CC BY
17УДК 625.855.53
ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ И ЗЕРНОВОГО СОСТАВА ЛЕГКИХ ПОРИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БИТУМОМИНЕРАЛЬНЫ1Х КОМПОЗИЦИЙ
Борисенко Ю.Г., Рудак С.В.
ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет», 355017, г. Ставрополь, ул. Пушкина, д. 1, 'e-mail: borisenko2005@yandex.ru; 2 e-mail: s-rudak@mail.ru
Аннотация. Одной из актуальных проблем развития органоминеральных композиционных материалов для покрытий автомобильных дорог в настоящее время является снижение веса и плотности композита, что позволит снизить расчетные нагрузки на дорожные конструкции. Достичь этого возможно применением легких пористых заполнителей. Анализ опыта применения различных легких пористых заполнителей в составах битумоминеральных композиций выявил, что наиболее эффективными материалами для этих целей являются керамзитовый песок или гравий. Однако, наряду с положительными качествами композиций на основе керамзита (малая плотность и вес, высокие прочность, теплостойкость, сдвигоустойчивость) имеется и существенный недостаток - повышенная битумоемкость смесей. Перспективным направлением решения этой задачи является оптимизация зерновых составов таких битумоминеральных композиций. Экспериментально установлено, что модифицированные керамзитовым гравием битумоминеральные композиции вследствие изменения структуры в материале дорожного покрытия обладают большей трещиностойкостью, сдвигоустойчивостью и термостабильностью. На основе проведенных экспериментальных исследований влияния фракционного состава и содержания пористого заполнителя (керамзитового гравия) на битумоемкость и свойства битумоминеральных композиций разработаны эффективные горячие мелкозернистые битумоминеральные смеси на основе керамзитового гравия для верхних слоев покрытий автомобильных дорог, мостовых переходов, автостоянок, покрытий велосипедных дорожек и тротуаров с содержанием битума, соответствующим нормативным требованиям к традиционным дорожным асфальтобетонам, с пониженными плотностью и весом и высокими эксплуатационными показателями. Установлено, что наибольшее влияние на эксплуатационные характеристики предложенных битумоминеральных композиций оказывают фракции керамзитового гравия с размером зерен 10-5 мм.
Предмет исследования: теоретическое и экспериментальное обоснование возможности регулирования и влияние содержания керамзитового гравия на эксплуатационные характеристики легких битумоминеральных композиций.
Материалы и методы: в экспериментальных исследованиях использовали следующие материалы: легкий пористый заполнитель керамзитовый гравий марки 600; высевки гранитного щебня, являющегося продуктом дробления гравия; песок из отсевов дробления гранитного щебня, активированный известняковый минеральный порошок МП-1. В качестве вяжущего применяли дорожный нефтяной битум марки БНД 60/90. В работе использовали стандартные и нестандартизированные методы исследований. Стандартные методы испытаний проводились в соответствии с требованиями ГОСТ для определения характеристик битумоминеральных композиций и ее компонентов. Нестандартизированные методы исследования использовался для оценки термостабильности и износостойкости покрытий на плотном и пористом заполнителе исследуемых битумоминеральных композиций.
Результаты: анализ проведенных исследований показал, что наиболее значительное влияние на структуру композита, а значит и на его свойства, оказывает фракция керамзитового гравия 10-5 мм, содержание которой наиболее высокое. Составы с содержанием этой фракции характеризуются пониженными плотностью при высоких эксплуатационных показателях. Поэтому, эти составы были выбраны как наиболее оптимальные для дальнейших исследований влияния пористого заполнителя на эксплуатационные свойства предложенных битумоминеральных композиций.
Выводы: 1. Показано, что наиболее эффективным пористым заполнителем для таких композиций является керамзитовый гравий, который, в сравнении с другими искусственными и природными пористыми заполнителями (вспученный вермикулит, вспученный перлит, вулканическая пемза и т.д.), обладает следующими преимуществами: малой плотностью и весом, низкой теплопроводностью и высокой механической прочностью, имеет широкое распространение и доступность в различных регионах России.
2. Предложены эффективные составы горячих легких битумоминеральных смесей, модифицированных керамзитовым гравием, с повышенными эксплуатационными свойствами. Отличительной особенностью предложенных составов горячих легких битумоминеральных композиций на легком пористом заполнителе является использование в составе заполнителя керамзитового гравия фракций 20-5 мм. Установлено, что наибольшее влияние на эксплуатационные свойства и структуру предложенных битумоминеральных композиций оказывает керамзитовый гравий фракций 10-5 мм,
что обусловлено высоким содержанием этой фракции в композициях (18-20 % масс.). Плотность таких битумоминеральных композиций значительно ниже (на 20-23 %) плотности стандартных прототипов на плотном минеральном заполнителе.
