CC BY
78
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ______________________________________2010, том 53, №8___________________________________
ТЕХНИКА
УДК 625.7.06
А.М.Оев, С.А.Оев, С.Б.Мирзоев ВЫБОР НЕФТЯНЫХ ДОРОЖНЫХ БИТУМОВ В УСЛОВИЯХ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ЗОНАЛЬНОСТИ ТАДЖИКИСТАНА
Таджикский технический университет им. акад. М.Осими
(Представлено членом-корреспондентом АН Республики Таджикистан МА.Куканиевым 30.06.2010 г.)
В статье приведены требования к выбору нефтяных дорожных битумов для асфальтобетонных смесей с учетом вязкостных свойств и температуры в различных высотных зонах Таджикистана.
Ключевые слова: дорожный битум - асфальтобетонные смеси - вязкость - старение битума -вертикальная зональность.
Несмотря на относительно низкий весовой процент битума в смеси асфальтобетона, его свойства и уровень функционирования имеют значительное влияние на эксплуатационные качества асфальтобетонной смеси и срок ее службы.
Определяющими при выборе битума для асфальтобетонных смесей, применяемых в конструкциях дорожных одежд, являются область их применения, принятая технология производства работ и технико-экономические требования к сооружаемой конструкции.
Технологические условия применения битумов на стадии приготовления асфальтобетонных смесей в значительной степени зависят от марки битума. Поскольку оптимальная вязкость битума в процессе приготовления асфальтобетонных смесей составляет около 0.2 Пас, температура его нагрева при смешивании с минеральными материалами принимается такой, чтобы вязкость соответствовала оптимальной.
Для битумов разных марок, обладающих различной консистенцией, температура, при которой достигается указанная вязкость, будет неодинаковой. Рекомендуемые температуры нагрева при смешении с минеральными материалами принимаются: 150... 160°С - для битумов БНД 40/60; 140... 150°С - для БНД 60/90; 130...140°С - для БНД 90/130; П0...120°С - для БНД 130/200; 100...П0°С - для БНД 200/300. Продолжительность выдерживания битума при этой температуре должна быть не более 5 ч во избежание развития процессов старения. При температуре не выше 80°С вязкие битумы допускается выдерживать не более 12 ч, а жидкие битумы класса МГ - при температуре не выше 60°С и не более 12 ч.
Оптимальная вязкость битума при укладке асфальтобетонной смеси равна 20 Па-с. Температура асфальтобетонных смесей при укладке должна быть для составов на битумах с глубиной проникания 40-130°П не ниже 120°С, с глубиной проникания 130-300оП - не ниже 80°С.
Адрес для корреспонденции: Мирзоев Сухроб Бегматович. 734042, Республика Таджикистан, г. Душанбе, пр. акад. Раджабовых, 10, Таджикский технический университет. Email: sukhrob63@mail.ru
б33
Битум должен отвечать определенному комплексу требований, предъявляемых к его физикохимическим, механическим и адгезионным свойствам, а также стабильности этих свойств в условиях эксплуатации. Требования к физико-механическим свойствам битумов устанавливаются исходя из общих требований к эксплуатационной надежности конструкции, района строительства и вида конструктивного слоя, в котором используется битум.
Разнообразие климатических условий Таджикистана и различия эксплуатационных условий работы битума в асфальтобетонных покрытиях в зависимости от высоты расположения дороги над уровнем моря и положения слоя в конструкции дорожной одежды обусловливают необходимость дифференцирования требований к свойствам дорожных битумов с учетом области их применения.
С этой целью была изучена кинетика изменения группового состава битума в зависимости от времени хранения и высоты над уровнем моря в естественных условиях эксплуатации [1]. Образцы битума были установлены на хранение на высотах 500, 900, 2500 и 3373 м над ур. м. и испытаны через 7, 14 и 21 мес. Анализ табл. 1 показывает, что со временем содержание асфальтенов в битуме постоянно растет, причем этот процесс с увеличением высоты усиливается. Если в первые 14 месяцев шел интенсивный рост асфальтенов на всех высотах и был в пределах от 33.6% на высоте 500 м до 76% на высоте 3373 м, то в следующие месяцы интенсивность их роста резко сократилась и составляла около 2-5%. Количество смол со временем уменьшается, причем тем больше, чем больше высота, то есть наблюдается картина, обратная для случая с асфальтенами. В процессе старения происходит переход смол в асфальтены с соответствующим уменьшением количества смол и увеличением количества асфальтенов.
Таблица 1
Кинетика изменения группового состава битума в зависимости от времени хранения и
высоты над уровнем моря
Наименование фракции Время хранения, месяцев Высота над уровнем моря, м
500 900 2500 3373
Асфальтены 0 27.20 27.20 27.20 27.20
7 31.35 35.45 40.20 41.35
14 36.34 38.78 46.78 47.87
21 38.15 41.20 48.05 48.97
Смолы 0 31.20 31.20 31.20 31.20
14 30.65 28.55 24.90 23.06
14 30.05 26.20 19.80 18.65
21 29.68 24.16 17.67 17.00
Углеводороды 0 41.60 41.60 41.60 41.60
14 38.00 36.00 34.89 35.59
14 33.61 35.05 33.42 33.48
21 32.17 34.64 34.28 34.03
Следует отметить, что уменьшение количества смол в процентном отношении происходит меньшими темпами, чем увеличение содержания асфальтенов, и колеблется в пределах от 4.9 до 45.5%. Это свидетельствует о том, что увеличение количества асфальтенов (образование асфальтенов) происходит не только за счет смол, но и за счет углеводородов.
