Научная статья на тему 'Технология производства и свойства щебеночно-мастичных смесей и асфальтобетонов'

Технология производства и свойства щебеночно-мастичных смесей и асфальтобетонов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
167
27
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Капленко Ольга Александровна

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Капленко Ольга Александровна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PRODUCTION TECHNOLOGY AND PROPERTIES OF STONE MASTIC MIXES AND ASPHALT

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 and polyvinylchloride 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.

Текст научной работы на тему «Технология производства и свойства щебеночно-мастичных смесей и асфальтобетонов»

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: olya-oite@mail.ru Mineralnye Vody, Russia. E-mail: olya-oite@mail.ru

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.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.