CC BY
12
УДК 625.852
ОЦ1НКА ВПЛИВУ ТИКСОТРОПП НА ЯК1СТЬ ЩЕБЕНЕВО-МАСТИКОВИХ
АСФАЛЬТОБЕТОННИХ СУМ1ШЕЙ
С.А. Баран, асист., В.М. Бондар, асп., Нацюнальний транспортний ушверситет, м. Кшв
Анотац1я. Наведено методику оцтювання еплиеу тиксотротг на яюсть щебенеео-мастикоеих асфальтобетонных сумШей. Подано результаты еыпробуеанъ, на ocnoei якых розроблено до-damKoei еымогы до показныка сттання е'яжучого ЩМАС залежно eid часу еытрымуеання в на-копычувач1 й часу транспортуеання.
Ключов1 слова: щебенеео-мастыкоеа асфальтобетонна cyMirn, тиксотротя, показнык сттан-ня е'яжучого.
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТИКСОТРОПИИ НА КАЧЕСТВО ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНЫХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
С.А. Баран, асснст., В.Н. Бондар, асп., Национальный транспортный университет, г. Киев
Аннотация. Приведена методика оценки влияния тиксотропии на качество щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей. Представлены результаты испытаний, на основе которых разработаны дополнительные требования к показателю стекания вяжущего ЩМАС в зависимости от времени выдержки в накопителе и времени транспортирования.
Ключевые слова: щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь, тиксотропия, показатель стекания вяжущего.
EVALUATION OF THE EFFECT OF THIXOTROPY ON THE QUALITY OF TISSUE-MASTIC ASPHALT CONCRETE MIXTURES
S. Baran, T. Asst., V. Bondar, P. G., National Transport University, Kyiv
Abstract. The method of estimating the influence of thixotropy on the quality of crushed stone mastic mixes of asphalt concrete are describes in the given article. The results of the tests on the basis of which additional requirements to the indicator of dripping of the SCMAS binder are developed, depending on the storage time in the drive and the time of transportation.
Key words: stone mastic asphalt concrete mixture, thixotropy, indicator of binder drainage.
Вступ
Вщомо, що явище тиксотропп проявляеться в розрщженш систем i3 коагуляцшною дисперсною структурою при мехашчнш дп та ix загущенш теля И припинення. Тобто це 3Mi-на реолопчних параметр1в системи в 4aci вщ штенсивносп дп зеуву або деформацп [1].
Саме таке явище при укладанш та ущшьнен-ш щебенево-мастикових асфальтобетонних сумшей (ЩМАС) позитивно впливае на щ процеси, а при витримуванш в накопичува-чах та при транспортуванш може в1д1гравати негативну роль. Це пов'язано з тим, що мас-тикова частина мае п1двищену кшьюсть 61-тумного в'яжучого 1 за високих технолог1ч-них температур д1я грав1тац11 при збер1ганн1
в накопичувачах та в1брацп тд час транспо-ртування призводить до И спкання з поверх-ш щебеню. Внаслщок цього вщбуваеться ро-зшарування сушш1 та утворення дефекпв на покритп (рис. 1). Це може, у свою чергу, призводити до кол1еутворення на покритп у мюцях надлншку в'яжучого, а в мюцях його недостач! - до попршення водо- 1 морозос-тшкосп [2].
Рис. 1. Стан покриття ¿з ЩМАС при розша-руванш сушш1
Для запоб1гання розшаруванню ЩМАС за складом додають спещальш структуруюч1 (стабшзуюч1) добавки, яю утримують гаря-чий бпум на поверхш зерен мшерального матер1алу шд час !х пром1жного збер1гання 1 транспортування, що дозволяе шдвищити товщину пл1вок в'яжучого. Ефектившсть за-стосування стабшзуючих добавок оцшюють на основ! заруб1жного досвщу 1 метод1в ви-
иробувань щодо впливу добавок на комплекс показниюв ф1зико-мехашчних властивостей ЩМАС, а також за результатами випробу-вання з визначення показника розшарування сушш1 та спкання в'яжучого [3-6]. 1снуюч1 методи дозволяють оцшити здатнють ЩМАС утримувати бпумне в'яжуче при не-довготривалому збер1ганш в накопичуваль-них бункерах 1 при транспортуванш на вщс-таш до 50 км, однак вони не враховують тиксотропних властивостей, яю мають мюце за динам1чних коливань шд час транспортування ЩМАС.
