CC BY
0А.В. Битуев, д-р техн. наук, проф.
С.А. Печерский, ст. преподаватель, e-mail: osir2003@mail.ru П.И. Калашников, магистрант Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ
УДК 691.168
ПРИМЕНЕНИЕ МОЛОТОГО БОЯ АСБЕСТОЦЕМЕНТНЫХ ИЗДЕЛИЙ В КАЧЕСТВЕ МИНЕРАЛЬНОГО ПОРОШКА АСФАЛЬТОБЕТОНА
В статье приведены результаты исследований по применению отходов асбестоцементных изделий с кровель зданий в асфальтобетонных смесях для дорожного строительства. Показана возможность применения боя асбестоцементных изделий в качестве минерального порошка. Свойства полученного минерального порошка соответствуют требованиям государственного стандарта по марке МП-3, которая характерна для отходов промышленного производства. Приведены основные параметры, определяющие физико-механические характеристики асфальтобетонных смесей с минеральным порошком из боя асбестоцемента. Данные показатели соотнесены с характеристиками эталонных образцов и требованиями государственных стандартов. В результате полученных лабораторных испытаний определено, что бой асбестоцементных изделий увеличивает прочностные характеристики асфальтобетонов, соответствует требованиям государственных стандартов.
Ключевые слова: асбестоцементные изделия, минеральный порошок, асфальтобетон, битум.
A.V. Bituev, Dr. Sc. Engineering, Prof. S.A. Pecherskiy, Senior Lecture P.I. Kalashnikov, P.G.
THE USE OF POWDERED FRAGMENTS OF ASBESTOS-CEMENT PRODUCTS AS A MODIFIER AND A MINERAL POWDER FOR ASPHALT CONCRETE
The article presents the research results on the use of asbestos-cement waste products from the roofs of buildings in asphalt-cement mixes for the road construction. The possibility of using powdered fragments of asbestos-cement products as a modifier and a mineral powder is shown. The main parameters characterizing the properties of organic binder and asphalt-cement mixtures after the introduction of additives, as well as physico-mechanical characteristics of mineral powder obtained from asbestos-cement fragments are given. As a result of laboratory tests it was determined that the asbestos cement waste products not only improves the properties of bitumen and asphalt-concrete, but also increases its strength characteristics.
Key words: asbestos-cement products, modifier, mineral powder, asphalt-concrete, bitumen.
Федеральными и республиканскими нормативно-правовыми актами предусмотрен капитальный ремонт многоквартирных домов, куда входит и ремонт крыш.
В соответствии с отчетом о деятельности некоммерческой организации «Фонд капитального ремонта общего имущества в многоквартирных домах в Республике Бурятия» за 2016 г. в краткосрочный план капитального ремонта на 2016-2017 гг. включены 183 многоквартирных дома в 18 муниципальных образованиях Республики Бурятия на общую сумму 488,58 млн. руб.
При этом общее количество многоквартирных домов, подлежащих капитальному ремонту в 2014-2043 гг., составляет 4194 единицы [1].
Таким образом, очевидна необходимость эффективной утилизации боя кровельного шифера многоквартирных домов, в том числе для производства строительных материалов.
Молотый бой асбестоцементных изделий можно использовать как модифицирующую добавку в битумное вяжущее, улучшающую его свойства [2], а также в качестве минерального порошка для получения асфальтобетонных смесей.
В статье рассмотрена возможность применения молотого боя асбестоцементного шифера как минерального порошка при приготовлении асфальтобетонных смесей, что ранее не было изучено и не находило практического применения. C учетом необходимости дорожной отрасли Республики Бурятия в получении качественного асфальтобетона с улучшенными физико-механическими и деформативными свойствами были выполнены исследования по получению асфальтобетона с использованием отходов асбестоцементных изделий (далее - АЦИ) в качестве минерального порошка.
За эталон минерального порошка брали классический карбонатный порошок марки МП-1. Минеральный порошок, полученный из АЦИ, соответствует требованиям ГОСТ 32761-2014, а именно марке МП-3. Количественные характеристики минерального порошка на основе АЦИ приведены в таблице 1.
