CC BY
23Чернов С. А., канд. техн. наук, ст. преп., Еременко Е. А., инженер, Хижняк Ю. В., аспирант Ростовский государственный строительный университет
ВЛИЯНИЕ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК И ПОЛИМЕРНО-БИТУМНЫХ ВЯЖУЩИХ НА МОДУЛЬ УПРУГОСТИ МНОГОЩЕБЕНИСТЫХ
АСФАЛЬТОБЕТОНОВ
Sergei_a_chernov@rambler.ru
В последнее время при строительстве и реконструкции автомобильных дорог в составе асфальтобетонных смесей все больше используются полимерные модификаторы и полимерно-битумные вяжущие (ПБВ). Однако, единого мнения об их влиянии на качество асфальтобетонов до сих пор не выработано. В связи с этим в рамках научно-исследовательской работы проводятся испытания широко распространенных на территории РФ полимерных добавок и ПБВ, ведется анализ их влияния на стандартные физико-механические свойства асфальтобетона и его модуль упругости. Накопленный опыт позволит внести предложения по дополнению нормативно-технической документации рядом требований, предъявляемым к полимерасфальтобетонам.
Ключевые слова: полимерный модификатор, полимерно-битумное вяжущее, щебеночно-мастичный асфальтобетон, модуль упругости.
В процессе эксплуатации под воздействием внешних факторов в асфальтобетоне происходит изменение его прочностных и деформативных характеристик. В связи с этим в настоящей работе представлены результаты выполненных экспериментальных исследований,
направленных на изучение основных закономерностей изменения физико-механических показателей асфальтобетона в зависимости от применяемых добавок и получение дополнительных расчетных характеристик, в том числе модуля упругости асфальтобетона.
В лаборатории «ДорТрансНИИ РГСУ» были проведены экспериментальные исследования по выявлению влияния различных стабилизирующих и модифицирующих добавок на свойства горячих асфальтобетонных смесей. Испытания проводились на горячей мелкозернистой плотной асфальтобетонной смеси типа А, I марки и щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси ЩМА -15. В качестве минеральных материалов в работе использовался гранитный щебень, отсев его дробления и активированный минеральный порошок, а в качестве органического вяжущего - вязкий дорожный битум марки БНД 60/90 или же ПБВ различных производителей. В составе щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей использовались стабилизирующие добавки, такие как У1а1ор, ДЦГ, микробазальтовая фибра и СД-1, а также модифицирующие добавки - У1а1их, РТЭП и Унирем. Кроме этого в работе проводились испытания и для асфальтобетонов, приготовленных на полимерно-битумных вяжущих марок «Полигум 60» и «Альфабит 60». На первоначальном этапе экспериментальных исследований были проведены
испытания по выявлению влияния стабилизирующих и модифицирующих добавок, а также полимерно-битумных вяжущих на стандартные физико-механические показатели, согласно ГОСТ 9128-2009 и ГОСТ 31015-2002.
Исходя из анализа полученных физико-механических показателей в зависимости от добавки, можно сделать вывод, что прочность при сжатии при температурах 20 и 50 °С возрастает с применением ПБВ или полимерных добавок. Как показали экспериментальные исследования, смесь без добавки имеет показатель предела прочности при сжатии при температуре 20 °С равным 3,38 МПа, а с добавками прочность варьируется в диапазоне 3,7 - 4,8 МПа, что значительно превышает требования ГОСТ 9128-2009 (не менее 2,5 МПа). Такая же ситуация наблюдается и с показателем предела прочности при сжатии при температуре 50 °С (1,38 МПа в смеси без добавок и 1,5 -2,0 МПа при применении ПБВ или полимерного модификатора по сравнению с требованиями ГОСТ 9128-2009 равным 1,0 МПа).
Результаты экспериментальных исследований щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей представлены на рисунке 1, а-г.
Анализ результатов испытания щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, содержащих различного рода добавки, показал, что значительных отличий в физико-механических показателях смесей приготовленных на ПБВ и смесей, содержащих модифицирующие или стабилизирующие добавки, не наблюдается. Однако, следует отметить положительное влияние полимерной фибры и добавки «РТЭП» на предел прочности при сжатии при температуре 50 °С. Значения данного показателя возросли в
среднем на 15-20 % по сравнению со значениями характерными для смесей, приготовленных с
а
применением стабилизирующих добавок и ПБВ. б
Предел прочности при схяпш при течш-ритуре
50"С<МПа)
1,65
1,46
и
ш » <
\Кэ1их Поличернэя Унирем РТЭП
(0,40%) фибра (0,40%) [0,30%)
|0,30%)
5,00 4,00 3,00
г,оо 1,00 0,03
Предел прочности при сжтш при температуре Ю'СЧМПа)
_ \П--»Ж.
И
4,46
I
в
УЫих Полимерная Унирем
10,40») фибра (0,40%) (0,30%)
г
РТЭП (0,30%)
Водонисьитчше (%)
3.00 2,50 £,00 1,30 1,00 0,50 0,00
/
2,65 2,77
■
№ Ц5 1
и V 1 > (
У«а1ик (Толммеризя Унирем РТЭП
(0,40%) фи«рз (0,40%) (0,30%)
(0.30%)
Трмцпнестмскость по пред?,ту прочное!п на растяженне при расколе при 04 (МП»)
5,00 4,00 3,00 2,00 1,04 0,00
3,03
Ма1их (0,40%)
Полимерная фибрэ
(0,30%)
Унирем (0,40%)
ШП (0,30%)
Рис. 1. Влияние типа полимерной добавки и ее
Для более детального анализа влияния исследуемых добавок на качество щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей и горячих плотных мелкозернистых асфальтобетонных смесей типа А, I марки, были проведены исследования на приборе динамического нагружения для оценки их устойчивости на накопление
процентного содержания на показатели ЩМА - 15
остаточных деформаций под воздействием динамических нагрузок и испытания на определение кратковременного модуля упругости асфальтобетона при расчетных температурах [1-3].
