CC BY
221
Рис. 8. Германия, Берлин, Унтер-ден-Линден
Очевидно, что бульвары во все эпохи привлекали особый интерес инженеров и архитекторов. В настоящее время многие специалисты обращают пристальное внимание на современные подходы к проектированию улиц и связанные с ними вопросы архитектурного и градостроительного проектирования, а также безопасности и организации движения.
Бульвар как категория улицы выступает в каче-
стве объекта проектирования, сочетающего значительные транспортные и пешеходные потоки, концентрацию офисов и деловых учреждений, разнообразные по назначению объекты массового тяготения, в связи с чем обладает достаточным потенциалом для современного уровня развития городов.
Статья поступила 30.09.2014 г.
Библиографический список
1. Левашев А.Г. К вопросу об исследовании характеристик паркирования в районе крупных центров обслуживания. Иркутск: Вестник ИрГТУ. 2011. № 3 (50). С. 55-59.
2. Михайлов А.Ю., Головных И.М. Современные тенденции проектирования и реконструкции улично-дорожных сетей городов. Новосибирск: Наука, 2004. 267 с.
3. Шаров М.И. Методика оценки транспортного спроса для проектов организации дорожного движения. Иркутск: Вест-
УДК 629.161
СТАРЕНИЕ БИТУМНОГО ВЯЖУЩЕГО
ник ИрГТУ. 2007. № 4 (32). С. 151-154.
4. Шаров М.И., Михайлов А.Ю., Ковалева Т.С. Оценка надежности работы городского пассажирского транспорта в Иркутске. Иркутск: Вестник ИрГТУ. 2012. № 9 (68). С. 174-178.
5. Яковлев А.С. Колористика улиц Иркутска. Проект Байкал. Иркутск: Изд-во «А-Фонд», 2009. С. 155-157.
© Н.А. Рыбачук1
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Проанализированы проблемы, связанные со старением битумных вяжущих. Рассмотрены отечественные и зарубежные изыскания в этой области. Приведены экспериментальные данные исследований физико-механических характеристик битумных вяжущих, по их результатам сделаны выводы и предложены рекомендации, направленные на повышение качества битумных вяжущих.
Ключевые слова: битум; старение битума; технологическое старение; старение в процессе эксплуатации.
1Рыбачук Никита Андреевич, аспирант, тел.: 89646573135, e-mail: element367@gmail.com Rybachuk Nikita, Postgraduate, tel.: 89646573135, e-mail: element367@gmail.com
AGING OF ASPHALT BINDER N.A. Rybachuk
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The paper deals with the analysis of the problems associated with asphalt binder aging. Having considered domestic and foreign researches in this field, it provides experimental data of the studies of physical and mechanical properties of asphalt binders, makes conclusions and suggests recommendations aimed at improving the quality of asphalt binders. 2 figures. 2 tables. 8 sources.
Keywords: bitumen; aging of bitumen; technological aging; aging under exploitation.
Автомобильные дороги имеют важное значение для развития экономики любой страны.
Наибольшее распространение в России на автомобильных дорогах получили покрытия из асфальтобетона.
Асфальтобетон - это искусственный строительный материал, получаемый в результате уплотнения и формирования рационально подобранной асфальтобетонной смеси. Он обладает рядом существенных достоинств [1]:
1) достаточная прочность и устойчивость к действию климатических факторов и воды;
2) достаточно высокая механическая прочность. Благодаря этому покрытие хорошо воспринимают усилия от транспортных средств;
3) благодаря высокой шероховатости покрытия достигается хорошее сцепление шин автотранспорта с поверхностью проезжей части;
4) возможность дополнительно увеличивать шероховатость покрытия, что особенно важно для безопасности движения в сырую погоду;
5) гигиеничность асфальтобетонных покрытий -не пылят и легко очищаются от пыли и грязи;
6) возможность получения достаточно ровной поверхности, при относительно небольшой жесткости покрытия, что обеспечивает низкий уровень шума при движении автомобилей;
7) высокая демпфирующая способность (способность поглощать колебания), как следствие - покрытия из асфальтобетона разрушаются от вибрации меньше, чем, например, цементобетонные;
8) возможность полной механизации работ и автоматизации процессов при ремонте покрытий и приготовлении асфальтобетонных смесей;
9) возможность повторного использования старого асфальтобетона;
10) простота выполнения ремонтных работ и устранения дефектов.