Таблица 1
Соответствие минерального порошка на основе АЦИ требованиям ГОСТ 32761-2014
Наименование показателя Требования ГОСТ 32761-2014 к МП-3 Фактические результаты испытаний АЦИ Соответствие требованиям ГОСТ32761-2014
Зерновой состав, %
по массе, не менее:
- мельче 2 мм; 100 100 соответствует
- мельче 0,125 мм; 75 78 соответствует
- мельче 0,063 мм 60 61 соответствует
Пористость, %, не более 40 38 соответствует
Битумоемкость, г, не более 80 80 соответствует
Влажность, % по массе,
не более 2,5 1,5 соответствует
Водостойкость образ-
цов из смеси минераль-
ного порошка с биту-
мом, не менее 0,7 0,85 соответствует
Набухание образцов
из смеси минерального порошка с битумом, %, не более 3,0 2,9 соответствует
Содержание водорас-
творимых соединении, % по массе, не более 6 5,5 соответствует
Содержание полутор-
ных оксидов, %
по массе, не более 1,7 1,3 соответствует
Проведению экспериментальных исследований предшествовала подготовка боя шифера: предварительное грубое измельчение на щековой дробилке, а затем тонкое измельчение на лабораторном виброистирателе ВИ-4*350 для получения требуемого гранулометрического состава.
Свойства минерального порошка определялись согласно ГОСТ 12784-78 (табл. 2).
Таблица 2
Сравнительные характеристики минеральных порошков
Вид минерального порошка Остатки на ситах, % р нас, кг/м3 Битумоемкость, % Отношение р нас.МП-1 / р нас. АЦИ Отношение битумоемкость МП / битумоемкость АЦИ
0,315 0,071
МП-1 100 85 1024 28 - -
АЦИ (МП-3) 100 95 728 32 1,4 1,14
Как следует из таблицы 2, асбестоцементный порошок отличается от карбонатного меньшей насыпной плотностью в среднем на 40% и большей битумоемкостью - на 14%, что обусловлено его волокнистой структурой. Полученные показатели учитывались при расчетах подбора состава асфальтобетонов.
С использованием в качестве минерального порошка измельченного боя АЦИ были изготовлены образцы плотного, горячего, мелкозернистого асфальтобетона типа «Б» марки II. При подборе состава асфальтобетона определялось оптимальное содержание битума и минерального порошка. Для оптимизации содержания минерального порошка, полученного из АЦИ, была составлена матрица составов с изменением расхода битума от 5 до 6, 5% и расхода минерального порошка от 4 до 5%. При этом отношение битума к минеральному порошку изменялось от 0,91 до 1,625. Результаты исследований по оптимизации количества битума и минерального порошка в составе асфальтобетона представлены в таблице 3.
Таблица 3
Изменение отношения битума к минеральному порошку в составе вяжущего
^Битум, % МП, 5 5,5 6,0 6,5
4,0 1,2 1,375 1,5 1,625
4,5 1,11 2 1,3 1,44
5,0 1 1,1 1,2 1,3
5,5 0,9 1 1,09 1,18
Согласно приведенной матрице были изготовлены образцы асфальтобетона, в котором соотношение фракций щебня и песка оставалось постоянным, а именно: щебень фракции 10-20 - 1 часть; щебень фракции 5-10 - 2,7 части; песок - 4,84 части.
При этом содержание асбеста в минеральном порошке было в пределах 0,64-0,825% от минеральной массы.
На каждый состав готовилось по 9 образцов-цилиндров размером 07,14 мм и h=7,14 мм. Результаты по определению плотности и прочности при различных температурах приведены в таблицах 4-7.
Таблица 4
Влияние расхода битума и минерального порошка на изменение плотности
асфальтобетонных смесей
р кг/м3
битум,% 5,0 5,5 6,0 6,5
4,0 2348 2347 2350 2350
4,5 2351 2351 2354 2351
5,4 2360 2347 2342 2349
5,5 2351 2348 2344 2356
Как следует из таблицы 4, показатели средней плотности бетона колеблются от 2347 до 2356 кг/м3, а в среднем фактически отвечают обычным асфальтобетонам. Небольшой разброс по плотности свидетельствует об однородности структуры асфальтобетона во всех испытанных 144 образцах.