Результаты экспериментальных исследований ЩМА и горячих мелкозернистых плотных смесей типа А, представлены на рисунках 2-3.
Кратковременный модуль упругости щебеночно-мастичного асфальтобетона при температуре 0°С, МПа
Л072 4144
«ммбьпй ддо )
—[■».«№> и | [гут-,.. г г.п [,. т-,.;
Кратковременный модуль упругости щебеночно-мастичного асфальтобетона при температуре 40°С, МПа
ю.-гом лц, III. «га.
Рис. 2. Результаты испытания щебеночно-мастичного асфальтобетона на кратковременный модуль
упругости при температурах 0 и 40 °С
Кратковременный модуль упругости мелкозернистого плотного асфальтобетона Тип А при температуре 0% МПа
БНД6С/90 'ПолиумбО' "АльфэбктбО* №мрем(0,4%) Р1ЭП(0,3*)
15Ж| |53К)
Кратковременный модуль упругости мелкозернистого плотного асфальтобетона Тип А при температуре 40% МПа
654
583 (03
БНДБ0/90 ТщигуиЕО- 'Алфа&ггОГ УЫш|МК) У|«р«м|0,4К)
(5.5*)
Рис. 3. Результаты испытания асфальтобетона из горячей мелкозернистой плотной смеси типа А на кратковременный модуль упругости при температурах 0 и 40 °С
На представленных диаграммах асфальтобетоны, приготовленные с применением различных добавок и ПБВ выделены цветом в зависимости от их функционального назначения: стабилизирующие - бежевым, модифицирующие -синим, полимерно-битумные вяжущие - зеленым и асфальтобетоны, приготовленные без добавок - красным (только для типа А). Проведенные исследования позволили выявить влияние модифицирующих и стабилизирующих добавок, а так же полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) разных производителей на кратковременный модуль упругости асфальтобетона типа А и ще-беночно-мастичного асфальтобетона.
По результатам проведенных экспериментальных исследований на определение кратковременного модуля упругости щебеночно-мастичных асфальтобетонов и асфальтобетонов из горячих мелкозернистых плотных смесей типа А, I марки, можно сделать следующие выводы:
1) Значения кратковременного модуля упругости щебеночно-мастичного асфальтобетона в исследуемом температурном диапазоне превышают значения модуля упругости плотно-
го асфальтобетона типа А (при 0° - на 14-16 %, при +10 °С - на 10-13%, при +40 °С - 16-20 %).
2) Введение полимерных модифицирующих добавок в щебеночно-мастичный асфальтобетон позволило повысить повысили кратковременный модуль упругости на 7-11 % при температуре +40 °С и на 3-5 % при температуре +10 °С, и снизили кратковременный модуль упругости на 14-15 % при 0 °С.
3) Использование полимерно-битумного вяжущего при приготовление щебеночно-мастичного асфальтобетона понизило понижает модуль упругости при всех температурах (при 0° - на 22-26 %, при +10 °С - на 13-15 %, при +40 °С - на 9-11%).
4) Введение полимерных модифицирующих добавок в асфальтобетон типа А увеличивает модуль упругости на 13-20 % при температуре +40 °С и снижает модуль упругости на 9-10 % при 0 °С. При температуре +10 °С модуль упругости асфальтобетона типа А при введении полимерных модифицирующих добавок практически не меняется.
5) Использование полимерно-битумного вяжущего при приготовление асфальтобетона тип А так же как и в щебеночно-мастичном асфальтобетоне понижает модуль упругости при всех температурах (при 0° - на 14-17 %, при +10 °С - на 8-10 %, при +40 °С - на 9-10 %).
В заключении следует отметить, что введение полимерных модифицирующих добавок и полимерно-битумного вяжущего оказывает положительное влияние на деформативные свойства плотного асфальтобетона типа А и щебе-ночно-мастичного асфальтобетона. Увеличивая модуль упругости при повышенных летних температурах (+40 °С) введение ПБВ и полимерных модифицирующих добавок способствует повышению сдвигоустойчивости дорожной одежды. Снижая модуль упругости при 0 °С введение ПБВ и полимерных модифицирующих добавок способствует повышению трещиностойкости дорожной одежды.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Маляр В.В., Псюрник В.А., Лапченко А. С. Определение модуля упругости асфальто-полимербетонов для расчета конструкций дорожных одежд. // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета, вып. 40, Харьков 2008, С. 84-86.
2. ОДН 218.1.052-2002 Оценка прочности нежестких дорожных одежд. (взамен ВСН 5289), М. 2003, 80 с.
3. Шумчик В.К., Сериков Д.Л. Определение модулей упругости различных типов асфальтобетонов для расчета дорожных одежд: Сборник докладов Ассоциации Исследователей Асфальтобетона, М. 2008, с. 89-98.
