Модифицированная щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесьдисперсно-армирующей добавкой «Forta» Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Илиополов Сергей Константинович

Sergey Iliopolov Профессор

Ростовский государственный строительный университет Rostov State University of Civil Engineering

Мардиросова Изабелла Вартановна

Isabella Mardirosova доцент

Ростовский государственный строительный университет Rostov State University of Civil Engineering E-Mail: Isabellavm@ rambler.ru

Чернов Сергей Анатольевич

Sergey Chernov ассистент

Ростовский государственный строительный университет Rostov State University of Civil Engineering

Дармодехин Павел Олегович

Pavel Darmodehin магистр

Ростовский государственный строительный университет Rostov State University of Civil Engineering

Модифицированная щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесьдисперсно-армирующей добавкой «Forta»

Modification Split Mastic Asphalt dispersion-reinforcing additive "FORTA"

Аннотация: Статья посвящена результатам исследования эффективности модифицирования щебеночно-мастичного асфальтобетона дисперсно-армирующей добавкой «FORTА». Установлено положительное влияние «FORTА» на свойства смесей.

The Abstract: The article is devoted to the study of modification efficiency macadam-mastic asphalt dispersion-reinforcing additive "FORTA." The positive influence of the "FORTA" on the properties of mixtures.

Ключевые слова: Щебеночно-мастичный асфальтобетон, модификатор, «FORTА», « РТЭП», «Viatop», полимеры, дорожные покрытия.

Keywords: Crushed stone mastic asphalt, modifier, "FORTA", "RTEP», «Viatop», polymers, road paving.

***

Последние десятилетия рост транспортных нагрузок и интенсивности движения стал очевиден. В то же время, проводимый отечественными и зарубежными исследователями мониторинг состояния асфальтобетонных покрытий магистральных дорог и городских улиц

показывает, что по-прежнему существует и актуальна проблема качественного и быстрого строительства и ремонта покрытий автомобильных дорог.

Опыт Российской Федерации по эксплуатации автомобильных дорог с асфальтобетонными покрытиями показывает, что реальные сроки службы дорожных конструкций нередко значительно ниже нормативных. Постоянно поднимается вопрос по поводу ухудшения состояния инфраструктуры сети автомобильных дорог. В настоящее время средний срок службы асфальтобетонных покрытий, как правило, не превышает 5-7 лет. Снижение сроков службы приводит, в целом к ухудшению транспортно-эксплуатационного состояния дорожной сети, требует ежегодного увеличения объемов ремонтных работ, накапливая годами «недоремонт» автомобильных дорог.

Эту задачу представляется возможным решить, лишь применяя новые строительные материалы с повышенными свойствами. В первую очередь, необходимо решать такой основополагающий фактор как качество дорожных битумов, которое для вяжущих российского производства часто не соответствует современным требованиям дорожной отрасли.

В мировой практике дорожного строительства прочно утвердилось мнение, что радикальным способом повышения качества битумов является их модификация полимерами. В этих целях используют различные добавки типа эластомеров (натурального и синтетического каучуков), резины, серы, полиолефинов, минеральных порошкообразных и волокнистых отходов промышленных производств и т.п. [1,2].

Применение битумно-полимерных вяжущих позволяет направленно регулировать структурно-реологических свойства битума и относится к одному из наиболее стремительно развивающихся новых технологий строительства и ремонта дорожных покрытий. Начало развития указанного направления в нашей стране более масштабно было положено в 1995 г. после распоряжения Федерального дорожного департамента Министерства транспорта России об обязательном применении модифицированных битумов при устройстве верхних слоев асфальтобетонных покрытий на дорогах I или П категорий.

В настоящей работе представлены результаты исследования эффективности модифицирования щебеночно-мастичного асфальтобетона дисперсно-армирующей добавкой «FOR-TAr ARr ».

FORTAr ARr— выпускается как армирующие полимерные волокна для асфальтобетонных смесей для повышения прочности и долговечности покрытий . Добавка представляет собой смесь двух синтетических волокон, которые работают совместно, улучшая эксплуатационные показатели асфальтобетона и состоит волокно из скрученных в пучки высокопрочных и высокотемпературных полипропиленовых волокон, которые способствуют перемешиванию и распределению волокон, армируя и улучшая свойства смеси. Распушенные и распределенные волокна фактически не видны на поверхности покрытия и не требуют вносить какие-либо изменения в обычные методы укладки и уплотнения.

