CC BY
8Ма териалы и конструкции
УДК 691.168
А.Н. САВЕЛЬЕВ, инженер (temasavelyev@gmail.com),
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Влияние введения полимеров в состав комплексной добавки на свойства щебеночно-мастичных асфальтобетонов
Одним из наиболее перспективных направлений повышения трещиностойкости и сдвигоустойчивости дорожных покрытий является улучшение эксплуатационных качеств применяемых вяжущих материалов, в первую очередь дуктильности и температуры размягчения по КиШ. Более низкая вязкость битума, применяемого в РФ, требует повышенного качества целлюлозного волокна в щебеночно-мастичных смесях и введения в состав вяжущего различных модифицирующих добавок и пластификаторов. Волокно в данном случае используют в качестве стабилизирующей добавки, препятствующей сегрегации смеси и стеканию неориентированного битума с поверхности зерен минерального остова, а также для предотвращения эффекта «выпотевания» битума на участках покрытия.
Особенностью российских окисленных битумов является пониженный интервал пластичности (60—65оС) и плохая адгезия к кислым породам Уральского региона. В связи с указанным стремление улучшить свойства органического вяжущего в различных направлениях стимулирует исследования по созданию композиционных материалов на основе побочных продуктов нефтехимической и других отраслей промышленности. В мировой практике модификацию дорожных битумов проводят блок-сополимерами типа стирол-бутадиен-стирол (СБС) [1]. В настоящее время одним из наиболее перспективных для модифицирования дорожных битумов является дивинилстирольный термоэластопласт ДСТ 30-01, который формирует прочную пространственную эластичную структурную сетку в создаваемых на его основе композициях, однако данный эластомер трудно растворим в битуме и способен ограниченно растворяться в нем только при достижении высоких значений температуры. Для увеличения содержания ДСТ предварительно растворяют полимер в индустриальном масле ИС-20, что оказывает негативное влияние на адгезию битума к каменным материалам.
В исследованиях [2] установлено, что использование продуктов термохимической переработки ископаемого сырья (смолы полукоксования каменного угля и высо-кокипящего продукта термического растворения бурого угля в нефтяных остатках) и отстойных водонераство-римых смол пиролиза (ОСП) древесного сырья совместно с каучукоподобными полимерами повышает адгезионные свойства композиционного материала, эластичность вяжущего и его сцепление с минеральными компонентами.
Исследования [3] влияния введения целлюлозных добавок показали, что удельная поверхность таких добавок на порядок ниже, чем у порошкообразных, однако в асфальтовом вяжущем целлюлозные добавки обладают большей битумоудерживающей способностью даже при незначительном их содержании (3%), чем добавки УНИРЕМ-001 и РТЭП [4]. Это можно объяснить особым механизмом распределения целлюлозных волокон
в битуме и наличием сильно разветвленной пространственной микроструктуры волокон целлюлозы (фибриллярной, капиллярно-пористой [5]) в сравнении с другими добавками.
Исходя из вышеперечисленного целесообразно рассмотреть возможность разработки в гранулированном виде пригодной для введения в смеситель в холодном состоянии комплексной добавки на основе целлюлозных волокон и раствора модификатора.
Для улучшения физико-механических свойств щебеночно-мастичных асфальтобетонов (ЩМА) вместо битума использовали композиционный материал (КМ), состоящий из битума марки БНД 60/90, целлюлозного волокна и различных модификаторов. Соотношение битума и комплексной добавки принято с учетом рекомендаций по проектированию состава щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси ЩМА-20 по ГОСТ 31015—2002 (содержание битума 6%, комплексной добавки 0,5%). При пересчете этих двух компонентов в составе КМ было принято на 91,5% битума вводить 8,5% комплексной добавки.
В качестве комплексной добавки в составе КМ использовали материалы, состав которых представлен в табл. 1.
Целлюлозные волокна, используемые в комплексных добавках Стабилизатор-1, Стабилизатор-2, произведены из макулатуры на ООО НПО «ПармаТех» (Пермь). Характеристики данных волокон приведены в табл. 2.
