CC BY
15
УДК 625.851 Б01: 10.30977/БиЬ.2219-5548.2020.90.0.109
ЛИТ1 АСФАЛЬТОБЕТОНИ НА ВИСОКОВ'ЯЗКИХ СПЕЦ1АЛБНИХ ТА КОМПАУНДОВАНИХ НАФТОВИХ Б1ТУМАХ
Оксак С. В.1, 1ль1н Я. В.1, Ваш М. Ш.2 1Харк1вський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет Державне пщприемство «Науково-техшчний центр "Дорожнш контроль якостГ'»
Анотац1я. Наведен/ результаты досл1джень еластиеостей литих асфалътобетомв на основ/ высокое 'язких дорожмх б1тум1в 20/30, 35/50 та спещалъного б1туму иШЫТ 35/50-57/69 ееро-пейсъкого еиробництеа, а також б1туму, отриманого шляхом компаундування традищйного нафтоеого дорожнъого б1туму БНД 60/90 та нафтоеого буд1вельного б1туму БНБ 90/10. Ключов1 слова: еисокое'язкий б1тум, рухом1сть сум1ш1, литий асфальтобетон, ф1зико-мехамчм властивост1, глибина вдавлювання штампа.
Вступ
Лш1 асфальтобетоны, започатковаш ще 1838 р. у Францп [1], широко застосовували-ся для влаштування покриття дорш 1 тротуа-р1в по всш Сврош в кшщ XIX на початку XX ст. [2]. Цей матер1ал ниш набувае все бшьшого поширення в дорожнш галуз1, зок-рема в таких И напрямах, як влаштування р1зномаштних шар1в дорожнього одягу; ни-жш та верхш пдро1золююч1 шари мостових покритпв та тунел1в; тротуари, шдземш переходи, паркшги тощо.
Про ефектившсть використання литих ас-фальтобетошв для дорожшх та мостових покритпв свщчать таю !хш властивосп: ви-сока адгез1я до нижшх шар1в, майже абсолютна водонепроникшсть та, вщповщно, висока водостшюсть, висока мщшсть на втому та стшюсть проти старшня.
Анал1з публжацш
Найбшьшими споживачами литих асфаль-тобетонних сумшей традицшно е Н1меччи-на, Франщя та Велика Бриташя. Цей матер1-ал також популярний 1 в Ившчнш Америщ. Вщнедавна лига асфальтобетони набули поширення в розвинутих Аз1атських крашах
[3].
Застосування литих асфальтобетошв на територп Украши мае ешзодичний характер. Так, загалом дослщження стосувалися шд-вищення теплостшкост1 шар1в лито! сумш1 завдяки модифшацп б1тумного в'яжучого пол1мером [4, 5], додаванням у бпум с1рки таш. [6]. У робот1 [7] дослщжувались меха-шчш властивост1 литого асфальтобетону на б1тум1 БНД 40/60. Результати дослщжень указують на те, що лип асфальтобетони ха-рактеризуються шдвищеною температурною
чутливютю пор1вняно з традицшними, що свщчить про доцшьшсть застосування литого асфальтобетону в районах з пом1рним ктматом.
Результати дослщження колшносп литих асфальтобетошв для влаштування водонеп-роникних шар1в на мостах наведен! в [8]. Литий асфальтобетон на основ! традицшного дорожнього бпуму БНД 60/90 характеризу-еться недостатньою стшюстю до утворення коли. Ефективним методом зменшення колшносп е збшьшення вмюту щебеню та мо-дифшащя б1туму пол1мерними домшками.
Чинний нормативний документ [9] в Украш не передбачае можливосп використання б1тумних в'яжучих з консистенщею меншою шж 40^0,1 мм, дозволяеться засто-совувати тшьки модифшоваш б1тумш в'яжучь
Однак застосування б1тум1в, модифшова-них пол1мером, для виробництва литих асфа-льтобетонних сумшей, кр1м покращення ф1зико-мехашчних властивостей, призводить до попршення рухомосп литих сумшей [10], а також значного здорожчання матер1алу через високу вартють пол1меру та необхщ-шсть шдвищення технолопчних температур.
