CC BY
10
UDK 62
Махкамов Д.И.
Иноятов К.М.
Абдуразаков М.А.
Уктамов С.М.
НамИСИ
РАЗРАБОТКА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, НАПОЛЬНЕНЫХ МЕХАНОАКТИВИРОВАННЫМИ ИНГРЕДИЕНТАМИ, ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ ДОРОГ
Аннотация: В статье приводятся результаты исследований впервые разработанных эффективных составов композиционных материалов, наполненных механоактивированными природными песками и другими ингредиентами, позволяющие повышению прочностных свойств, теплостойкости, сдвигоустойчивости и трещиностойкости и в целом работоспособности и долговечности асфальтобетонных композиционных покрытий дорог, мостов и аэродромов.
Ключевые слова: физико-механические свойства, теплостойкость, композиция, наполнители, механоактивация ингредиентов,
сдвигоустойчивость, трещиностойкость, работоспособность,
долговечность, асфальтобетонные композиции.
Mahkamov D.I.
Inoyatov Q.M.
Abdurazakov M.A.
O'ktamov S.M.
NamECI
DEVELOPMENT OF COMPOSITE MATERIALS, FILLED WITH MECHANOACTIVATED INGREDIENTS FOR USE OF ROADS
Annotation: The article presents the results of research pioneered effective compositions of composite materials filled with a mechanically activated natural sand and other ingredients, which improve strength properties, thermo-resistance, shear stability and crack resistance and the overall increase efficiency and durability of asphalt concrete composite pavements of roads, bridges and airfields.
Key words: composite, mineral powder ingredients, mechanical activation, sealing mastic, oligomer, bitumen deformation joint, cracks, asphalt-concrete.
Введение. В Республике Узбекистан большое государственное, стратегическое и экономическое значение придается техническому состоянию транспортной сети. В общей транспортной системе Республики Узбекистан главенствующее положение отводится автомобильным дорогам, по которым перевозится до 90% народнохозяйственных грузов и до 95%
пассажиров от всего объема перевозок, осуществляемых всеми видами транспорта. Сеть автомобильных дорог республики, включая мосты, составляет более 184 тыс.км, из них 50,7 тыс.км дороги с асфальтобетонными, бетонными покрытиями и 96,3 тыс.км с нефтеминеральными и щебеночными покрытиями. В перспективе намечается строительство железобетонных дорог протяженностью более 10000 км, проходящих через пустынные и горные регионы республики. В республике имеются 11 аэродромов общей площадью 600 га, покрытых бетоном и асфальтобетоном.
Резкоконтинентальные климатические условия Центральной Азии существенным образом сказываются на состоянии и сроках эксплуатации асфальтобетонных дорог. Долговечность применение асфальтобетонных и нефте-минеральных покрытий дорог в условиях Узбекистана из-за недостаточной их сдвигоустойчивости при высоких летних положительных, и трещиностойкости - при низких отрицательных зимних температурах обычно не превышает 2-3 года. [1].
В последние годы широкий интерес представляет создание и получение высокоэффективных композиционных асфальтобетонных покрытий дорог, мостов и аэродромов. [4-6].
Исследованиями ряда ученых были созданы дорожно-строительные композиционные материалы, способные эксплуатироваться в интервале температур от -30 0С до +70-80 0С. Однако эти композиции и мастики не полностью отвечают требованиям климатических условий Республики Узбекистан и в целом Центральной Азии.
В этой связи проведение исследований по созданию и получению импортозамещающих и экспортоориентированных высокоэффективных, композиционных материалов на основе механоактивированных и химически модифицированных ингредиентов из местных и вторичных сырьевых ресурсов органического и минерального происхождения для асфальтобетонных покрытий и герметизирующих мастик для заполнения деформационных швов бетонных и трещин асфальтобетонных дорог, мостов и аэродромов с целью повышения их тепло-морозостойких, сдвигоустойчивых и трещиностойких свойств и, соответственно, увеличения сроков эксплуатации в интервале температур от -25 0С до +120 0С является весьма актуальной проблемой.
