CC BY
46Ядыкина В.В., д-р техн. наук, проф., Гридчин А.М., д-р техн. наук, проф., Траутваин А.И., канд. техн. наук, доц., Чистяков Ю.П., студент
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
ВЛИЯНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ДОБАВОК НА СВОЙСТВА ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА НА ПРИМЕРЕ EVOTHERM,
АЗОЛ 1007 И АДГЕЗОЛ 3-ТД
В данной статье приведены результаты исследований физико-механических свойств щебеноч-но-мастичного асфальтобетона, модифицированного добавками Evotherm, Азол 1007 и Адгезол 3-тд. Испытания образцов, заформованных в лабораторных условиях, проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 31015-2002.
Ключевые слова: щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА), добавки для теплого асфальтобетона, битум, физико-механические характеристики.
Работа выполнена в рамках конкурса 2015 года проектов ориентированных фундаментальных исследований по междисциплинарным темам, проводимого совместно РФФИ и Правительством Белгородской области согласно договора № НК 14-41-08027/14.
На сегодняшний день обеспечение ресурсосбережения является одной из важных задач повышения эффективности строительства и ремонта автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием.
Известно [1], что только при приготовлении асфальтобетонных смесей расходуется 40 -50 % энергии от общего объема энергозатрат на строительство асфальтобетонного покрытия. В связи с этим, актуальным является применение «теплых» смесей, позволяющих снизить температуру приготовления и укладки асфальтобетонной смеси на 40...50 °С за счет использования новых технологий или химических энергосберегающих добавок [2].
Как показывает опыт работы [3], затраты на приобретение соответствующих добавок компенсируются за счет снижения затрат на производство смесей, связанных с уменьшением температуры нагрева каменных материалов, облегчением процессов перевозки, укладки и уплотнения смесей, в уменьшении вредных выбросов, которые влияют не только на окружающую среду, но и на здоровье рабочих. При идеальных условиях (сухие материалы и снижение температуры на 50°С) экономия может доходить до 30 %. В фактических цифрах она будет составлять в среднем порядка 50 руб. на тонну смеси, в зависимости от вида применяемого топлива.
Следующим преимуществом применения теплых асфальтобетонных смесей становится увеличение производительности АБЗ [3]. При сравнении этого показателя в классическом варианте с тем, в котором температура приготав-
ливаемой смеси на 30 °С ниже, прирост производительности АБЗ составляет ориентировочно 9 %.
Еще одним немаловажным качеством становится экологичность технологии. При нагреве битум выделяет летучие органические соединения, которые влияют на окружающую среду и условия работы. При уменьшении температуры приготавливаемой смеси снижается выброс вредных веществ, и соответственно, меньше становятся затраты на экологию.
Для обеспечения расчетных скоростей и безопасности автомобильного движения, особенно на современных скоростных автомагистралях, необходимо иметь высокие эксплуатационные качества верхних слоев дорожных покрытий, при устройстве которых заслуживают особого внимания горячие щебеночно-мастичные асфальтобетонные смеси. Они обеспечивают высокие транспортно-эксплуатационные показатели, особенно на дорогах с тяжелым автомобильным движением [4].
Щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА) - это материал, разработанный специально для устройства верхних слоев покрытия на дорогах с высокой интенсивностью движения транспорта [5]. Жесткая скелетная структура из щебня обуславливает прекрасную сопротивляемость слоя пластическим сдвиговым деформациям, а наличие большого количества битумного вяжущего, который заполняет пространство между каменным материалом, делает щебеноч-но-мастичный асфальтобетон более долговечным материалом [6].
Оригинальная спецификация данного вида асфальтобетона позволяет производить его укладку тонкими слоями. Поэтому по сравнению с традиционными верхними слоями дорожных покрытий, ЩМА становится рентабельным, хотя и содержит в своем составе более дорогие и
качественные материалы [7]. При проведении исследований, направленных на измерение влияния энергосберегающих добавок на свойства ЩМА, были использованы следующие материалы:
- отсев дробления гранита Павловского карьера;
- минеральный порошок для асфальтобетонных и органоминеральных смесей ООО «Доломит»;
- щебень гранитный фракции 5...10 мм ЗАО «Кировоградгранит»;
- битум марки БНД 60/90 московского НПЗ ОАО "Газпромнефть-МНГО";
- стабилизирующая добавка УМор-бб;
- энергосберегающие добавки ЕуоШегт, Азол 1007, Адгезол 3-тд.