Мета 1 постановка завдання
Метою е дослщження ф1зико-мехашчних властивостей литих асфальтобетошв для дорожнього буд1вництва на основ! висо-ков'язких б1тум1в европейського та в1тчизня-ного виробництва.
Для досягнення поставлено! мети необ-хвдно встановити оптимальний склад висо-ков'язкого компаундованого бпуму, склад литого асфальтобетону, визначити вплив консистенцп та вмюту бпуму на рухомють
литих сумшей i ф1зико-мехашчш властивос-tí отриманих литих асфальтобетошв.
Виклад основного матер1алу
Для дослщжень властивостей литих асфальтобетошв був прийнятий склад з максима-льним розм1ром мшерального матер1алу 10 мм. Як мшеральш складов! прийнятк гра-штний щебшь 5-10, граштний вщав, вапня-ковий мшеральний порошок.
В'яжучими для приготування литих асфа-льтобетонних сумшей прийнят1 б1туми, яю, у свою черту, отримаш шляхом компаундуван-ня традицшного нафтовото дорожиьото 6ÍTy-му БНД 60/90 та буд1вельного бпуму БНБ 90/10, а також високов'язю дорожш 6i-туми европейського виробництва (Lotos Asphalt (Польща)) 20/30 та 35/50 i спещальний б1тум мультигрейд Unibit 35/50-57/69. Влас-thboctí б1тум1в, прийнятих для дослщження, наведено в табл. 1.
Таблиця 1 - Властивосп б1тум1в, прийнятих для виробництва литих асфальтобетонних сумшей
№ з/п Найменування показника Марка бпуму
3icra-вле-ний б1тум Свропейсью Lotos As бггуми phalt
20/30 35/50 Unibit 35/5057/69
1 Пенетрац1я за умови 25 °С, 0,1 мм 38 26 44 35
2 Пенетрац1я за умови 0 °С, 0,1 мм 13 10 15 21
3 Температура розм'якшеносп, °С 58,1 62,1 53,2 63,5
4 Температура крихкосп, °С -11,5 -6,5 -13 -21
5 Температура спалаху, °С 300 334 337 316
6 Розтяжнють за умови 25 °С, см 9 25 > 150 5,3
7 1нтервал пласти-4HOCTÍ, °С 69,6 68,6 66,2 84,5
8 1ндекс пенетрацй' 0 -0,02 -0,72 +0,85
Зютавлений бпум отримано методом су-мщення в лабораторному зм1шувач1 нафтовото дорожнього бпуму БНД 60/90 у кшькосп 65 % та б1туму буд1вельного БНБ 90/10 у kí-лькосп 35 %.
Для виготовлення лито! асфальтобетонно! cyMimi зазвичай використовуеться шдвищена кшьюсть в'яжучого, що надае такому матерь
алу здатн1сть до самоущшьнювання за умови шдвищених температур 1 формування майже водонепроникних шар1в. Для визначення не-обхвдно! кшькосп в'яжучого в литш асфаль-тобетоннш сум1ш1 дослщжувалися властивос-т1 литих асфальтобетошв з р1зним вмютом бпуму. Температура приготування сум1ш1 та виготовлення зразюв литого асфальтобетону становила 200 °С. Вплив вмюту зютавленого б1туму на ф1зичш властивосп литого асфальтобетону наведено в табл. 2.
У раз1 вмюту зютавленого бпуму в литш асфальтобетоннш сум1ш1 в межах 9,5-10,5 % ф1зичш властивосп литих асфальтобетошв повнютю вщповщають вимогам [9, 11] за показниками залишково! пористосп та водо-насичення.
