Применение адгезионных добавок в асфальтобетоне с гранитным и шлаковым щебнем Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 691.168

М.А. ГОНЧАРОВА, д-р техн. наук ([email protected]), И.А. ТКАЧЕВА, инженер

Липецкий государственный технический университет (398600, г. Липецк, ул. Московская, 30)

Применение адгезионных добавок в асфальтобетоне с гранитным и шлаковым щебнем

Приведены исследования качества сцепления битумного вяжущего с различными видами адгезионных добавок как с гранитным, так и со шлаковым щебнем. Рассмотрено понятие адгезии связующего вещества и каменного материала, причины их слабого взаимодействия, а также способ эффективного повышения сцепления - использование специальных добавок. Целью исследования является определение оптимальной добавки для основного доменного шлака и гранита с кислой природой. В процессе работы было выяснено, что при применении адгезионных добавок достигается как активная, так и пассивная адгезия. Помимо этого улучшается ряд свойств асфальтобетона как конечного композита. Приведены краткие характеристики испытываемых материалов, описаны этапы проведения эксперимента, представлены наглядные результаты лабораторных испытаний и их анализ.

Ключевые слова: адгезия, адгезионная добавка, сцепление, гранитный щебень, шлаковый щебень.

Для цитирования: Гончарова М.А., Ткачева И.А. Применение адгезионных добавок в асфальтобетоне с гранитным и шлаковым щебнем // Строительные материалы. 2017. № 11. С. 39-41.

M.A. GONCHAROVA, Doctor of Sciences (Engineering) ([email protected]); I.A. TKACHEVA, Engineer Lipetsk State Technical University (30, Moskovskaya Street, Lipetsk, 398600, Russian Federation)

The Use of Adhesion Additives in Asphalt Concrete with Granite and Slag Crushed Stone

The paper presents the research in adhesion quality of bituminous binders with various types of adhesive additives both with granite and slag crushed stones. The concept of adhesion of a binding substance and stone materials, reasons for their weak interaction as well as a way for efficient increasing the adhesion - the use of special additives - are considered. The aim of the study is to determine the optimum additive for the basic blast furnace slag and granite with acidic nature. In the course of the work, it has been found that both active and passive adhesions are achieved with the use of adhesive additives. In addition, a number of properties of asphalt concrete, as a final composite, improve. Brief characteristics of the tested materials are given, the stages of the experiment conducted are described, visual results of laboratory tests and their analysis are presented.

Keywords: adhesion, adhesive additive, coupling, granite crushed stone, slag crushed stone.

For citation: Goncharova M.A., Tkacheva I.A. The use of adhesion additives in asphalt concrete with granite and slag crushed stone. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 11, pp. 39-41. (In Russian).

Разрушение дорог в процессе эксплуатации происходит под воздействием различных факторов. Одним из них является потеря сцепления между каменным материалом и связующим веществом. Способность одного материала прилипать к поверхности другого за счет появления и развития молекулярных связей в зоне их контакта называется адгезией [1, 2].

Так, в процессе наблюдения за асфальтобетонным покрытием по ул. Катукова в Липецке было выявлено несколько проблемных моментов. Наиболее важным для исследования является практически полное истирание пленки битумного вяжущего с верхнего слоя покрытия (рис. 1).

Также установлено, что повышение адгезионных свойств щебня и связующего материала необходимо для покрытий как с гранитным, так и со шлаковым заполнителем [3].

Степень адгезии зависит от химической природы компонентов.

При этом можно рассматривать, с одной стороны, основные доменные шлаки, имеющие положительный заряд, и гранитные щебни с кислой природой, которые имеют отрицательный заряд. Известно, что в составе битума преобладают анионактивные вещества.

Проблема слабой адгезии характерна при применении кислых пород вследствие различной полярности компонентов. Следовательно, для изменения поверхностных свойств и полярности несовместимых материалов применяют адгезионные добавки. Это способствует более прочной связи между битумом и каменным материалом. Данная связь препятствует проникновению воды на разных уровнях в течение всего срока службы дорожного покрытия [4].