Анал1з публжацш
Для оцшювання розшарування сушш1 при збер1ганш 1 транспортуванш в р1зних крашах застосовують кшька вцщв теспв, серед них: тест на спкання в'яжучого за Шелленбергом 1 фон дер Веппеном; за американськими нормами AASHTO Т 305-97; за Свропейськими нормами Р11-ЕК 12697-18; за ZW-SMA -2001; за ДСТУ Б В.2.7-127 [7, 8].
Випробування на спкання в'яжучого за методом Шелленберга 1 фон дер Веппена застосовують для оцшювання розшарування су-мш1 при збер1ганш, транспортуванш й укладанш Методика випробувань полягае в тому, що сумш (близько 1 кг) витримують у скляному стакаш (800 мл) за температури 170 °С протягом 60 хв у сушильнш шафг Пюля чого вмют стакана видаляють. М1рою розшарування сумш1 шд час випробувань за даним методом е р1зниця м1ж початковою 1 кшцевою вагою наважки сумш1, виражена у вщсотках вщносно початково! ваги.
Американський метод визначення показника спкання в'яжучого, зпдно з AASHTO Т305-97, застосовують не тшьки для ЩМАС, а також для пористих асфальтобетонних су-мшей [8]. Випробування виконують шляхом витримування сумш1 в сушильнш шаф1 за двох температур: за температури виготов-лення ЩМАС та за температури на 15 °С вище за температуру виготовлення протягом 60 ± 5 хв. За цим методом показник спкання визначають як вщсоток в'яжучого, що зали-шився в лотку, вщ загально! маси сумшг
У той же час Свропейський стандарт Р1-Е1 12697-18 передбачае два методи визначення показника спкання [9]: метод кошика 1 метод Шелленберга.
Метод кошика, вщповщно до Р1Е1 12697-18 [8], використовують в основному для досль дження показника спкання пористо! асфаль-тобетонно! сумшг Враховуючи маленью отвори перфорацп кошика, за цим методом визначають тщьки показник спкання в'яжучого, а не мастики. Бшьше того, при випробувант з причини зчеплення мастики з волокнами-стабшзаторами забиваються отвори у плита й випробування стае неможли-вим. Тому цей метод мае обмежене застосу-вання для визначення показника спкання.
Метод Шелленберга, вщповщно до Р1 ЕШ2697-18 [8], використовують для визначення показника спкання пористих асфаль-тобетонних сумшей, що мютять волокна, та шших гарячих сумшей. Також цей метод застосовують для визначення показника спкання ЩМАС.
Суть методу визначення показника спкання в'яжучого за ДСТУ Б В.2.7-127 [7] полягае у зважуванш залишку бпумного в'яжучого теля перекидання склянки ¿з сумшшю, яка перед тим була витримана в сушильнш шаф1 протягом 60 хв за температури 170 °С. Мь рою спкання е маса залишюв бпуму на склянщ теля видалення з нього ЩМАС, ви-ражена у вщсотковому стввщношент до маси ЩМАС.
Показник спкання також визначають за методикою згщно 2А^МА-2001 [8]. Зразки масою близько 1000 г термостатують протягом 60 хв за температури 170 °С. Методика випробування е аналопчною методищ Шелленберга.
Мета 1 постановка завдання
Мета роботи полягае в експериментальному дослщжент впливу тиксотропп на яюсть щебенево-мастикових асфальтобетонних су-мшей.
Експериментальне визначення впливу в1браци на показник спкання
Мастична частина ЩМАС (сумш бпумного в'яжучого 1 мшерального порошку 1 теку та стабшзуючих волокон) являе собою компо-зитний матер1ал, що складаеться з бпумно! матриц! й вщповщних наповнювач1в та про-являе характерний для структурованих систем тиксотропт властивоста [10-12], внасль
док впливу динам1чних коливань при транспортування
Анал1з лпературних даних показав, що частота коливання кузова вантажного автомобь ля залежно вщ характеру нер1вностей може змшюватися вщ 2 до 25 Гц, а прискорення може становити вщ 0,2 до 4 1 бшьше значень прискорення вшьного тяжшня [13-15].
Дослщження передбачали вивчення впливу динам1чних коливань, що ¿мпують транспор-тування розшарування та спричиняють тик-сотротю щебенево-мастикових асфальтобетонних сумшей.