Таблиця 2 - Ф1зичш властивосп литого асфальтобетону з р1зним вмютом зютавленого бпуму
Bmíct бггуму, % Середня густина, г/см3 Залишкова пористють, % Водона- сичення, %
9,5 2,350 1,84 0,11
10 2,340 1,47 0,10
10,5 2,338 1,02 0,04
Результати з визначення глибини вдавлю-вання штампа (ГВШ) у литих асфальтобетонах зпдно з [12] за умови р1зного вмюту 3íc-тавленого бпуму наведеш на рис. 1.
s 2
Э
со
0
0
10
50
60
20 30 40 Час занурення, хв -6-9,5 % 010 % 010,5 % Рис. 1. Глибина вдавлювання штампа в литому асфальтобетон! за умови р1зного вмюту зютавленого бпуму
Щдвищення вмюту бпуму у склад1 литого асфальтобетону призводить до прогнозова-
5
4
3
2
1
ного збшьшення величини вдавлювання штампа. Литий асфальтобетон з 9,5 % б1туму характеризуеться найбшьшим опором вдав-люванню штампа (найменший показник ГВШ). Однак в аспект! забезпечення необхщ-hoï рухомост1 лито! cymimi оптимальним bmî-стом бпуму прийнято 10 %.
Ф1зичш властивосп литих асфальтобетошв на р1зних бпумах за умови 1хнього вмюту в кшькосп 10 % наведен! в табл. 3.
Ус1 лип асфальтобетони мають практично абсолютну водопроникнють, водонасичення становить не бшьше шж 0,1 %. За показника-ми ф1зичних властивостей лип асфальтобетони на р1зних бпумах повнютю вщповщають установленим вимогам [8, 10].
Залежнють ГВШ литого асфальтобетону на р1зних високов'язких бпумах за умови !хньо-го вмюту 10 % у час1 наведена на рис. 2. ГВШ литого асфальтобетону повнютю визначаеться пенетращею бпуму, що використовуеться для його виготовлення.
Час занурення, хв
-Составлений 6iTyM -С^UNIBIT 35/50-57/69 -А-20/30 -Q-35/50
Рис. 2. Глибина вдавлювання штампа литого асфальтобетону на р1зних високов'язких бпумах
Литий асфальтобетон на 6iryMi 35/50 характеризуеться значною деформативнютю i не задовольняе вимоги [9] щодо глибини вдавлювання штампа. 3i збшьшенням консистенцп залишкового бпуму (перехвд вщ пенетрацп 44x0,1 мм до 26x0,1 мм) ГВШ знижуеться з 7,38 до 3,06 мм.
Асфальтобетон на спещальному 6iryMi му-льтигрейд (Unibit 35/50-57/69) навпь у pa3i майже однаково! консистенцп i3 зютавленим б1тумом дозволяе отримати бшьш жорсткий литий асфальтобетон (ГВШ 2,73 мм проти 3,36 мм для зютавленого бпуму). Тобто вико-ристання б1тум1в мультигрейд для виготовлення литих асфальтобетонних сумшей дозволить отримати бшьш кол1естшкий матерь ал, шж на окислених та залишкових б1тумах пор1вняно1 консистенцп.
Висновки
Виробництво литих асфальтобетонних сумшей вимагае застосування значно! кшь-koctî (бшьше шж 20 %) якюного мшерально-го порошку з високою структуруючою здат-нютю для забезпечення отримання високих ф1зико-мехашчних властивостей литого асфальтобетону за умови збшьшеного вмюту бпуму.
Збшьшення вм1сту бпуму в литш асфальтобетоннш cyMimi покращуе ïï рухомють, знижуе залишкову пористють та водонасичення асфальтобетону, але разом з тим 36i-льшуе глибину вдавлювання штампа.
Щдвищення пенетрацп бпуму призводить до прогнозованого збшьшення показника ГВШ, за умови використання бпуму 35/50 з пенетращею 44x0,1 мм ГВШ становить 7,38 мм. Тому для отримання теплостшких литих асфальтобетошв ращонально застосовувати в'яжуч1 з пенетращею не вищою шж 40x0,1 мм.
На ochobî зютавленого бпуму, що склада-еться з в'язкого нафтового дорожнього биу-му БНД 60/90 та буд1вельного БНБ 90/10, можливе отримання високоякюних литих асфальтобетошв з необхщною теплостшкю-тю дорожшх mapiB.
