CC BY
18
ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ДОБАВОК ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНЫХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ ЩМАС - 15
Кручинин Игорь Николаевич
Докт. техн. наук, профессор кафедры транспорта и дорожного строительства ФГБОУ ВО
УГЛТУ, г. Екатеринбург Белоусова Светлана Михайловна Студентка ФГБОУ ВО УГЛТУ, г. Екатеринбург Мальцева Наталья Сергеевна Студентка ФГБОУ ВО УГЛТУ, г. Екатеринбург
АННОТАЦИЯ.
Представленная работа предназначена для проведения анализа влияния добавки типа «Стилобит» на физико-механические характеристики щебеночно-мастичных асфальтобетонов. Объектом исследования стала щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь ЩМАС-15 с минеральной структурирующей добавкой. Целью исследования стала выработка требований к стабилизирующей добавке в ЩМАС-15, с учетом реологических свойств асфальтовяжущего. Рассмотрена оценка структурирующей добавки «Стилобит» на пластические деформации асфальтобетонов. Результаты исследований подтверждены лабораторными испытаниями на роллерном компакторе. Приводится обоснование необходимого количества добавки в ЩМАС-15.
ABSTRACT.
The presented work is intended for the analysis of the influence of the additive type " Stilobite" on the physical and mechanical characteristics of crushed stone-mastic asphalt concrete. The object of the study was the gravel-mastic asphalt-concrete mixture SMA -15 with a mineral structuring additive. The purpose of the study was the development of requirements for a stabilizing additive in SMA -15, taking into account the rheological properties of the asphalting. The evaluation of «Stylobite» structurizing additive on plastic deformation of asphalt concrete is considered. The results of the studies are confirmed by laboratory tests on a roller compactor. The substantiation of the necessary amount of the additive in SMA -15 is given.
Ключевые слова: асфальтобетонная смесь, ЩМАС, стабилизирующая добавка, пластические деформации в асфальтобетоне.
Keywords: Stone Mastic Asphalt, SMA, the structural strength of the mineral core, plastic deformations in asphalt concrete rutting.
Введение.
В настоящее время, исследования в области повышения физико-механических характеристик щебеночно-мастичных асфальтобетонов (ЩМА), чаще всего направлены на изучения битумов и их модификаций. Однако специфические условия эксплуатации щебеночно-мастичных покрытий не позволяют в полной мере реализовать богатый опыт, накопленный в общей теории асфальтобетонов. Поэтому требования к физико-механическим характеристикам покрытий будут определяться задачами, связанными с процессами, которые возникают при производстве щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей (ЩМАС).
Цель. Разработка требований к стабилизирующей добавке в ЩМАС-15, с учетом реологических свойств асфальтовяжущего.
Основными транспортно-эксплуатационными характеристиками современных щебнемастичных асфальтобетонных покрытий следует считать возможность сопротивляться деформациям и разрушениям. Это свойство характеризуется структурной прочностью минеральной части, а так же зависит от реологических характеристик асфальтовящущих материалов, а именно вязкости, упругости, пластичности и сдвигоустойчивости.
Щебеночно-мастичный асфальтобетон, по сравнению с асфальтобетонами по ГОСТ 9128 будет характеризоваться наибольшей величиной
внутреннего трения, исключения природного песка и наименьшими значениями сцепления при сдвиге, а так же наличием высокого содержания объемного битума в составе смеси [1, 24-26].
Для дальнейшего повышения сцепления при сдвиге используют более совершенные типы ас-фальтовяжущих, обладающих улучшенными свойствами по сравнению с битумами по ГОСТ 2245, а так же используют добавки, улучшающие физико-механические свойства асфальтобетонов [5].
Многочисленные исследования асфальтобетонов различных видов и типов показывают, что статический предел текучести при сдвиговых испытаниях зависит от структуры минеральной части бетонов, а сцепление от вязкости вяжущих веществ [2, 125-128].
Анализ условий эксплуатации и методов измерений основных показателей позволил сделать вывод, что в пределах действующих нормативно-технических требований, физико-механические характеристики щебеночно-мастичных асфальтобетонов можно целенаправленно регулировать. Эти показатели будут определяться составом и структурой применяемого щебеночно-мастичного асфальтобетона и зависят от зернового состава и качества минеральных материалов, содержания и качества битума, применения полимерных и минеральных структурирующих добавок в смеси [3, 56-58].