При введении добавки ЕуоШегт ее количество составляло 0,4 % от массы битума, присадки Азол-1007 и Адгезол-3 тд - 1,2 %. Целесообразность применения данных концентраций обоснована в работе [8]. Важно отметить, что все образцы асфальтобетона были приготовлены и заформованы при пониженной температуре:
- температура приготовления асфальтобетонной смеси была снижена на 30 % и составила 120.130 °С, в отличии от нормативных значений, равных 155.170 °С;
- температура формования лабораторных образцов была снижена на 40 % и составила
Физико-механические показатели ЩМА-1
100.110 °С, в то время как по требованиям ГОСТ 31015-2002 [9] температура укладки должна находится в диапазоне 140.150 °С.
Результаты испытаний щебеночно-мастичного асфальтобетона с применением исходного и модифицированного битума энергосберегающими добавками представлены в таблице 1. Изменения физико-механических характеристик демонстрируют графики на рис. 1.3.
Как видно из таблицы 1, ЩМА на исходном и модифицируемом битуме полностью удовлетворяет нормативным требованиям ГОСТ 31015-2002 [9] по всем показателям. Высокие физико-механические показатели демонстрирует ЩМА на битуме без добавок, приготовленном по традиционной технологии. Одним из важных свойств ЩМА является стекание органического вяжущего в смеси, по результатам которого производят подбор состава композитов. Анализ представленных данных показал, что введение исследуемых добавок не оказало отрицательного воздействия на величину данного показателя, несмотря на то, что все добавки способствуют снижению вязкости исходного битума. Кроме того, при использовании модификатора Азол 1007 в составе смеси показатель её стекания не превысил 0,13 % в то время как значение контрольной смеси составляет 0,14 %.
Таблица 1
Наименование показателя Требования ГОСТ 31015-2002 На исходном битуме С добавкой Азол-1007 С добавкой Адгезол-3тд С добавкой БуоШегт
Средняя плотность, г/см3 2,36 2,34 2,36 2,35
Пористость минерального остова, % по объему от 15 до 19 17 16 15 15
Остаточная пористость, % по объему от 1,5 до 4,5 3,9 2,1 1,6 1,5
Водонасыщение, % по объему 1,0-4,0 3,2 3,4 3,2 2,8
Предел прочности при сжатии, МПа, при температурах: 20 оС 50 оС
2,2 4,2 3,8 3,4 3,0
0,65 1,5 0,8 0,68 0,67
Показатель стекания вяжущего, % по массе Не более 0,2 0,14 0,13 0,14 0,15
Сдвигоустойчевость: коэф. внутр. трения сцеп. при сдвиге при 50 °С, МПа, не менее
0,93 0,94 0,97 0,95 0,94
0,18 0,47 0,27 0,26 0,27
Трещиностойкость: предел прочности на растяжение, при расколе, при температуре 0 °С, МПа 2,5 - 6,0 3,8 3,6 3,4 3,0
Водостойкость при длительном водо-насыщении, не менее 0,85 0,87 0,88 0,87 0,88
Сцепление битума с минеральной частью асфальтобетонной смеси удовл. удовл. удовл. удовл. удовл.
ЩМА-10 на битуме, модифицированном ЕуоШегт, по сравнению с традиционным ЩМА, демонстрирует минимальную остаточную пористость и водонасыщение, значение которых составили 1,5 и 2,8 % соответственно.
Однако как видно из диаграммы, представленной на рисунке 1, показатели предела прочности при сжатии образцов снизились довольно значительно до значений равных 2,98 и 0,67 МПа соответственно. Так при 20 °С изменения составили 29 %, при 50 °С - 55 %, из чего сле-
!: 50
о
х
| 40
с
л
о. с
V
I
% т
^ 0
дует, что показатель прочности при высокой температуре проходит по нижней границе требований ГОСТ 31015-2002 [9]. В свою очередь, это отразилось и на сцеплении при сдвиге ЩМА, определяемое так же при 50 °С, значение которого составило 0,27 МПа. В то время, как для асфальтобетона на исходном органическом вяжущем величина показателя достигает 0,47 МПа. Возможно, это связано с тем, что температура приготовления и укладки была снижена.