Битум содержит кислотные компоненты, поэтому со шлаковым щебнем адгезионные свойства проявляются лучше, чем с гранитным. Однако практический опыт применения шлаковых материалов в дорожном строительстве показал, что улучшать адгезионные качества необходимо для обоих материалов.

Целью исследования является определение оптимальной добавки для основного доменного шлака и гранита с кислой природой.

Адгезионные добавки широко применяются для производства асфальтобетона в качестве модификатора, который улучшает свойства нефтяного битума и повышает эффективность его сцепления со щебнем

Рис. 1. Верхний слой асфальтобетонного покрытия по ул. Катукова в Липецке

J Í . ®

научно-технический и производственный журнал

ноябрь 2017

39

Современные бетоны: наука и практика

различных фракций и происхождения. Это положительно влияет на качество асфальтобетонной смеси и асфальтобетона как конечного композита [1, 5—8].

Результатом применения адгезионной добавки является как способность битума покрывать не до конца высушенный материал, так и предотвращение отслаивания вяжущего от щебня во влажных условиях. Помимо основного назначения, это позволяет повысить морозостойкость и водостойкость асфальтобетона. Также адгезионные добавки влияют на износостойкость и твердость входящих в состав асфальтобетона каменных материалов. Они облегчают распределение связующего вещества по поверхности минерального материала. Таким образом, количество непокрытых битумом частиц уменьшается, и улучшается консистенция смеси, что облегчает уплотнение [5].

Для оценки влияния адгезионных поверхностно-активных веществ на показатель адгезии битума были проведены испытания на определение качества сцепления битумного вяжущего с поверхностью щебня согласно ГОСТ 12801—98 «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний». Также была произведена оценка сцепления исходного и модифицированного битума с каменным материалом. В ходе исследования были использованы следующие материалы:

— щебень гранитный фракции 10—20 мм;

— щебень шлаковый фракции 10—20 мм;

— битум марки БНД 60/90 Московского нефтеперерабатывающего завода;

— адгезионные добавки: ДАД-1 марка «А», ДАД-К, Азол 1002, Адгезол.

Дорожная адгезионная добавка ДАД-1 марка «А» — это адгезионная добавка амфотерного типа для ручного ввода к дорожным битумам. Благодаря ее применению в течение трех суток сохраняются адгезионные свойства битумного вяжущего при 160оС, при этом рабочая концентрация должна составлять от 0,3 до 0,8% от массы битума.

Еще одна добавка данного производителя ДАД-К. Она представляет собой жидкую композицию, состоящую из поверхностно-активных веществ катионного типа, и предназначена как для ручного, так и для автоматизированного ввода в асфальтобетоносмеситель. Рекомендуемая рабочая концентрация составляет от 0,1 до 0,6% от массы битума.

Адгезионная добавка Азол 1002 — это поверхностно-активное вещество катионного типа на основе имида-золинов и амидоаминов жирных кислот. Азол 1002 стабилизирует свойства битума при производстве асфальтобетонных смесей, а также улучшает адгезию вяжущего вещества к кислым каменным материалам. Рекомендуемая дозировка составляет от 0,3 до 0,5% от массы битума.

Битумная добавка Адгезол обеспечивает высокую степень сцепления битумов с различными по происхождению минеральными материалами, что имеет большое значение для данного исследования. Введение добавки способствует увеличению межремонтного срока службы дорожного покрытия. Адгезол выдерживает температуру свыше 160оС. Рабочая концентрация составляет от 0,4 до 0,8% от массы битума.