Однако, несмотря на многочисленные достоинства, асфальтобетон обладает и рядом существенных недостатков. Срок службы асфальтобетонных покрытий в большинстве случаев меньше нормативного. Снижение срока службы происходит вследствие различных деформаций и разрушений: выкрашивания, волн, продольных и поперечных трещин, наплывов, сдвигов, шелушений, выбоин и т.д. Возникновение подобных дефектов связано с комплексным действием погодно-климатических и механических факторов, но основным фактором, определяющим разрушение покрытий в процессе эксплуатации автомобильной дороги, является старение битума, входящего в состав асфальтобетона.
Под старением битума понимают всю совокуп-
ность обратимых и необратимых изменений его химического состава и структурно-механических свойств, происходящих в процессе хранения, технологической переработки и эксплуатации [2-5]. В этом процессе можно выделить два основных этапа:
1) технологическое старение битума на стадии приготовления битумного вяжущего и асфальтобетонных смесей;
2) старение битума в процессе его эксплуатации в дорожном покрытии.
Технологическому старению битума уделяют большое внимание в связи с тем, что именно на этом этапе происходит наиболее интенсивное изменение его свойств. Длительный нагрев битума до высоких температур при приготовлении асфальтобетонной смеси вызывает значительные изменения его структуры, которые могут сопровождаться потерей битумом вяжущих свойств или значительным их ухудшением.
В процессе старения изменяется групповой состав битума: уменьшается количество масляных и увеличивается - смолисто-асфальтеновых составляющих. Эти модификации преимущественно связаны с происходящими в битуме процессами окисления и полимеризации легких фракций, а также их испарения, однако последнее оказывает значительно меньшее влияние на изменение группового состава материала.
Более детально процессы, происходящие при старении битума, описывает теория цепных химических реакций Н.Н. Семенова. На начальном этапе окисления в результате взаимодействия углеводородов и кислорода воздуха образуются переоксидные и гипероксидные соединения. Эти неустойчивые соединения распадаются на свободные радикалы и дают начало новым цепям окислительных реакций. При поглощении кислорода происходит разрушение высокомолекулярных углеводородов (асфальтенов и частично смол); так продолжается до тех пор, пока ас-фальтены не превращаются в ненасыщенные химические соединения, которые затем уплотняются (поли-меризуются), образуя более сложные высокоуглеродистые соединения.
Основываясь на положениях данной теории, можно сделать вывод, что битумы, полученные методом окисления, больше подвержены старению, чем остаточные битумы, или битумы, полученные методом компаундирования (рис. 1).
Результатом процессов, происходящих при окислении битумов в асфальтобетоне, является изменение их структуры и свойств: повышается вязкость, теплоустойчивость, жесткость и упругость; понижается пластичность - увеличивается хрупкость битума при низких зимних температурах [2].
а б
Рис. 1. Изменение группового состава битума после старения: а - вязкого окисленного битума; б - вязкого крекинг-битума
В 60-е годы XX в. в ЦНИЛ ГУШОСДОРа Э.М. Вау-линым, Г.Н. Никифоровым и С.В. Шестоперовым исследовались процессы старения асфальтобетона различных составов при воздействии многообразных эксплуатационных факторов. В ходе экспериментов установлено, что при старении органического вяжущего вначале прочность асфальтобетона повышается (рис. 2), а повышение до 30% вызывает значительное увеличение хрупкости и как следствие - снижение трещиностойкости материала в зимний период.
верхности ~10000 м каменных материалов, нагретых до температуры 140-160оС. К тому же происходит свободный доступ кислорода в асфальтосмеситель. В итоге создаются наиболее благоприятные условия для протекания термоокислительных процессов и удаления летучих компонентов, т.е. для химического старения битума [3, 5, 7].