3. Выявлено, что сдвигоустойчивость разработанных составов битумоминеральных композиций на пористом заполнителе значительно выше сдвигоустойчивости состава-прототипа на плотном заполнителе (коэффициент внутреннего трения tgф выше на 9,97 %, а показатель сцепления Сп выше на 51,2 %), что связано с более высоким внутренним трением, развитой поверхностью и более стабильной внутренней структурой легких битумоминеральных композиций. Показатели сдвигоустойчивости горячих легких битумоминеральных композиций закономерно повышаются с увеличением керамзитового гравия в составе заполнителя.
4. Установлена повышенная теплостойкость битумоминеральных композиций при содержании керамзитового гравия в них более 20 % мас. Выявлено, что композиции с содержанием керамзита более 6 % мас. обладают повышенной в сравнении с асфальтобетоном-прототипом темостабильностью. Наличие в предложенных составах битумоминеральных композиций керамзита обуславливает высокую трещиностойкость получаемого материало и повышенную дефомативность при отрицательных температурах. Экспериментальными исследованиями выявлена более высокая износостойкость битумоминеральных материалов на основе керамзитового гравия в сравнении с традиционными асфальтобетонами на плотном заполнителе.
5. На основании проведенных экспериментальных исследований показано, что снижение битумоемкости битумоминеральных композиций на основе пористых заполнителей возможно за счет регулирования минерального состава битумоминеральных смесей, а в частности путем замены крупных фракций щебня (20-5 мм) на пористый заполнитель.
Ключевые слова: битумоемкость, битумоминеральная композиция, зерновой состав, керамзит, легкий пористый заполнитель, снижение плотности битумоминеральных композиций
ВВЕДЕНИЕ
Совершенствование материалов покрытий, применяемых при строительстве автомобильных дорог - одна из актуальных задач в дорожном строительстве. Перспективным направлением решения этой проблемы является разработка новых легких композиционных материалов на основе органических вяжущих с повышенными эксплуатационными характеристиками.
Применение композиционных материалов на основе легких пористых заполнителей при устройстве дорожных покрытий позволит снизить вес и плотность композита, уменьшить расчетные нагрузки на дорожные конструкции, экономить материальные и финансовые затраты. Анализ опыта применения легких пористых заполнителей в составах битумоминеральных композиций выявил, что наиболее эффективными материалами для этих целей являются керамзитовый песок или гравий. Однако, наряду с положительными качествами композиций на основе керамзита (малая плотность и вес, высокие прочность, теплостойкость, сдвигоустойчивость) имеется и существенный недостаток - повышенная битумоемкость смесей. Оптимизация содержания легкого заполнителя в композиции и зерновых составов
битумоминеральных смесей может решить эту проблему. Целью исследования является разработка оптимальных зерновых составов легких битумоминеральных композиций на основе керамзитового гравия с невысоким расходом битумного вяжущего и с повышенными эксплуатационными характеристиками.
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ
В ряде работ отечественных авторов проанализировано влияние пористых минеральных материалов на свойства битумоминеральных композиций [1-3]. Эффективность использования пористых минеральных заполнителей
(вулканических туфов, керамзита и др.) обусловлено их высокой теплоизолирующей способностью, низкотемпературной
трещиностойкостью, невысокими плотностью и весом [4-6]. Несмотря на обеспечение повышенных показателей прочности, водостойкости, теплостойкости, трещиностойкости,
деформативности битумоминеральных смесей на основе пористых минеральных материалов их существенным недостатком является повышенная битумоемкость. Кроме того, в ряде случаев, недостаточно высокие эксплуатационные показатели предлагаемых битумоминеральных композиций ограничивают их внедрение. Использование вулканических стекол и пемзы, вспученных перлита и вермикулита и т.п. в составах битумоминеральных композиций существенно снижает плотность и вес композита, обеспечивает низкую теплопроводность, но, наряду с этим, снижает прочность, водостойкость и значительно повышает битумоемкость [6-9].
Анализ исследований битумоминеральных композиций на основе керамзита (керамзитового гравия или отсевов его дробления) в битумоминеральных смесях показал, что применение именно этого легкого пористого минерального заполнителя в битумоминеральных композициях наиболее перспективно и рационально [10,11]. Благодаря своей структуре керамзит (в сравнении с другими пористыми материалами) в
совокупности обладает следующими
положительными качествами - малой плотностью и весом, низкой теплопроводностью и высокой механической прочностью. Немало важно и то, что сырье (легкоплавкие глины), пригодное для производства керамзита, имеет широкое распространение и доступность в различных регионах России, технология его производства хорошо отработана, а стоимость в ряде случаев сопоставима со стоимостью высококачественных плотных минеральных заполнителей. Однако, применение керамзита в битумоминеральных смесях сдерживается высокой битумоемкостью таких композиций [12].
