CC BY
3
УДК 678.541
Махкамов Д.И. доцент
Наманганский инженерно-строительный институт
Узбекистан, г. Наманган Иноятов Ц.М. доцент
Наманганский инженерно-строительный институт
Узбекистан, г. Наманган Абдуразакрв М.А. стажёр-преподаватель Наманганский инженерно-строительный институт
Узбекистан, г. Наманган Уктамов С.М. стажёр-преподаватель Наманганский инженерно-строительный институт
Узбекистан, г. Наманган
МЕХАНОАКТИВАТЦИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ПОРОШКОВЫХ ИНГРЕДИЕНТОВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ МАСТИК И АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ АВТОМОБИЛЬНЫЙ ДОРОГ
Аннотация: В докладе приводятся результаты исследований механоактивации минеральных порошковых ингредиентов и их влияния на физико-механические свойства олигомер-битумных композиций для герметизации деформационных швов и трещин асфальтобетонных покрытий дорог, мостов и аэродромов.
Ключевые слова. Композиция, минералные порошковые ингредиенти, механоактивация, герметизирующая мастика, олигомер, битум, деформационнй швов, трещины, асфальтобетон.
Maxkamov D.I. Associate Professor Namangan engineering-construction institute
Uzbekistan, Namangan Inoyatov Q. M. Associate Professor Namangan engineering-construction institute
Uzbekistan, Namangan Abdurazakov M.A. Trainee-teacher
Namangan engineering-construction institute
Uzbekistan, Namangan Uktamov S.M.
Trainee-teacher Namangan engineering-construction institute
Uzbekistan, Namangan
MECHANOACTIVATION OF MINERAL POWDER INGREDIENTS AND THEIR INFLUENCE ON THE STRENGTH PROPERTIES OF
COMPOSITIONS FOR SEALING MASTICS AND ASPHALT CONCRETE COATINGS OF AUTOMOBILE ROADS
Abstract: The report presents the results of studies on the mechanical activation of mineral powder ingredients and their effect on the physical and mechanical properties of oligomer-bitumen compositions for sealing expansion joints and cracks in asphalt concrete pavements of roads, bridges and airfields.
Keywords: Composition, mineral powder ingredients, mechanical activation, sealing mastic, oligomer, bitumen, expansion joints, cracks, asphalt concrete.
Введение. Большое государственное, стратегическое и экономическое значение имеет техническое состояние транспортной сети.
В общей транспортной системе Республики Узбекистан главенствующее положение отводится автомобильным дорогам. Сеть автомобильных дорог республики, включая мосты, составляет более 147 тыс.км, из них 50,7 тыс. км дороги с асфальтобетонными, бетонными покрытиями и 96,6 тыс. км с нефтеминеральными и щебеночными покрытиями. В перспективе намечается строительство железобетонных дорог протяженностью более 10000 км, проходящих через пустынные и горные регионы республики. В республике имеются 11 аэродромов общей площадью 600 га, покрытых бетоном и асфальтобетоном.
Резко континентальные климатические условия Центральной Азии существенным образом сказываются на состоянии и сроках эксплуатации асфальтобетонных дорог. Долговечность применение асфальтобетонных и нефти-минеральных покрытий дорог в условиях Узбекистана из-за недостаточной их сдвиг устойчивости при высоких летних положительных, и трещин стойкости - при низких отрицательных зимних температурах обычно не превышает 2-3 года. [1-4].
Кроме того, в обеспечения сохранности и повышения долговечности бетонных, железобетонных и асфальтобетонных покрытий дорог, мостов и аэродромов в условиях жаркого климата и высокогорья особую роль также играет применение для герметизации деформационных швов и трещин тепло-морозостойких композиционных материалов-мастик.
Вследствие низкой температуры ее размягчения (70-800С) и адгезионной прочности она быстро выходит из строя, что, в конечном счете, приводит к разрушению стыковых соединений бетонных и асфальтобетонных дорог, мостов и аэродромов и снижению их долговечности. [1].
В этой связи проведение исследований по созданию и получению импортозамещающих и экспортоориентированных высокоэффективных, композиционных материалов на основе механоактивированных и химически модифицированных ингредиентов из местных и вторичных сырьевых ресурсов органического и минерального происхождения для асфальтобетонных покрытий и герметизирующих мастик для заполнения деформационных швов бетонных и трещин асфальтобетонных дорог, мостов и аэродромов с целью повышения их тепло-морозостойких, сдвигоустойчивых и трещиностойких свойств и, соответственно, увеличения сроков эксплуатации в интервале температур от -350С до +1250С является весьма актуальной проблемой.