Рис. 1. Изменение пределов прочности при сжатии образцов ЩМА-10 на модифицируемом битуме по сравнению с композитом на исходном органическом вяжущем
Трещиностойкость композита на импортной добавке так же значительно уменьшилась, по сравнению с ЩМА на не модифицированном битуме. Ее использование привело к падению данного показателя на 23 %, значение которого составило 2,94 МПа, а показатель стекания ЩМАС, коэффициент внутреннего трения и водостойкость образцов исследуемого асфальтобетона не изменились.
Введение Азол 1007 в состав асфальтобетона так же уменьшает остаточную пористость ЩМА относительно исходного состава смеси на 46 %. Значения предела прочности при 50 °С ЩМА с использованием добавки Азол 1007 составляет 0,8 МПа, а показатель ЩМА без добавки - 1,5 МПа, из чего можно заключить, что ее применение, в составе исходного битума, приводит к снижению данного показателя на 47 %. Значения предела прочности при 20 °С с введением добавки Азол 1007 в состав битума изменились незначительно - на 9 %.
Следует отметить, что добавка ЕуоШегт в составе битума приводит к более высокому падению предела прочности ЩМА-10 при 0 °С, в пределах 20 %, а присадка Азол 1007 - 9 %. Из вышеизложенного можно сделать вывод, что добавка Азол 1007 обеспечит высокую эксплуатационную надежность покрытия.
Показатель сцепления при сдвиге при 50°С с введением добавки Азол 1007, как и в случае применения импортной присадки ЕуоШегт, составил 0,27 МПа. При этом сцепление при сдвиге композита на вяжущем, модифицированном Азол 1007, уменьшилось на 43 %, по сравнению с показателем ЩМА на исходном битуме.
Остальные физико-механические показатели ЩМА, в том числе трещиностойкость и во-донасыщение с введением Азол 1007 изменяются незначительно - в пределах 10 %.
Анализ результатов физико-механических характеристик ЩМА на битуме, модифицированном добавкой Адгезол 3-тд, показал, что при ее введении остаточная пористость изменяется на 57 %, пределы прочности при сжатии образцов асфальтобетона снижаются: при 20 °С - на 20 %, при 50 °С - на 53 % до значений равных 3,4 и 0,68 МПа соответственно. Показатель тре-щиностойкости в присутствии присадки уменьшился на 11 % и составил 3,4 МПа. Сцепление при сдвиге, по сравнению с ЩМА на традиционном вяжущем снизилось на 45 %.
Изменение таких показателей как стекание ЩМАС, коэффициент внутреннего трения, во-донасыщение и водостойкость образцов в присутствии добавки Адгезол 3-тд изменились незначительно - в пределах 10 %.
Evotherm Азол 1007
Добавки в составе битума
Адгезол-3тд
Рис. 2. Изменение трещиностойкости образцов ЩМА-10 на модифицируемом битуме по сравнению с композитом на исходном органическом вяжущем
45,5
Evotherm Азол 1007
Добавки в составе битума
Адгезол-Зтд
Рис. 3. Изменение сцепления при сдвиге образцов ЩМА-10 на модифицируемом битуме по сравнению
с композитом на исходном органическом вяжущем
Таким образом, представленные результаты дают основание для использования добавок, позволяющих снизить температуру приготовления и укладки асфальтобетонной смеси, в составе ЩМА при устройстве верхних слоев покрытия автомобильных дорог.
Выводы. 1. Анализ полученных данных показал, что введение добавок ЕуоШегт, Азол 1007 и Адгезол 3-тд в состав исходного битума приводит к снижению пределов прочности при сжатии при различных температурах. Причем максимальная интенсивность падения наблюдается при испытаниях образцов при 50°С.