В ряде работ показаны пути снижения этого показателя, сущность которых сводится к снижению открытой пористости заполнителя (керамзитового гравия и керамзитового песка) предварительной обработкой пористого материала остаточными продуктами нефтепереработки, что существенно усложняет технологию производства и стоимость конечного продукта. Однако, наличие песчаных фракций (5-0,315 мм) отсевов дробления керамзита в предложенных смесях не позволяет существенно снизить битумоемкость композиций в силу высокой их открытой пористости и удельной поверхности [13]. Известны способы снижения битумоемкости битумоминеральных композиций на основе пористого заполнителя (керамзитового гравия и песка) путем модификации битумного вяжущего менее дорогостоящими остаточными продуктами нефтепереработки (остаточными гудронами); применением двухстадийной технологии приготовления битумоминеральных смесей; в предварительной двукратной обработке пористого заполнителя перед приготовлением смеси вязкими дорожными битумами; предварительной гидрофобизацией пористого заполнителя тяжелой смолой пиролиза [14-17]. Все выше перечисленные способы хоть и приводят к снижению битумоемкости, но в то же время усложняют технологию приготовления
битумоминеральных смесей, что соответственно, ведет к перерасходу энергии, материалов и удорожанию получаемого продукта.
Более рациональным направлением снижения битумоемкости является совершенствование подбора минерального и фракционного состава смеси. Влияние фракционного состава и каждой фракции керамзита на свойства битумоминеральных композиций требует изучения, так как этот вопрос является одними из ключевых и определяющих при разработке и оптимизации минеральных составов смесей. Развитие этого направления имеет наибольшие практические перспективы.
Так, существенно снизить битумоемкость битумоминеральных композиций на основе легких пористых заполнителей возможно путем включения только крупных фракций керамзитового гравия (205 мм), обладающих пониженными показателями открытой пористости и удельной поверхности, в сравнении с более мелкими фракциями керамзитового песка (менее 5 мм), и, тем более с отсевами дробления керамзитового гравия.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В экспериментальных исследованиях использовали следующие материалы: легкий пористый заполнитель - керамзитовый гравий марки 600; крупный заполнитель - высевки гранитного щебня, являющегося продуктом дробления гравия; песок - отсевы дробления гранитного щебня, активированный известняковый минеральный порошок МП-1. В качестве вяжущего применяли дорожный нефтяной битум марки БНД 60/90.
Эксплуатационные свойства исследуемых композиций оценивали по казателям теплостойкости, сдвигоустойчивости,
трещиностойкости, термостабильности и износостойкости. В работе использовали стандартные и нестандартизированные методы исследований.
Показатели теплостойкости (прочность при сжатии при 50 °С ^50), сдвигоустойчивости (коэффициент внутреннего трения tgф и показатель сцепления Сп), трещиностойкости (прочность при растяжении при расколе, Rp) определяли согласно требованиям ГОСТ 12801-98.
Термостабильность оценивали по коэффициенту температурной чувствительности &г.ч., который расчитывали по формуле:
к т.ч. = /
где R0 - прочность при сжатии при 0 °С; R50 -прочность при сжатии при 50 °С.
Для оценки износостойкости покрытий из исследуемых битумоминеральных композиций использовали прибор для определения истираемости бетона и износостойкости
неглазурованных керамических плиток ЛКИ-3М.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ АНАЛИЗ
Были разработаны составы горячих битумоминеральных композиций непрерывной гранулометрии типа Б, в которых заменяли те или иные крупные фракции плотного заполнителя (20-5 мм) на аналогичные фракции керамзитового гравия (составы №№ 1-7, таблица 1).
*Примечание: К - керамзитовый гравий, Щ - гранитный щебень, П - отсевы дробления гранитного щебня, МП -активированный известняковый порошок
Таблица 1. Зерновые составы исследуемых битумоминеральных композиций Table 1. Grain compositions of the studied bitumen-mineral compositions
а H с о Фракции минерального заполнителя и наполнителя в составе смеси*
о g 20-15 15-10 10-5 5-0,16 <0,16
1 К Щ Щ П МП
2 Щ К Щ П МП
3 Щ Щ К П МП
4 К К Щ П МП
5 Щ К К П МП
6 К Щ К П МП
7 К К К П МП
8 Щ Щ Щ П МП
В предложенных составах битумоминеральных композиций варьировали содержание крупных фракций легкого пористого заполнителя. Замену фракции плотного заполнителя на пористый осуществляли исходя из равенства объемов долей проектируемых зерновых составов и зернового состава-прототипа на плотном заполнителе. Для этого определяли насыпную плотность каждой фракции щебня и соответствующей фракции керамзитового гравия. Для сравнения плотности и эксплуатационных характеристик изготавливали согласно ГОСТ 9128-2013 образцы-цилиндры предложенных составов на легком заполнителе
(состав №1-7, таблица 1) и образцы-цилиндры состава из стандартной мелкозернистой типа Б асфальтобетонной смеси-прототипа на плотном минеральном заполнителе (состав №8, таблица 1) и испытывали согласно ГОСТ 12801-98.