Цель исследования. Создания эффективных составов импортозамещающих и экспортоориентированных композиционных материалов с выокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами для покрытий асфальтобетонных дорог, способных эксплуатироваться в широком интервале температур от -25 до +120 0С, на базе местных минеральных и вторичных сырьевых ресурсов органического и неорганического происхождения.
Объект и методы исследований. Объектами исследования являются битумы марок БН-90/10 (БНИ-У), БН-70/30 (БНИ-1У), БНД-60/90, резиновая крошка, госсиполовая смола, гидролизный лигнин, вторичный
поливинилхлорид, гашеная известь, базальтовый волокнистый наполнитель и активированный мелкодисперсный волластонит, Чиназские и Чирчикские речные, Язъяванские и Янгиерские барханные пески и композиции на их основе. [1-2].
Методы исследований. Физико-химические свойства исследованы с помощью ИК-спектроскопи. Физико-механические свойства композиции: -температура размягчения определена по методу КиШ; - температура хрупкости по методу Фраасу; -растяжимость по ГОСТ 11056;
-прочность сцепления с бетоном по ТбИ РУз 14.04.2004;
-глубина проникания иглы по ГОСТ 11501, водопоглощение по ГОСТ 26589. [1].
Результаты исследований и их обсуждение. Рассмотрим результаты исследований физико-механических и эксплуатационных свойств и разработка эффективных составов композиций для асфальтобетонных покрытий дорог с использованием органических, модифицированных и активированных неорганических ингредиентов на основе местного и вторичного сырья.
На основе результатов физико-химических исследований модифицированных битумов и госсиполовой смолы для создания композиций асфальтобетонных покрытий дорог нами разработаны битумные композиции, состав и свойства которого приведении в работе. [3].
Физико-механические свойства асфальтобетонных композиций, главным образом, зависят от гранулометрических составов, степени механоактивации наполнителей и свойств вяжущих.
Нами было изучено влияние механоактивации наполнителей на прочностные показатели композиции для асфальтобетонных покрытий, в частности, зависимость предела прочности при сжатии от степени загрузки дисмембратора при механоактивации песков и влияние механоактивации на прочность композиции для асфальтобетонных покрытий при сдвиге (рис. 1 а,б).
а)
й
к к
£
*
о
К л с
к н о о К сг о л с
ч и ч и л
с
1 2 3
Степень загрузки, кг/мин песок
чирчикскии; язъяванский;
чиназскии; янгиерский
б)
4
3
2
1
0
4
5
а
е г и в ч с
и р
п
и т с о н ч
о р
п
ч
е
ч
е р
с:
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
12 3 4
Степень загрузки, кг/мин
0
5
Рис. 1. Зависимость предела прочности при сжатии (а) и сдвига (б) асфальтобетонных покрытий от степени загрузки дисмембратора при
механоактивации
Из данных рисунка видно, что при использовании механоактивированных песков наблюдается существенное увеличение прочности при сжатии и сдвиге асфальтобетонных покрытий, При загрузке
песков до 3 кг/мин предел прочности при сжатии увеличивается от 1,3 до 3,9 МПа, прочность при сдвиге возрастает от 0,6 до 1,0 МПа, соответственно.
Из таблицы 1 видно, что как с увеличением коэффициента загрузки, так и продолжительности обработки наблюдается существенное снижение насыпной плотности песков всех видов, которые свидетельствуют о увеличении удельной поверхности дисперсной массы характеризующей степенью активации поверхностей их частиц.