Исследования. На базе АБЗ ООО «Бетон-Экспресс», г. Екатеринбург, с привлечением специалистов испытательного центра «УралДорНИИ» был проведен комплекс лабораторно-исследователь-ских работ по оценке влияния стабилизирующих добавок типа «Стилобит» на комплексные физико -механические характеристики ЩМАС -15.
Испытательный центр «УралДорНИИ» был привлечен для исследований влияния минеральной структурирующей добавки «Стилобит» на пластические деформации в щебеночномастичном асфальтобетоне. А на предприятии «Бетон-Экспресс» были подобраны и изготовлены смеси ЩМАС-15 с процентным содержанием добавки в количестве 0,3; 0,4 и 0,5 % от массы минеральной части. Все представленные смеси прошли испытания на соответствие требованиям ГОСТ 31015-2002.
К основным физико-механическим показателям асфальтобетонов, которые были исследованы, были оценены: предел прочности при сжатии при температурах 20 и 50 °С; водонасыщение; трещино-стойкость по пределу на растяжение при расколе при температуре 0 °С и скорости деформирования 50 мм/мин; водостойкость; сдвигоустойчивость; трещиностойкость. Дополнительно были проведены исследования по стойкости к колееобразова-нию, по методике испытания нагруженным колесом [4].
Для исследований использовалась установка, соответствующая методике, принятой в соответствии с Европейскими нормами EN 12697-22 «Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt». Все испытания были проведены на образцах, в виде плит квадратной формы. после их предварительного термостатирования в воздушной климатической камере в течение не менее четырех часов. За основу испытаний был принят план по оценке деформации образцов при нагружении в виде проходов колеса в количестве не менее 10000 циклов.
В результате исследований были выявлены следующие зависимости. При использовании добавки типа «Стилобит» в количестве от 0,4 до 0,5% все физико-механические характеристики находились на одном и том же уровне, при количестве добавки 0,3% общие параметры смесей были даже ниже, чем у смесей с более высоким количеством
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) #8 (53), 2018 добавки, а именно: сцепление при сдвиге при температуре 50°С и пределе прочности при сжатии при 50°С.
Таким образом возникли предпосылки исследовать повышенное содержание минеральной добавки в смеси. Ее количество было доведено до 1,0 % от массы минеральной части.
Результаты указывали на то, что при увеличении добавки, смесь с каждым разом становилась более жесткой.
Дополнительно были исследованы характеристики уплотняемости различных смесей при формовке образцов. Было определено, что величина добавки типа «Стилобит» может оказывать влияние на жесткость. В нашем случае, увеличение количества добавки приводило к повышению жесткость смеси.
Если проводить аналогию с нашими исследованиями [2, 135-139], то можно заключить, что степень жесткости щебеночно-мастичных смесей по показателю уплотняемости, сможет так же служить показателем подверженности асфальтобетонов пластическим деформациям, а следовательно и стойкости к колееобразованию.
Результаты.
Полученные данные позволили сделать следующий вывод, что на физико-механические показатели щебеночно-мастичных асфальтобетонов оказывают влияние с одной стороны структурная прочность минерального остова, с другой стороны пластические деформации асфальтовяжущих.
С целью повышения показателей сцепления асфальтобетонов при сдвиговых испытаниях необходимо чтобы асфальтобетонная смесь содержала стабилизирующую добавку «Стилобит» в количестве больше на 0,1%, чем предлагает производитель добавки. При этом следует учитывать, что увеличение стабилизирующей добавки от 7,8 до 9,2 % ( см. таблицу 1) в смеси, возможно существенно повысить стойкость к колееобразованию.
В таблице 2 приведены основные показатели полученного асфальтобетона из щебеночномастич-ной смеси ЩМАС-15. Анализ полученных данных показал, что сверхнормативное увеличение количества добавки может приводить к уменьшению колеи на асфальтобетонах и оказывает существенное влияние на его технологичность.