В настоящей работе представлены результаты исследования эффективности модифицирования щебеночно-мастичного асфальтобетона ЩМА-10 дисперсно-армирующей добавкой «FORTA». которую вводили в количестве 0,05, 0,10 и 0,20 % сверх 100 % минеральной части смеси.

Для сравнения приготавливали щебеночно-мастичные асфальтобетонные смеси с использованием хорошо зарекомендовавших себя ранее стабилизирующих добавок резинового термоэластопласта «РТЭП»[3], который является эффективным полимерным модификатором, и добавки «VIATOP». Дозировку добавок принимали в соответствии с рекомендациями. Расход добавки «РТЭП» расход РТЭП составлял 0,30 %, а «VIATOP» - 0,45 % сверх 100 % минеральной части смеси [4].

Проведены также исследования по изучении. влияния комплексного модификатора, состоящего из добавок «РТЭП» и «БОЯТА», при содержании последней в количестве 0,05 и 0,10 % сверх 100 % минеральной части смеси.

Состав минеральной части ЩМА-10 включал в себя гранитный щебень фр.5-10 мм -66%; отсев дробления гранитного щебня фр. 0-5 мм - 21%; активированный минеральный порошок - 13%. В качестве вяжущего материала в работе использовался битум БНД 60/90. В таблице 1 приведены его физико-механические показатели.

Исследовали изменения важнейших стандартных физико-механических показателей асф альтобетона:

- пределов прочности при сжатии при температурах 20 и 50 °С;

- водонасыщения;

- трещиностойкости по пределу на растяжение при расколе при температуре 0 °С и скорости деформирования 50 мм/мин;

- водостойкости.

В качестве вяжущего материала в работе использовался битум БНД 60/90. В таблице 1 приведены его физико-механические показатели. Результаты исследований физикомеханических показателей смесей ЩМА-10 с добавками РТЭП, БОЯТА и У1а1ор представлены в таблице 2 и показаны на рисунке 1.

Таблица № 1 - Физико-механические показатели битума

Пенетра ция при Растяжи мость, см, при Температура, ^ Интервал пластичности, °С Прилипаемость по контрольному образцу

25 °C 0 о О 2 о О 0 о о размяг- чения хрупко- сти вспышки к песку к мрамору

72 24 100 4,3 49 -18 255 65 №3 №2

Представленные в таблице 2,и на рис. 1а зависимости показателя водонасыщения смесей ЩМА-10 от содержания добавки «FORTA» свидетельствуют о том, что при увеличении концентрации добавки от 0,05 до 0,20 наблюдается незначительное его повышение от 2,60 % до 2,78 %. Смеси же приготовленные с добавками резинового термоэластопласта «РТЭП» и «VIATOP», взятые соответственно в количествах 0,30 и 0,45 %, а также смеси содержащие комплексную добавку из «FORTA» и «РТЭП» соответственно в количествах 0,05 % и 0,30 %, и 0,10 и 0,30 % показали несколько более низкие значения этого показателя (в пределах - 1,8 - 2,24 %). Однако, во всех исследуемых случаях полученные значения водонасыщения соответствуют требованиям стандарта 31015-2002.

Прочность при 20 °С всех перечисленных выше составов ЩМА-10 (табл. 2 и рис.1 б) с увеличением количества вводимой добавки «FORTA» незначительно увеличивается от 4,48 до 4,90 МПа. Смеси же полученные с использованием добавок «РТЭП», «VIATOP» и с комплексными добавками из «РТЭП» и «FORTA» (табл.1; рис.1б) повысили этот показатель соответственно до 6,38, 5,27, 5,55 и 6,39 МПа. Значения этих показателей также соответствуют необходимым требованиям.

Показатель предела прочности смесей при сжатии при 50 °С (табл. 2, рис.1 в) с увеличением концентрации добавки «FORTE» также показывает его незначительный рост от 1,76 до 1,93 МПа. Значение же прочности при 50 0С с добавкой РТЭП повысилось при этом до 2,04 МПа, а с комплексными добавками до 2,16 и 2,32 МПа, повысив этот показатель соответственно на 23 и 29 %. по сравнению со смесями, содержащими только добавку «FORTA». С добавкой же «VIATOP» прочность образцов при 50 0С понизилась до 1,5 МПа, что составило ее потерю около 15 %.