Таким образом, степень изменения свойств битума на технологическом этапе зависит от трех основных факторов:
Рис. 2. Изменение прочности асфальтобетона после длительного прогрева при температуре 90°С
В последующие годы было установлено, что интенсивность описанных выше процессов зависит от того, каким образом прогревался битум, - в объеме или в пленке, покрывающей минеральные частицы. Пленочный битум в асфальтобетоне стареет интенсивнее.
По данным исследований компании ShellBitumen U.K., на технологических этапах приготовления асфальтобетонных смесей, хранения, транспортировки, устройства покрытий индекс старения битума (отношение вязкости состарившегося битума к вязкости исходного битума) увеличился на пять единиц, в то время как после 8 лет эксплуатации асфальтобетона в покрытии - всего лишь на одну [6]. Результат вполне закономерен, поскольку на технологическом этапе битум находится в виде тонких пленок, причем их толщина, в зависимости от фракционного состава асфальтобетона, составляет 5-15 мкм. Вследствие перемешивания 1 тонна битума распределяется по по-
1) температуры и продолжительности нагрева;
2) отношения объема нагреваемого битума к его свободной поверхности;
3) разновидности битума (по вязкости, исходному сырью и способу получения).
Как отмечалось выше, одним из трех основных факторов старения битума является разновидность битума: по вязкости, исходному сырью и способу получения.
В Санкт-Петербурге в течение 10 лет проводилось опытное применение, исследование и сравнение свойств битумов российского и зарубежного производства. По данным статьи Худяковой Т.С., на 2007 год использование для приготовления асфальтобетонных смесей иностранных битумов фирм «NESTE», «NYNAS», а также битума российского производства БДУ 70/100, являющегося качественным аналогом остаточных битумов зарубежного производства (Ухтинский НПЗ, ТУ38.1011356-91), позволило значи-
тельно увеличить надежность и долговечность асфальтобетонных покрытий по сравнению с покрытиями с использованием битума БНД 60/90, регламентируемым ГОСТ 22245. Более высокая эксплуатационная надежность иностранных битумов связана с оптимальным комплексом их реологических свойств. Достигается это за счет повышенных, по сравнению с российским ГОСТ 22245, требований к битумам и регламентацией зарубежными стандартами таких его показателей, как кинематическая вязкость при 135оС и динамическая вязкость при 60оС, а также установлением пределов на изменение показателей пенетра-ции, растяжимости при 25оС, динамической вязкости при 60оС в ходе испытания битума на термостабильность по методике ASTMD1754 или ASTMD2872. Данные методики имитируют воздействие кислорода воздуха на битумную пленку при повышенной температуре в асфальтосмесителе.
В статье приведены результаты испытаний биту-
мов БНД 60/90 и БДУ 70/100 на предмет соответствия их ТУ38.1011356-91 (табл. 1 и 2).
По данным, приведенным в табл. 1, хотелось бы отметить, что, несмотря на соответствие битумов БНД 60/90 требованиям ГОСТ 22245 и ТУ38.1011356-91, битум марки БНД 60/90 после проведения испытаний по методике ASTMD 1754-98 не сохраняет такие свои важные показатели, как растяжимость, пенетрация, -следовательно, он более подвержен процессам разрушения при эксплуатации в дорожном покрытии.
Различия в свойствах битумов БНД 60/90 и БДУ 70/100 можно объяснить следующими причинами:
1. Битумы марки БДУ 70/100 являются остаточными, в то время как БНД 60/90 - окисленными, -следовательно, БНД 60/90 больше подвержены процессам окисления и деструкции, о чем свидетельствует значительная разница значений растяжимости БНД 60/90 до и после испытания битума по методике ASTMD 1754-98.