Таблица 1
Влияние режима обработки на механоактивации природных песков
№ Изменение Влияния режима обработки (1;,мин ) при
свойств песка различных различных коэффициентах заполнения на
месторождении механоактивацию природных песков
0 1 2,5 5,0 7,5 10
1 Коэффициент заполнения 0,25
1 2 3 4 5 6 7 8
1.1 Чирчикский
1.1.1 Остаток насите №014 по массе 22.5 21.4 20.1 18,4 18,2 17,8
1.1.2 Насыпная плотность кг/м3 1452 1432 1418 1406 1405 1404
1.2 Язьяванский
1.2.1 Остаток насите №014по массе 26,5 24,2 21,3 18,2 17,5 17,2
1.2.2 Насыпная плотность кг/м3 1486 1454 1432 1428 1412 1407
1.3 Янгиерский
1.3.1 Остаток насите № 014 18,6 16,8 15,6 12,3 11,9 11,6
1.3.2 Насыпная плотность кг/м3 1482 1468 1455 1432 1415 1408
1.4 Чиназский
1.4.1 Остаток насите № 014 2,4 2,2 1,8 1,4 1,3 1,2
1.4.2 Насыпная плотность кг/м3 1461 1454 1422 1410 1408 1406
Таким образом из анализа полученных результатов исследования нами установления оптимальные загрузочно временные режимы механоактивации: к=0,25-0,50; 1=1-5мин., с реализацией ударно-истирающего эффекта, которое позволяет обнажение поверхности частиц при незначительном изменении их гранулометрического состава.
Реализация ударно-раскалывющего эффекта для природных песков, в том числе барханных не целесообразно не только с точки зрения энерго -и трудо затратов. Но и с позиции перерасхода вяжущих материалов для асфальтобетонных покрытий.
Это очень важно для механоактивации природных минералов, в том числе и для барханных песков. При помощи дисмембраторного механоактиватора можно осуществить целенаправленное
структурообразование дисперсных систем за счёт образования новых активированных поверхностей: обнажение при истирании частиц как между собой, так и между поверхностями рабочих органов активатора достигаемое регулированием зазора между пальцами ротора и стартера.
Сравнительные характеристики физико-механических свойств разработанных асфальтобетонных покрытий приведены в табл. 2.
Из данных таблицы 2 видно, что композиции для асфальтобетонных покрытий, полученные с использованием механоактивированных песков, модифицированных госсиполовой смолой, в месте минерального наполнителя, из битума БНД 60/90 по всем показателям физико -механический характеристик полностью отвечают требованиям ГОСТ 9128 -97.
Таблица 2
Сравнительные характеристики физико-механических свойств разработанных композиций для асфальтобетонных покрытий
Показатели ГОСТ Нормы на смеси для плотного горячего
9128-97 асфальтобетона
чирчик чиназ язъяван янгиер
ский ский ский ский
Пористость минерального состава, % объема, для смесей типов:
Г, не более 22 21 21 18 18
Д, не более 22 20 20 19 19
Водонасыщение, % объема, для
смесей типов:
Г 1,5-4,0 2,5 2,6 2,0 2,1
Д 1,0-4,0 2,0 2,2 1,9 2,0
Остаточная пористость, % объема 2,2-5,0 3 3,1 3,5 4,0
Предел прочности при сжатии,
МПа, при температурах:
+20оС, не менее 2,2 3,8 3,5 3,0 3,0
+50оС, не менее, для смесей типов:
Г 1,2 1,8 1,71 1,58 1,6
Д 1,3 1,9 1,8 1,64 1,61
0оС, не более 12,0 9,0 8,85 7,91 8,0
Коэффициент водоустойчивости, не 0,85 0,90 0,89 0,90 0,88
менее
На основании комплексных исследований и выявленных закономерностей полученных результатов разработан эффективный состав композиционных материалов с использованием механоактивированных природных песков и органических ингредиентов для асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог, мостов и аэродромов.
В табл. 3 приведены оптимальные составы разработанных рецептур асфальтобетонных покрытий.
Таблица 3
Рецептуры композиций для асфальтобетонных покрытий_
Состав асфальтобетонного покрытия ГОСТ 9128-97 Разработанные составы, мас. %, с содержанием песка
чирчикск ий чиназск ий язъяванск ий янгиерск ий
Битум БНД 60-90 6 - - - -
Битум БНД 60-90 + ГС (7% от веса битума) 6,042 6,042 6,042 6,042
Щебень 45 45 45 45 45
Песок неактивированный 41 41,058 41,058 41,058 41,058
Минеральный наполнитель 8 - - - -
Механоактивированный песок - 8 8 8 8
Итого 100 100 100 100 100
Заключение.