Л1тература
1. De l'asphalte et de la mine du val-de-travers, dans la principauté de Neuchatel par C. P. de B. Neuchatel: Se trouve chez Jeanneret frères, 1838. 28 p.
2. Старицкий M. Литой асфальт. Ленинград: Гострансиздат, 1934. 112 с.
3. The Mastic Asphalt Industry - A Global Perspective. Final version IMAA / HSE Working Group.
Таблиця 3 - ®i3H4Hi властивосп литих асфальтобетошв на pi3HHx бпумах за умови вмюту 10 %
Вмют бггуму, % Середня густина, г/см3 Залишкова пористють, % Водонасичення, %
20/30 2,338 1,89 0,03
35/50 2,335 1,73 0,06
Unibit 35/50-57/69 2,334 1,93 0,10
Зютавле-ний бггум 2,340 1,47 0,10
Bern: International Mastic Asphalt Association IMAA. March 2013. 30 p.
4. Жданюк В. К., Масюк Ю. А. Властивосп литих асфальтобетошв на основ! биум1в мо-дифжо-ваних пол1мерами. Автомобшьнi дороги i дорожне будгвництво. 2004. Вип. 71. С. 60-64.
5. Жданюк В. К., Масюк Ю. А., 1вженко А. О., Шевченко В. П. Теплостшшсть литих асфальтобетошв на основ! биум1в, модифшованих пол1мерами. Вестник ХНАДУ. 2005. Вып. 29. С. 240-242.
6. Братчун В. И., Столярова Н. А., Беспалов В. Л., Рыбалко И. Ф. Литые асфальтобетоны повышенной долговечности. Bicmi Авто-мобшьно-дорожнього тституту. 2007. № 1(4). С. 143-146.
7. Золотарьов В. О., Ткачук Ю. П., Гельмер В. В. Мехашчш властивосп литого асфальтобетону Автомобшьт дороги i дорожне будгвництво. 1983. Вип. 32. С. 67-72.
8. Онищенко А. М. Анал1з результапв колшносп в литому асфальтобетон! «гусасфальт». Строительные материалы и изделия. 2016. №. 1. С. 72-74.
9. СОУ 42.1-37641918-106:2013. CyMimi асфальтобетони! та асфальтобетони лип. Техшчш умови. [Чинний вщ 2013-11-01]. Вид. офщ. Кшв: Державна служба автомобшьних дорп Украши, 2013. 10 с.
10. Sang Luo, Zhendong Qian, Xu Yang, Hui Wang. Design of gussasphalt mixtures based on performance of gussasphalt binders, mastics and mixtures. Construction and Building Materials. 156 (2017). P. 131-141.
11. ДСТУ EN 13108-6:2018. Биумомшеральш cyMimi. Техшчш умови. Ч. 6. Литий асфальтобетон. [Чинний ввд 01.07.2019]. Вид. офщ. Ки-ïb: ДП «УкрНДНЦ». 2018. 38 с.
12. BS EN 12697-20:2012. Bituminous mixtures -Test methods for hot mix asphalt. Part 20: Indentation using cube or cylindrical specimens (CY). [Published 2012-05-31]. The publication is official. London: British Standard Institute (BSI). 2012. 22 p.
References
1. De l'asphalte et de la mine du val-de-travers, dans la principauté de Neuchatel par C. P. de B. (1838). Neuchatel: Se trouve chez Jeanneret frères.
2. Starickij M. (1934). Litoj asfalt [Mastic asphalt]. Leningrad. Gostransizdat [in Russian].
3. The Mastic Asphalt Industry - A Global Perspective. Final version IMAA / HSE Working Group. (2013). Bern: International Mastic Asphalt Association IMAA.
4. Zhdaniuk V. K., & Masiuk Yu. A. (2004). Vlas-tyvosti lytykh asfaltobetoniv na osnovi bitumiv modyfikovanykh polimeramy [Properties of mastic asphalt concrete based on polymer modi-
fied bitumen]. Avtomobilni dorohy i dorozhnie budivnytstvo. (71), 60-64 [in Ukrainian].
