CC BY
25
УДК 691 DOI: 10.17213/0321-2653-2015-3-89-92
технология производства и свойства щебеночно-мастичных
смесей и асфальтобетонов
production technology and properties of stone mastic
mixes and asphalt
© 2015 г. О.А. Капленко
Капленко Ольга Александровна - канд. техн. наук, доцент, Kaplenko Olga Aleksandrovna - Candidate of Technical Sci-Северо-Кавказский филиал Белгородского государственного ences, assistant professor North-Caucasian branch Belgorod технологического университета им. В.Г. Шухова, г. Мине- State Technological University named after. V.G. Shukhov, ральные Воды, Россия. E-mail: [email protected] Mineralnye Vody, Russia. E-mail: [email protected]
Показана возможность получения стабильных щебеночно-мастичных смесей путем введения в качестве стабилизирующих добавок волокнистых добавок: асбеста 7-й группы марки А-7-370, минеральной ваты вида ВМТ и поливинилхлоридного порошка. Комплексная модификация направлена на изменение поверхностных свойств как битумной фазы, так и дисперсной среды (в эмульсии), что обеспечивает высокую технологичность эмульсионно-минеральным смесям и надежное сцепление с минеральными зернами щебня. Определено, что устойчивость к расслаиванию щебеночно-мастичных смесей зависит от содержания крупных фракций в минеральном заполнителе и при меньшем их содержании возможно расширить ассортимент стабилизирующих добавок.
Ключевые слова: щебеночно-мастичные смеси; асфальтобетон; фракции щебня; зерновой состав; стабилизирующие добавки; минеральный заполнитель.
An opportunity to get stable road-metal mastic mixes by adding fibre additives as stabilizers was shown. They are: the 7-th group asbestos of A-7-370 grade, mineral wadding of VMT type andpolyvinylchloride powder. Complex modification is directed on change of superficial properties both a bituminous phase, and the disperse environment (in emulsions) that provides high technological effectiveness emulsion - to mineral mixes and reliable coupling with mineral grains of crushed stone. It is determined that road-metal mastic mixes stability to exfoliation depends on large fractions content in mineral filler and when their content is smaller, it is possible to expand stabilizers assortment.
Keywords: crushed-stone and mastic mixes; asphalt concrete; the fractions of crushed stone; grain structure; stabilizing additives; mineral filler.
Проблема повышения эффективности и качества Для обеспечения устойчивости покрытия к тре-
дорожных покрытий, разработка и внедрение новых щинообразованию необходимо, чтобы материал по-
технологий дорожного строительства и создание но- крытия обладал высокой деформативностью при экс-
вых композиционных дорожно-строительных мате- плуатационных температурах и в то же время при
риалов, обеспечивающих их высокие эксплуатацион- охлаждении сокращался в наименьшей степени, т. е.
ные характеристики и технологичность, актуализиру- имел малый коэффициент линейного теплового рас-
ется чрезвычайно быстрым ростом в стране числа ширения (сжатия) (КЛТР).
транспортных средств. Повышенное внимание должно Перед специалистами-технологами стоят опреде-
уделяться внедрению в производство прогрессивных ленные задачи, решение которых поможет еще шире
технологий и новых материалов [1, 2]. внедрить этот прогрессивный материал. Одно из пер-
В мае 2003 г. впервые в России вступил в дейст- спективных направлений - широкое применение хо-
вие государственный стандарт ГОСТ 31015-2002 лодных асфальтобетонов, приготовленных на основе
«Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеноч- битумных эмульсий, паст и среднегустеющих жидких
но-мастичные», хотя щебеночно-мастичный асфаль- битумов. Холодные эмульсионные способы ремонта
тобетон (ЩМА) более 30 лет используется в дорож- могут быть с успехом рекомендованы для ликвидации
ном строительстве Германии и ряда других стран поверхностной колеи в верхнем слое покрытия (чаще
(стандарт ФРГ ZTV bit-StB84) [3, 4]. всего колеи истирания). Холодные способы преду-
сматривают применение катионных полимерно-битумных эмульсий (обеспечивающих хорошее сцепление с каменным материалом и старым асфальтобетонным покрытием). В настоящее время в России ведутся многочисленные научно-исследовательские и опытно-производственные работы по созданию новых составов отечественных эмульгаторов и подбору комплексных модификаторов для катионных битумных эмульсий, обеспечивающих высокое качество поверхностной обработки и тонких слоев износа. Комплексная модификация направлена на изменение поверхностных свойств как битумной фазы, так и дисперсной среды (в эмульсии), что обеспечивает высокую технологичность эмульсионно-минеральным смесям и надежное сцепление с минеральными зернами щебня в ремонтных слоях покрытия [5, 6]. В настоящее время отечественные эмульгаторы и комплексные модификаторы уступают зарубежным аналогам, причем соотношение цена/качество складывается в пользу зарубежных добавок. Необходимо разрабатывать требования к битумным эмульсиям для производства отдельных конкретных видов ремонтных работ. Следует расширить ассортимент выпускаемых битумных эмульсий, так как несмотря на их высокую стоимость, экономический эффект от внедрения холодных технологий свидетельствует о целесообразности широкого применения холодных способов содержания дорог [7, 8].
