул эпоксидного олигомера, равна примерно 70 нм (от 1 до 6 глобул смолы).

Определены температурно-временные режимы совмещения системы «битум - этиленглицидилакрилат - полифосфорная кислота»: два часа совмещения битума с терполимером при 165°С (2,5 % мас.), затем необходимо ввести ПФК-105 (0,2 % мас.) и перемешать 20 - 30 минут. Рассмотрение свойств битумополимерного вяжущего (состав 2, таблица 1) и сравнение их со свойствами исходного битума П 25 =

1510,1мм (индекс 1, таблица 1) показывает, что битумополимерное вяжущее характеризуются повышенными температурами перехода в вязкотекучее состояние без снижения деформативной способности.

Это приводит к значительному расширению интервала пластичности, Например, битумополимерное вяжущее, которое содержит в своем составе 2 % мас. этиленглицидилакрилата и 0,2 % мас. ПФК-105 (состав 2, таблица 1) имеет на 21°С шире интервал пластичности, в сравнении с исходным битумом. Это значительно повышает сдвигоустойчивость асфальтополимербетона без снижения трещиностойкости асфальтополимербетонного покрытия. Введение в нефтяной дорожный битум этиленглицидилакрилата в комбинации с полифосфорной кислотой значительно повышает адгезию к поверхности минеральных материалов от 18 % до 84 % (таблица 1).

С использованием метода экспериментально-статистического моделирования установлены оптимальные концентрационные соотношения компонентов в системе «битум - этиленглицидилакрилат

- шлам станций нейтрализации сталепроволочно-канатных заводов: нефтяной дорожный битум с пенетрацией П25 = 90 - 150град. (100 м.ч.), концентрация этиленглицидилакрилата в битуме 1,5 - 2,5 % мас., концентрация ПОЭС на поверхности ШН 2,0 - 2,5 %. мас.

В связи с ростом адгезии и когезии модифицированных битумов (когезия системы 2 в 2,68 раз больше системы 1, таблица 1) асфальтополимербетоны характеризуются повышенными значениями длительной водостойкости Квд = 0,98 и морозостойкости, после 100 циклов F = 0,79. Битумополимерные вяжущие характеризуются эластичностью, что является свидетельством формирования пространственной полимерной сетки, образованной как в результате химической сшивки фрагментов надмолекулярных образований Элвалоя АМ (система 2, таблица 1), так и в результате реализации диполь - дипольных взаимодействий и водородных связей, и частично

- химической сшивки (система 2, таблица 1).

Характерно, что в вяжущем индекса 2, которое в своем составе содержит этиленглицидилакрилат и полифосфорную кислоту в оптимальных стеохимитрических соотношениях эпоксигрупп и активных протонов ПФК-105, формируется более структурированная система. Об этом свидетельствуют, прежде всего, более высокая твердость вяжущего (П0 = 110,1 мм и П25 = 610,1 мм), более высокие значения когезии и температуры размягчения, повышение температуры хрупкости (таблица 1).

№ п/п Вид и состав органического вяжущего Пенетрация (0,1мм) при температуре, °С Температура размягчения, °С Температура хрупкости, °С Дуктильность (см) при температуре, °С Эластичность, %, при температуре, °С Адгезия, % (ДСТУ Б.В.2.7-81-98) Когезия, МПа С о л ла в & § * £ к Е С

0 25 25 0°С 25°С

1 Битум БНД 130/200 (П25=1510,1мм) 53 151 37 -20 13 78 0 0 18 0,022 57

Битум БНД 130/200 (П25 = 1510,1мм) модифицирован 2 % мас. Элвалоя АМ (два часа перемешивания при 165°С) и ПФК-105 - 0,2% мас. от массы битума, (30 минут перемешивания с битумополимерны м вяжущим при 165°С) 11 67 61 -17 12 43 62 77 84 0,059 78

Таблица 1 - Свойства органических вяжущих Реологическим методом на модельной системе (дегтеполимерное

вяжущее вещество (ДПВВ) : деготь С3° = 180о , модифицированный

1,5 % мас. отсевом поливинилхлорида и структурированный шламом нейтрализации травильных растворов, который поверхностно-активирован 2 % мас. ПОЭС) установлено, что толщина ДПВВ на поверхности ШН составляет при 25°С h25 = 3,22-Ш-6 м, при 40°С И40 = 2,87-Ш-6 м. Если ШН не активирован, то h25 = 1,66 10-6 м, а И40 = 1,2840-6 м. Это подтверждается и электронно-микроскопическими исследованиями (рисунок 2).