Методика експерименту полягала в тому, що для анатзу впливу умов транспортування на розшарування сумш1 були проведен! досль дження, яю ¿мпували коливання проб ЩМАС, под1бт до коливань сумш1 в кузов1 транспортного засобу.
Зерновий склад 1 яюсть вс1х складових мате-р1ал1в вщповщали вимогам чинних нормати-вних документав, як стабшзуюч1 добавки використовувалися целюлозт волокна. При-готування асфальтобетонних сумшей вико-нували з дотриманням стандартно! послщов-носта технолопчних операцш.
Для дослщження впливу динам1чних коливань при транспортувант ЩМАС на И розшарування використовували стандартну методику визначення показника спкання в'яжучого за ДСТУ Б В.2.7-127 [7] з деякими удосконаленнями, яю дають можливють ¿мь тувати в1брацп, схож1 за сво!ми амплпудно-частотними характеристиками на коливання кузова транспортного засобу. Пщ час проведения випробувань, з метою ¿мпацп часу транспортування, створювали вщповщний час впливу динам1чних коливань протягом р1зних часових перюд1в. Амплпудно-частотт характеристики коливання проби ЩМАС змшювали за допомогою амортиза-цшно! системи платформи, на якш закршлю-вався тепло1зольований стакан ¿з пробою ЩМАС. Вим1рювання амплпудно-частотних характеристик в1брацп виконували за допомогою пристрою вим1рювання прискорення 1 тензометричного комплексу. Пщ час випробувань застосовували найбшьш характерт параметри коливань проб ЩМАС, вщповщно до коливань завантаженого кузова автомобь ля: частота коливань - вщ 6 до 10 Гц, макси-
мальне прискорення становить близько 4-5 р. Показник спкання сушшей, яю зазнали впливу коливань, визначали зпдно з1 стандартною методикою [7].
Анал1з результапв випробувань свщчить про вплив на показник спкання як тривалосп
часу витримки ЩМАС у статичних умовах, так 1, особливо, режиму витримки за динамь чних коливань. Часову залежшсть коефщен-та тиксотропп ЩМАС, приготовленого з ви-користанням бпуму БНД 60/90, наведено на рис. 2.
Рис. 2. Залежшсть коефщента тиксотропп ЩМАС вщ часу для р1зних склад1в ЩМА на бпуш БНД 60/90:1 - ЩМА 10, 7% в'яжучого БНД 60/90; 2 - ЩМА 20, 7 % в'яжучого БНД 60/90; 3 - ЩМА 20, 7 % в'яжучого БНД 60/90 + 3 % Sasot.it; 4 - ЩМА 10,7 % в'яжучого БНД 60/90 + 1,5 % Йег1оа-Т; 5 - ЩМА 20, 7 % в'яжучого БНД 60/90 + 3 % RedisetWMX; 6 -ЩМА 20, 7 % в'яжучого БНД 60/90 + 1,5 % Йег1оа-Т; 7 - ЩМА 20,7 % в'яжучого БНД 60/90 + 0,3 % АагтМТх
За коефщ1ент тиксотропп взято вщношення показника спкання в'яжучого протягом пев-ного часу витримки, отриманого за вдоско-наленою методикою (Вдин), до показника спкання за того ж часу витримки, отриманого за стандартною методикою (Вст)
Ктст Вдин / Вст,.
(1)
Проведен! дослщження дозволили розробити додатков1 вимоги (включаючи максимальш термши збер1гання в накопичувальному бункер! дв1 години, зпдно [7], 1 взявши максима-льний час транспортування годину) до показника розшарування в'яжучого ЩМАС залежно вщ часу витримування в накопичу-вач1 й часу транспортування, яю наведен! в табл. 1.
На додачу до цього було використано нову методику. Був виготовлений металевий циль ндричний короб висотою 100 см, д1аметром 11 см. Поим попередньо термо1зольований
короб заповнювали ЩМАС за температури випробування. Пюля чого короб ¿з ЩМАС пщдавали впливу динам1чних коливань.