%

Рис. 2. Степень сцепления битумного вяжущего: а - со шлаковым щебнем без добавок; б - со шлаковым щебнем с добавкой Адгезол в количестве 0,8%; в - с гранитным щебнем без добавок; г - с гранитным щебнем с добавкой Адгезол в количестве 0,8%

Испытания состояли из следующих операций:

— отбор по шесть зерен щебня для каждого испытания размером не меньше 10 мм и их просушка;

— обвязка зерна ниткой и прогрев в сушильном шкафу в течение 1 ч при температуре 150оС;

— погружение подготовленных образцов в битумное вяжущее, температура которого составляла 150оС, на 15 с, затем подвешивание на штативе;

— по прошествии 1 ч каждое зерно опускали в стакан со слегка кипящей дистиллированной водой и выдерживали 30 мин;

— удаление отделившегося битума с поверхности воды с помощью фильтровальной бумаги;

— помещение зерен щебня в стакан с холодной водой на 1 мин;

— размещение щебня на фильтровальной бумаге для осмотра и оценки поверхности по пятибалльной шкале: 5 баллов — отличное качество сцепления; 4 балла — хорошее; 3 балла — удовлетворительное; 2 балла — плохое.

В результате качество пленки битумного вяжущего без добавок для обоих видов щебня оказалось плохим (рис. 1, а, в). После кипячения в течение 30 мин практически весь битум отделился как с поверхности шлака, так и гранита. Данный результат подтверждает необходимость применения адгезионных добавок для получения асфальтобетона с высокими физико-химическими характеристиками.

Изначально испытания с добавками проводили в соответствии с рекомендуемыми дозировками, а именно для ДАД-1 - 0,8%; для ДАД-К, Адгезол, Азол 1002 -0,5% от массы битума. После кипячения выявлено плохое и удовлетворительное качество сцепления для обоих видов щебня. Поэтому количество вводимых добавок было увеличено: для ДАД-1 — 1,2%; для ДАД-К, Адгезол, Азол 1002 — 0,8% от массы битума.

После регулировки шлаковый щебень с добавкой ДАД-1 показал отличное сцепление с битумным вяжущим, а с ДАД-К — удовлетворительное с появлением шелушения на поверхности щебня. С добавками Адгезол и Азол 1002 был получен хороший результат (рис. 1, б).

Пленка вяжущего на поверхности гранитного щебня с добавкой ДАД-1 в количестве 1,2% сохранилась более чем на 50%, что говорит об удовлетворительном результате. С добавками ДАД-К и Адгезол сцепление отлич-

г

научно-технический и производственный журнал Г1- Г £г

"40 ноябрь 2017 Ы- ЛЛ'-Г

ное (рис. 1, г). На образце с добавкой Азол 1002 пленка вяжущего сохранилась менее чем на 50%, следовательно, сцепление плохое.

На рис. 2 представлены наиболее различающиеся образцы каменного материала после кипячения. Таким образом, проиллюстрирована эффективность применения добавок на границе раздела фаз битум — каменный материал и процессов их взаимодействия.

Для шлакового щебня наилучшие показатели по сцеплению с битумным вяжущим были достигнуты при использовании добавок ДАД-1 и Адгезол. При этом надо учесть, что в образце с применением адгезионной добавки ДАД-К появилось шелушение на поверхности щебня. Это говорит о несовместимости с данным видом материала.

При испытании гранитного щебня наилучшие результаты были получены при использовании ДАД-К и Адгезола. Битумоминеральная смесь после кипячения соответствует описанию ГОСТ 12801—98 — пленка вяжущего полностью сохранена на поверхности, но при этом толщина ее местами уменьшена.

Таким образом, при необходимости выбора единственной адгезионной добавки для гранитного и шлакового щебня наилучшим вариантом можно считать Адгезол. Его концентрация должна быть увеличена до 0,8% в обоих случаях.

Основываясь на результатах проведенных испытаний, в пределах Липецкой области принято решение использовать адгезионную добавку Адгезол в смесях с применением гранитного щебня.

Список литературы

References

1. Траутваин А.И., Ядыкина В.В., Землякова Д.В. Выбор адгезионных добавок для повышения термостабильности битума // Дороги и мосты. 2014. № 1. С. 225—240.

2. Емельянычева Е.А., Абдуллин А.И. Способы улучшения адгезионных свойств дорожных битумов к минеральным материалам // Вестник Казанского технологического университета. 2013. № 3. С. 198—204.