Так, например, дегтеполивинилхлоридное вяжущее формирует на поверхности активированного минерального порошка сложную адсорбционно-сольватную пленку (рисунок 2 а).

а б

Рисунок 2 - Электронные микрофотографии дёгтеполимерных

вяжущих веществ (х3000) состава: а - дёготь С30 = 215с с 1.5 %

ПВХ, минеральный порошок шлама нейтрализации поверхностно-

активирован 2 % ПОЭС; б - дёготь С30 = 215с с 1,5 % ПВХ,

минеральный порошок ШН неактивирован

В то же время в системе, где минеральный порошок неактивирован ПОЭС, поверхностный слой дегтеполимерного вяжущего не является непрерывным (рисунок 2 б). Наблюдаются участки минерального порошка, которые не покрыты ДПВ.

Асфальтополимербетоны с комплексно-модифицированной этиленглицидлакрилатом микро-, мезо- и макростуктурой

Установлено, что оптимальная концентрация

этиленглицидилакрилата на поверхности минеральных материалов щебня, песка и минерального порошка составляет 0,7 % по массе[5].

Олеофильный структурно-упрочненный слой

этиленглицидилакрилата при массовой концентрации 0,7 % мас. на активированной поверхности минеральных материалов обеспечивает молекулярное сродство с активированной поверхностью минеральных материалов битумополимерным вяжущим. При этом на поверхности минеральных материалов образуются сетчатые структуры, что определяет монолитность и изотропность модифицированного асфальтобетона. Поверхностная активация зерен щебня, песка и частиц минерального порошка 0,7 % мас. этиленглицидилакрилата приводит к повышению предела прочности при сжатии асфальтополимербетона при 50°С в 1,35 раза и при 20°С в 1,8 раза по

сравнению с асфальтополимербетоном, у которого минеральные частицы поверхностно не активированы.

Центральной операцией при формировании структуры асфальтополимербетона является перемешивание отдозированных материалов, так как свойства комплексно-модифицированного асфальтополимербетона определяются энергией связей, возникающих между отдельными полидисперсными поверхностно-активированными частичками минеральных материалов, которые в свою очередь зависят от процессов взаимодействия активированных минеральных материалов и модифицированного нефтяного дорожного битума на их общей поверхности раздела фаз. Известно, что наиболее эффективно процессы смачивания и адсорбционного взаимодействия органических вяжущих и минеральных материалов происходят при температурах, которым соответствует вязкость органических вяжущих п < 0,5 Пас. В качестве критерия оптимальной температуры объединения поверхностно-активированных этиленглицидилакрилатом (0,7 % мас.) минеральных материалов и нефтяного дорожного битума, модифицированного этиленглицидилакрилатом (2,0 % мас.) в комбинации с полифосфорной кислотой ПФК-105 (0,2 % мас.), принят коэффициент однородности производства асфальтобетонной смеси, характеризуемый коэффициентом вариации содержания ключевого компонента смеси, в качестве которого принята фракция песка d = 2,5 - 1,25 мм, а также энергоемкость процесса производства асфальтобетонных смесей.

При температурах производства 155°С и 165°С асфальтобетонных смесей, модифицированных этиленглицидилакрилатом, коэффициент вариации однородности производства асфальтополимербетонной смеси равен Кв(155) ~ 5,5%, Кв(165) ~ 4,4%. При температуре производства асфальтополимербетонной смеси 145°С коэффициент вариации содержания ключевого компонента в смеси составляет 12,3 %, что значительно выше нормативного значения Кв < 7 %.

Энергоемкость производства модифицированных

этиленглицидилакрилатом асфальтобетонных смесей, определенная для замеса массой 1000 кг при начальной температуре Тн = 20°С, при температуре 165°С больше на 8659 кДж, чем при температуре производства 155°С.

Подготовленная для укладки асфальтобетонная смесь с комплексно-модифицированной структурой должна иметь температуру 140 - 155° С. Уплотнение асфальтобетонных смесей с комплексно-модифицированной этиленглицидилакрилатом микро-, мезо- и макроструктурой необходимо вести в интервале температур 70 - 150°С.

Процесс уплотнения модифицированных

этиленглидицилакрилатом асфальтобетонных смесей менее энергоемкий, чем традиционных горячих асфальтобетонных смесей (ДСТУ Б В.2.7-119:2011).

Так, средний расход энергии на приращение единицы плотности модифицированных асфальтобетонных смесей при 110°С и 120°С

Аж • 1 3

составляет 0,79 и 0,81-соответственно, а для традиционных

еа

Аж • 1 3

асфальтобетонных смесей 1,27-.