Таблица 5
Влияние расхода битума и минерального порошка на прочность асфальтобетонных смесей при 20°
R2% АЦИ, МПа
бтум,% 5,0 5,5 6,0 6,5
4,0 3,8 4,11 4,4 4,51
4,5 4,65 4,68 4,63 4,51
5,4 4,64 4,65 4,67 4,65
5,5 4,49 4,37 4,24 4,12
Таблица 6
Влияние расхода битума и минерального порошка на прочность асфальтобетонных смесей при 50°
R5% АЦИ, МПа
5,0 5,5 6,0 6,5
4,0 1,82 1,97 2,11 2,16
4,5 2,23 2,24 2,22 2,16
5,4 2,23 2,25 2,24 2,23
5,5 2,15 2,09 2,03 1,97
Таблица 7
Влияние расхода битума и минерального порошка на прочность асфальтобетонных смесей при 0°
R% аци, МПа
5,0 5,5 6,0 6,5
4,0 ^ 6,91 7,48 8,01 8,2
4,5 8,47 8,51 8,43 8,31
5,4 8,4 8,47 8,51 8,48
5,5 8,17 7,96 7,71 7,51
Анализ результатов проведенных исследований показал, что наименьшие результаты по прочности асфальтобетона с использованием минерального порошка на основе молотого АЦИ соответствуют требованиям стандартов, предъявляемым к асфальтобетону для I дорожно-кли-матической зоны (табл. 8). Асфальтобетон с использованием порошка АЦИ обладает большей
прочностью при 20 и 50 °С. Предел прочности при сжатии образцов асфальтобетона при использования порошка АЦИ при 20 °С увеличился на 10 %, при 50 °С - на 50 %.
Таблица 8
Сводная таблица соответствия асфальтобетона на основе АЦИ требованиям ГОСТ 9128-2013 по основным физико-механическим характеристикам
Наименование показателя Требования ГОСТ 9128-2013 (тип Б марка II, дорожно-климатическая зона I) Фактические результаты испытаний асфальтобетона с АЦИ Соответствие требованиям Г0СТ9128-2013
R0 -tv сж не более 10 не более 8,51 соответствует
R20 сж не менее 2,2 не менее 3,8 соответствует
R50 сж не менее 0,9 не менее 1,82 соответствует
Предел прочности при сжатии асфальтобетона при 20 °С колеблется от 3,8 до 4, 68 МПа, в то же время контрольный образец имел прочность 2,89, что доказывает эффективность применения асбестоцементного минерального порошка (табл. 9). На всех исследованных составах прочность бетона превышала прочность на контрольных образцах на 32-62%.
Таблица 9
Эффективность асбестоцементного минерального порошка
R-сж АЦИ / R-сж МП-1
^^^^ битум,% 5,0 5,5 6,0 6,5
4,0 1,32 1,42 1,52 1,56
4,5 1,61 1,62 1,60 1,58
5,4 1,61 1,61 1,62 1,61
5,5 1,55 1,59 1,47 1,48
Расход минерального порошка следует брать в пределах 4,5-5%, а расход битума - 55,5%, но учитывая, что битум и минеральный порошок - самые дорогие компоненты асфальтобетона, оптимальный состав: 4,5% минерального порошка и 5% битума.
Таким образом, по сравнению с контрольным образцом, где содержание минерального порошка - 5%, а расход битума - 6%, применение асбестоцементного порошка позволяет снизить расход битума на 1% и минерального порошка на 0,5%, при этом прочность будет выше контрольной на 60%, что связано с тонкодисперсным армированием структуры асфальтобетона асбестовым волокном.
Заключение
Проведенные исследования доказывают эффективность применения отходов асбестоце-ментных изделий для модификации битума и в качестве заменителя классического карбонатного порошка, что позволяет увеличить сорбционную способность асфальтобетона и его прочностные характеристики.
Библиография
1. Сайт некоммерческой организации «Фонд капитального ремонта общего имущества в многоквартирных домах в Республике Бурятия». - URL: https://site.fondkr03.ru/
90
2. Печерский С.А., Урханова Л.А., Битуев А.В. и др. Применение молотого боя асбестоцемент-ных изделий в качестве модификатора асфальтобетона // Вестник ВСГУТУ. - 2016. - № 6. - С. 28-32.
Bibliography
1. The website of the nonprofit organization "Fund for major repairs of common property in apartment buildings in the Republic of Buryatia. - URL: https://site.fondkr03.ru/
2. Pechersky S.A., Urkhanova L.A., Bituev A. V. et al. The use of powdered fragments of asbestos-cement products as a modifier // Bulletin of ESSUTM. - 2016. - N 6. - P. 28-32.