Таблиця 1 Вимоги до значения показника спкання в'яжучого залежно вщ часу витримування в накопичувач1 й часу транспортування
Час витримування сумш1 в накопичувачах, год Час транспортування сумш1, год Показник спкання в'яжучого, % за масою, не бщьше
0,5, не бщьше 0,5, не бщьше 0,20
0,5, не бщьше вщ 0,5 до 1,0 включно 0,16
вщ 0,5 до 1,0 включно 0,5, не бщьше 0,16
вщ 0,5 до 1,0 включно вщ 0,5 до 1,0 включно 0,12
вщ 1,0 до 2,0 включно 0,5, не бщьше 0,13
вщ 1,0 до 2,0 включно вщ 0,5 до 1,0 включно 0,09
Пюля динам1чних дш короб розбирався, 1 сушш у ньому дшилася на верхню 1 нижню частини, яю видалялись ¿з короба. Ц1 дв1 час-тини сушш! дал! випробовували, щоб визна-чити показник спкання за стандартною методикою.
Результата визначення показника спкання показали, що показник спкання нижньо! частини ЩМАС бшьше показника спкання вер-хньо! частини ЩМАС залежно вщ грану-лометричного складу, вмюту бпуму 1 стабшзуючих волокон, значения показника спкання нижньо! частини збшьшуеться в межах 1,05-1,8 рази, пор1вняно з верхньою частиною. За результатами випробувань були отримаш значения збшьшення в 1,05, 1,08, 1,17, 1,23 1 1,8 рази.
Отримаш результата експериментальних до-слщжень свщчать про те, що при транспор-туванш деяка частка мастично! складово! перемщаеться в нижню частину сушш!, тим самим створюючи неоднорщну сушш за кь льюстю в'яжучого, що може створити лока-льш мюця з бпумними плямами на поверхш покриття.
Проведен! таким чином дослщження впливу динам1чних фактор1в на показник спкання пщтверджують роль тиксотропних властиво-стей мастично! частини на збшьшення показника спкання при транспортування
Кр1м цього, запропоновано визначати одно-рщшсть щебенево-мастично! асфальтобетонно! сушш! за показником стакання, а саме за методом статистично! обробки значень показника спкання в'яжучого щебенево-мастично! асфальтобетонно! сушш!, який повинен бути не бшьше 0,20 % за масою. Для цього вщбирали 10 локальних проб сушшей в окремих мюцях кузова автосамоскида вагою вщ 2 кг до 3 кг кожна. Для кожно! проби визначали показник стакання в'яжучого [7], теля чого визначали коефщент вар1ацп для оцшки однорщносп щебенево-мастично! асфальтобетонно! сушш!. Такий метод оцшки однор!дност! доц!льно використовувати як показник однорщносп при п!дбор! складу сушш! ! для пер!одичного контролю якоста. В!н е досить !нформативним ! б!льш опера-тивним, пор!вняно з методом, наведеним у нормативному документ! [7].
Оскшьки показник спкання характеризуе ступ!нь розшарування сум!ш!, то уточнения ! нормування його величини в!д часу витрим-ки в накопичувач! й часу транспортування дозволить продовжити терм!ни служби до-рожшх покритт!в !з щебенево-мастичного асфальтобетону, завдяки усуненню таких дефект!в, як бпумш плями, викришування ! лущения та, як наслщок, зб!льшити м!жре-монтш терм!ни, що забезпечить значну еко-ном!ю ф!нансових ! матер!альних ресуршв.
Висновки
1снуюча методика оц!нювання однорщносп за показником спкання не повною м!рою в!дображае реальн! умови збер!гання ! транспортування ЩМАС. Методи Шелленберга ! фон дер Веппена, що для цього застосову-ються, передбачають витримування сум!ш! в нерухомому стан! за температури приготу-вання. Це фактично !м!туе т!льки певною мь рою умови збер!гання ЩМАС ! не враховуе умов транспортування. Проведен! досль дження дозволяють усунути ц! недол!ки тра-диц!йних методик. Згщно з результатами до-слщжень основна маса б!тумно! мастики спкае за 30-60 хв при стандартному способ! проведения випробування, а потам швидюсть змши ст!кання в!д часу значно зменшуеться.
Виявлено, що на розшарування ютотно впли-вае час транспортування ЩМАС за рахунок явища тиксотроп!! через вплив в!брац!! ! струшувань при транспортуванн! ЩМАС на велик! вщсташ. 3 ц1е! причини необхщно встановлювати п!двищен! вимоги до показника стакання.