еа

Рассмотрение влияния комплексной модификации микро-, мезо- и макроструктуры горячего асфальтобетона этиленглицидилакрилатом на стандартные физико-механические свойства и сравнение их с традиционными (ДСТУ Б В.2 7-119:2011) (таблица 2) показывает, что комплексно-модифицированные этиленглицидилакрилатом асфальтобетоны характеризуются более высокой средней плотностью и длительной водостойкостью, меньшей температурной чувствительностью и более высокими значениями предела прочности при сжатии в области высоких положительных температур.

Асфальтобетонные смеси, комплексно-модифицированные этиленглицидилакрилатом, в значительно меньшей мере, на порядок ниже, подвержены технологическому старению, чем традиционные горячие асфальтобетонные смеси.

Асфальтополимербетоны с комплексно-модифицированной структурой характеризуются более высокими значениями предела прочности на растяжение при изгибе, например, при температуре 20°С, Rизг = 1,9 - 2,3 МПа.

В интервале температур от +20°С до -10°С усталостная долговечность асфальтобетонов с комплексно-модифицированной структурой значительно выше, по сравнению со стандартными асфальтобетонами.

Показатели Состав мелкозернистой асфальтобетонной смеси типа Б

Асфальтобетонная смесь приготовлена на битуме П25 = 59-0,1 мм, известняковый минеральный порошок неактивирован Асфальтополимербетонная смесь, в которой битум П25 = 75-0,1 мм, модифицирован этиленглицидилакрилатом (2,0 % мас.) в комбинации с полифосфорной кислотой ПФК-105 (0,2 % мас.); минеральные материалы (щебень, песок, минеральный порошок) поверхностно активированы этиленглицидилакрилатом (0,7 % мас.)

Средняя плотность, Ра,еа/1 3 2338 2453

Набухание, Н, % от объема 0,6 0

Водонасыщение , W, % от объема 2,94 0,25

Предел прочности при сжатии, МПа, при: 0°С 20°С 50°С 75°С 6,8 3.1 1.2 0,3 7,8 6,1 2,3 1,2

Коэффициент длительной водостойкости, Квд 0,83 1,0

Коэффициент теплостойкости, Кт = Яо/Я75 22,7 6,5

Повышение усталостной долговечности в 1,5 - 2 раза наблюдается у асфальтобетона в котором битум модифицирован 2,0 % мас. этиленглицидилакрилатом марки Элвалой АМ в комбинации с 0,2 % мас. полифосфорной кислоты ПФК-105, а минеральные материалы поверхностно-активированы 0,7 % мас. этиленглицидилакрилата марки Элвалой АМ.

Рисунок 3 - Сравнение значений усталостной долговечности различных типов асфальтобетонов (N) (время нагружения 0,1 сек, напряжение - 0,4 - 0,45 МПа при температуре +20°С) в зависимости от воздействия различных агрессивных сред: а) в зависимости от времени водонасыщения; б) после 20 циклов попеременного замораживания-оттаивания; в) в зависимости от воздействия на асфальтобетоны в течение 15 суток агрессивных сред : 1 - усталостная долговечность асфальтобетона в нормальных условиях; 2 - после водонасыщения 15 суток; 3 - после водонасыщения 30 суток; 4 - после 20 циклов попеременного замораживания-оттаивания; 5 - после 15 суток выдерживания в водном 5 % растворе NaCl; 6 - после 15 суток выдерживания в водном 2 % растворе HCl.

Щебеночно-мастичный асфальтобетон, минеральные материалы которого поверхностно-активированы 0,7 % мас.

этиленглицидилакрилатом, а нефтяной дорожный битум П25 = 75-0,1 мм модифицирован 2,0 % мас. этиленглицидилакрилатом совместно с полифосфорной кислотой ПФК-105 0,2 % мас., содержащей 0,2 % мас. стабилизирующей целлюлозной добавки «Antrocel-6», характеризуется в 1,6 раза более высокой усталостной

долговечностью, чем не модифицированный ЩМА-10.

Установлено, что асфальтополимербетон (тип Б) с комплексно-модифицированной структурой этиленглицидилакрилатом после 10000 циклов прохода нагруженного колеса с шиной при 60°С и 0,7 МПа нагрузки характеризуется глубиной колеи 5,1 мм против 6,6 мм не модифицированного.

