Научная статья на тему 'Определение сцепления битума с каменными материалами в асфальтобетоне фотометрическим методом'

Определение сцепления битума с каменными материалами в асфальтобетоне фотометрическим методом Текст научной статьи по специальности «Приборы неразрушающего контроля изделий и материалов»

CC BY
1279
223
Поделиться
Ключевые слова
битум / каменный материал / площадь сцепления / камера видеонаблюдения / персональный компьютер (рс) / программа

Похожие темы научных работ по приборостроению , автор научной работы — Ефремов С.В.,

The device and methods of determination of percent bitumen coating of aggregates aiming to perfect the testing methods of asphalt concrete when determining the bond of binder and mineral parts of the mix according to road standard technical conditions B.V.2.7-89-99 and make a more detailed analysis of its physical and mechanical properties have been described.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Определение сцепления битума с каменными материалами в асфальтобетоне фотометрическим методом»

УДК 620.179.4:665.775.4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЦЕПЛЕНИЯ БИТУМА С КАМЕННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ В АСФАЛЬТОБЕТОНЕ ФОТОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

С.В. Ефремов, науч. сотр., ХНАДУ

Аннотация. Описаны прибор и методика определения процентного покрытия битумом различных каменных материалов с целью совершенствования методики испытания асфальтобетонов при определении сцепления вяжущего с минеральной частью смеси по ДСТУ Б В.2.7-89-99 и более полного анализа его физико-механических свойств.

Ключевые слова: битум, каменный материал, площадь сцепления, камера видеонаблюдения, персональный компьютер (РС), программа.

Введение

Диапазон функциональных возможностей современных средств измерений и вычислений с каждым годом существенно возрастает. Это открывает новые горизонты и перспективы в области научных исследований и испытаний дорожно-строительных материалов, а в частности органических вяжущих и бетонов на их основе. Результаты многих методов испытаний зависят от действий и субъективных представлений испытателя. Максимальная автоматизация испытаний позволит устранить или уменьшить воздействие человеческого фактора на конечный результат испытаний дорожно-строительных материалов. Но автоматизация процессов испытаний дорожно-строительных материалов влечёт за собой изменение функциональных действий и приоритетов исполнителей в нормативных документах. То есть исполнителем становятся аппаратные средства, а испытатель переходит в разряд квалифицированного пользователя ими, и это является первоочередной научно-исследовательской задачей в области нормативных испытаний.

Анализ публикаций

ДСТУ Б В.2.7-89-99 «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний» [1] на сегодня является главным нормативным документом в области строительства автомобильных дорог. Однако следует учесть, что этот документ в значительном объёме дублирует ГОСТ 12801-84 и ГОСТ 12801-77 [2, 3], нормативные документы, разработанные в период от 40-х до 70-х годов прошлого столетия. Конечно, эти документы были усовершенствованы, их функциональное со-

держание претерпело определенные изменения. Но метод определения сцепления вяжущего с минеральной частью смеси десятилетиями оставался без изменений. Действуя и в нынешнее время, он не регламентирован чёткими числовыми показателями, что вносит субъективную оценку в анализ результатов испытаний.

Различные методики проведения испытаний сцепления битума с каменными материалами разрабатывались и предлагались многими исследователями физических, физико-химических и реологических свойств битума с начала прошлого столетия. Так в 30-е годы Х. Маллисон [4] предложил метод, сущность которого заключалась в отслаивании битума от минеральной подложки водой при помощи вращения специальной насадки со скоростью 18 об/мин в воде, в которую помещалась асфальтобетонная смесь. В 50-е Дж.Х. Николас [5] разработал похожий метод с той лишь разницей, что встряхивалась вся ёмкость с водой и помещённой в неё асфальтобетонной смесью при температуре 60 °С. А.Дж. Хойберг [6] использовал более сложный метод, и в химическом, и в физическом смысле очень отличающийся от того метода, что используется в ДСТУ Б В.2.7-89-99. Но все эти методы не давали возможности получения количественных показателей адгезии битума, выражающихся в числовых значениях, а стало быть, её точной характеристики в ряду других физико-механических свойств асфальтобетона.

Попытки определения числовых значений адгезионных свойств битума к каменному материалу предпринимались неоднократно. В конце 60-х одну из таких попыток предпринялаА. С. Колба-новская [7], пытаясь внедрить колориметрический метод определения площади покрытия би-

тумом минеральной поверхности. Но он давал значительные погрешности в сторону завышения показателей покрытости, а это не удовлетворяло научных исследователей, работавших над решением задачи по определению количественных значений сцепления битума с минеральной подложкой, из-за отсутствия объективности результатов. К тому же этот метод испытаний не мог иметь широкого применения в производственной сфере из-за своей сложности, специфичности и трудоёмкости. Несмотря на это, использование раствора метиленовой сини при определении площади контакта каменных материалов с битумом позволило А. С. Колбановской одной из первых получить конкретные численные значения битумной адгезии к минеральным составляющим в асфальтобетоне.