Таблица 1
Наименование Состав комплексной добавки
Viatop-66 Волокна технической целлюлозы 65%, битум 35%
Стабилизатор-1 Волокна целлюлозы 90%, атактический полипропилен 10%
Стабилизатор-2 Волокна целлюлозы 90%, раствор ДСТ в ОСП 10%
Таблица 2
Наименование показателя Требования ГОСТ 31015-2002 Фактические показатели
Влажность, мас. %, не более 8 6,5
Термостойкость при 220оС по изменению массы при прогреве, %, не более 7 1,8
Содержание волокон длиной от 0,1 до 2 мм, %, не менее 80 100
научно-технический и производственный журнал
Материалы и конструкции
Таблица 3
Наименование материалов Содержание, % Размер зерен, мм, не более
20 15 10 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,14(0,16) 0,071
Щебень фр.10-20 65 65 34,2 2,7 1,6 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
Щебень фр. 5-10 10 10 10 9,8 1 0,1 0 0 0 0 0
Песок фр. 0-10 15 15 15 14,9 13,6 9,6 6 4 2,7 1,9 1,5
Минеральный порошок 10 10 10 10 10 10 10 10 9,9 9,6 8,5
100 100 69,2 37,5 26,2 19,9 16,2 14,2 12,8 11,7 10,2
Требования ГОСТ 31015-2002 тип 90 50 25 20 15 13 11 9 8 8
тах 100 70 42 30 25 24 21 19 15 13
Таблица 4
Наименование показателей Требования ГОСТ 31015-02 Стабилизатор-1 Стабилизатор-2
Пористость минерального остова, об. %, не более 15-19 16,3 16,6
Остаточная пористость, об. % 1,5-4,5 3,51 3,66
Водонасыщение, об. % 1-4 2,91 2,77
Прочность при сжатии, МПа, не менее при 20оС 50оС 2,2 0,65 2,78 0,94 2,86 1,24
Коэффициент внутреннего трения, не менее 0,93 0,93 0,94
Сцепление при сдвиге при 50оС, не менее 0,18 0,21 0,25
Трещиностойкость: предел прочности при расколе при 0оС 2,5-6 3,7 4,8
Показатель стекания, не более 0,2 0,16 0,18
Сцепление битума с минеральной частью асфальтобетонной смеси не менее 3/4 поверхности более 3/4 поверхности более 3/4 поверхности
Для сравнения и получения наилучших характеристик ЩМА проведены испытания двух составов асфальтобетонной смеси с использованием трех типов КМ, содержащих комплексные добавки Стабилизатор-1, Стабилизатор-2.
В качестве минеральных материалов для приготовления смеси ЩМА-20 использовали:
— щебень фр. 10—20, карьер Качканар, Свердловская обл.;
— щебень фр. 5—10, карьер Качканар, Свердловская обл.;
— песок из отсева фр. 0—10, карьер Утес, Пермский край;
— минеральный порошок активированный, Пермь. Зерновой состав смеси приведен в табл. 3. Испытания асфальтобетонной смеси проводили
в соответствии с ГОСТ 12801—98. Сравнение физико-механических характеристик образцов смеси ЩМА-20 с композиционным материалом на основе БНД 60/90 и разработанных комплексных добавок приведено в табл. 4.
Необходимо отметить, что смеси ЩМА-20 с применением композиционных материалов подобранных составов удовлетворяют требованиям ГОСТ 31015—2002. Испытания образцов асфальтобетонной смеси с различными видами модификатора в составе комплексной добавки показали преимущество ввода в ее состав раствора ДСТ в отстойной смоле пиролиза древесины.
Исходя из результатов испытаний комплексная добавка на основе целлюлозных волокон в композиции с раствором ДСТ в отстойной смоле пиролиза (ОСП) древесины может быть рекомендована к применению в ЩМА. Наличие в составе добавки ОСП не только улучшает свойства вяжущего материала, но и придает добавке гидрофобность, улучшает адгезию вяжущего к минеральным материалам основного характера, наиболее распространенным в Уральском регионе.
Таким образом, применение комплексных добавок в ЩМА необходимо предварительно обосновывать, изучая свойства получившихся композиционных материалов и оценивая физико-механические характеристики асфальтобетонных смесей, изготовленных на их основе.
Ключевые слова: щебеночно-мастичный асфальтобетон, растворы полимеров, стабилизирующая добавка, целлюлозное волокно, битум.
Список литературы
1. Галдина В.Д. Моделирование на ЭВМ подбора состава полимерно-битумного вяжущего // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2011. № 4. С. 260—267.
2. Киселев В.П., Ефремов А.А., Бугаенко М.Б., Гурьев Д.Л., Кеменев Н.В., Филимонов В.С. Оценка адгезионных и когезионных свойств модифицированных дорожных битумов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2010. № 4. С. 129-138.
3. Соломенцев А.Б., Баранов И.А. Оценка параметров микроструктуры добавок для щебеночно-мастичного асфальтобетона с помощью микроскопа AXЮSKOP 2 МАТ // Строительство и реконструкция. 2012. № 3. С. 48-58.
4. Руденский А.В., Никонова О.Н. Резинобитумные вяжущие. Различные варианты технологии приготовления // Дороги и мосты: Сб. научн. тр. М., 2008. Вып. 19/1. С. 215-223.
5. Соломенцев А.Б., Баранов И.А. Влияние стабилизирующих добавок ЩМА на свойства вязкого дорожного битума // Строительство и реконструкция. 2011. № 4. С. 56-62.
научно-технический и производственный журнал
