CC BY
34УДК 691.168
В.В. ЯДЫКИНА, д-р техн. наук, А.М. ГРИДЧИН, д-р техн. наук, С.С. ТОБОЛЕНКО, инженер (tobolenko-ss@yandex.ru), Белгородский государственный технический университет им. В.Г. Шухова (БГТУ им. В.Г. Шухова)
Стабилизирующая добавка
для щебеночно-мастичного асфальтобетона
из отходов промышленности
Одним из перспективных материалов для строительства дорожных одежд нежесткого типа является щебеночно-мастичный асфальтобетон, который отличается от остальных горячих асфальтобетонных смесей применением стабилизирующих добавок.
Стабилизирующая добавка — один из структурообразующих компонентов ЩМА. Введение в состав ЩМА-смесей стабилизирующих добавок позволяет увеличить толщину битумной пленки на каждом минеральном зерне (дополнительный структурированный слой мастики в зоне контакта). При этом битум находится в ориентированном состоянии и не стекает [1].
Зарубежными компаниями разработаны стабилизирующие добавки: У1а1ор, ТесЬпосе1 1004, Торсе1, Оетсе1. Исходным сырьем для их производства чаще всего является целлюлозное волокно.
Добавка У1ЛТОР состоит из пропитанных битумом гранул целлюлозы с битумной оболочкой, предотвращающей комкование материала во влажных условиях хранения. Главным недостатком при использовании данной добавки в составе ЩМА является неэкономичность, так как ее цена составляет около 40 тыс. р./т.
Немецкими учеными для производства стабилизирующей добавки были использованы синтетические волокна из полиакрилонитрила [2] с длиной волокон не более 6 мм. Это положительно сказалось на прочности
ЩМА. Во Франции фирма Vectra предложила применять в качестве добавки отрезки стекловолокна длиной 12-60 мм [3].
На отечественном рынке представлены также гранулированные стабилизирующие добавки на основе разработок российских ученых, например из волокнистого гидросиликата магния (заявка на патент), полиамидного волокна [4, 5].
На базе БГТУ им. В.Г. Шухова разработан способ измельчения различных видов бумажных отходов для изготовления на их основе стабилизирующей добавки для ЩМА. Были получены волокна различной длины в зависимости от размера сита на агрегате для измельчения.
Устойчивость к расслаиванию определяли по показателю стекания вяжущего согласно ГОСТ 31015-2002. Сущностью метода является оценка способности горячей щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси удерживать содержащееся в ней вяжущее. Были проведены испытания ЩМА-10 на стекание битума. Для приготовлении ЩМА использовали следующие материалы: щебень фракции 5-10 (ОАО «Павловскгранит»), отсев дробления гранита фракции 0-5, минеральный порошок (Гурово-бетон), битум БНД 60/90 Рязанского НПЗ. Гранулометрические составы минеральных материалов, а также свойства исходного битума приведены в табл. 1 и 2 соответственно.
Таблица 1
Минеральный материал 10 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 0,07 <0,071
Щебень 5-10 8,2 83,8 5,2 0,3 0,2 0,4 0,5 0,4 1
Отсев дробления 0,4 1,7 18,6 17,1 14,3 16,7 14,7 9,9 6,6
Минеральный порошок 12,8 14,4 72
Таблица 2
Показатель Значения показателей (ГОСТ 22245-90) Значения показателей
Глубина проникания иглы, 0,1 мм, при 25оС 61-90 65
Глубина проникания иглы, 0,1 мм, при 0оС не менее 20 24
Растяжимость, см, при 25оС не менее 55 более 100
Растяжимость, см, при 0оС не менее 3,5 7
Температура размягчения, оС не ниже 47 51
Температура вспышки, оС не ниже 230 235
Температура хрупкости, оС не выше -15 -17
Изменение температуры размягчения после прогрева, оС не более 5 3
64
научно-технический и производственный журнал
август 2012
jVJ ®
Таблица 3
Показатель Норма по ГОСТ 31015-2002 Стабилизирующие добавки
VIATOP-66 SA-1 SA-1M
Стекание вяжущего В, мас. % не более 0,2 0,13 0,14 0,13
Пористость минеральной части, % 15-19 16,1 16,1 16,1
Остаточная пористость, % 1,5-4,5 1,58 1,58 1,58
Водонасыщение, % по объему образцов, отформованных из смесей 1-4 1,18 1,18 1,17
Предел прочности при сжатии, МПа, не менее: при 20оС при 50оС 2,2 0,65 5,73 1,61 5,33 1,54 5,8 1,81
Сдвигоустойчивость: коэффициент внутреннего трения, не менее сцепление при сдвиге при 50оС, МПа, не менее 0,93 0,18 0,94 0,3 0,93 0,28 0,97 0,31
Трещиностойкость - предел прочности при растяжении при расколе при 0оС, МПа: 2,5-6 3,3 3,2 3,6
Водостойкость при длительном водонасыщении, не менее 0,85 0,95 0,9 0,95
Исходя из результатов исследований были выбраны материалы для гранулированной стабилизирующей добавки.
