CC BY
21УДК 625.855
В.В. ЯДЫКИНА, д-р техн. наук,
А. Е. АКИМОВ, инженер (andrey_rs@mail.ru), А. М. ГРИДЧИН, д-р техн. наук, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
СВЧ-активация битумов
как способ повышения физико-механических и эксплуатационных параметров асфальтобетона
Повышение физико-механических характеристик асфальтобетона — актуальная задача для промышленности дорожно-строительных материалов. Создать высокопрочный и долговечный композит можно только при применении высококачественных органических вяжущих. Основной способ повышения качества дорожных битумов — модифицирование различными добавками (полимерными, ПАВ). Помимо этого уже известны способы повышения физико-механических параметров битума [1—4] при помощи различных воздействий на него (электромагнитного, магнитного, акустического). Показана возможность повышения качества асфальтобетона, выполненного на таких битумах.
Проведенные раннее исследования [5] показали, что в битуме после активации в СВЧ-поле увеличивается содержание асфальтогеновых и нафтеновых кислот, вследствие чего улучшается взаимодействие вяжущего с минеральными материалами. Оптимальное время облучения в СВЧ-поле было определено с учетом повышения адгезии битума к минеральному наполнителю, оно составляет 1,5—2 мин. Установлено, что СВЧ-обработка повышает вязкость битума.
Обнаруженные изменения должны повлиять на свойства асфальтобетонов, приготовленных с применением таких битумов. В работе рассматривается повышение физико-механических и эксплуатационных характеристик асфальтобетона при применении битума, модифицированного СВЧ-полем. Исследуется асфальтобетон типов Б и Г с применением гранитного щебня, отсева дробления гранита месторождения г. Кременчуг и кварцевого песка Нижнеольшанского месторожде-
ния, битума БНД 60/90 производства Рязанского НПЗ. Активацию битума производили непосредственно перед перемешиванием асфальтобетонной смеси.
В таблице приведены физико-механические характеристики асфальтобетона типов Б и Г при использовании в их составе СВЧ-активированных битумов в сравнении с асфальтобетоном на битуме без обработки (контрольные образцы).
Как видно из приведенных данных, асфальтобетон на модифицированном битуме обладает большей прочностью при 20 и 50оС, а также повышенной водостойкостью. Прочность образцов асфальтобетона типа Г при 20оС увеличилась на 27%, при 50оС — на 76%. Прочность асфальтобетона типа Б возросла на 14 и 61% соответственно. Повышение прочности объясняется несколькими причинами: во-первых, это увеличение адгезии битума к поверхности каменного материала, что снижает риск разрушения по границе контакта вяжущее — поверхность материала. «Во-вторых, это улучшение структурирования модифицированного битума минеральным порошком, что было показано в проведенных ранее исследованиях [5]; вяжущее эффективнее переходит из объемного в пленочное состояние». Особенно наглядно это видно по росту прочности асфальтобетона при 50оС и снижению прочности при 0оС. В асфальтобетоне уменьшается количество объемного битума, который при повышении температуры переходит в текучее состояние, из-за чего асфальтобетон при высокой температуре теряет прочность. При низкой температуре объемный битум переходит в хрупкое состояние, что вызывает увеличение жесткости и прочности асфальтобетона, при этом возрастает риск образования трещин и
0, 4
0, 3
0, 2
0, 1
■& ■&
1, 3 - асфальтобетон типов Г и Б на необработанном битуме; 2, 4 - асфальтобетон типов Г и Б на активированном битуме
Рис. 1. Изменение коэффициентов: а - трещиностойкости, б - теплостойкости при использовании в асфальтобетоне битума, активированного в СВЧ-поле
а
0
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал ¡ргу, Г Г й 71 -и г 1 й
20 май 2010
1 - асфальтобетон на неактивированном битуме
2 - асфальтобетон на активированном битуме Рис. 2. Прочность асфальтобетона при растяжении при изгибе
2 1 120
2 1
0
2 1 2 1 2 1 2 1 90 45 30 15 0 Время, сут
1 - асфальт на неактивированном битуме
2 - асфальт на активированном битуме
Рис. 3. Длительная водостойкость асфальтобетона
разрушения асфальтобетона. Структурированный битум имеет значительно меньшую температуру перехода в хрупкое состояние. Следовательно, применение битума, обработанного в СВЧ-поле, позволит повысить такие важные эксплуатационные характеристики, как теплостойкость, трещиностойкость и морозостойкость.
