CC BY
15УДК 691.16:625.855.4
В.В. ЛЫННИК (borisenko2005@yandex.ru), инженер, Ю.Г. БОРИСЕНКО, О.А. БОРИСЕНКО, кандидаты техн. наук, Е.В. ГОРДИЕНКО, инженер, Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ) (Ставрополь)
Пути снижения битумоемкости битумоминеральных композиций с заполнителем на основе керамзита
Одним из актуальных направлений развития композиционных материалов на органических связующих является создание эффективных битумоминеральных композиций на природных и искусственных легких пористых заполнителях (вулканическая пемза, перлит, вспученный вермикулит, керамзит и т. д.) [1—4]. Однако известные легкие битумоминеральные композиции наряду с положительными качествами (высокая прочность и теплостойкость, низкий коэффициент температурного расширения, повышенная деформативность и демпфирующая способность, неплохие гидроизоляционные качества) имеют и серьезные недостатки, такие как повышенная битумоемкость смеси (обусловленная наличием большого количества открытых пор в пористом материале) и невысокая долговечность и коррозионная стойкость (связанные с избирательной фильтрацией легких компонентов вяжущего в пористый заполнитель с обеднением битума фракциями масел и отчасти смол).
При исследовании битумоминеральных смесей на основе керамзита авторами было показано, что снижения битумоемкости композиции воможно добиться
введением в состав заполнителя фракций недробленого керамзитового гравия [5]. Другим направлением решения этой задачи, по мнению авторов, может явиться использование битумного вяжущего, модифицированного остаточными продуктами нефтепереработки, например гудронами. Включение менее вязких компонентов гудрона в битумное вяжущее позволит обогатить его фракциями масел и смол и снизить негативное влияние избирательной фильтрации на изменение состава и структуры битума, будет способствовать замедлению интенсивности процессов старения битума в композиции. Кроме того, замена части дорогостоящего битумного вяжущего на фракции гудрона позволит снизить себестоимость легких битумоминеральных композиций.
Были приготовлены битумоминеральные композиции с мелкозернистым заполнителем на основе керамзита марки 600 зернового состава типа Б и песчаного — типа Г (составы №№ 1, 2 и 6, 7 соответственно). Результаты испытаний см. в табл. 1.В составах № 1 и 6 в качестве крупного заполнителя использовали недробленый керамзитовый гравий (фракции 20—5 мм и
Таблица 1
№ состава Содержание гудрона, об. % Содержание битума, об. % Плотность, кг/м3 Прочность при сжатии, МПа Водонасы-щение, % Коэффициенты водостойкости
R0 R20 R50 kB квд
Легкие битумоминеральные композиции мелкозернистого зернового состава типа Б
1 1,0 9 1,61 6,7 3,7 1,32 3,6 0,94 0,92
2 1,5 9 1,61 4,9 2,9 1,2 2,5 0,96 0,93
3 0 10,5 1,51 10,3 5,9 2,47 3,6 0,92 0,9
4 1,0 9 1,61 6,9 3,8 1,43 3,6 0,93 0,91
5 1,5 9 1,61 6,7 3,4 1,32 2,8 0,97 0,95
Требования ГОСТ 9128-2009, тип Б, I -II марка, IV, V дорожно-климатические зоны 5-6,5 - <13 >2,5 >1,2 1,5-4 >0,85 >0,75
Легкие битумоминеральные композиции песчаного зернового состава типа Г
6 1,4 9 1,72 6,2 4,1 1,4 3 0,95 0,93
7 2 9 1,72 5,65 3,7 1,35 3 0,95 0,94
8 0 11 1,68 10,4 6,45 3,15 2,85 0,91 0,9
9 2,4 8 1,72 6,1 3,6 1,3 2,9 0,94 0,92
10 3 8 1,72 4,9 3 1,35 3 0,95 0,93
Требования ГОСТ 9128-2009, тип Г, I-III марка, IV, V дорожно-климатические зоны 6-9 - <13 >2,5 >1,1 1,5-4 >0,85 >0,75
Таблица 2
Наименование показателя битума Норма Фактически
Глубина проникновения иглы, 0,1 мм при 25оС при 0оС, не менее 61-90 20 84 24
Температура размягчения по кольцу и шару, оС, не ниже 47 49
Растяжимость, см, не менее при 25оС при0оС 55 3,5 77 3,6
Температура хрупкости, оС, не менее -15 -19
Температура вспышки в открытом тигле, оС, не ниже 230 230
Наименование показателя гудрона
Вязкость условная при 80оС с диаметром отверстия 5 мм, с 41-60 48
Температура вспышки в открытом тигле, оС, не ниже 200 237
Массовая доля воды Следы Следы
Плотность при 20оС, кг/м3 980-1000 992
Температура размягчения по кольцу и шару, оС, не ниже 25 25
5—2,5 мм соответственно). Песчаные фракции представляли собой отсевы дробленого керамзитового щебня фракции менее 0,16 мм — неактивированный минеральный порошок. Минеральная часть составов № 2 и 7 представляла собой отсевы дробления керамзитового гравия фракций 20—0,16 и 5—0,16 мм соответственно, а фракции менее 0,16 мм — неактивированный минеральный порошок.В качестве вяжущего использовали битум БНД 60/90. В битумное вяжущее с целью снижения его расхода в смеси вводили фракции гудрона (свойства битума и остаточного гудрона приведены в табл. 2). Соотношения битума и гудрона для каждого состава были найдены оптимальные. Технология приготовления смесей предусматривала дозирование минерального материала, его нагрев до температуры 160оС и совмещение с битумным вяжущим, модифицированным фракциями гудрона. Результаты испытаний образцов битумоминеральных композиций представлены в табл. 1.