Цель исследования. Создания эффективных составов импортозамещающих и экспортоориентированных композиционных материалов с выокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами для герметизации деформационных швов бетонных и трещин покрытий асфальтобетонных дорог, способных эксплуатироваться в широком интервале температур от -25 до +1250С, на базе местных минеральных и вторичных сырьевых ресурсов органического и неорганического происхождения.
Объект и методы исследований. Объектами исследования являются битумы марок БН-90/10 (БНИ-У), БН-70/30 (БНИ-1У), БНД-60/90, модифицированная госсиполовая смола, битумные композиция для покрытий асфальтобетонный дорог, композиционные мастики для герметизации их деформационных швов и трешин с комплексным использованием местных широкодоступных природных и вторичных ресурсов органического и неорганического происхождения. [1].
Предметом исследования заключается в установлении физико-химических закономерностей взаимодействия компонентов модельных смесей и многофазных композиций из органических, модифицированных и механоактивированных минеральных и вторичных сырьевых ресурсов; определение механизма механоактивации минеральных ингредиентов; исследование физико-механических и эксплуатационных характеристик разработанных композиционных материалов для асфальтобетонных покрытий и герметизации их деформационных швов и трещин.
Методы исследований. Физико-химические свойства исследованы с помощью ИК-спектроскопи. Физико-механические свойства композиции: -температура размягчения определена по методу КиШ; -температура хрупкости по методу Фраасу; -растяжимость по ГОСТ 11056; -прочность
сцепления с бетоном по ТбИ РУз 14.04.2004; -глубина проникания иглы по ГОСТ 11501, водопоглощение по ГОСТ 26589. [1-2].
Результаты исследований и их обсуждение. Физико-механические свойства асфальтобетонных композиций, главным образом, зависят от гранулометрических составов, степени механоактивации наполнителей и свойств вяжущих.[3-4].
Учитывая это, нами были проведены исследования свойств минеральных порошковых ингредиентов до и после механической активации на различном оборудовании. Проведенные исследования по механической активации барханных и речных песков показали, что наиболее эффективным оборудованием является дисмембраторный активатор. Установлено, что на степень измельчения и механическую активацию ингредиентов минерального происхождения существенное влияние оказывают такие параметры дисмембратора как зазор между ротором и статором, степень загрузки и особенно скорость вращения ротора. Базируясь на совокупность проведенных исследований влияния скорости вращения ротора, зазора между ротором и статором, а также степени загрузки дисмембратора, за оптимальные параметры при механоактивации природных речных и барханных песков можно принять: скорость вращения ротора 1500 об/мин; зазор между ротором и статором -0,20 мм; степень загрузки - 3 кг/мин., при которых достигается необходимая дисперстность и соответствующая удельная поверхность речных и барханных песков, и которые отвечают требованиям к сырьевым материалам при получении асфальтобетонных покрытий.
Механизм механоактивации при обработке минералов и природных песков в дисмембраторной установке происходит следующим образом. При ударно-истирающем режиме обработки активация происходит в основном за счёт образования новых поверхностей с незначительным изменением гранулометрического состава, а при обработке в ударно - раскалывающе -истирающем режиме активация происходит как за счёт изменения гранулометрического состава, так и за счёт обнажения новых поверхностей. Исследования влияния механоактивации на свойства природных песков показали, что при механоактивации как речных, так и барханных песков значительно повышаются активные центры и их адсорбционные свойства.
Таким образом, при механоактивации природных песков на дисмембраторной установке под действием ударно-раскалывающего-истирающего эффекта происходит активация не только за счет увеличения удельной и адсорбционной поверхности диспергированных частиц, но и за счет образования реакционноспособных активных центров, способствующие улучшению межфазных взаимодейстий, которые оказывают существенное влияние на физико-механические свойства композиций для асфальтобетонных покрытий дорог.
В свете вышеизложенного, нами было изучено влияние механоактивации наполнителей на прочностные показатели композиции для асфальтобетонных покрытий, в частности, зависимость предела прочности при сжатии от степени загрузки дисмембратора при механоактивации песков и влияние механоактивации на прочность композиции для асфальтобетонных покрытий при сдвиге (рис. 1 а,б). _а)_
5 Н « « а к Е « 6 В о ^ 4
—■ "" "Г ■ ■ —
3 V
0- г .л.