Таблица 1
Результаты испытаний битума дорожного вязкого марки БНД 60/90 в пробах, отобранных в строительном сезоне 2007 года [7]
I laitMCiiDMUHC показателя J Eop.ua по ГОСТ 22245-90 J Еор.ча но TV Проба БНД ог 2-1.03. Московски íi НПЗ Проба БЕГД-У от 30.07. ОАО «СЛАВ- Проба БНД от 09.04. 1 1пжне-камсклй НПЗ Проба БЕЩ от 19.07. РяМКСМ!!! П|>о51 БПД-У от 07.03. Битумное произ-
■ 1UZ Ч | h ■ L-Я-1 ЮС» НПЗ водство i К с [они
Пстпрши, 0J мм |]рн:25 °С 0°С 61-90 11сМСИМ2Р 71* 100 >20 75 26 7Н 26 NK 30 7¡í 26 70 2S
Тр. "С Не ниже 47 Ele ииже 47 49 4S 4К 4Я 53
Рэстнжнмпеть, си, прк: 25 *С >55 > 100 > 140 140 > 140 140 104
0 "С >3,5 >3,5 >3,5 1,0 >3,К 1,0 3,5
Тсшк'рл ур хрупкое ги, "С Не iiijinc -15 - -17 - -22 - -21
Температура вспыишг, "С Не ниже 230 Не ниже 230 > зоо > ЗОО 2142 > 300 29&
H'imtfhl'hktí líulk'püiyphl jilis- ¿ягчеинл после прогрева*, *С I к более 5 I Ее более 5 2 2 2 2 4
Индекс neiíiírpanim Ог-1 ли i 1 Ог-1 до i 1 -О,'! -0,6 -0,3 -0,6 ■^0.4
Сцепление с мрамором Komp. uñfi. №2 Komp. oñ¡v №2 Соответствует контрольному образцу Ш
Сцеплений С гриштйм Камело
трскою мссторождсакя {фр. 5-10 им)" • - [[ су ДО ЕЛ ствдр иге Л fcí 1 ос
Кнш-миичсскпя fixjtiüctb ujiii 135 "С, MMÍfc. - >260 «1 349 369 414 770
Дкиамичсская викостьпри SO eC. Пк - > 120 233 179 199 211 526
Лощ iipaiptiu а гймклн л л ti! mí un методике AS'lil I) 17ÍJ-ÜS:
Ишекелле массы, % - <0,1 -0.1 и -0.20 о,яо +0,01 -0.50
Ш<, % От первоначальной ВСЛИЧИПЫ - >65 65 65 65 6¡í 6S
Растяжимость jlpt1 25 "С. см - г too % 45 32 > 100 30
Температура хрупкости, - £15 -17 - -20 - -19
Тр, 'С - - 55 ¿4 55 52 6(1
Кинематическая при 135*Ск W/c, - - 759 529 655 5S6 1 ЗЗЙ
Динамическая ижоль при 60 "С, Па-с < ООО 770 427 731 453 1 999
* По методике ГОСТ 18180, ** по методике ГОСТ 11508, но в режиме бурного кипения воды.
* По методике ГОСТ 18180, ** по методике ГОСТ 11508, но в режиме бурного кипения воды.
Таблица 2
Результаты испытаний битума дорожного улучшенного марки БДУ 70/100 в пробах, отобранных в строительном сезоне 2007 года [7]
Наименование показателя ГОСТ 22245-90 Норма по ТУ Проба от 31.05 Проба от 24.07 Проба от 09.07 Проба от 29.08 Проба от 06.09
Пенетрацни, 0,1 им при: 25 °С 0*С 61-90 >20 71-100 >20 73 29 74 24 73 24 70 26 78 30
Тр/С не ниже 47 не ниже 47 4И 49 49 49 49
Растяжимость, см, при: 25 "С >55 >100 > 140 > НО > 140 > 140 > 140
0"С >3,5 >3.5 >4,1 >4.0 >3,9 >3,5 >3,8
Температура хрупкости,"С не выше-15 - -20 -20 -20 -20 -22
Температура вспышки, °С >230 >230 296 290 >300 >300 >300
Изменен не Тр после прогрева", 'С <5 <5 2 2 2 1 1
Индекс пеыетрацЕШ От-1 до + 1 От-1 до+1 -0,7 -0,4 -0.5 -0,5 -0,3
Сцепление с мрамором К. обр. №2 К. обр. №2 Соответствует контрольному образцу № 2
Сцепление с гранитом Каменогорского месторождении (фр_ 5- 10 мм)" - - 1 Тсудонлетворктепы юс
Килем, вязкость при 135 "С, мм'/с - >200 475 495 485 547 448
Динамическая вязкость при 60 "С.Па.с - > 120 275 32 & 306 370 262
После прогрева в ТОНКОЙ пленке по методике ASTM D 17S4-9S:
Изменение массы, % - <0.3 -0.29 -0,25 -0,28 -0,30 -0,12
П:!, % от первоначальной величины - >65 74 70 73 69 64
Растяжимость при 25 "С, см - >100 > 140 > 140 > 140 > 140 > 140
Температура хрупкости, "С - <15 -19 -19 -20 -19 -21
Тр,Т - - 52 53 53 54 53
Кинем, вязкость при 135 "С, мм'/с, - - 638 709 736 734 588
Динамическая вязкость прп ÜQ "С. Па.с - <1300 653 776 692 965 647
2. Использование для битумов марки БНД 60/90 недостаточно качественного сырья, например, нефти с высоким содержанием парафина, а также исходного сырья непостоянного фракционного состава. В пользу этого вывода свидетельствует значительная разница показателей битумов одной и той же марки БНД 60/90.