Для сравнения испытывали образцы из горячих битумоминеральных смесей зерновых составов типа Б и Г с заполнителем на основе отсевов дробления керамзитового гравия марки 600 при оптимальном содержании битума БНД 60/90 (составы № 3 и 8 соответственно) (табл. 1), изготовленные по стандартной технологии.
В результате проведенных испытаний установлено, что модификация вяжущего гудроном снижает расход битума в мелкозернистых смесях на 14,3%, а в песчаных — на 18,2%. Кроме того, следует отметить снижение суммарного количества вяжущего (битум + гудрон) в композициях при замене фракций дробленого пористого заполнителя (керамзитового щебня) на фракции керамзитового гравия, что объясняется значительно меньшим количеством открытых пор у керамзитового гравия.
Наблюдается некоторое повышение плотности р композиций с вяжущим, модифицированным гудроном, что свидетельствует о более высокой степени избирательной фильтрации легких компонентов гудрона в микропоры пористого заполнителя и за счет этого бо-
лее эффективной и полной кольматации пор заполнителя этими компонентами. Такое модифицирование позволяет получить более устойчивую и стабильную структуру композиции. Кроме того, плотность композиций повышается с переходом от композиций с мелкозернистыми составами к песчаным, что обусловлено повышением плотности гранул пористого заполнителя с уменьшением размера зерна.
Прочность и теплостойкость битумоминеральных композиций оценивали по пределам прочности при сжатии при 0, 20 и 50оС (^^0 и Я50).Прочность и теплостойкость предложенных композиций несколько ниже, чем у композиций на стандартном битумном вяжущем, но удовлетворяет нормативным требованиям ГОСТ 9128—2009 для горячих асфальтобетонов соответствующих типов (табл. 1). Прочность и теплостойкость предложенных составов возрастают при замене части фракций дробленого керамзитового щебня на фракции керамзитового гравия. Водостойкость предложенных битумоминеральных композиций, которую оценивали по показателям водонасыщения V и коэффициентам водостойкости к^ и при длительном водонасыщении достаточно высокая и полностью удовлетворяет нормативным требованиям.
Дальнейшим развитием исследований, имеющих цель — снижение расхода битума при изготовлении би-тумоминеральных композиций на пористых заполнителях, явилась разработка технологии приготовления таких композиций, заключающейся в следующем:
— первая стадия — объединение подогретого до стандартной температуры перемешивания керамзита (160±5оС) с оптимальным количеством гудрона. В результате вследствие избирательной фильтрации произойдет кольматация микропор и капилляров пористого заполнителя фракциями нефтяных смол и остаточных масел гудрона;
— на второй стадии в смесь при перемешивании вводится разогретое отдозированное битумное вяжущее и минеральный порошок.
По предложенной двухстадийной технологии были приготовлены битумоминеральные композиции с зерновыми составами типов Б и Г и минеральным заполнителем на основе керамзита (составы №№ 4, 5, 9, 10), аналогичные по своему минеральному составу композициям №№ 1, 2, 6, 7 соответственно. Для обработки пористого заполнителя использовали гудрон (табл. 2), а в качестве вяжущего — битум БНД 60/90. Количество гудрона и битума для каждого состава было подобрано оптимальное. Результаты испытаний образцов битумо-минеральных композиций из предложенных смесей представлены в табл. 1.