Важность этих немногочисленных разработок подчёркивается тем обстоятельством, что пока на территории стран СНГ и Европы в нормативных документах практически не учитывается сцепление битума с каменными материалами, а тем более его числовые значения [8-12]. Отсутствие требований к сцеплению и его количественным значениям в европейском стандарте EN 12591 «Bitume et liants bitumineux. Specification des bitumes routiers» [13] даёт возможность научным исследователям, занимающимся решением проблемы получения числовых значений сцепления вяжущего с минеральной частью смеси, быть одними из первых в разработке по внесению метода количественных оценок адгезионных характеристик битумов в отечественный нормативный документ - ДСТУ Б В.2.7-89-99.

Цель и постановка задачи

Испытание асфальтобетонных смесей по определению сцепления вяжущего с минеральной частью смеси, которое предусматривает ДСТУ Б В.2.7-89-99, требует усовершенствования в области оценки результатов испытания и получения конкретных количественных значений. В действующем ДСТУ Б В.2.7-89-99 оценка сцепления битума с каменными материалами, которые являются составляющими асфальтобетонной смеси, после проведения испытания производится при помощи визуального осмотра и сравнения испытанной смеси со смесью до испытания. Визуальный осмотр и сравнение двух асфальтобетонных смесей могут быть эффективны лишь в двух случаях. Первый случай, когда каменный материал в обеих смесях абсолютно полностью покрыт битумом и адгезию можно оценить, как 100% сцепления. Второй случай, когда каменный материал в испытанной смеси оголился полностью и адгезия оценивается как стремящаяся к 0% сцепления. Во всех остальных случаях количественная оценка очень сильно зависит от субъективного представления испытателя. Из этого возникла необходимость разработки метода,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

дающего возможность получения более точных значений, не зависящих от индивидуальных особенностей испытателя.

Результаты исследований

Исследования возможности получения конкретных числовых значений при испытании сцепления битума с различными каменными материалами проводились на созданной в лаборатории кафедры технологии дорожно-строительных материалов ХНАДУ измерительной установке (рис. 1) с использованием специальной вычислительной программы и разработанной методики проведения измерений долевой площади покрытия каменных материалов битумом. Созданная установка, представленная на рис. 1, состоит из унифицированных компонентов: системного блока Pentium 100 MHz (или больше), 16 Мб памяти (или 32 Мб) с TV-тюнером "KWORLD", монитора 17" SVGA и других составляющих персонального компьютера; камеры видеонаблюдения SK-1004/3,6/LG; предметного столика с матовым стеклом и двух подсвечивающих люминесцентных ламп.

Рис. 1. Принципиальная схема измерительной установки для автоматизированного определения количественного показателя сцепления битума с поверхностью каменных материалов

В ДСТУ Б В.2.7-89-99 рекомендуется следующая методика испытаний: подготовленную навеску асфальтобетонной смеси выдерживают в 15% растворе (№С1 + дистиллированная вода) при температуре 100 °С (исключая бурное кипение) от 3 до 30 минут; охлаждают; промывают; высушивают; визуально оценивают степень покрытия каменных материалов битумом. Последняя стадия испытаний очень сильно зависела от субъективной оценки испытателя, которая, как правило, не имела однозначности, кроме случаев 100% и 0% покрытия.

Для более точных измерений и вычислений площади покрытия битумной плёнкой минеральных

составляющих асфальтобетонной смеси на последнем этапе нормативных испытаний использовались: измерительная установка для автоматизированного определения количественного показателя сцепления битума с поверхностью каменного материала; специальная программа измерения и расчёта площади покрытия вяжущим подложки; программное обеспечение ТУ-тюнера; специально разработанная методика производства измерительных и вычислительных работ. Эта методика предусматривает предварительное фотографирование исходной асфальтобетонной смеси при помощи представленной установки для дальнейшего использования файла цифрового снимка в расчётах. Фотографирование распределённой ровным слоем по толщине одной частицы наибольшей фракции (в данном случае диаметром 5 мм) исходной смеси производилось при помощи представленной установки. После предварительного фотографирования с обусловлено настроенными опциями яркости и контрастности, смесь испытывалась в соответствии с требованиями ДСТУ Б В.2.7-89-99, а на последнем этапе нормативных испытаний вместо визуальной оценки производилось повторное фотографирование испытанной смеси с аналогично настроен-

ными опциями. В обоих случаях фотографирование необходимо производить при определённых настройках программы ТУ-тюнера по яркости и контрастности, при строго постоянном освещении, исключающем различные фотоэффекты (блики и затемнения), а также при максимальном уровне резкости. Все эти мероприятия позволяют избежать ошибок программы при вычислении площади битумной плёнки на каменном материале. Большое значение имеет пиксельное разрешение видеокамеры, чем оно больше, тем более чёткая линия раздела границы фаз битум - каменный материал. Применение видеокамеры с большим пиксельным разрешением позволит увеличить точность вычисляемой площади.