При подборе оптимального содержания битума в композициях ориентировались на максимальные прочностные характеристики и приемлемые показатели водостойкости. Оптимальные содержание керамзитового гравия, оптимальное содержание битумного вяжущего и плотность предложенных композиций представлены в таблице 2.
Таблица 2. Плотность и битумоемкость исследуемых битумоминеральных композиций
Table 2. Density and bitumen intensity of the studied bitumen-mineral compositions
№ состава Содержание керамзитового гравия в смеси,Ск, % мас. Содержание битума С,% мас. Содержание битума С, % об. Плотность, р, кг/м3
1 4,52 5,5 12,91 2,34
2 2,14 5,5 12,71 2,38
3 17,85 6,0 13,81 2,10
4 6,94 5,5 13,06 2,29
5 21,01 6,5 14,28 1,95
6 24,50 6,5 14,46 1,94
7 28,15 6,5 14,64 1,87
8 - 5,5 12,67 2,43
В результате экспериментальных исследований влияния содержания и зернового состава керамзитового гравия на битумоемкость (таблица 2) и эксплуатационные показатели разработанных битумоминеральных композиций (таблица 3) выявлено следующее.
Таблица 3. Эксплуатационные показатели битумоминеральных композиций Table 3. Performance indicators of bitumen-mineral compositions
№ состава Содержание керамзитового гравия в смеси, Ск,, % масс Коэффициент внутреннего трения, Показатель сцепления, Сп, МПа Прочность при сжатии, при 50 0С, Язв, МПа Прочность при растяжении при расколе, Яр, МПа Коэффициент температурной чувствительности, кт.ч. Показатель истираемости, G, г/см2
1 4,52 0,960 0,443 1,73 5,21 5,69 2,47
2 2,14 0,955 0,439 1,68 5,15 5,63 2,49
3 17,85 0,830 0,632 1,92 4,75 5,20 2,07
4 6,94 0,965 0,492 2,03 5,05 4,96 2,39
5 21,01 0,841 0,683 2,11 4,58 4,57 1,98
6 24,50 0,975 0,687 2,17 4,44 4,52 1,95
7 28,15 0,983 0,752 2,02 4,36 4,36 1,90
8 - 0,885 0,385 2,06 5,34 5,35 2,60
Требования ГОСТ 9128-2013 для асфальтобетона Тип Б к IV, V дорожно-климатическим зонам
I марка >0,83 >0,38 >1,3 4,0-6,5 - -
II марка >0,36 3,5-7,0 - -
III марка >0,81 3,0-7,0 - -
Замена только одной фракции щебня на керамзит в составе композиции практически не влияет на содержание битума в смеси и лишь в смеси с фракцией керамзита 10-5 содержание битума выше на 0,5 % масс, что можно объяснить высоким содержанием данной фракции. Битумоемкость композиций возрастает с увеличением количества керамзита в смеси более 10 % мас. Тем не менее, содержание битума в предложенных композициях на основе керамзитового гравия составило 5,5-6,5 % мас., что укладывается в требования ГОСТ по содержанию битума для асфальтобетонов типа Б.
С увеличением размера фракции и содержания керамзита в смеси снижается плотность битумоминеральных композиций. При замене фракций 20-5 мм на керамзитовый гравий плотность минимальна и на 23,1 % ниже плотности прототипа на плотном заполнителе.
Показатели сцепления Сп предложенных композиций на пористом заполнителе значительно превышают аналогичный показатель состава-прототипа на плотном заполнителе. Кроме того, сцепление увеличивается по мере увеличения содержания керамзитового гравия в композиции. Коэффициенты внутреннего трения большинства разработанных составов (№№ 1, 2, 4, 6 и 7) также превышают tg^ прототипа, и лишь tg^ составов №№
3 и 5 ему уступает. Повышение показателей сдвигоустойчивости обусловлено более развитой топографией поверхности керамзитовых гранул и более высокой их удельной поверхностью. Выявлено, что с увеличением содержания керамзитового гравия в разработанных составах сдвигоустойчивость битумоминеральных
композиций повышается.
Теплостойкость битумоминеральных
композиций на основе керамзитовго гравия (Яя>,) достаточно высокая и с увеличением количества керамзитового гравия в смеси повышается. Это связано с более прочной структурой материала, что обеспечивается более активным физико-химическим и химическим взаимодействием битумного вяжущего с поверхностью пористого заполнителя и его модификацией, обусловленной в процессом избирательной фильтрации. Однако, наличие наиболее крупной фракции керамзита (2015 мм) в составах способствует некоторому снижению теплостойкости материала (составы №№ 1, 4, 7).