3. Гончарова М.А., Ткачева И.А. Практический опыт применения щебеночно-мастичного асфальтобетона с использованием активированного минерального порошка // Строительные материалы. 2016. № 10. С. 84—90.

4. Кузнецов В.П., Баумгартэн М.И., Невзоров Б.П., Фадеев Ю.А. Адгезия в композиционных материалах: термины и физическая сущность // Вестник КемГУ. 2014. № 2 (58). С. 173—177.

5. Идрисов М.Р., Кемалов Р.А., Кемалов А.Ф. Создание адгезионной добавки к щебеночно-мастичному асфальтобетону // Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 9. С. 226—228.

6. Гончарова М.А., Бондарев Б.А., Корнеев А.Д. Кристаллические металлургические шлаки в дорожном строительстве // Строительные материалы. 2009. № 11. С. 23—25.

7. Корнеев А.Д., Гончарова М.А., Андриянцева С.А., Комаричев А.В. Оптимизация строительно-технических свойств асфальтобетонов с применением отходов металлургического производства// Фундаментальные исследования. 2015. № 2—8. С. 1620—1625.

8. Гончарова М.А. Использование шлаков черной металлургии в составах асфальтобетонов // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. 2014. Т. 1. С. 395—398.

1. Trautvain A.I., Yadykina V.V., Zemlyakova D.V. Selection of adhesive additives to increase the thermal stability of bitumen. Dorogi i mosty. 2014. No. 1, pp. 225— 240. (In Russian).

2. Emel'yanycheva E.A., Abdullin A.I. Methods of improvement of adhesive properties of road bitumens to mineral materials. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2013. No. 3, pp. 198—204. (In Russian).

3. Goncharova M.A., Tkacheva I.A. Practical experience of use of stone mastic asphalt with activated filler. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2016. No. 10, pp. 84-90. (in Russian).

4. Kuznetsov V.P., Baumgarten M.I., Nevzorov B.P., Fadeev Yu.A. Adhesion in composite materials: terms and physical essence. Vestnik KemGU. 2014. No. 2 (58), pp. 173 — 177. (In Russian).

5. Idrisov M.R., Kemalov R.A., Kemalov A.F. Creation of the adhesive additive to stone mastic asphalt. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2011. No. 9, pp. 226—228. (In Russian).

6. Goncharova M.A., Bondarev B.A., Korneev A.D. Crystalline metallurgical slags in road construction. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2009. No. 11, pp. 23—25. (In Russian).

7. Korneev A.D., Goncharova M.A., Andriyantseva S.A., Komarichev A.V. Optimization of the composition and properties of asphalt concrete from waste dust production. Fundamental'nye issledovaniya. 2015. No. 2—8, pp. 1620—1625. (In Russian).

8. Goncharova M.A. Use of ferrous slags in the compositions of the asphalt concrete. Modernizatsiya i nauchnye issledovaniya v transportnom komplekse. 2014. Vol. 1, pp. 395—398. (In Russian).

ИНФОРМАЦИЯ

Показатели ввода индустриального жилья почти сравнялись с прошлогодними

Ввод жилья, построенного по индустриальным технологиям, за восемь месяцев 2017 г. составил 23,2 млн м2, что всего на 3,5% ниже показателя 2016 г. Об этом сообщил заместитель Министра строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации Н.Е. Стасишин на всероссийском селекторном совещании по вводу жилья, которое прошло 25 сентября в Минстрое России.

По состоянию на 1 сентября в стране введено 39,6 млн м2 жилья, что лишь на 7,3% ниже показателя 2016 г.

Все субъекты РФ внимательно отнеслись к рекомендациям Минстроя России по усилению контроля за объемами ввода жилья.

Однако, несмотря на общую тенденцию, есть регионы, в которых показатели по вводу жилья пока сильно отстают от результатов прошлого года.

По материалам Минстроя России

научно-технический и производственный журнал

ноябрь 2017 41