0- о . — ■ г у/ 1
в Л т о а к п а п а а в 2
,. •
1 <У
0 1 2 3 4 5
Степень загрузки, кг/мин песок
--- чирчикский; _ . _ . чиназский;
— ... язъяванский; янгиерский
б)
Предел прочности при сдвиге, МПа
1,2
1,0
_Л
- - ■Л-
0,8 А" - ■ С — -А
д шшт — - .Ь __ . - -£ ■ ■ ■ _. Л . ■V - • - ■ -Д
д. -д= — 1 г" ~~ « ■ ■ ■ -д- ■ ■ ^ - - д =д
0,6 д.
0,4
0 1 2 3 4 5
Степень загрузки, кг/мин
Рисунок 1. Зависимость предела прочности при сжатии (а) и сдвига (б) асфальтобетонных покрытий от степени загрузки дисмембратора при
механоактивации.
Из данных рисунка видно, что при использовании механоактивированных песков наблюдается существенное увеличение прочности при сжатии и сдвиге асфальтобетонных покрытий, При загрузке песков до 3 кг/мин предел прочности при сжатии увеличивается от 1,3 до 3,9 МПа, прочность при сдвиге возрастает от 0,6 до 1,0 МПа, соответственно.
Дальнейшее увеличение загрузки дисмембратора приводит к плавному снижению этих показателей. Такая закономерность объясняется тем, что при загрузке дисмембратора до 3 кг/мин в силу оптимального режима работы происходит интенсивное измельчение загружаемых материалов и их активация за счёт появления новых поверхностей и увеличения общей удельной поверхности. Полученные данные указывают на то, что механоактивированные природные речные и барханные пески с успехом могут быть использованы в качестве наполнителей в асфальтобетонных композициях.
Изучение физико-химических процессов модифицированной битумной композиции, содержащей механоактивированные пески, позволяет объяснить образование адсорбционных взаимодействий в двух стадии. На первой стадии поверхность минерального наполнителя (песка) покрывается тонким промежуточным слоем госсиполовой смолы, а на второй - на данную пленку адсорбируется битумное вяжущее. Очевидно, это обусловлено образованием водородных связей между наполнителями, с одной стороны, и функциональными группами мальтеновой фракции битумов-с другой, по схеме:
O
Rl - O - [— ГО - R - OH — O - Si - O— ГО - R -OH---- ] O-Rl
O
где Rl- мальтеновая фракция;
R - полифункциональный радикал госсиполовой смолы.
По данным ИК- спектроскопии при модификации госсиполовой смолы известью происходит структурирование, которое, по-видимому, приводит к увеличению молекулярной массы. Увеличение плотности и физико-механических свойств (температура размягчения, прочность при растяжении, снижение пенитрации), очевидно, можно объяснить образованием гидросиликатов кальция [CaOSiO2(OH2)] за счёт взаимодействия избыточной извести Ca(OH)2 с активными центрами песков, имеющих развитую удельную поверхность, образующуюся в процессе механохимической активации.
На основании комплексных исследований и выявленных закономерностей полученных результатов разработан эффективный состав композиционных материалов с использованием механоактивированных тонкоизмельченных природных песков и модифицированных органических ингредиентов для асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог, мостов и аэродромов. [5-7].
В табл. 1 приведены оптимальные составы разработанных рецептур асфальтобетонных покрытий.
Таблица 1. Рецептуры композиций для асфальтобетонных покрытий.
Состав асфальтобетонного ГОСТ Разработанные составы, мас. %, с
покрытия 9128-97 содержанием песка
чирчик чиназ язъяван янгиер
ский ский ский ский
Битум БНД 60-90 6 - - - -
Битум БНД 60-90 + ГС (7% от веса битума) 6 6 6 6
Щебень 45 45 45 45 45
Песок неактивированный 41 41 41 41 41
Минеральный наполнитель 8 - - - -
Механоактивированный песок - 8 8 8 8
Итого 100 100 100 100 100
Сравнительные характеристики физико-механических свойств разработанных асфальтобетонных покрытий приведены в табл. 2.