Установлена высокая трещиностойкость битумоминеральных композиций на основе керамзитового гравия. Так, показатели прочности при растяжении при расколе Яр композиций на пористом заполнителе (составы №№ 1-7, таблица 3) несколько ниже Яр прототипа на плотном
заполнителе (состав №8, таблица 3), что свидетельствует о более высокой деформативности предложенных материалов при низких температурах, а значит и о более высокой их трещиностойкости. Более высокая
трещиностойкость органоминеральных материалов на осове пористых заполнителей обеспечивается за счет снижения внутренних температурных напряжений. Увеличение содержания
керамзитового гравия в смеси устойчиво снижает показатель прочности при растяжении при расколе Rp.
Как известно, композиционные материалы на основе битумных вяжущих способны в большой степени изменять свои свойства в интервале эксплуатационных температур. Повышение термостабильности битумоминеральных
материалов, т.е. устойчивости к образованию сдвиговых деформаций при высоких летних температурах и трещинообразованию при низких является актуальной задачей, и, включение в состав композиций пористого заполнителя отчасти может ее решить. Анализируя термостабильность исследуемых композиций необходимо отметить, что композиции на пористом заполнителе обладают более высокой термостабильностью по сравнения с составами на плотном заполнителе. Термостабильность битумоминеральных
композиций оценивают по коэффициенту температурной чувствительности кт.ч.. С увеличением содержания керамзита в составе смеси коэффициенты температурной чувствительности кт.ч. предложенных составов (составы №№ 1-7, таблица 3) устойчиво снижаются, что свидетельствует о повышении их
термостабильности.
В настоящее время не существует строго нормируемых методов определения износа асфальтобетонных покрытий. Поэтому, для сравнительных испытаний применяли прибор ЛКИ-3М для для определения истираемости бетона и износостойкости неглазурованных керамических плиток. Износостойкость оценивалась по величине показателя истираемости О, который определяли по изменению массы испытуемых образцов битумоминеральных композиций при трении о вращающийся в горизонтальной плоскости истирающий диск с абразивным материалом. Согласно полученным данным испытаний (таблица 3) для предложенных битумоминеральных композиций на основе пористого заполнителя (составы №№ 1-7) потери в массе составили на 526,9 % меньше в сравнении с композицией-прототипом на плотном заполнителе (состав № 8). С увеличением содержания керамзитового гравия в составе битумоминеральной смеси значения показателя истираемости О снижаются. Наличие керамзита в составе битумоминеральных композиций позволяет существенно снизить истираемость материала, и, следовательно, улучшает износостойкость покрытия.
Рассмотрев и проанализировав
эксплуатационные показатели предложенных битумоминеральных композиций на основе пористого заполнителя и сравнив с аналогичными характеристиками битумоминеральной
композиции-прототипа на плотном заполнителе следует отметить, что наиболее оптимальными по составу являются композиции с содержанием керамзитового гравия 24,50-28,15 % масс. (составы №№ 6, 7). Составы № 3 и № 5 (содержание керамзитового гравия 17,85 и 21,01 % масс.) по коэффициенту внутреннего трения tgф уступают битумоминеральной композиции-прототипу на плотном заполнителе.
ВЫВОДЫ
1. Показано, что наиболее эффективным пористым заполнителем для таких композиций является керамзитовый гравий, который, в сравнении с другими искусственными и природными пористыми заполнителями (вспученный вермикулит, вспученный перлит, вулканическая пемза и т.д.), обладает следующими преимуществами: малой плотностью и весом, низкой теплопроводностью и высокой механической прочностью, имеет широкое распространение и доступность в различных регионах России.
2. Предложены эффективные составы горячих легких битумоминеральных смесей, модифицированных керамзитовым гравием, с повышенными эксплуатационными свойствами. Отличительной особенностью предложенных составов горячих легких битумоминеральных композиций на легком пористом заполнителе является использование в составе заполнителя керамзитового гравия фракций 20-5 мм. Установлено, что наибольшее влияние на эксплуатационные свойства и структуру предложенных битумоминеральных композиций оказывает керамзитовый гравий фракций 10-5 мм, что обусловлено высоким содержанием этой фракции в композициях (18-20 % мас.). Плотность таких битумоминеральных композиций значительно ниже (на 20-23 %) плотности стандартных прототипов на плотном минеральном заполнителе.
3. Выявлено, что сдвигоустойчивость разработанных составов битумоминеральных композиций на пористом заполнителе значительно выше сдвигоустойчивости состава-прототипа на плотном заполнителе (коэффициент внутреннего трения tgф выше на 9,97 %, а показатель сцепления Сп выше на 51,2 %), что связано с более высоким внутренним трением, развитой поверхностью и более стабильной внутренней структурой легких битумоминеральных композиций. Показатели сдвигоустойчивости горячих легких битумоминеральных композиций закономерно повышаются с увеличением керамзитового гравия в составе заполнителя.