Согласно приведенным результатам испытаний применение двухстадийной технологии приготовления легких битумоминеральных смесей с предварительной обработкой пористого заполнителя гудроном снижает расход битума в мелкозернистых смесях в той же мере, как и при приготовлении таких смесей в одну стадию,
— на 14,3 об. %. Что касается песчаных смесей, то снижение расхода битума при использовании двухстадий-ной технологии гораздо выше — на 27,3%. Также следует отметить снижение суммарного количества вяжущего в композициях при замене фракций дробленого пористого заполнителя (керамзитового щебня) на фракции керамзитового гравия.
Выявлено, что особенности технологий приготовления предложенных составов битумоминеральных композиций не влияют на их плотность. Плотность композиций, приготовленных по предложенной двух-стадийной технологии, и плотность композиций с вяжущим, модифицированным гудроном, практически равны (табл. 1).
¡■Л ®
май 2013
25
Прочность и теплостойкость композиций, приготовленных по двухстадийной технологии, ниже, чем у композиций на стандартном битумном вяжущем, но удовлетворяет требованиям ГОСТа. Следует отметить повышение прочности и теплостойкости мелкозернистых композиций, приготовленных по двухстадий-ной технологии, в сравнении с композициями на основе вяжущего, модифицированного гудроном (составы №№ 1, 2 и 4, 5, табл. 1). Также следует отметить высокую водостойкость битумоминеральных композиций, приготовленных по двухстадийной технологии.
Исходя из результатов проведенных экспериментальных исследований необходимо выделить следующее:
1. Выявлены направления снижения битумоемкости и себестоимости битумоминеральных композиций на легких пористых заполнителях:
— модификация битумного вяжущего менее дорогостоящими остаточными продуктами нефтепереработки (остаточными гудронами);
— применение двухстадийной технологии приготовления битумоминеральных смесей, сущность которой заключается в предварительной обработке пористого заполнителя гудроном и последующим объединением с битумом и минеральным порошком.
2. В результате проведенных экспериментальных исследований установлено оптимальное содержание гудрона в битумоминеральных смесях различных зерновых составов, которое составляет 1—2 об. % при использовании стандартной технологии приготовления смесей и 1—3 об. % при применении двухстадийной технологии. Это позволяет сэкономить
14,3—18,2% битума при стандартной технологии приготовления битумоминеральных смесей на пористом заполнителе и 14,3—27,3% битума — при двухстадийной технологии.
Ключевые слова: битумоемкость, битумоминеральная
композиция, гудрон, двухстадийная технология, керамзитовый гравий, дробленый керамзитовый щебень.
Список литературы
1. Рудь В.П. Строительные материалы из вулканических водосодержащих стекол // Строительные материалы. 1982. № 10. С. 18.
2. Гридчин А.М., Коротаев А.П., Ядыкина В.В., Кузнецов Д.А., Высоцкая М.А. Дорожные композиты на основе дисперсного вспученного перлита // Строительные материалы. № 5. 2009. С. 42—44.
3. Агейкин В. Н., Свинтицких Л.Е., Шабанова Т.Н., Клюсов А.А. Исследования влияния вспученного вер-микулитового песка на свойства битумных композиций и асфальтобетона // Строительные материалы. 2003. № 7. С. 40-42.
4. Борисенко Ю.Г., Борисенко О.А. Особенности структуры легких асфальтобетонов // Строительные материалы. 2007. № 10. С. 64-65.
5. Борисенко Ю.Г., Лынник В.В., Борисенко О.А. Повышение качества легких битумоминеральных композиций путем совершенствования подбора их минеральных составов // Строительные материалы. 2011. № 8. С. 54-55.
sibBuiids::
место проведения «Новосибирск Экспоцентр»
Международная строительная и интерьерная выставка
28-31 января 2014
» fàjÈfeJf "
illS^SsS^ т\
10-13 февраля
•>А<1 Л
2014
Неделя архитектуры и строительства :: Оконные технологии :: Строительные материалы
и оборудование. Строительство !! Натуральный и искусственный камень :: Инструменты и крепёж !! Кровли и фасады
Неделя отделочных материалов и интерьерных решений
Отделочные материалы Двери и замки
Краски. Сухие строительные смеси Керамика. Сантехника Декоративный свет. Электрика
Ткани в интерьере
www.SibBuild.ru
ОРПШИ1АТОР
ГРУППА КОМ1АННЙ
ITE Сибирская Ярмарка ул. Станционная, 104 тел.:+7 (383) 363 00 63 sibbuild@sibfair.ru www.sibfair.ru
Генеральный
информационный спонсор
BLiZKD
BLiZKOru
Генеральный
информационный
партнер
/- Л 'Т fy/
Генеральный интернет-партнер