Впервые предложен научно обоснованный подход к созданию тепло-морозостойких, сдвигоустойчивых и трещиностойких композиционных материалов на основе местных и вторичных сырьевых ресурсов для асфальтобетонных покрытий и герметизации деформационных швов и трещин бетонных, асфальтобетонных дорог, мостов и аэродромов с улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, способных эксплуатироваться в экстремальных климатических условиях Республики Узбекистан.
Разработан новый эффективный способ повышения физико-механических свойств асфальтобетонных покрытий путём введения в их состав механоактивированных минеральных ингредиентов, в частности, природных речных и барханных песков, основанного на ударно-раскалывающе-истирающем эффекте, приводящий к образованию частиц с развитой удельной поверхности с требуемыми геометрическими и физическими параметрами за счёт поляризации частиц на молекулярном уровне, сопровождающийся появлением гетерогенных дипольных моментов, которые способствуют улучшению адгезионных свойств с образованием водородных связей как с катионно - активными, так и анионно - активными веществами, каким является госсиполовая смола и, в конечном счете, увеличению межфазного взаимодействия между ингредиентами и битумом.
На основе выявленных закономерностей разработан ряд марок асфальтобетонных композиционных материалов для покрытия дорог -БК-З-ЧчРП, БК-3-ЧзРП, БК-3-ЯзВП, БК-3-ЯнВП, отличающихся друг от друга природой применяемых механоактивированных песков. Для каждой указанной марки разработанных композиционных материалов определены оптимальные технологические режимы получения их получения (температура нагрева 150-180 0С, время смешения 180 сек., температура смеси при выпуске из смесителя в пределах 120-155 0С и температура смеси к началу укладки 110-120 0С), обеспечивающие необходимые физико-механические и технологические характеристики.
Использованные источники:
1. Негматов С.С., Собиров Б.Б., Иноятов К.М., Салимсаков Ю.А. Композиционные асфальтобетонные материалы для покрытия дорог // Ташкент: ГУП «Фан ва тараккиёт», 2012.
2. Негматов С.С., Собиров Б.Б., Абдуллаев А.Х., Рахмонов Б.Ш., Иноятов К.М., Салимсаков Ю.А. Модифицированные битумные композиции многофункционального назначения // Ташкент: ГУП «Фан ва тараккиёт», 2012.
3. Sobirov A.B., Rahmonov B.Sh., Abdullayev A.X., Inoyatov K.M., Salimsakov Y.A., Mahkamov D.I., Soliyev R.X. 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. XII congress of the specialized group of polymers., / Congress program, june 26 - jule 1, 2011, Granada, Spain.
4. Negmatov S.S., Sobirov B.B., Rakhmonov B.Sh., Negmatov J.N., Inoyatov K.M., Negmatova M.I., Salimsakov J.A., Makhkamov D.I., Soliev R.X. Composite Materials Based On Soft Organic And Inorganic Ingredients For Increasing The Durability Of Roads6th INTERNATIONAL CONFERENCE Times of Polymers (TOP) Composites AIP Conf.Proc. 2012 Americcan Institute of Physics. p. 319-321.
5. Sayibjan Negmatov, Kakhramon Inoytov, Lochin Oblakulov, Shukhrat Bozorboyev, Bahodir Sobirov, Bakhrom Rakhmonov, Jahongir Negmatov, Dilshod Makhkamov, Rustam Soliev, Andrey Lisenko. 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. International Porous and Powder Materials Symposium and Exhibition, PPM 2013, September 3-6, 2013 в г. Измире.
6. Патент. «Битумная композиция». № IAP 04848 от 26.12.2014. Негматов С.С., Собиров Б.Б., Абдуллаев А.Х., Гулямов Г., Салимсаков Ю.А., Махкамов Д.И., Солиев Р.Х., Облакулов Л.Н., Шодиев Х.Р., UZ.