Для удобства транспортировки, хранения и дозирования стабилизирующей добавки была разработана схема гранулирования волокон, которая включает процесс распушения измельченной бумаги, смешивания с вяжущим, гранулирование полученной массы.
Этот продукт представляет собой гранулы диаметром 5—6 мм, длиной 15—20 мм и в зависимости от состава называется БА-1 и 8А-1М.
Были проведены испытания физико-механических характеристик ЩМА-10 с добавками 8А и традиционно применяемой добавкой У1АТОР. Результаты испытаний представлены в табл. 3.
Из прочностных характеристик результатов испытаний ЩМА видно, что наибольший предел прочности при сжатии при 20 и 50оС имеет асфальтобетон с добавкой БА-1М.
Показатель трещиностойкости асфальтобетона характеризует его сопротивление образованию трещин в зимнее время года. Трещиностойкость щебеночно-мастичного асфальтобетона с добавкой БА-1М составляет 3,6 МПа, что на 0,3 МПа выше, чем у асфальтобетона с добавкой УТАТОР и на 0,4 МПа выше по сравнению с добавкой 8А-1М.
Под совместным воздействием тяжелых и многоосных автомобилей и природно-климатических факторов на асфальтобетонных покрытиях дорожных одежд накапливаются усталостные и остаточные деформации в виде разрушений, часто с образованием колей. Для принятия мер по исключению или замедлению процессов колееобразования необходимо знать расчетные характеристики сдвигоустойчивости. Из результатов испытаний можно сделать вывод, что сдвиговые характеристики ЩМА с добавкой БА-1М не уступают характеристикам асфальтобетона с традиционно применяемой зарубежной добавкой.
Испытания водостойкости при длительном водона-сыщении показали, что асфальтобетоны с добавками БА-1М и УТАТОР имеют одинаковые показатели 0.95; ЩМА с добавкой БА-1 показал несколько меньший результат — 0,9.
По результатам испытаний можно сделать вывод, что характеристики асфальтобетона с добавками БА-1 и БА-1М удовлетворяют требованиям ГОСТ 31015—2002. Также качество асфальтобетона, изготовленного с представленными добавками, будет не ниже качества асфальтобетона с добавкой УЪАТОР.
Экономия от использования предложенной добавки для приготовления щебеночно-мастичного асфальтобетона по сравнению с наиболее часто используемой стабилизирующей добавкой УТАТОР достигается за счет более низкой стоимости разработанной добавки.
Ключевые слова: щебеночно-мастичный асфальтобетон, стабилизирующие добавки, битумная пленка, структурирующий слой, стекаемость, физико-механические характеристики.
Список литературы
1. Методические рекомендации по устройству верхних слоев дорожных покрытий из щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА). М.: ФГУП «Союздорнии». 2002. 36 с.
2. Utilisation destibresde verre en technique contiere. Raillat P., Chong G.Rev. gen. Roufes et acrodr. 1998. № 768. Рр. 122-124.
3. Splittmastixasphalt mint Zusats von synthetischen Fasern. Schumaher Gunter, Bullinger Ludvig, Lehdrich Jürgen Bitumen. 2002. № 4. Ss. 157-158.
4. Куцына Н.П. Применение волокнистых отходов промышленности в производстве щебеночно-мастичных асфальтобетонов // Строительные материалы. 2007. № 5. С. 28-29.
5. Ядыкина В.В. Применение волокнистых отходов промышленности в производстве щебеночно-мастичных асфальтобетонов // Современные научно-технические проблемы транспортного строительства: Сб. научн. тр. Всероссийской научно-практической конф. Казань: КГАСУ, 2007. С. 49-52.
научно-технический и производственный журнал
август 2012
65