5. Zhdaniuk V. K., Masiuk Yu. A., Ivzhenko A. O., & Shevchenko V. P. (2005). Teplostiikist lytykh asfaltobetoniv na osnovi bitumiv, modyfiko-vanykh polimeramy [Heat resistance of mastic asphalt concrete based on polymer modified bitumen]. Vestnyk KhNADU. (29), 240-242 [in Ukrainian].
6. Bratchun V. I., Stolyarova N. A., Bespalov V. L., & Rybalko I. F. (2007). Litye asfaltobetony po-vyshennoj dolgovechnosti [Long-life mastic asphalt concrete]. Visti Avtomobilno-dorozhnoho instytutu. 1(4), 143-146 [in Russian].
7. Zolotarov V. O., Tkachuk Yu. P., & Helmer V. V. (1983) Mekhanichni vlastyvosti lytoho asfaltobetonu [Mechanical properties of mastic asphalt concrete]. Avtomobilni dorohy i dorozhnie budivnytstvo. (32), 67-72 [in Russian].
8. Onyshchenko A. M. (2016). Analiz rezultativ koliinosti v lytomu asfaltobetoni «husasfalt» [Analysis of gauge results in mastic asphalt "gusasfalt"]. Stroitelnye materialy i izdeliya. (1), 72-74 [in Ukrainian].
9. Sumishi asfaltobetonni ta asfaltobetony lyti. Tekhnichni umovy. [Construction Materials. Mixes are asphalt concrete and mastic asphalt concrete. Technical specifications]. (2013). SOU 42.1-37641918-106:2013 from 1st November 2013. Kyiv: Derzhavna sluzhba avtomobilnykh dorih Ukrainy [in Ukrainian].
10. Sang Luo, Zhendong Qian, Xu Yang, & Hui Wang. (2017). Design of gussasphalt mixtures based on performance of gussasphalt binders, mastics and mixtures. Construction and Building Materials. (156), 131-141.
11. Bitumomineralni sumishi. Tekhnichni umovy. Chastyna 6. Lytyi asfaltobeton. [Bituminous mixtures - Material specifications. Part 6: Mastic Asphalt]. (2018). DSTU EN 13108-6:2018 from 1st July 2019. Kyiv: SE «UkrNDNC» [in Ukrainian].
12. BS EN 12697-20:2012. Bituminous mixtures -Test methods for hot mix asphalt. Part 20: Indentation using cube or cylindrical specimens (CY). [Published 2012-05-31]. The publication is official. London: British Standard Institute (BSI). 2012, 22 p.
Оксак Ceprifl Володимирович, к.т.н., доц. каф. технологи дорожньо-буд1вельних матер1ал1в i xiMii iM. M.I. Волкова, sv.oksak@gmail.com, тел. +38 066-715-27-52,
Харшвський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет, 61002, Украша, м. Харшв, вул. Ярослава Мудрого, 25.
1ль1н Ярослав Вшторович, м.н.с. каф. технологи дорожньо-буд1вельних матер1ал1в i xiMii iM. M.I. Волкова, yailin12011993@gmail.com, тел. +38 050-144-50-64,
Харшвський нащональний автомобшьно-дорожнш ушверситет, 61002, Украша, м. Харк1в, вул. Ярослава Мудрого, 25.
Ваш Михайло Шаевич, завщувач сектору роз-робки засоб1в техшчного нагляду, 4112945@gmail.com, тел. +38 050-411-29-45 Державне шдприемство «Науково-техшчний центр "Дорожнш контроль якосл"», 02160, Украша, м. Ки1в, вул. Каунаська, 3.
Литые асфальтобетоны на высоковязких специальных и компаундированных нефтяных битумах
Аннотация. Приведены результаты исследований свойств литых асфальтобетонов на основе высоковязких дорожных битумов 20/30, 35/50 и специального битума UNIBIT 35/50-57/69 европейского производства, а также битума, полученного путем компаундирования традиционного нефтяного дорожного битума БНД 60/90 и нефтяного строительного битума БНС 90/10. Ключевые слова: высоковязкий битум, подвижность смеси, литой асфальтобетон, физико-механические свойства, глубина вдавливания штампа.