Показатель водостойкости смесей (табл. 2, рис. 1 г) находится в пределах 0,90-0,97, что отвечает необходимым требованиям. Наиболее лучшую водостойкость 0,97 показали смеси с комплексной добавкой из 0.05 % «FORTA» и 0,30 % «РТЭП» и смесь с использованием одной добавки «РТЭП» (0,30%) с водостойкостью 0,95. Наиболее низкий этот показатель (0,90) имеет смесь полученная со стабилизирующей добавкой«У1ЛТОР».

Трещиностойкость смесей (табл. 1, рис.1 д) имеет значения от 2,69 до 4,20 МПа. Наименьшее значение показателя трещиностойкости 2,69 МПа имеет смесь с использованием 0,05 % добавки «FOPTA», что не соответствует требованиям ГОСТ 31015-2002, а наибольшее 4,20 МПа - с комплексной добавкой из 0,1 % «FORTA» и 0,30 % «РТЭП».

Результаты исследований физико-механических показателей, представленные в таблице 2 и на рис. 1 позволяют отметить положительное влияние добавки «FOPTA» на свойств исследованных асфальтобетонных смесей ЩМА-10. Однако, необходимо отметить значительное преимущество в этом случае смесей с добавками резинового термоэластопластом РТЭП в количестве 0,30 %, а также с комплексной добавкой ro«:FORTA» и «РТЭП» взятых, соответственно в количестве 0,1 и 0,30 %.

Кроме описанных выше испытаний физико-механических показателей щебеночномастичных смесей с использованием армирующих полимерных волокон FORTE проведена серия испытаний по установлению устойчивости асфальтобетонов к динамическому воздействию нагрузки в пределах 50 - 1000 кг. Исследования проводились на приборе, разработанном в лаборатории ДорТрансНИИ [5].

Для проведения испытаний были приготовлены асфальтобетонные образцы ЩМА-10 с добавками РТЭП в количестве 0,3%, Forte - 0,05% и комплексного модификатора РТЭП + Forte в количестве 0,3% и 0,05% от массы минеральной части. На рис. 2 представлены графики деформирования асфальтобетонных образцов при испытаниях на динамическую ползучесть.

Анализ данных полученных в результате экспериментальных исследований образцов ЩМА-10 на накопление остаточных деформаций под воздействием циклической расчетной динамической нагрузки 0,7 МПа и частотой приложения 15 Гц позволяет сделать вывод о том, что в целом остаточные деформации, полученные при температуре испытаний равной 20 °С, остаются не значительны.

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000

время, с

-----ЩМА 0,3% РТЭП ------ЩМА 0,3% РТЭП + 0,05 % Forte

-----ЩМА 0,05% Forte

Рис. 2. График деформирования ЩМА-10 с добавками РТЭП и Forte

После 300000 приложений нагрузки остаточная деформация смесей ЩМА составила: с добавкой РТЭП 2,3 мм, с комплексным модификатором РТЭП+Forte 3,1 мм и с добавкой Forte - 3,4 мм, что говорит о преимуществе ЩМА с добавкой РТЭП и с комплексной добавкой РТЭП + Forte.

Выводы

Результаты исследований физико-механических показателей щебеночно-мастичных смесей ЩМА-10 позволили установить положительное влияние армирующей полимерной добавки «FOPTA» на свойства модифицированных смесей. Следует отметить, в этом случае, особое преимущество смесей с добавками резинового термоэластопласта РТЭП в количестве

0,30 %, а также с комплексной добавкой из «FORTA» и «РТЭП» взятых, соответственно в количестве 0,1 и 0,30 %. Так, предел прочности модифицированного вяжущего повышается на 29 %, коэффициент водостойкости достигает значений 0,97, показатель трещиностойкости повышается от 2,69 до 4,20 МПа. Остаточные деформации смесей под воздействием циклической динамической нагрузки 0,7 МПа и частотой приложения 15 Гц полученные при температуре испытаний равной 20 °С, не значительны. После 300000 приложений нагрузки остаточная деформация показала преимущество смесей ЩМА с добавкой РТЭП и комплексной добавкой РТЭП + Forte, для которых этот показатель составил соответственно значения 2,3 и 3,1 мм. Последнее находится в соответствии с физико-механическими показателями

Таблица 2 - Физико-механические показатели смесей ЩМА-10 с добавками РТЭП, ГОЯТА и Уіаіор

Состав смеси Плотность, г/см3 Водонасыщение, % Предел прочности при сжатии, МПа Коэффи- циент водостои кости Трещиностой кость, МПа

Я20 Я20В Я50

Требования ГОСТ 31015-2002 1,5-4,0 не менее 2,5 не норми руется не менее 0,70 не менее 0,75 не менее 3,0, не более 6,5