4. Установлена повышенная теплостойкость битумоминеральных композиций при содержании керамзитового гравия в них более 20 % мас. Выявлено, что композиции с содержанием керамзита более 6 % мас. обладают повышенной в сравнении с асфальтобетоном-прототипом темостабильностью. Наличие в предложенных составах битумоминеральных композиций керамзита обуславливает высокую трещиностойкость получаемого материало и повышенную дефомативность при отрицательных температурах. Экспериментальными исследованиями выявлена более высокая износостойкость битумоминеральных материалов на основе керамзитового гравия в сравнении с традиционными асфальтобетонами на плотном заполнителе.
5. На основании проведенных экспериментальных исследований показано, что снижение битумоемкости битумоминеральных композиций на основе пористых заполнителей возможно за счет регулирования минерального состава битумоминеральных смесей, а в частности путем замены крупных фракций щебня (20-5 мм) на пористый заполнитель.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Высоцкая М.А., Кузнецов Д.А., Барабаш Д.Е. Особенности структурообразования битумоминеральных композиций с применением пористого сырья // Строительные материалы. -2014. - № 1-2. - С. 68-71.
2. Высоцкая М.А., Кузнецов Д.А., Федоров М.Ю. Оценка качества битумоминеральных композитов с применением пористых наполнителей // Дороги и мосты. - 2012. - № 27/1. - С. 241-250.
3. Прокопец В.С., Галдина В.Д., Подрез Г.А. Асфальтобетоны на основе пористых заполнителей Западной и Восточной Сибири // Строительные материалы. - 2009. - № 11. - С. 26-28.
4. Печерский С.А. Использование вулканического туфа в горячих асфальтобетонах / С.А. Печерский, А.В. Битуев, Н.В. Архиничева и др. // Строительные материалы. - 2010. - № 2. - С. 3233.
5. СССР 1428735. Битумоминеральная смесь / Губач Л.С., Пономарева С.Г., Погребинский Г.М., Соколов Ю.В., Литвинова Т.В.; Заявл. 24.09.1986. Опубл. 07.10.1988. Бюл. № 37.
6. Патент РФ 2052607. Покрытие / Печеный Б.Г., Борисенко Ю.Г., Пономаренко Г.Н.; Заявл. 08.06.1992. Опубл. 20.01.1996. Бюл. № 2.
7. Рудь В.П. Строительные материалы из вулканических водосодержащих стекол // Строительные материалы. - 1982. - № 1. - С. 18.
8. Гридчин А.М., Коротаев А.П, Ядыкина В.В., Кузнецов Д.А., Высоцкая М.А. Дорожные композиты на основе дисперсного вспученного перлита // Строительные материалы. - 2009. - № 5. - С. 42-44.
9. Агейкин В.Н., Свинтицких Л.Е., Шабанова Т.Н., Клюсов А.А. Исследования влияния вспученного вермикулитового песка на свойства битумных композиций и асфальтобетона // Строительные материалы. - 2003. - № 7. - С. 40-42.
10. ТУ 218 РСФСР-564-86. Смеси битумокерамзитовые дорожные. ТУ 218 РСФСР-564-86. - М; 1986. - 28 с.
11. Грушо-Новицкая А.О., Ярцев В.П. Влияние дисперсности и количества отходов керамзита на эксплуатационные характеристики битума БН 90/10 // «Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова», Научно-теоретический журнал. Спецвыпуск: Материалы Международного конгресса «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» Часть I. - 2003 г. -№5 - С. 28-31.
12. Литвинова Т.В., Соколов Ю.В., Петрова Л.С. Битумоемкость дорожного керамзита / Асфальтовые и цементные бетоны для условий Сибири: сб. науч. тр. - Омск: ОмПИ, 1989. - С. 6667.
13. Патент РФ 2504612. Дорожная одежда / Борисенко Ю.Г., Лынник В.В., Борисенко А.Ю.; Заявл. 05.06.2012. Опубл. 20.01.2014. Бюл. №2.
14. Патент РФ 2470048. Битумоминеральная смесь / Печеный Б.Г., Галдина В.Д.; Заявл. 30.05.2011. Опубл. 20.12.2012. Бюл. № 35.
15. Борисенко Ю.Г., Лынник В.В., Борисенко О.А., Гордиенко Е.В. Пути снижения битумоемкости битумоминеральных композиций с заполнителем на основе керамзита // Строительные материалы. - 2013. - № 5. - С. 24-26.
16. Калгин Ю.И. Дорожные битумоминеральные материалы на основе модифицированных битумов.