Щебеночно-мастичный асфальтобетон ЩМА-15 с комплексно-модифицированной структурой этиленглицидилакрилатом после 20000 циклов прохода пневмокатка на установке Infratest Кат. 20-4000 характеризуется глубиной формирования колеи 1,6 мм против 2,5 мм не модифицированного ЩМА-15.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Установлены оптимальные концентрационные отношения в системе «битум БНД 90/130 100 % мас. - этиленглицидилакрилат Элвалой АМ 1,5 - 2,5% мас. - полифосфорная кислота ПФК-105 0,2 -0,3 % мас.». При концентрации полимерсодержащего отхода производства эпоксидных смол 2 - 2,5% мас. на поверхности шлама станций нейтрализации травильных растворов сталепроволочно-канатных заводов формируется оптимально-структурированный слой модификатора связанный межмолекулярными, водородными и донорно-акцепторными связями с поверхностью шлама. Модифицированные асфальтобетонные смеси характеризуются повышенной уплотняемостью в интервале 70 - 130°С, а асфальтополимербетон устойчивостью по Маршаллу 19 кН, коэффициентом длительной водостойкости Квд = 0,98, коэффициентом морозостойкости после 100 циклов F = 0,79, пределом прочности при сжатии при 50°С R 50 = 1,7 МПа.

2. Оптимизирован состав комплексно-модифицированного этиленглицидилакрилатом горячего асфальтобетона, содержащего поверхностно-активированные 0,7 % мас. этиленглицидилакрилатом минеральные материалы (щебень, песок, минеральный порошок, мелкозернистый асфальтобетон тип Б) и модифицированный нефтяной дорожный битум (2% мас. этиленглицидилакрилата совместно с 0,2 % мас. полифосфорной кислоты). Комплексно-модифицированный этиленглицидилакрилатом асфальтополимербетон характеризуется устойчивостью по Маршаллу, Р = 30 кН; более высокой устойчивостью к формированию колейности, на 23 - 36% меньше, чем не модифицированные асфальтобетоны; водостойкостью после 90 суток водонасыщения - Квд = 0,91; коэффициентом морозостойкости после 100 циклов F = 0,88, коэффициентом теплового старения после 2000 часов (температура прогрева 75°С при ультрафиолетовом облучении) Кст = 1,2).

3. С использованием методов реологии, ИК-спектроскопии, термогравиметрии, хроматографии, дериватографии, дифференциальной сканирующей калориметрии и электронной микроскопии доказано формирование адсорбционно-сольватных слоев комплексно-модифицированного органического вяжущего (нефтяной дорожный битум, модифицированный этиленглицидилакрилатом совместно с полифосфорной кислотой) на поверхности минерального порошка, активированного этиленглицидилакрилатом, связанных химическими и межмолекулярными связями с поверхностью частиц активированного МП.

Структурно-упрочненный слой активатора на поверхности минерального порошка способствует усилению межмолекулярного взаимодействия в системе «БПВ - активированный МП» посредством взаимодействия сегментов пластифицированных надмолекулярных образований этиленглицидилакрилата с активными центрами аппретированной ПОЭС поверхности минерального порошка.

4. Установлено, что в интервале температур от 20°С до минус 10°С усталостная долговечность асфальтобетонов с комплексно-модифицированной микроструктурой значительно выше, в сравнении со стандартными асфальтобетонами. Повышение усталостной долговечности в 1,5 - 2 раза наблюдается у асфальтобетона, в котором битум модифицирован 2,0 % мас. этиленглицидилакрилата марки Элвалой АМ+0,2 % мас. ПФК-105, а минеральные материалы поверхностно-активированы 0,7 % мас. этиленглицидилакрилата.

Список использованных источников:

1. Носов В. П. Увеличение сроков службы дорожных одежд -стратегическая задача дорожной науки [Текст] / В. П. Носов // Автомобильные дороги, 2006. - №12. С. 81 - 86.

2.Углова Е. В. Усталостная долговечность эксплуатируемых асфальтобетонных покрытий [Текст] / Е. В. Углова, С. К. Илиополов, М. Г. Селезнев. - Ростов-на Дону: РГСУ, 2009. - 244 с.

3. Веренько В. А. Деформации и разрушения дорожных покрытий: причины и пути устранения [Текст] / В. А. Веренько // Минск, 2008. - 304 с.

4. Братчун, В. И. Асфальтополимербетонные смеси, модифицированные этиленглицидилакрилатом [Текст] / В. И. Братчун,

B. Л. Беспалов, М. К. Пактер, А. А. Стукалов и др. // Наука и Техника в дорожной отрасли. - Москва: Издательство «Дороги», 2015. - № 1. -

C. 33 - 36.

5.Беспалов, В. Л. Об использовании техногенного сырья в составе модифицированных асфальтобетонов повышенной долговечности [Текст] / В. Л. Беспалов, П. С. Пашковский, А. Ю.