Отличительной особенностью щебеночно-мастич-ных асфальтобетонов является более высокое содержание щебеночных фракций (крупнее 5 мм) по сравнению с традиционными асфальтобетонными смесями по ГОСТ 9128-97. Так, содержание фракций крупнее 5 мм в щебеночно-мастичных смесях составляет 60 -80 %, в то время как в асфальтобетонных смесях по ГОСТ 9128-97 от 30 до 50 %. Сравнение зерновых составов минеральных заполнителей в ЩМА по ГОСТ 31015 и по стандарту ФРГ гТУ Ы^Ш84 показывает некоторое различие в содержании фракций крупнее 2,5 и 5,0 мм (рис. 1).
100
о4
° 60 о
40 20 0
1
* \ V.
__
20 15 10 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 0,071 Размер зерен минеральной части, мм
Рис. 1. Зерновой состав минеральной части ЩМА - 10 по ГОСТ 31015 (-) и ЩМА 0 - 11,2 по ZTV bit - StB 84 (---)
Особенность зернового состава щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей вызывает их расслаиваемость при хранении, перевозке и укладке, что устраняется за счет применения стабилизирующих добавок. Согласно ГОСТ 31015-2002 в качестве стабилизирующих добавок применяют целлюлозные волокна или специальные гранулы на их основе, которые должны соответствовать требованиям технической документации предприятия-изготовителя.
Целлюлозное волокно должно иметь ленточную структуру нитей длиной от 0,1 до 2,0 мм. Волокно должно быть однородным и не содержать пучков, скоплений нераздробленного материала и посторонних включений. Для исследований были взяты целлюлозные волокна Полицелл типа ПЦА по ТУ 2231027-32957739-04, физико-механические свойства которых представлены в табл. 1.
Допускается применять другие стабилизирующие добавки, включая полимерные или иные волокна с круглым или удлиненным поперечным сечением нитей длиной от 0,1 до 10,0 мм, способные сорбировать (удерживать) битум при технологических температурах, не оказывая отрицательного воздействия на вяжущее и смеси [9, 10].
Таблица 1
Свойства волокнистых и порошковых стабилизаторов ЩМА
Наименование показателя Значение показателя
Целлюлозное волокно Асбест Минвата Порошок ПВХ
Влажность, % по массе 7,1 2,3 0,8 0,2
Термостойкость при температуре 220 °С по изменению массы при прогреве, % 5,9 2,8 1,1 12
Содержание волокон длиной от 0,1 до 2,0 мм, % 84 - - -
Насыпная плотность, кг/м3 121 370 50 542
Средний диаметр волокна, мкм 32 5 -
Содержание органических веществ, % - - 1,8 -
Содержание неволокнистых включений размером 0,25 мм, % - - 6 -
Остаток после просева на сите с сеткой 0,2 мм 0,063 мм - - - 0,05 4,2
Обоснование пригодности стабилизирующих добавок и оптимального их содержания в смеси устанавливают посредством проведения испытаний ЩМА по ГОСТ 12801 и устойчивости к расслаиванию смеси в соответствии с приложением к ГОСТ 31015.
Стандарт ФРГ ZTV bit-StB84 в качестве стабилизирующих присадок в ЩМА рекомендует органические и минеральные волокнистые материалы, кремневую кислоту или полимерные - в виде порошка или гранул.