Способность материала сопротивляться образованию трещин в холодное время года характеризуется
Наименование показателя Требовани я по ГОСТу тип Г тип Б
контрольн. образцы СВЧ-активация битума контрольн. образцы СВЧ-активация битума
Водонасыще-ние,% 1,5-4 3,66 2,51 2,81 2,35
Набухание,% Не нормир. 1,65 1,52 1,24 1,21
Предел прочности при сжатии, МПа: - при 20°С - при 50°С - при 0°С - в водонасыщен-ном состоянии при 20°С 2,2 1,2 Не более 12 Не нормир. 5,41 2,8 9,8 4,76 6,85 4,95 9,17 6,57 6,13 2,61 11,32 5,45 6,95 4,21 10,16 6,74
Коэффициент водостойкости Не менее 0,85 0,88 0,96 0,89 0,97
Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении Не менее 0,75 0,77 0,85 0,76 0,88
коэффициентом трещиностойкости (отношение прочности образца при температуре 50оС к прочности при 0оС).
Представленные на рис. 1, а результаты показывают повышение коэффициента трещиностойкости в результате обработки битума СВЧ-полем: для асфальтобетона типа Г на 52%, для типа Б — на 30%. Это свидетельствует об уменьшении объемного количества битума, следовательно, асфальтобетон будет оставаться в упругопластич-ном состоянии при более низкой температуре, меньше подвергаться трещинообразованию и выдержит большее количество знакопеременных колебаний температуры воздуха.
Сопротивление асфальтобетона нагрузкам при высокой температуре может быть охарактеризовано коэффициентом теплостойкости (отношение прочности образца при температуре 50оС и 20оС).
Результаты, представленные на рис. 1, б, показывают значительное повышение коэффициента теплостойкости асфальтобетона. Для типа Г этот параметр увеличился в 2,5, для типа Б — в 1,8 раза. Следовательно, такой асфальтобетон в теплое время года будет меньше подвержен образованию волн и наплывов.
Благодаря увеличению вязкости битума после СВЧ-активации, улучшению взаимодействия с минеральным материалом асфальтобетон с модифицированным битумом имеет большую прочность при изгибе, что отражено на рис. 2. Прочность при изгибе повышается более чем в 2,5 раза. Следовательно, применение такого битума позволит получить прочное асфальтобетонное покрытие с высоким сопротивлением образованию колеи.
Важным параметром, характеризующим работу асфальтобетонного покрытия в условиях интенсивного увлажнения, является длительная водостойкость. При применении вяжущего, обработанного СВЧ-полем, этот параметр существенно увеличивается (рис. 3), так как требуется больше энергии, чтобы отделить пленку активированного вяжущего от поверхности наполнителя из-за повышения адгезии.
На рис. 3 видно, что с течением времени водостойкость образцов на необработанном битуме снижается гораздо быстрее, чем водостойкость на СВЧ-активированном. На 120-е сут коэффициент водостойкости асфальтобетона с активированным битумом выше на 18%.
Таким образом, применение битума, активированного СВЧ-энергией, позволяет улучшить взаимодействие вяжущего с минеральным материалом, что значительно повышает физико-механические характеристики композита, его долговечность при работе в жестких климатических условиях.
Список литературы
1. Генцлер И. В. Карапетян А.С. Влияние ультразвука на органические вяжущие // Изв. вузов. Строительство. 2001. № 1. С. 36-39.
2. Шадрин Б. К.Омагничивание битумов // Изв. вузов. Строительство. 2003. № 6. С. 12-16.
3. Вендриховски В. А. Влияние радиоволн на сцепление битума с каменными материалами // Строит. материалы. 1995. № 8. С. 29-30.
4. Бурминский Н. И. Баранова Е. М. Перспективы использования СВЧ-технологии для приготовления дорожных битумов // Изв. вузов. Строительство. 1999. № 2-3. С. 114-115.
5. Акимов А. Е., Ядыкина В. В., Гриднин А.М. Применение токов СВЧ для повышения характеристик дорожных битумов // Строит. материалы. 2010. № 1. С. 12-16.
■f: ■ наунно-технинеский и производственный журнал www.rifsm.ru
Ы- ® май 2010 21