Читаладзе, Е. Э. Самойлова и др. // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. - Макеевка, 2017. - Вып. 2018 - 1(129): Современные строительные материалы - С. 32 - 40. -[Электронный ресурс]. - Режим доступа: http : //donnasa.ru/ publish_house/ journals/vestnik/2018/vestnik_2018-1(129).pdf.

6. Модифицированные битумные вяжущие, специальные битумы с добавками в дорожном строительстве / Всемирная дорожная ассоциация. Технический комитет «Нежесткие дороги» (S8) // Пер. с франц. В. А. Золотарева, инж. Л. А. Беспаловой ; Под общ. ред. д.т.н. В. А. Золотарева, д.т.н. В. И. Братчуна. - Харьков; Изд-во ХНАДУ, 2003. - 229 с.

7. Гохман Л. М. Обоснование нормативных требований к полимерасфальтобетону по ГОСТ 9128-2013 [Текст] / Гохман Л. М. // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета, 2017 г. - Вып. 79. - С. 22 - 27.

8.Fiebach G. Mélanges de résine époxy et de goudron pour la construction routière // Goudron routes,1965. - №36. - P. 13 - 16.

9.Gurmann B.R. Modfiretung bituminoser Bindermittel mit Polymeren // Strassen und Turfbau, 1977. - V 31. - № 5. - P. 30 - 34.

10. Курденкова И. Б. Механо-химическая модификация минерального материала в асфальтобетоне твердыми полимерами [Текст] / И. Б. Курденкова // Управление структурообразованием, структурой и свойствами дорожных бетонов. - Харьков. - 1983. - С. 61 - 62.

11. Ковалев Я. М. Состояние и перспективы использования электронной технологии при производстве асфальтобетона, Минск : БНИИНТН и ТЭИ Госплана БССР, 1985. -35 с.

12. Маркина Г. Я. Использование полимеров для модификации минеральных порошков [Текст] Г. Я. Маркина // Строительство асфальтобетонных покрытий с применением активированных минеральных порошков / Труды СоюзДорНИИ. - М., 1978. - С. 100 - 108.

13. Слепая Б. М. Модифицирование минеральных порошков латексами и дисперсиями резины [Текст] Б. М. Слепая // Строительство асфальтобетонных покрытий с применением активированных минеральных материалов / Труды СоюзДорНИИ. -М., 1978. - С. 92 - 96.

14. Матвиенко В. А. Электрические явления и активационные воздействия в технологии бетона : монография [Текст] / В. А. Матвиенко, С. М. Толчин - Макеевка, 1998. - 154 с.

COMPLEX-MODIFIED ROAD ASPHALT-CONCRETE ENHANCED

DURABILITY

V. Bratchun, V.L. Bespalov, D.V. Gulyak, E. Romasyuk, O.A. Pshenichnyh Donbass National Academy of Civil Engineering and Architecture

Annotation. Based on the methodology of a systematic analysis of the proposed physicochemical models of modified asphalt binders and asphalt concrete using an experimental-statistical description, new scientifically-based technological solutions have been developed and implemented for the production of complex-modified hot and crushed stone mastic asphalt mixtures for coating non-rigid road clothes of roads increased durability, able to withstand rutting, fatigue failure, fracture toughness and thermal oxidation as a result of complex modification of petroleum road bitumen with ethylene glycidyl acrylate Elwala AM with a catalyst for structuring supramolecular formations of high molecular substances - polyphosphoric acid PFK-105 and formation of spatial and polymer nodes in a bit network flexible chains of macromolecules and supramolecular formations with simultaneous surface activation by mineral oligomers materials of asphalt mixtures. Technologies have been developed that ensure environmental protection and low energy intensity of the production, laying and compaction of complex - modified asphalt mixtures using technogenic raw materials. Recommendations for the production and use of modified asphalt concrete with increased fatigue life have been developed for PJSC Obldorremstroy. For the Donetsk association, the oblavtodor of the Ukravtodor corporation, "Recommendations on the production of asphalt mixes modified with ethylene glycidyl acrylate in combination with polyphosphoric acid PFK-105" have been developed. At the asphalt concrete plant of the Novoazovskiy rayavtodor of the Donetsk association "Oblavtodor" 350 tons of asphalt-polymer-concrete mixes were prepared, which contain bitumen modified with 2.5% ethylene glycidyl acrylate and 0.2% PFK-105.

Key words: functional-physical analysis, complex-modified road asphalt concrete, resource saving, experimental-statistical modeling, deformation-strength properties, durability.