CC BY
0
УДК 678.541
Солиев Р.Х., доктор технических наук Наманганский инженерно-строительный институт Валиева Г.Ф., кандидат технических наук, PhD Наманганский инженерно-строительный институт
ПРОИЗВОДСТВО ТЕПЛОСТОЙКИХ И МОРОЗОСТОЙКИХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ ГЕРМЕТИЧЕСКИХ МАСТИК ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ ТРЕЩИН АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ДОРОГ И ПРОГИБНЫХ ШВОВ БЕТОННЫХ ДОРОГ
Аннотация. В статье приведены результаты исследований по производству холодо-жаро устойчивых композиционных герметических мастик с заданными наборами физико-механических и технологических свойств на основе местных органоминеральных ингредиентов и производственных отходов для заполнения трещин асфальтобетонных дорог и деформационных швов дорог с бетонными покрытиями. Они могут использоваться в различных климатических условиях и в горной местности при температурах от -300 до + 1700С, а также помогут повысить долговременную эксплуатацию и производительность аэродромов, автомагистральных дорог и мостов.
Ключевые слова. Физико-механические свойства, герметическая композиционная мастика.
Soliev R.Khdoctor of technical sciences (DsC) Namangan Engineering and Construction Institute Valieva G.F., candidate of technical sciences, PhD Namangan Engineering and Construction Institute
PRODUCTION OF HEAT-RESISTANT AND FROST-RESISTANT COMPOSITE SEALANT MASTICS FOR FILLING CRACKS OF ASPHALT CONCRETE ROADS AND DEFLECTION JOINTS OF CONCRETE SURFACE ROADS
Annotation. The article presents the results of research on the production of cold-heat resistant composite sealant mastics with specified sets of physical, mechanical and technological properties based on local organomineral ingredients and industrial waste for filling cracks in asphalt concrete roads and expansion joints in roads with concrete pavements. They can be used in various climatic conditions and in mountainous areas at temperatures from -300 to + 1700C, and will also help improve the long-term operation and productivity of airfields, highways and bridges.
Keywords. Physical and mechanical properties, hermetic composite mastic.
ВВЕДЕНИЕ
Техническое состояние транспортной сети имеет очень важное значение в государственном, стратегическом и экономическом аспектах. Дороги, мосты и аэропорты обретают особенно важное значение на государственном уровне, так как на них приходится 90% грузов народного хозяйства и 98% пассажиро перевозок. Но в настоящее время существующие дороги недостаточно прочны и требуют быстрого ремонта. Особенно это проявляется в высокогорных и жарких климатических условиях.
В жарких климатических условиях очень важно герметизировать асфальтобетонные и бетонные швы для длительной эксплуатации дорог, асфальтобетонных покрытий на аэродромах и автомобильных мостов. В настоящее время цены на битумные композиционные мастики, которые импортируются из зарубежных стран, достаточно высоки. Более того, их температура размягчения относительно низкая. Местные не достаточно долговечны, они едят быстро разрушаются или отходят от дорожного покрытия.
Следует отметить, что композиционные битумные мастики, импортируемые из зарубежных стран и мастики производимые в нашей стране, обладают относительно низкими физическими, химическими и эксплуатационными свойствами, особенно по термостойкости.
Внедрение и разработка новых инновационных технологий в области композиционного материаловедения имеет важное значение для производства эффективных композиций герметиков, используемых в различных климатических условиях.
Таблица 1
Химический анализ Куйташской волластонитовой руды до и после
флотации.
Проба SiO2 AhOs Fe2O3 CaO MgO TiO2 Na2O K2O П.п.
До флотации 45,8 9 3,18 2,53 33,2 2,13 0,46 0,52 1,60 9,93
После 57,7 9
первой флотации 3,67 2,22 26,8 0,83 0,20 0,83 0,88 6,66
После 58,5 4
второй флотации 3,71 2,22 26,7 0,83 0,18 0,84 0,73 5,73
Из-за физико-химических свойств вышеупомянутых связующих веществ и наполнителей наше основное внимание было сосредоточено на волластоните и золошлаках. Рассмотрены физико-химические свойства и
структура волластонита. Волластонитовая руда обогащена методом флотации [1-5].
Во время флотации выделяются СаСО3 и MgСОз, что, в свою очередь приводит к повышению активного оксида кремния, то есть к повышению состава основного минерала волластонита, за счёт выделения СаСО 3 и MgСОз в процессе обогащения руды [1 -5].