ЩМА+0,05% БоГа 2,353 2,60 4,48 4,21 1,76 0,94 2,69

ЩМА+0,1% Бог-1а 2,347 2,66 4,79 4,60 1,80 0,96 3,36

ЩМА+0,2% Бог-1а 2,349 2,78 4,90 4,56 1,93 0,93 3,67

ЩМА +0,3% РТЭП +0,05% БоГа 2,35 2,24 5,55 5,38 2,16 0,97 3,07

ЩМА +0,3% РТЭП +0,1% БоГа 2,371 1,8 6,39 5,94 2,32 0,93 4,20

ЩМА+0,3% РТЭП 2,366 1,85 6,38 6,06 2,04 0,95 3,90

ЩМА+0,45% УІАТОР 2,363 1,9 5,27 4,74 1,5 0,90 3,00

Институт Государственного управления, Главный редактор - д.э.н., профессор К.А. Кирсанов

права и инновационных технологий (ИГУПИТ) тел. для справок: +7 (925) 853-04-57 (с 1100 - до 1800)

Рис. 1. Зависимость физико-механических показателей смесей ЩМА от содержания добавок

РТЭП УІЛТОР и ГОЯТЛ:

а) Водонасыщение

2,75

2,5

в4

« 2,25 В

я

Щ 2

3 2

3 1,75 я

® 1,5 о

са

1,25

1

ЩМА+0,1% ЩМА+0,3% ЩМА+0,3% ЩМА+VIATOP

Forta РТЭП РТЭП+0,1% Forta

Концентрация добавки, %

б) Предел прочности при сжатии при 20°С

а

■а

н

и

о

я

в-

о

а

С

6.7

6.4 6,1

5.8

5.5

5.2

4.9

4.6

4.3 4

ЩМА+0,1% Forta ЩМА+0,3% РТЭП ЩМА+0,3% ЩМА+VIATOP

РТЭП+0,1% Forta

Концентрация добавки, %

Прочность, МПа

Институт Государственного управления, Главный редактор - д.э.н., профессор К.А. Кирсанов

права и инновационных технологий (ИГУПИТ) тел. для справок: +7 (925) 853-04-57 (с 1100 - до 1800)

в) Предел прочности при сжатии при 50°С

2.5

2.25 2

1,75

1.5

1.25 1

ЩМА+0,1% Forta ЩМА+0,3% РТЭП ЩМА+0,3% ЩМА+VIATOP

РТЭП+0,1% Forta

Концентрация добавки, %

0,98 0,96 0,94 0,92 0,9 0,88

ЩМА+0,1% ЩМА+0,3% ЩМА+0,3% ЩМА+VIATOP

Forta РТЭП РТЭП+0,1% Forta

Концентрация добавки, %

г) Коэффициент водостойкости

1(1.

Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ)

Главный редактор - д.э.н., профессор К.А. Кирсанов тел. для справок: +7 (925) 853-04-57 (с 1100 - до 1800) Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru

д) Трещинностойкость

Л

е

л

н

и

0

1

т

о

а

С

4.5

4.25 4

3.75

3.5

3.25 3

2.75

2.5

2.25 2

ЩМА+0,1%

Forta

ЩМА+0,3%

РТЭП

ЩМА+0,3%

РТЭП+0,1%

Forta

ЩМА+VIATOP

Концентрация добавки, %

ЛИТЕРАТУРА

1. Калгин Ю.И. Дорожные битумоминеральные материалы на основе модифицированных битумов: // Ю.И.Калгин; Воронеж., гос. архит.строит.ун-т - Воронеж: - Изд-во Воронеж. Гос арКхит. Строит. ун-та, 2006. 272 с.

2. Руденский А.В., Смирнов Н. Для всех климатических зон. Композиционные резинобитумные материалы широкого применения /А.В.Руденский, Н.В. Смирнов // Дороги России XXI века. - 2002. - № 3. с. 86-881.

3. Илиополов С.К.,Мардиросова И.В. Эффективный модификатор-стабилизатор для щебеночно-мастичных смесей /С.К. Илиополов, И.В. Мардиросова //Автомобильные дороги . - 2006.- № 7 - С. 19-22.

4. Смирнов Е. Щебеночно-мастичный асфальтобетон. Три года в России. Итоги //Автомоб дороги - 2003.-№ 1. С.13

5. Патент 100260 МПН 001 N 3/36 «Устройство для определения деформаций динамической ползучести дорожно-строительных материалов»