- Воронеж: Воронеж. Гос. ун-т, 2006. - 272 с.
17. Братчун В.И., Беспалов В.Л. О целесообразности комплексной модификации дорожных асфальтобетонов // Строительство и техногенная безопасность. -2018. - № 11 (63). -С. 47-55.
REFERENCES
1. Vysotskaya M.A., Kuznetsov D.A., Barabash D.E. Features of the structure formation of bitumenmineral compositions using porous raw materials // Building materials. - 2014. N. 1-2. - pp. 68-71.
2. Vysotskaya M.A., Kuznetsov D.A., Fedorov M.Yu. Quality assessment of bitumen-mineral composites using porous fillers // Roads and bridges. -2012. - N. 27/1. - pp. 241-250.
3. Prokopets V.S. Asphalt Concrete Based on Porous Fillers of Western and Eastern Siberia / V.S. Prokopets, V.D. Galdina, G.A. Undercut // Building materials. - 2009. - N. 11. - pp. 26-28.
4. Pechersky S.A. The use of volcanic tuff in hot asphalt concrete / S.A. Pechersky, A.V. Bituev, N.V. Arkhinicheva et al. // Building materials. - 2010. - N. 2.
- pp. 32-33.
5. USSR 1428735. Bitumen-mineral mixture / Gubach L.S., Ponomareva S.G., Pogrebinsky G.M.,
Sokolov Yu.V., Litvinova T.V .; Claim 09/24/1986. Publ. 10/07/1988. Bull. Number 37.
6. RF patent 2052607. Coverage / Pecheny B.G., Borisenko Yu.G., Ponomarenko G.N .; Claim 06/08/1992. Publ. 01/20/1996. Bull. Number 2.
7. Rud, V.P. Building materials from volcanic water-containing glasses / V.P. Rud // Building materials. - 1982. - N. 1. - pp. 18.
8. Gridchin A. M. Road composites based on dispersed expanded perlite / A. M. Gridchin, A. P. Korotaev, V. V. Yadikina, D. A. Kuznetsov, M. A. Vysotskaya // Building materials. - 2009. - N. 5. - pp. 42-44.
9. Ageikin, V. N. Investigation of the effect of expanded vermiculite sand on the properties of bitumen compositions and asphalt concrete [Text] / V. N. Ageikin, L. E. Svintitskikh, T. N. Shabanova, A. A. Klyusov // Building materials. - 2003. - N. 7. - pp. 4042.
10. TU 218 RSFSR-564-86. Mixtures of bitumen-claydite road. TU 218 RSFSR-564-86. - M; 1986.- 28 p.
11. Grusho-Novitskaya, A. O. Influence of dispersion and amount of expanded clay waste on the operational characteristics of bitumen BN 90/10 [Text] / A. O. Grusho-Novitskaya, V. P. Yartsev // Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov ", Scientific and theoretical journal. Special issue: Materials of the
International Congress "Modern Technologies in the Industry of Building Materials and Construction Industry" Part I. - 2003 - N. 5 - pp. 28-31.
12. Litvinova T.V. Bituminous capacity of road expanded clay / T.V. Litvinova, Yu.V. Sokolov, L.S. Petrova / Asphalt and cement concrete for the conditions of Siberia: collection. scientific tr - Omsk: OmPI, 1989 .-- pp. 66-67.
13. RF patent 2504612. Road clothes / Borisenko Yu.G., Lynnik VV, Borisenko A.YU .; Claim 06/05/2012. Publ. 01/20/2014. Bull. No. 2.
14. RF patent 2470048. Bitumen-mineral mixture / Baked B.G., Galdina V.D .; Claim 05/30/2011. Publ. 12/20/2012. Bull. Number 35.
15. Borisenko Yu.G. Ways to reduce the bitumen intensity of bitumen mineral compositions with aggregate based on expanded clay / Yu.G. Borisenko, V.V. Lynnik, O.A. Borisenko, E.V. Gordienko // Building materials. - 2013. - N. 5. - pp. 24-26.
16. Kalgin Yu.I. Road bitumen-mineral materials based on modified bitumen / Yu.I. Calgin. - Voronezh: Voronezh. Gos. Univ., 2006. 272 p.
17. Bratchun V.I., Bespalov V.L. On the feasibility of a comprehensive modification of road asphalt concrete // Construction and industrial safety. -2018. -N 11 (63). -pp. 47-55.
INFLUENCE OF CONTENT AND GRAIN COMPOSITION OF LIGHT POROUS FILLERS ON PERFORMANCE CHARACTERISTICS OF BITUMINOMERAL COMPOSITIONS
Borisenko Y.G., Rudak S.V.