Таблица 2. Физико-механических свойств разработанных композиций для _асфальтобетонных покрытий._
Показатели ГОСТ Нормы на смеси для плотного горячего
9128-97 асфальтобетона
чирчик чиназ язъяван янгиер
ский ский ский ский
Пористость минерального состава, % объема, для смесей типов:
Г, не более 22 21 21 18 18
Д, не более 22 20 20 19 19
Водонасыщение, % объема, для
смесей типов:
Г 1,5-4,0 2,5 2,6 2,0 2,1
Д 1,0-4,0 2,0 2,2 1,9 2,0
Остаточная пористость, % объема 2,2-5,0 3 3,1 3,5 4,0
Предел прочности при сжатии,
МПа, при температурах:
+20оС, не менее 2,2 3,8 3,5 3,0 3,0
+50оС, не менее, для смесей типов:
Г 1,2 1,8 1,71 1,58 1,6
Д 1,3 1,9 1,8 1,64 1,61
0оС, не более 12,0 9,0 8,85 7,91 8,0
Коэффициент водоустойчивости, не 0,85 0,90 0,89 0,90 0,88
менее
Из данных таблицы 2 видно, что композиции для асфальтобетонных покрытий, полученные с использованием механоактивированных тонкоизмельченных песков, модифицированных госсиполовой смолой, вместо минерального наполнителя, из битума БНД 60/90 по всем показателям физико-механических характеристик полностью отвечают требованиям ГОСТ 9128-97.
Заключение. Разработан новый эффективный способ повышения физико-механических свойств асфальтобетонных покрытий путём введения в их состав механоактивированных минеральных ингредиентов, в частности, природных речных и барханных песков, основанного на ударно -раскалывающе-истирающем эффекте, приводящий к образованию частиц с развитой удельной поверхности с требуемыми геометрическими и физическими параметрами за счёт поляризации частиц на молекулярном уровне, сопровождающийся появлением гетерогенных дипольных моментов, которые способствуют улучшению адгезионных свойств с образованием водородных связей как с катионно - активными, так и анионно - активными веществами, каким является госсиполовая смола и, в конечном счете, увеличению межфазного взаимодействия между ингредиентами и битумом.
Предложен научно обоснованный подход к созданию тепло-морозостойких, сдвигоустойчивых и трещиностойких композиционных материалов на основе местных и вторичных сырьевых ресурсов для асфальтобетонных покрытий и герметизации деформационных швов и трещин бетонных, асфальтобетонных дорог, мостов и аэродромов с улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, способных эксплуатироваться в экстремальных климатических условиях Республики Узбекистан.
На основе результатов исследований физико-химический свойств органических и минеральных ингредиентов из местных и вторичных ресурсов установлены закономерности взаимодействия компонентов многофахных композиций, отмечена определяющая роль полярных функциональных групп ингредиентов и адсорбционных взаимодействий, протекающих между наполнителями и госсиполовой смолой, с одной стороны, и мальтеновыми фракциями битумов-с другой, обусловленное образованием водородных связей.
На основе выявленных закономерностей разработан ряд марок асфальтобетонных композиционных материалов для покрытия дорог-БК-3-ЧчРП, БК-3-ЧзРП, БК-3-ЯзВП, БК-3-ЯнВП, отличающихся друг от друга природой применяемых механоактированых песков.
Использованные источники:
1. Негматов С. С. и др. Композиционные асфальтобетонные материалы для покрытия дорог //Ташкент: ГУП «Фан ва тараккиёт. - 2012.
2. Sobirov A. B. et al. Study of composition and technology of highly filled composite polymeric materials for asphalt roads, which can be used in hot climates and increasing their operation life. European polymer congress in 2011 //XII congress of the specialized group of polymers.,//Congress program, june. - 2011.
3. Makhkamov Dilshod Ismatillayevich, Inoyatov Qaxramon Muydinovich, Abdurazakov Mirzokhid Abdurakhmonxujayevich, O'ktamov Sardor Makhmudjanovich. Use of mechanically activated components in road construction. An international multidisciplinary research journal //Vol. 10, issue 5, may 2020. p.1558-1566 India.
4. Negmatov, S., Inoyatov, K., Oblakulov, L., Bozorboyev, S., Sobirov, B., Rakhmonov, B., Lisenko, A. Research And Development Of Technologies Of Obtaining The Mechanically Activated Powder Based On Natural Ingredients And Dune Sand For Production Of Sealing Composite Cements And Composite Materials For Various Purposes //International Porous and Powder Materials Symposium and Exhibition, PPM. - 2013. - С. 3-6.
5. Ergashev M., Mamajonov M., Kholmirzayev M. Automation and modulation of highways in gis software //Теория и практика современной науки. - 2020. - №. 5. - С. 9-14.
6. Mukhammadyusuf Ergashev, Valisher Abdurakhimov //The use of basic gps stations, which are situated in Namangan, in the field of automobile roads //журнал "Экономика и социум" №5(72) 2020.