3. Отсутствие в ГОСТ 22245 регламентируемых испытаний и показателей на старение битума в условиях, приближенных к процессам, происходящих в асфальтосмесительной установке, и как следствие -невозможность достоверно оценить качество полученного битума.
Вторым этапом старения битума является его старение в процессе эксплуатации автомобильной дороги [2, 8].
Основные факторы, вызывающие старение битума в процессе эксплуатации:
1) взаимодействие компонентов битума с кислородом воздуха и водой;
2) температурные воздействия;
3) действие поверхностей минеральных материалов, солей металлов переменной валентности и ме-таллорганических соединений битума;
4) воздействие инфракрасного и ультрафиолетового излучений;
5) механические нагрузки.
В процессе старения асфальтобетона, а соответственно и битумного вяжущего, под воздействием вышеперечисленных факторов можно выделить четыре основных стадии: упрочнение структуры, ее стабилизация, начало развития деструкционных процессов и разрушение.
У различных битумов и битумоминеральных композиций длительности периодов могут значительно отличаться: в зависимости от технологии приготовления асфальтобетонной смеси и ее параметров; различных свойств минеральных материалов и характера взаимодействия битума с их поверхностью; интенсивности движения транспортных средств; климатических условий региона и т.д.
Первая стадия старения асфальтобетона характеризуется упрочнением его структуры. Благодаря испарению легких фракций и процессам взаимодействия битума и минеральных материалов (происходит перераспределение активных соединений битума в объеме битумных пленок), повышается концентрация высокомолекулярных соединений - асфальтенов, а также увеличивается количество смол. Как следствие - улучшаются сцепление битума с поверхностью минеральных зерен и коррозионная стойкость асфальтобетона, а также увеличивается вязкость битума, что приводит к усилению прочности и деформативной устойчивости асфальтобетона и повышению когезии битума.
Вторая, самая продолжительная, стадия характеризуется практически неизменностью прочности асфальтобетона. Однако водо- и морозостойкость материала на второй стадии старения снижается [5].
В наиболее устойчивых к старению битумах первый и второй периоды длятся достаточно долго, и их продолжительность сопоставима со сроками службы асфальтобетонных покрытий [1].
Третья и четвертая стадии старения характеризуются резким снижением прочности асфальтобетона,
уменьшением водо- и морозостойкости, ростом водо-насыщения материала. В связи с быстрым развитием процессов разрушения, четкой границы между третьей и четвертой стадиями не существует, поэтому для предотвращения обвального разрушения асфальтобетона и своевременного назначения ремонтных мероприятий необходим постоянный мониторинг, на основе которого проводится оценка состояния и прогноз долговечности покрытия.
Проблемы достаточно быстрого выхода из строя асфальтобетонных покрытий в России по-прежнему остаются актуальными. В процессе эксплуатации асфальтобетон подвергается действию множества неблагоприятных факторов: механических, погодно-климатических, однако основной причиной разрушения асфальтобетонных конструкций является старение битума в слое покрытия, которое наиболее интенсивно происходит при приготовлении асфальтобетонной смеси. На основании проведенных исследований, для повышения реального срока службы покрытий достаточно значительно увеличить качество вяжущего.