Summary One of the urgent problems of the development of organomineral composite materials for road coatings is currently reducing the weight and density of the composite, which will reduce the design load on the road structure. This can be achieved by using light porous aggregates. An analysis of the experience of using various light porous aggregates in the compositions of bitumen-mineral compositions revealed that the most effective materials for this purpose are expanded clay sand or gravel. However, along with the positive qualities of expanded clay compositions (low density and weight, high strength, heat resistance, shear stability), there is a significant drawback - increased bitumen intensity of mixtures. A promising direction for solving this problem is the optimization of grain compositions of such bitumen-mineral compositions. It has been experimentally established that bitumen-mineral compositions modified with expanded clay gravel due to structural changes in the paving material have greater crack resistance, shear resistance and thermal stability. On the basis of experimental studies of the influence of the fractional composition and content of porous aggregate (expanded clay gravel) on the bitumen intensity and properties of bitumen-mineral compositions, effective hot, fine-grained bituminous-mineral mixtures based on expanded clay gravel have been developed for the upper layers of road surfaces, bridge crossings, car parks, bicycle paths and sidewalks from bitumen content, complying with regulatory requirements for traditional road asphalt, with pony female density and weight and high performance. It has been established that the greatest influence on the operational characteristics of the proposed bitumen-mineral compositions is exerted by fractions of expanded clay gravel with a grain size of 10-5 mm.
Subject: theoretical and experimental justification of the possibility of regulation and the effect of expanded clay gravel content on the operational characteristics of light bitumen-mineral compositions.
Materials and methods: The following materials were used in experimental studies: lightweight porous aggregate expanded clay gravel 600; sowing granite crushed stone, which is a product of crushing gravel; sand from screenings of crushing of granite crushed stone, activated limestone mineral powder MP-1. As a binder used road oil bitumen grade BND 60/90. The study used standard and non-standardized research methods. Standard test methods were carried out in accordance with the requirements of GOST to determine the characteristics of bitumen-mineral compositions and its components. Non-standardized research methods were used to assess the thermal stability and wear resistance of coatings on a dense and porous aggregate of the studied bitumen-mineral compositions.
Results: An analysis of the studies showed that the most significant effect on the structure of the composite, and therefore on its properties, is exerted by a 10-5 mm expanded clay fraction, the content of which is highest. Compositions with the content of this fraction are characterized by reduced density at high performance. Therefore, these compositions were selected as the most optimal for further studies of the effect of the porous aggregate on the performance properties of the proposed bitumen-mineral compositions.
Conclusions: 1. It has been shown that the most effective porous aggregate for such compositions is expanded clay gravel, which, in comparison with other artificial and natural porous aggregates (expanded vermiculite, expanded perlite, volcanic pumice, etc.), has the following advantages: low density and weight, low thermal conductivity and high mechanical strength, is widespread and affordable in various regions of Russia.
2. Effective compositions of hot light bitumen-mineral mixtures modified with expanded clay gravel with enhanced performance properties have been proposed. A distinctive feature of the proposed compositions of hot light bitumen-mineral compositions on a light porous aggregate is the use of fractions of 20-5 mm in the aggregate of expanded clay gravel. It is established that the greatest impact on the performance properties and structure of the proposed bitumen-mineral compositions is exerted by expanded clay gravel fractions of 10-5 mm, which is due to the high content of this fraction in the compositions (18-20% of the mass.). The density of such bitumen-mineral compositions is significantly lower (20-23%) than the density of standard prototypes on a dense mineral aggregate.
3. It was revealed that the shear resistance of the developed compositions of bitumen-mineral compositions on a porous filler is significantly higher than the shear stability of the prototype composition on a dense aggregate (the internal friction coefficient tgq> is higher by 9.97%, and the adhesion coefficient Cn is higher by 51.2%), which is associated with more high internal friction, a developed surface and a more stable internal structure of light bitumen-mineral compositions. The shear resistance of hot light bitumen-mineral compositions naturally increases with an increase in expanded clay gravel in the aggregate.
4. The increased heat resistance of bitumen-mineral compositions with an expanded clay gravel content of more than 20% wt. It was revealed that compositions with expanded clay content of more than 6% wt. have increased stability in comparison with asphalt concrete prototype. The presence in the proposed compositions of bitumen-mineral compositions of expanded clay leads to high crack resistance of the resulting material and increased defectiveness at low temperatures. Experimental studies revealed a higher wear resistance of bitumen-mineral materials based on expanded clay gravel in comparison with traditional asphalt concrete with dense aggregate.
5. Based on the conducted experimental studies, it was shown that a decrease in the bitumen intensity of bitumen-mineral compositions based on porous aggregates is possible by regulating the mineral composition of bitumen-mineral mixtures, and in particular, by replacing coarse fractions of crushed stone (20-5 mm) with a porous aggregate.
Key words: bitumen intensity, bitumen-mineral composition, grain composition, expanded clay, light porous aggregate, decrease in the density of bitumen-mineral compositions.