С целью расширения ассортимента стабилизирующих добавок в ЩМА в настоящей работе были изучены волокнистые добавки: асбест 7-й группы марки А-7-370, по ГОСТ 12871-93, минеральная вата вида ВМТ по ГОСТ 4690-93 и поливинилхлоридный порошок марки ПВХ-ЕП-6202-С первого сорта по ГОСТ 14039-78.
Определение устойчивости щебеночно-мастич-ных асфальтобетонных смесей к расслаиванию производили по показателю стекания асфальтовяжущего по ГОСТ 3105, характеристикой которого являлась масса асфальтовяжущего (% по массе), оставшаяся на дне и стенках стакана после его наполнения горячей ЩМА смесью и опрокидывания кверху дном.
Исследования проводились со щебеночно-мас-тичной смесью вида ЩМА-10 по ГОСТ 31015 и сме-
сью 0-11,2 по ZTV Ы^Ш84 с минеральным заполнителем - дробленной гравийно-песчаной смесью зернового состава, представленного в табл. 2.
В качестве минерального порошка (фракция менее 0,16 мм) использовали активированный известняк Черкесского завода.
Содержание битума марки БНД 60/90 в смеси было равным 7,0 %. Содержание стабилизирующих добавок во всех смесях было равным 0,4 % к массе минерального заполнителя. Смеси готовились в лабораторной мешалке при температуре 165 °С. Устойчивость к расслаиванию из ЩМА смесей и физико-механические свойства ЩМА представлены в табл. 3.
Как следует из табл. 3, показатели стекания в смесях ЩМА по ГОСТ 31015 укладываются в нормативные значения (не более 0,2 %) при введении стабилизирующих добавок: целлюлозного волокна, асбеста и минваты. С добавкой порошка ПВХ показатель стекаемости не укладывается в нормативный предел.
В смесях ЩМА, приготовленных по Германскому стандарту ZTV Ы^Ш84, показатели стекаемости укладываются в нормативные пределы ГОСТ 31015 со всеми исследуемыми стабилизирующими добавками, что обусловлено меньшим содержанием фракций крупнее 5 мм в смесях по германскому стандарту.
Таблица 2
Зерновой состав заполнителя ЩМА, % по массе
Стандарт Размер зерен, мельче, мм
10 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 0,071
ГОСТ 31015 100 35 25 20 18 15 14 13
ZTV bit-StB84 90 40 30 20 18 15 14 13
Наименование Смесь ЩМА
показателя ГОСТ 31015 ZTV bit-StB84
Стабилизирующая добавка Целлюлозное волокно Асбест Мин-вата Порошок ПВХ Целлюлозное волокно Асбест Мин-вата Порошок ПВХ
Показатель стекания, % по массе 0,18 0,11 0,20 0,22 0,16 0,10 0,17 0,19
Водонасыщение, % по объему 2,9 3,1 2,7 3,3 2,7 2,9 2,5 3,0
Прочность при сжатии, МПа: при 20 °С 3,0 3,3 2,9 2,7 3,2 3,5 3,0 2,8
при 50 °С 0,80 0,82 0,77 0,73 0,83 0,84 0,80 0,74
Коэффициент внутреннего трения 0,96 0,97 0,95 0,95 0,97 0,97 0,96 0,97
Сцепление при сдвиге при 50 °С, МПа 0,22 0,24 0,25 0,21 0,25 0,26 0,26 0,22
Предел прочности на растяжение при расколе при 0 °С, МПа 3,8 4,6 4,4 3,7 3,9 4,6 4,5 3,8
Водостойкость при длительном водонасыщении 0,88 0,85 0,89 0,81 0,88 0,86 0,88 0,83
Таблица 3
Свойства щебеночно-мастичных смесей и щебеночно-мастичных асфальтобетонов
По физико-механическим показателям ЩМА укладывается в требования ГОСТ 31015 (табл. 3).
Таким образом, следует вывод, что устойчивость к расслаиванию щебеночно-мастичных смесей зависит от содержания крупных фракций в минеральном заполнителе и при меньшем их содержании возможно расширить ассортимент стабилизирующих добавок.