На следующем этапе файлы предварительной съёмки и съёмки после испытаний образца асфальтобетонной смеси (рис. 2, а, б и 3, а, б) обсчитывались при помощи специальной программы. Для получения нулевого тона при настройке этой программы использовались файлы фотоснимков исходных каменных материалов до покрытия битумом. Это дало возможность не учитывать площадь оголённых частей минеральных

Рис. 1. Фотографии навески гранитной смеси, распределённой ровным слоем по толщине одной частицы наибольшей фракции: а - до обработки битумом; б - после обработки битумом; в - после испытания обработанной битумом смеси

Рис. 2. Фотографии навески известняковой смеси, распределённой ровным слоем по толщине одной частицы наибольшей фракции: а - до обработки битумом; б - после обработки битумом; в - после испытания обработанной битумом смеси

составляющих испытанных асфальтобетонных смесей, имеющихся в них до кипячения.

Для сравнения были использованы два вида каменных материалов: гранитная и известняковая смеси. Как правило, адгезия битума к карбонатным породам выше в сравнении с кислыми. В качестве вяжущего использовался битум марки БНД 130/200. Выбор битума такой маловязкой марки обуславливался гарантированным эффектом отслаивания вяжущего от подложки, что оправдало ожидания - отслаивание превысило 31% на гранитной подложке и 5% на известняковой. Поисковые испытания проводились на шести образцах асфальтобетонных смесей. Результаты испытаний приведены в табл. 1.

Таблица 1 Сцепление битума с каменными материалами

По результатам испытаний можно утверждать, что отклонения от среднего значения долевой площади каменных материалов, покрытых битумной плёнкой, после испытаний не превышают 2%, что свидетельствует о хорошей сходимости полученных результатов. А превышение полученных значений адгезии битума на известняковом материале 93% по сравнению с гранитным 67% - о соответствии традиционным представлениям.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Выводы

Найдена возможность получения количественных значений сцепления битума с минеральными составляющими асфальтобетонной смеси при помощи аппаратных средств, уменьшающих воздействие человеческого фактора на результаты испытаний. Совершенствование методики проведения испытаний и использование аппаратных средств с лучшими эксплуатационными характе-

ристиками позволит повысить уровень качества получаемых результатов.

Литература

1. ДСТУ Б В.2.7-89-99. Материалы на основе ор-

ганических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний. - К.: ДКБАЖП Украины, 2000. - 45 с.

2. ГОСТ 12801-84. Смеси асфальтобетонные до-

рожные и аэродромные, дёгтебетонные дорожные, асфальтобетон и дёгтебетон. Методы испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1984. -34 с.

3. ГОСТ 12801-77. Смеси асфальтобетонные до-

рожные и аэродромные, дёгтебетонные дорожные, асфальтобетон и дёгтебетон. Методы испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1977. -34 с.

4. Mallison H. Teer und Bitumen, 1932. - 161 р.

5. Lire R. R. and Nicholas J. H. Inst. Petrol. - 1957. -

№ 43.-235 р.

6. Хойберг А. Дж. Битумные материалы. Асфаль-

ты, смолы, пеки. - М.: Химия, 1974. - 247 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

7. Колбановская А. С., Михайлов В. В. Дорожные

битумы. - М.: Транспорт, 1973. -261 с.

8. Chaillevk E., Such Ch., Jamoi D., Lombardi B.

Determination des characteristiques de reference des bitumes purs produits dans les raffineries francaises // RGRA. - 2004. - № 827. - P. 18-24.

9. Sauger E., Jamoi D., Lombardi B. Determination

des characteristiques de reference des bitumes purs produits dans les raffineries francaises. -Bitume 35/50 de l'annee 2002 // RGRA. -2002. - № 811. - P. 40-46.

10. Corte J-F., Sauger E., Lombardi B., Jamoi D.

Determination des characteristiques de reference de bitumes 50/70 produiti dans les raffinerie francaises en 1999 // RGRA. - 2001. -№ 800. - P. 59-65.

11. Применение модифицированных битумов в

дорожном строительстве // Применение полимерно-битумных вяжущих на основе бло-кополимеров типа СБС. - М.: Центр метрологии, испытаний и сертификации МАДИ (ТУ), 2001. - 108 с.

12. Zolotarev V.A., Pisanko A.O. Adhesive activity

of bitumen with adhesion agent and its influence on asphalt concrete water resistance. Performance Testing and Evaluation of Proceeding of the 6th International RILEM Symposium. Zurich, 2003. - Р. 184-190.

13. EN 12591 Bitume et liants bitumineux - Specifi-

cation des bitumes routiers. - CEN. - 1999. -17 p.

Рецензент: В.К. Жданюк, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Статья поступила в редакцию 4 февраля 2005 г.

Вид каменных материалов № образца смеси Долевая площадь каменных материалов, покрытых битумной плёнкой после испытаний, % Средняя долевая площадь каменных материалов, покрытых битумной плёнкой после испытаний, %

Я 1 66

s g л И о 2 69 67

Л (D as 1-4 О 3 67

Л 1 95

§ s H и ся <D сЗ 2 92 93

« m £ о S fi 3 92