Исследование структуры и физико-химической характеристики отходов золошлака. Известно, что на Ангренской и Ново -Ангренской теплоэлектростанциях ежегодно образуется 650 тысяч тонн золошлака.
Химический состав золошлака Ангренского месторождения приведен в нижеследующей таблице 2.
Таблица 2
Химический состав золошлака
Соедин ения SiO2 AhOз FeO CaO MgO SO2 1Ю2 Na2O P2O MnO
% 62 27,3 5,65 1,17 0,49 0,47 1,49 0,42 0,32 0,52 0,17
Химический анализ показал что состав золошлака до 62 % состоит из активного оксида кремния. Электронные микроскопические исследования показали, что большинство частиц золошлака имеют различный размер и форму. Размеры частиц составляют от 1мкм до 5 мкм (Рисунки 1 а, б) [1-5].
Рисунок -1. Морфологический состав золошлака Ангренского ТЭЦ
Результаты исследования показали, что 32% золы состоит из фракции размером Ш-42 мкм, фракционный состав золошлаковых отходов приведен на рисунке 2, а их дифрактограмма на рис. 3.
Таким образом, в составе золы и шлаков преобладают кремнезём, глинозём, оксиды железа и кальция. Соотношение суммы основных оксидов (СаО, АШ3, MgO, FeO, Fe2Oз, МпО) к сумме кислых P2 O5, ТО2)
относятся больше к шлакам [1-5].
I - 21; II - 33; III - 42; IV - 55; V -83; VI - 204. Рисунок 2. Средний фракционный состав золошлака, мкм.
30 -
25 -
п
муллит; о а-кварц; + магнетит Рисунок № 3. Дифрактограмма золошлака Ангренского угля
Из 2-рисунка видно, что 32% зола состоит из Ш-42 мкм фракции.
Золы относятся к мелкодисперсным материалам. Детальное изучение состава и свойств ЗШС обеспечит их использование в области материаловедение, особенно, для получения на их основе различных изделий. При этом можно будет добиться как экономические эффекты, так ирешить ряд экологические проблемы [1-5].
Таким образом, результаты исследований показывают, что почти все вышеупомянутые органоминеральные ингредиенты могут быть одним из потенциальных компонентов для получения эффективных композиционных материалов и герметиков для ремонта и строительства бетонных и асфальто-бетонных покрытий, что означает, что наши органические вещества могут играть роль связующего вещества. Минеральные вещества, особенно механо-активированный волластонит и термоактивированный золошлак могут усилит физико-механические свойства и устойчивость к высоким температурам, так как их состав состоит в основном из акрилового кремния, алюминия и других оксидов.
В первую очередь, была исследована и определена модельная композиция, состоящая на 50% из битума марки БН-90/10, на 26% из битума марки БН-70/30, на 18% из госсиполовой смолы и на 6 % из резиновой крошки, а также ее свойства. Была выбрана и исследована образцовая композиция, где температура размягчения составила 50-700С, растяжимости при 250С; 1-3,8 см, пенитрация 18-30мм-1 и прочность сцепления с бетоном 0,1-0,4 МПа, при этом температура варки 180±50С, а время варки составило 3 часа.
Была определена значительность показателей физико-механических свойств модельных композиционных герметизирующих мастик в зависимости от содержания битума, госсиполовой смолы, резиновой порошки, лигнина, вторичного полиэтилена и поливинилхлорида, базальтового волокно, гашеной извести, механоактивированного волластонита и золошлака.
Следует отметить, что наилучший результат был получен при исследовании физико-механических свойст композиции с добавлением волластонита и золошлака в состав композиции герметика.
Состав созданный композиционных герметизирующих мастик приведён в таблицах № 3 и № 4.
При увеличении времени варки от 1 до 7 часов и температуры от 120 до 2400С можно наблюдать идентичные результаты, то есть кривые, показывают зависимость физико-механических свойств мастик от времени и температуры варки. На рисунке № 4, показана зависимость физико-механических свойств композиционных герметизирующих мастик, соответствующих марке КГМ-150 и КГМ-170 от времени варки при температуре 180±50С. Из кривых рисунка видно, что с увеличением времени варки от 1 до 7 часов показатель температуры размягчения достигает от 72 до 1700С, прочность сцепления с бетоном увеличивается от 0,4 до 1,3 МПа, показатели растяжимости и пенитрации снижаются от 8,4 до 4 см и от 30 до 14 мм-1 соответственно [1-5].
Таблица 3
Состав битумных композиций, созданных на основе местных сырьевых
ресусров.
№ Наименование ингредиентов Содержание ингредиентов, мас.част.