2. Трещиностойкость ЩМА на битуме, модифицированном добавками, так же уменьшается. В присутствии добавки ЕуоШегт изменение
составило 33 %, с введением добавок Адгезол 3-тд и Азол 1007 - 11 и 5 % соответственно.
3. Анализируя сдвигоустойчивость асфальтобетонных образцов, следует отметить, что введение исследуемых присадок приводит к падению сцепления при сдвиге, что может отразиться на эксплуатационной надежности покрытия в летний период. Так добавка Адгезол-3тд снижает показатель на 45 %, а присадки Азол 1007 и ЕуоШегт на 43 %.
4. Такие свойста как пористость минерального остова, показатель стекания, коэффициент внутреннего трения, водостойкость при длительном водонасыщении на фоне ЩМА с использованием исходного битума изменяются незначительно.
5. Максимальное снижение остаточной пористости и водонасыщения образцов композита на фоне традиционного ЩМА наблюдается при использовании добавки ЕуоШегт. Применение отечественных аналогов Адгезол 3-тд и Азол 1007 привело к существенному уменьшению остаточной пористости образцов на 57 и 47 % соответственно и незначительному увеличению водонасыщения.
Таким образом, введение исследуемых добавок в состав ЩМА допускает снижение температуры приготовления и укладки асфальтобетонной смеси на 30.50 %, соответствуя при этом нормативным требованиям ГОСТ 310152002 [9]. Наилучшие показатели демонстрирует добавка Азол 1007, что гарантирует приготовление более качественной смеси на ее основе, чем при использовании импортной присадки ЕуоШегт или отечественного аналога Адгезол-3тд.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Доценко А.И., Руденский А.В. Разработка и внедрение комплекса ресурсосберегающих технологий строительства дорожно-транспортных сооружений повышенной долговечности // Дороги и мосты. 2011. №1. С. 38-45.
2. Радовский Б.С. Технология нового теплого асфальтобетона в США // Дорожная техника. 2008. С. 24-28.
3. Проказов Н.А. Возвращение теплого асфальтобетона // Автомобильные дороги. 2014. №5. С. 100-103.
4. Лукаш Е.А., Кузнецов Д.А., Бабанин М.В. Эффективные асфальтобетонные смеси с использованием модифицированных наполнителей // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013. №6. С. 57-60.
5. Броницкий Е.И. Использование щебе-ночно-мастичной асфальтобетонной смеси при капитальном ремонте участков автомобильной дороги Москва - Санкт - Петербург (км 29 - км 62, км 72 км - 85) // Науч.-техн. информ. сб.: «Новости в дор. деле». 2003. Вып. 1. С. 22-32.
6. Кирюхин Г.Н. Строительство дорожных и аэродромных покрытий из щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей // Авто-моб. дороги и мосты: Обзорн. Информ. М.: Ин-формавтодор, Вып. 2. 2003. 96 с.
7. Ядыкина В.В., Гридчин А.М., Траутваин А.И., Юрьев П.С. Влияние стабилизирующих добавок из отходов целлюлозно-бумажной промышленности на свойства щебеночно-мастичного асфальтобетона // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013. №6. С. 7-11.
8. Траутваин А.И., Ядыкиной В.В., Земля-ковой Д.В., Чистяков Ю.П. / Влияние добавок Evotherm, Азол 1007 и Адгезол 3-тд на свойства битума // Дороги и мосты. 2015. №2. С. 230-233.
9. ГОСТ 31015-2002. Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно- мастичные. Технические условия. Введ. 17.10.2002. М.: Со-юздорНИИ. 28 с.
Yadykina V.V., Gridchin A.M., Trautvain A.I., Chistyakov Y.P. EFFECT OF ENERGY SAVING ADDITIONS EVOTHERM, AZOL 1007 AND ADGEZOL 3-TD ON PROPERTIES OF STONE MASTIC ASPHALT CONCRETE
This article presents the results of studies ofphysical and mechanical properties of the stone mastic asphalt concrete modified with additives EVOTHERM, AZOL 1007 and ADGEZOL 3-TD. Tests of samples molded into the laboratory, conducted in accordance with the requirements of state educational standard 310152002.
Key words: stone mastic asphalt (SMA), additives for warm asphalt concrete, bitumen, physical and mechanical properties.