Таблица 1. Оценка влияния стабилизирующих добавок на физико-механические показатели асфальтобетонов из щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси ЩМАС-15_
Физико-механические показатели Процентное соотношение стабилизирующей добавки «Сти-лобит»/Битума ,% Требования по ГОСТ 310152002
0,3/5,8 0,4/5,8 0,5/5,8
Водонасыщение, % по объему 2,45 2,54 2,23 От 1,0 до 4,0
Предел прочности при сжатии, МПа: при температуре 50° С при температуре 20° С 1,3 3,5 1,2 3,7 1,3 3,7 Не менее 6,5 Не менее 2,2
Предел прочности при сжатии после длительного во-донасыщения, МПа 3,0 3,3 3,3 Не нормируется
Водостойкость при длительном водонасыщении 0,86 0,89 0,89 Не менее 0,85
Коэффициент внутреннего трения Сцепление при сдвиге при температуре 50° С 0,97 0,28 0,96 0,34 0,97 0,34 Не менее 0,93 Не менее 0,18
Сцепление битума с минеральной частью да да да Должно выдерживать
Трещиностойкость - предел прочности на растяжение при расколе при температуре 0° С, МПа 3,1 3,4 3,3 Не менее 2,5 Не более 6,0
Устойчивость смеси к расслаиванию по показателю стекания вяжущего, % 0,07 0,04 0,03 Не более 0,20
Стойкость к колееобразованию прокатыванием нагруженного колеса (10 000 циклов), % 3,98 3,67 3,33 Не более 5,0
Таблица 2. Физико-механические показатели асфальтобетона ЩМА-15 (содержание «Стилобит» - 1,0%)
Наименование материала Колея, мм Высота образца, мм/ % усадки Водона-сы-щение, % Средняя плотность, г/см3 Битум % (сверх 100)
ЩМА-15 (содержание «Стилобит» -1,0%) 2,61 50/5,22 2,52 2,62 5,8
Список литературы
1. Костин В.И. Щебеночно-мастичный асфальтобетон для дорожных покрытий. Нижний Новгород, 2009. 256 С.
2. Кручинин, И.Н. Применение хризотила в дорожном строительстве [Текст] / И.Н. Кручинин, А.Ю. Дедюхин/ Монография/Урал. гос. Лесотехн. ун-т. - Екатеринбур, 2011 - 152 с.
3. Кручинин, И.Н. Структурированные минеральные порошки [Текст] / А.Ю. Дедюхин, И.Н. Кручинин, А.А. Еремян // Автомобильные дороги. - 2013.-№10.-С. 54-60.
4. Матуа В.П., Чирва Д.В. , Мирончук С.А. Новое лабораторное оборудование для испытаний
дорожно-строительных материалов на устойчивость к колееобразованию [Электронный ре-сурс]иКЪ:
http://www.crdtech.ru/index.php/publications/articles/ 48-2012-04-07-22-12-23 (дата обращения: 09.11.2017).
5. Чернов С.А., Чирва Д.В., Леконцев Е.В. Влияние полимерно-битумного вяжущего на процессы колееобразования в верхних слоях покрытий автомобильных дорог [Электронный ресурс] URL: http://
www.crdtech.ru/index.php/publications/articles/55-2012-11-17-22-41-20 (дата обращения: 09.11.2017 ).
ТЕНДЕНЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ ДОЛИ УГЛЯ В ТОПЛИВНОМ БАЛАНСЕ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
Литвинов О.Л.
РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА (МИИТ)
В электроэнергетическом комплексе РФ сохраняется ведущая роль ТЭС, работающих на органическом топливе. Это означает, что надежное обеспечение потребителей электро- и теплоэнер-гией будет прямо зависеть от устойчивого и экономичного снабжения ТЭС топливом в необходимых видах и объемах.
Согласно данным Энергетической стратегии России в период до 2030 года (далее - ЭС-2030), до недавнего времени доля угля в топливном балансе энергетики страны составляла около 30 %.
В связи с прекращением потребления угля большинством тепловых электростанций европейской части России и переходом на топливо в виде природного газа, доля угля в топливном балансе страны сократилась до 13%, но в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке доля угля в потреблении тепловыми электростанциями составляет 26%
[1]. Однако в результате реализации стратегического направления опережающего развития угольных тепловых электростанций доля угля в потреблении топлива тепловыми электростанциями Восточной Сибири и Дальнего Востока может увеличиться до 34-36%. Согласно оценкам, данным по итогам первых лет реализации ЭС-2030, несмотря на увеличение потребления природного газа, также ожидается рост фактических объемов использования угля в качестве топлива, при этом экологическая составляющая такого использования угля приобретает особую важность.
Топливная составляющая себестоимости производства электроэнергии пылеугольных ТЭС достигает 50-60% и полностью зависит от вида потребляемого топлива, его цены и качества использования. При этом ввиду ограничения возможности