КГМ -100 КГМ -110 КГМ -120 КГМ -130 КГМ -140 КГМ -150 КГМ-170
1 Битум БН-90/10 (БНИ-У) 35 35 35 30 30 30 30
2 Госсиполовая смола 40 40 30 30 30 28 28
3 Резиновая крошка 13 13 15 14 10 10 8
4 Лигнин 3 2 5 2 2 3 3
5 Вторичный полиэтилен 3,0 3,5 5 7 7 4 3
6 Вторичный по-ливинилхлорид 5 5 7 8 8 8 7
7 Золошлаковые смеси - - - 2 4,5 6 7
8 Известь гашеная 1,0 1,5 2 2 2,5 3,0 4
9 Активированный воллостонит (АкВ) - - - 3 4 5 6
10 Базальтовое волокно - - - 2 2,5 3 4
Таблица № 4
Физико-механические свойства битумных композиций_
Наименование показателей Методы определ ения Значения показателей
КГМ-100 КГМ -110 КГМ -120 КГМ -130 КГМ -140 КГМ -150 КГМ-170
Температура размягчения по КиШ, 0С, не менее ГОСТ 26589 95 102 112 125 135 145 165
Температура хрупкости по ГОСТ 11507 -20 - 20 - 22 - 23 - 25 - 26 -27
Фрассу, 0С, не
выше
Растяжимость при ГОСТ 6,2 5,8 5,4 5.0 4,6 4,2 4,2
250С 11056
Прочность ТУ-РУз 0,5 0,5 0,7 0.9 1,0 1,1 1,3
сцепления с 14.04.20
бетоном, МПа 04
Глубина ГОСТ 32 30 28 24 19,0 16 16
проникания иглы в мм-1 при 11501
температуре 250С
Водопоглощение, Не 0,2 0,18 0,18 0,18 0,17 0,16 0,15
% более 0,2
Аналогичные результаты наблюдаются при изменении температуры варки до 120-240°С композиционной герметизирующей мастики марок КГМ-150 и КГМ-170 (Рисунок № 5). Температура смягчения резко изменяется до 170°С, а крепость сцепления с бетоном до 1,35 МПа, при этом растяжимость и пенитрация не изменяются и сохраняются в рамках требований.
Рисунок № 4. Зависимость физико-механических свойств композиционных
герметизирующих мастик марки КГМ-150 и КГМ-170 от времени варки при температуре 180 ± 5°С 1 - температура размягчения, °С; 2-растяжимость-25°С см; 3 - пенитрация, мм-1; 4- прочность сцепления с бетоном, МПа
Рисунок № 5. Зависимость физико-механических свойств композиционно -
герметизирующих мастик марки КГМ-150 и и КГМ-170 от времени варки 4,5 часа
1 - температура смягчения, °С;
2 - растяжимость при температуре 25°С, см;
3 - пенитрация, мм-1;
4 - прочность сцепления с бетоном, МПа
Из вышеизложенного становится ясным, что технологический режим оказывает ощутимое воздействие на формирование важных показателей герметизирующих композиционных материалов. Основываясь на результаты опыта, был разработан оптимальный технологический режим получения композиционных герметизирующих материалов, обладающих высокими физико-механическими и эксплуатационными показателями. (Таблица № 5).
Таблица № 5
Показатели оптимального технологического режима получения
герметизирующей композиционной мастики
Технологические показатели М арка мастики
КГМ-100 КГМ-110 КГМ-120 КГМ-130 КГМ-140 КГМ-150 КГМ-170
Температура варки, 0С 180±5 185±5 190±5 195±5 200±5 205±5 210±5
Время варки, час. 5 - 5,5 5 - 5,2 4,8 - 5 4,5-4,8 4,5 4,5 4,5-5,0
Таблица № 6
Физико-механические показатели герметизирующих композиционных мастик, созданных на основе разработанной технологии и оптимального _технологического режима_
Наименование Способы Значение показателей
показателей определен КГМ- КГМ КГМ КГМ КГМ КГМ КГМ-
ия 100 -110 -120 -130 -140 -150 170
Температура ГОСТ 102 113 121 132 142 151 172
смягчения по 26589
КиШ, 0С
Температура ГОСТ -20 - 22 - 24 - 26 - 28 - 30 -30
хрупкости по 11507
Фрассу
Растяжимость ГОСТ 6,0 5,6 5,2 4,8 4,4 4,0 4,0
при 25 0С 11056
Крепость ТУ-РУз 0,5 0,6 0,8 1,0 1,16 1,2 1,4
сцепления с 14.04.200
бетоном, МПа 4
Пенитрация ГОСТ 32,0 29,0 27,0 23,0 18,0 15,0 15
-1 мм , при 25 0С 11501
Водопоглощен Не более 0,2 0,18 0,17 0,16 0,14 0,12 0,10
ие, % 0,2
Так, созданы несколько марок композиционных материалов, для герметизации деформационных сегментов и швов автомобильных дорог, мостов, бетонных и асфальтобетонных покрытий аэродромов, для использования в различных климатических условиях: КГМ - 100; КГМ -
110; КГМ - 120; КГМ - 130; КГМ -140; КГМ - 150; КГМ-170. Композиционная герметическая мастики может использоваться в условиях от -30 ° С до + 170 ° С.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рекомендована научно-технологическая основа для получения эффективного состава мастик, способных к использованию при температуре от минус 30 до плюс 170 градусов, то есть, при экстремальных климатических условиях, для герметизации трещин асфальтобетонных и деформационных швов бетонных покрытий автомобильных дорог, для повышения их износоустойчивости и долговечности эксплуатации.