В старении битума выделяют 2 этапа: технологический и эксплуатационный, более всего старение вяжущего происходит на технологическом этапе. Таким образом, для значительного повышения качества асфальтобетонных покрытий основное внимание необходимо уделить следующим факторам:
1) повышению качества исходного сырья - для обеспечения стабильного фракционного состава;
2) использованию остаточных битумов вместо окисленных;
3) регламентации нормативными документами методик испытаний битума на термостабильность и старение, а также нормированию значений этих показателей битума;
4) применению более совершенных технологий приготовления асфальтобетонных смесей, например, смешения под давлением при пониженных технологических температурах и с минимальным доступом кислорода;
5) мониторингу состояния асфальтобетона и вяжущего в процессе эксплуатации покрытия.
Статья поступила 02.12.2014 г.
Библиографический список
1) Гезенцвей Л.Б., Горелышев Н.В., Богуславский А.М., Королев И.В. Дорожный асфальтобетон. М.: Транспорт, 1985. 350 с.
2) Грушко И.М., Королев И.В. Дорожно-строительные материалы. М.: Транспорт, 1991. 357 с.
3) Королев И.В., Финашин В.Н., Фендер В.А. Дорожно-строительные материалы. М.: Транспорт, 1988. 304 с.
4) Руденская И.М., Руденский А.В. Реологические свойства битумов. М.: Высшая школа, 1967. 117 с.
5) Мазиев В.А. Процессы старения асфальтобетона, его долговечность. Усталостные свойства асфальтобетона. Обеспечение соответствия структуры и свойств асфальто-
бетона реальным условиям эксплуатации. М.: МАДИ-ГТУ, 2008.
6) Скрипкин А.Д., Старков Г.Б., Колесник Д.А. Оценка старения битума в тонких пленках с применением анализатора тонкой хроматографии «ЫгоБсап МК-5». М.: ЗАО «Номбус», 15.11.2007 г.
7) Худякова Т.С. О нормативных требованиях к дорожному битуму как материалу целевого назначения. М.: ООО Испытательный центр «Дорсервис», 15.11.2007.
8) Э-Хим. Старение битума [Электронный ресурс]. 1^1.: http://studere.rU/2010/10/од1а8Йе-уе8-8р18ок-роЕЬ|а1и]81а/
УДК 624.074.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ОПОР ПО НОВОЙ ПРОГРАММЕ «АиТ0КБ8.02» И СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА ПО СУЩЕСТВУЮЩИМ ПРОГРАММНЫМ КОМПЛЕКСАМ
© Л.С. Сабитов1, И.Л. Кузнецов2
1Казанский государственный энергетический университет, 420066, Россия, г. Казань, ул. Красносельская, 51. 2Казанский государственный архитектурно-строительный университет, 420043, Россия, г. Казань, ул. Зеленая, 1.
Рассматривается практическая реализация оригинальной аналитико-численной методики определения напряженно-деформированного состояния слабоконичного одиночного стержня для опор линий электропередачи (ЛЭП), ветрогенераторных установок. Приводятся три конкретных примера расчета и результаты, полученные
1Сабитов Линар Салихзанович, кандидат технических наук, доцент кафедры энергообеспечения предприятий и энергоресурсосберегающих технологий, заведующий учебно-исследовательской лабораторией «Прочность, надежность конструкций», тел.: 89272495078, e-mail: sabitov-kgasu@mail.ru
Sabitov Linar, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Enterprise Power Supply and Resource-Saving Technologies, Head of the Research Laboratory "Durability and Reliability of Structures", tel.: 89272495078, e-mail: sabitov-kgasu@mail.ru
2Кузнецов Иван Леонидович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой металлических конструкций и испытания сооружений, тел.: 89872963234, e-mail: kuz377@mail.ru
Kuznetsov Ivan, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Metal Structures and Construction Tests, tel.: 89872963234, e-mail: kuz377@mail.ru