Оксак Сергей Владимирович, к.т.н., доц. каф. технологии дорожно-строительных материалов и химии им. М.И. Волкова, sv.oksak@gmail.com, тел. +38 066-715-27-52,
Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, 61002, Украина, г. Харьков, ул. Ярослава Мудрого, 25. Ильин Ярослав Викторович, м.н.с. каф. технологии дорожно-строительных материалов и химии им. М.И. Волкова, yailin12011993@gmail.com, тел. +38 050-144-50-64,
Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, 61002, Украина, г. Харьков, ул. Ярослава Мудрого, 25. Ваил Михаил Шаевич, заведующий сектором разработки средств технического надзора, 4112945@gmail.com, тел. +38 050-411-29-45 Государственное предприятие «Научно-технический центр "Дорожный контроль качества"» 02160, Украина, г. Киев, ул. Каунасская, 3.
Mastic asphalt concrete on high viscosity special and compound petroleum bitumen
Abstract. Problem. Mastic asphalts are effective as waterproof layers of the road construction. These materials are characterized by high deformability because of a high content of bitumen. Viscosity of a binder in a composition of mastic asphalt concrete can be raised to decrease deformability of a layer. There is no production of high-viscosity road bitumen in Ukraine. In this case to obtain high-viscosity bitumen viscous road bitumen can be composed with construction bitumen. Goal. The goal of the research
is to set the ability to produce high-quality mastic asphalts by using Ukraine-made bitumen with no polymer. The properties of produced asphalt concretes must meet the requirements of SOU 42.1.37641918-106:2016 andDSTUEN 131086:2018. Methodology. For this research four types of bitumen are used. Three of them are produced by "Lotos Asphalt" (Poland): high-viscous (20/30; 35/50) and special ("Unibit" 35/50-57/69), the fourth is the made-in-Ukraine compounded bitumen. Ukrainian bitumen was made by compound of road bitumen (БНД 60/90) and constructive bitumen (БНС 90/10). The mineral aggregates of the mastic asphalt concrete consist of granite crushed stone 5-10 mm grade, crushed granite sand 0-5 mm grade and limestone powder. The properties of mastic asphalt concrete were determined according to SOU 42.1.37641918-106:2016 and DSTU EN 131086:2018 Results. The significant influence of the amount, viscosity and type of bitumen in the composition of the mastic asphalt mixture on the physical and mechanical properties of the mastic asphalt concrete is shown. An opportunity of producing high-quality mastic asphalt concrete based at the compound bitumen is found out. The compound bitumen consists of 65 % road bitumen (БНД 60/90) and 35 % of construction bitumen (БНС 90/10). Originality. The comparison of the physical and mechanical properties of the mastic asphalt concrete based on the European bitumen and the Ukraine-made compound bitumen indicates a similarity of the obtained data. It approves the novelty of research. Practical value. By the results of the research the compound bitumen allows to produce high-performance mastic asphalt concrete. The properties of such an asphalt concrete are equal to the asphalt concrete based on high-viscous and special European bitumen. Key words: high-viscosity bitumen, mixture mobility, mastic asphalt concrete, physical and mechanical properties, stamp indentation depth.
Oksak Serhii, Ph.D. (Eng.), Assoc. Prof. Department of technologies of road-building materials and chemistry, sv.oksak@gmail.com, тел. +38 066-715-27-52, Kharkov National Automobile and Highway University, 25, Yaroslava Mudrogo str., Kharkiv, 61002, Ukraine.
Iliyn Yaroslav, Juniour researcher. (Eng.), Department of technologies of road-building materials and chemistry, yailin12011993@gmail.com, тел. +38 050-144-50-64,
Kharkov National Automobile and Highway University, 25, Yaroslava Mudrogo str., Kharkiv, 61002, Ukraine.
Vail Michael, Head of Technological Supervision Methods Development Sector, 4112945@gmail.com, тел. +38 050-411-29-45
State Enterprise "Scientific and Technical Center "Road quality Control", 3 Kaunaska str, Kiiv,. 02160, Ukraine.