Выявлена закономерность воздействия технологических параметров на физико-механические свойства композиционных герметизирующих мастик, на основе модельной композиции, содержащей: 50% битума марки БН 90/10, 26% битума марки БН 70/30, 6% резиновой крошки и 18% госсиполовой смолы. Показано, что с увеличением содержания битума марки БН-90/10 улучшается температура размягчения и прочность сцепления с бетоном, а показатели пенитрации и растяжимости плавно снижаются. При использовании битума марки БН-70/30 выявлена обратная закономерность, т.е. параметры растяжимости и пенитрации с увеличением содержания битума в композиции повышается, а показатели температуры размягчения и прочности сцепления с бетоном снижается. Госсиполовая смола ведет себя в модельной композиции идентично с битумом марки БН-70/30, а при введении вторичного полиэтилена и поливинилхлорида, существенно улучшает физико-механические свойства разрабатываемой композиции, за счет повышения ее молекулярного веса.
Использованные источники:
1. Солиев, Р. Х., Махкамов, Д. И., Валиева, Г.Ф. (2018). Физико-механические свойства композиционных материалов, наполненных механоактивированными оргаминеральными ингредиентами. Мировая наука, (6), 317-325.
2. Солиев, Р. Х., Валиева, Г. Ф., Нурматов, А. Б. (2018). Работоспособность асфальтобетонных автомобильных дорог. Мировая наука, (5), 370-377.
3. Солиев, Р. Х., Валиева, Г. Ф., Насриддинов, А. Ш. (2017). Разработка композиционных материалов, напольненых механоактивированными ингредиентами, для применения дорог. Международний науковий журнал Интернаука, (4 (1)), 57-59.
4. Baku, A. Z. E. R. B. A. I. J. A. N. (2015). THERMAM 2015.
5. Negmatov, S., Inoytov, K., Oblakulov, L., Bozorboyev, S., Sobirov, B., Rakhmonov, B.,... & Lisenko, A. (2013). Research And Development Of Technologies Of Obtaining The Mechanically Activated Powder Based On Natural Ingredients And Dune Sand For Production Of Sealing Composite Cements And Composite Materials For Various Purposes. In International Porous and Powder Materials Symposium and Exhibition, PPM (pp. 3-6).
6. Negmatov, S. S., Sobirov, B. B., Rakhmonov, B. S., Negmatov, J. N., Inoyatov, K. M., Negmatova, M. I.,... & Soliev, A. D. (2012, July). Composite materials based on soft organic and inorganic ingredients for increasing the durability of roads. In AIP Conference Proceedings (Vol. 1459, No. 1, pp. 319-321). American Institute of Physics.
7. Negmatov, S., Rahmonov, B., Sobirov, B., Abdullaev, A., Salimsakov, Y., Negmatov, J.,... & Mahkamov, D. (2012). Developing of Effective Multipurpose Polymer-Bitumen Compositions. In Advanced Materials Research (Vol. 413, pp. 539-540). Trans Tech Publications Ltd.
8. Sobirov, A. B., Sh, R. B., Abdullayev, A. X., Inoyatov, K. M., Salimsakov, Y. A., Mahkamov, D. I., & Soliyev, R. X. (2011). Study of composition and technology of highly filled composite polymeric materials for asphalt roads, which can be used in hot climates and increasing their operation life. European polymer congress in 2011. In XII congress of the specialized group of polymers/Congress program, june.