Запропоновано заходи щодо пщвищення до-вгов!чност! щебенево-мастичного асфальтобетонного покриття за рахунок зменшення розшарування асфальтобетонно! сушш!. Уточнения показника розшарування щебене-во-мастично! сумш! врахуванням терм!н!в збер!гання ! транспортування сушш! дозволить продовжити термши служби дорожн!х покритт!в !з щебенево-мастичного асфальтобетону, завдяки усуненню таких дефектав, як бпумш плями, викришування ! лущения, та збшьшити м!жремонтш терм!ни, що забезпечить значну економда ф!нансових ! матер!а-льних ресурс!в.
Лггература
1. Рейнер М. Реология / М. Рейнер. - М.: Наука, 1965. - 224 с.
2. Баран С.А. Выбор энергосберегающих добавок для расширения строительного сезона при устройстве поверхностного водоотвода из щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей на мостах / С.А. Баран, Б.Ю. Ольховый, В.В. Мозговой // Науково-техшчний зб1рник. -2013. - Вип. 21 (Ч. 1). - С. 51-54.
3. Оев A.M. Щебнемастичный асфальтобетон для тонкослойных покрытий / A.M. Оев, Б.Б. Каримов // Наука и техника в дорожной отрасли. - 2006. -№ 2.- С. 24-25.
4. Кирюхин Г.Н. Опыт устройства дорожных покрытий из щебеночно-мастич-ного асфальтобетона в России / Г.Н. Кирюхин // Вестник ХНАДУ: сб. науч. тр.
- 2006. - Вып. 34-35. - С. 52-54.
5. Хученройтер Юрген Щебеночно-мастичный асфальтобетон: основные понятия, структура, состав, свойства, опыт применения / Юрген Хученройтер, Томас Вернер // Автомобильные дороги.
- 2002. - №4. - С. 40-42.
6. Кирюхин Г.Н. Покрытия из щебеночно-мастичного асфальтобетона / Г.Н. Кирюхин, Е.А. Смирнов. - М.: Элит, 2009.
- 176 с.
7. CyMimi асфальтобетонш i асфальтобетон щебенево-мастиковг Техшчш умо-ви: ДСТУ Б В.2.7-127-2015. - [Чинний вщ 2015-08-14]. - К.: Мшрегюн, 2015. -37 с.
8. Blazejowski K. Stone Matrix Asphalt: Theory and Practice / K. Blazejowski.-CRC Press, Taylor & Francis Group, 2011. -293 p.
9. Dijkink J.-H. A new dripping test for stone-mastic asphalt / J.-H. Dijkink, A.S.M. Houtepen, F. van Gorkum //
Proceedings of the 1st Eurasphalt & Eurobitume Congress; 1996 May 7-10; Strasbourg, France. Brussels: Eurasphalt & Eurobitume Congress; 1996: Paper No. 4077.
10. Ф1зико-х1м1чна мехашка бущвельних матер1ал1в: навч. пос1бник для студенпв вищих навчальних заклад1в / B.I. Брат-чун, В.О. Золотарьов, М.К. Пактер, В.Л. Беспалов; за ред. д.т.н. B.I. Братчу-на. - 2-е вид., перероб. i доповн. - Ма-кпвка-Харюв: ДонНАБА, 2011. - 336 с.
11. Коллоидная химия и физико-химическая механика цементних бетонов / А.Н. Плугин, A.A. Плугин, Л.В. Трикози и др. - К.: Наукова думка, 2011. - 330 с.
12. Золотарев В.А.Технические, реологические и поверхностные свойства битумов. Избранные труды. Том 1 / В. А. Золотарев. - 1-е изд. - Санкт-Петербург: Славутич, 2012. - 148 с.
13. Богомолов В. О. Моделювання коливань кузова автомобшя у процес1 гальмуван-ня на дорожшх нер1вностях / В. О. Богомолов, В.О. Гелло // Автомобильный транспорт: сб. науч. тр. - 2011. -Вып. 29. - С. 33-35.
14. Гелло В.О. Розробка просторово! модел1 коливання кузова автомобшя пщ час його гальмування / В. О. Гелло // Автомобильный транспорт: сб. науч. тр. -2011. - Вып. 29. - С. 51-52.
15. Духанин П.В. Разработка предложений по учету воздействия современного парка многоосных транспортных средств при проектировании нежестких дорожных одежд / П.В. Духанин // Отчет о НИР. - ДортрансНИИ, Ростов на Дону, 2011. - 194 с.
Рецензент: В.О. Золотарьов, професор, д.т.н., ХНАДУ.