Литература
1. Проказов Н. В масштабе кавказских пиков // Автомобильные дороги. 2007. № 2. С. 28 - 30.
2. Зотова И. Нас сближают дороги // Нефть, газ, промышленность. 2004. № 5. С. 62.
3. prEN 13108-6. The draft European Standart for SMA. prEN 13108-6. - 14p.
4. Zusatzliche Technische Vertragbedinqungen und Richtlinien für Fahrbahndecken aus Asphalt ZTV, Asphalt-StB, Germany. 42 s.
5. Пособие по приготовлению и применению битумных дорожных эмульсий (к СНиП 3.06.03.-85) / СоюзДор-НИИ. М.: Стойиздат. 1989. 56 с.
6. Тыртышов Ю.П., Печеный Б.Г., Скориков С.В., Шевченко В.Г. Преимущества приготовления и строительства асфальтобетонных покрытий на битумных эмульсиях с добавкой цемента // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2006. № 1. С. 14 - 15.
7. Ларина Т.А. холодные эмульсионные способы содержания покрытий автомобильных дорог // Автомобильные дороги. 2007. № 4. С. 61 - 64.
8. Середа О.А. Дорожные цементобетоны на некондиционных заполнителях Северного Кавказа: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Белгород., 2009. 24 с.
9. Печеный Б.Г. Битумы и битумные композиции. М.: Химия. 1990. 256 с.
10. Орентлихер Л.П., Логанина В.И. Прогнозирование эксплуатационной стойкости защитно-декоративных покрытий // Изв. вузов. Строительство и архитектура. М., 1988. № 8. С. 63.
References
1. Prokazov N. V masshtabe kavkazskih pikov [On the scale of the Caucasian peaks]. Avtomobil'nye dorogi, 2007, no. 2, pp. 28-30.
2. Zotova I. Nas sblizhayut dorogi [Bringing Us closer road]. Neft', gaz, promyshlennost', 2004, no. 5, p. 62.
3. prEN 13108-6. The draft European Standart for SMA. prEN 13108-6. 14p.
4. Zusatzliche Technische Vertragbedinqungen und Richtlinien für Fahrbahndecken aus Ashalt ZTV Asphalt-StB, Germany. 42 p.
5. Posobie po prigotovleniyu i primeneniyu bitumnyh dorozhnyh 'emul'sij (k SNiP 3.06.03.-85). SoyuzDorNII [Manual for the preparation and application of bitumen road emulsions (to SNiP 3.06.03.-85). Soyuzdornii]. Moscow, Stojizdat Publ., 1989, 56 p.
6. Tyrtyshov Yu.P., Pechenyj B.G., Skorikov S.V., Shevchenko V.G. Preimuschestva prigotovleniya i stroitel'stva asfal'tobetonnyh pokrytij na bitumnyh 'emul'siyah s dobavkoj cementa [The advantages of preparation and construction of asphalt-concrete coat-ing-Tille on the bitumen emulsions with the addition of cement]. Stroitel'nye materialy, oborudovanie, tehnologii HH1 veka, 2006, no. 1, pp. 14-15.
7. Larina T.A. Holodnye 'emul'sionnye sposoby soderzhaniya pokrytij avtomobil'nyh dorog [Cold emulsion ways of contents coverTille roads]. Avtomobil'nye dorogi, 2007, no. 4, pp. 61-64.
8. Sereda O.A. Dorozhnye cementobetony na nekondicionnyh zapolnitelyah Severnogo Kavkaza. Avtoref. dis. kand. tehn. nauk [Road concrete on sub-standard over-Pantelej North Caucasus. author. dis. Cand. tech. Sciences]. Belgorod, 2009. 24 p.
9. Pechenyj B.G. Bitumy i bitumnye kompozicii [Bitumen and bituminous compositions]. Moscow, Himiya Publ., 1990, 256 p.
10. Orentliher L.P., Loganina V.I. Prognozirovanie 'ekspluatacionnoj stojkosti zaschitno-dekorativnyh pokrytij [The forecasting service is evident resistance of protective and decorative coatings]. Izvestiya VUZov. Stroitel'stvo i arhitektura, M., 1988, no. 8, p. 63.
Поступила в редакцию 8 апреля 2015 г.