Проведенные исследования показали, что групповой состав битума (в частности, содержание асфальтенов) со временем и с увеличением высоты меняется, причем этот процесс с увеличением высоты
усиливается. Это свидетельствует о том, что с увеличением высоты над уровнем моря для приготовления асфальтобетонных смесей необходимо применение менее вязких битумов.
На основании вышеприведенных исследований, показатели свойств битумов для различных видов асфальтобетонов для условий Таджикистана необходимо принимать с учетом вертикальных дорожноклиматических зон, предложенных в работе [2].
При этом основными реологическими параметрами, определяющими эксплуатационное поведение битумов в конкретных условиях применения, являются интервал пластичности (разность между температурами размягчения и хрупкости битумов), консистенция (вязкость) и предельная растяжимость.
Для строительства дорожных одежд в условиях Таджикистана необходимо применять такие битумы, интервал пластичности которых соответствует реальному диапазону температур, характерному для данного конструктивного слоя в процессе эксплуатации дорожной одежды. Консистенция битума в общем случае должна подбираться такой, чтобы середина интервала пластичности совпадала с серединой диапазона эксплуатационных температур.
Анализ многолетнего опыта строительства и эксплуатации асфальтобетонных покрытий в различных высотных зонах Таджикистана позволил сделать вывод, что в зависимости от климатических условий в различных высотных зонах для устройства верхних слоев дорожных покрытий следует применять вяжущие с интервалом пластичности 60...90°С. Для устройства нижних слоев покрытий пригодны вяжущие с интервалом пластичности 50...70°С. Для устройства дорожных оснований могут быть использованы вяжущие с интервалом пластичности 35.55°С.
Для верхних слоев покрытий необходимо дифференцировать выбор битумов как по величине интервала пластичности, так и по консистенции, тогда как для слоев оснований достаточна дифференциация только по консистенции, так как требуемый интервал пластичности практически одинаков.
При изменении вязкости асфальтобетона по толщине слоя и для обеспечения одинаковой консистенции материала с увеличением глубины расположения материала на каждые 5 см можно переходить на применение битума с вязкостью в 5-8 раз меньшей. В пасмурную погоду и в зимнее время градиент температур в слое покрытия незначителен, поэтому при установлении рекомендаций по выбору марки битума необходимо учитывать приведенную продолжительность периодов эксплуатации с различной величиной градиента температур.
В то же время, как показывает анализ напряженного состояния материала в покрытии, возникающие в нем сжимающие напряжения снижаются с глубиной, а растягивающие напряжения в нижнем слое покрытия тем меньше, чем меньше жесткость асфальтобетона в нижнем слое. Это указывает на целесообразность использования маловязких и жидких битумов для устройства нижних слоев, граничащих с несвязанными слоями дорожной конструкции.
На основании сказанного, И.М.Руденская и А.В.Руденский [3] указывают на необходимость для устройства слоев, расположенных на глубине 8-10 см, применять битум с вязкостью в 5 -10 раз ниже, чем в верхнем слое, а на глубине 10-20 см - в 10-20 раз. Для обеспечения равных условий работы асфальтобетона в верхних и нижних слоях покрытия авторами определены требования к вяз-
ким битумам при принятой температуре 60°С и установлена марка битума, рекомендуемая для данного района. В табл. 2 приведены требования к вязкости битума для асфальтобетонов в верхних слоях покрытия при принятой температуре испытания (например, 60°С) и показана его марка, рекомендуемая для данного района применения. В табл. 3 приведены значения вязкости битумов при 60°С и их марки для нижнего слоя покрытия и оснований для различных высотных зон Таджикистана.
Таблица 2
Рекомендуемые марки битумов для верхних слоев покрытий дорожных одежд автомобильных дорог и городских улиц в различных высотных зонах Республики Таджикистан
Категория местности Высота расположения над уровнем моря, м Максимальная температура воздуха, оС Максимальная температура покрытий, оС Вязкость битума при 600С, Па-с Марки битума по глубине проникания иглы при 25оС, соответствующие его вязкости
І - равнинная до 500 46 70 200-1000 БНД 40/60
ІІ - предгорная 500-1000 43 65 200-1000 БНД 40/60
БНД 60/90
III - горная: А 1001-1500 40 60 100-500 БНД 60/90
БНД 90/130
Б 1501-2000 36 50 45-200 БНД 90/130
БНД 130/200
IV - высокогорная: А 2001-2500 34 45 45-200 БНД 130/200
СГ 70/130
Б 2501-3000 32 40 45-200 БНД 130/200
СГ 70/130
В 3001-3500 27 35 25-100 БНД 200/300
СГ 70/130
Г 3501-4000 - - 25-100 БНД 200/300
СГ 70/130
Таблица 3
Рекомендуемые марки битумов для нижних слоев покрытий и оснований дорожных одежд автомобильных дорог и городских улиц в различных высотных зонах Республики Таджикистан
Категория местности Высота расположения над уровнем моря, м Вязкость битума при 60°С, Па-с Марки битума по глубине проникания иглы при 25оС, соответствующие его вязкости
I - равнинная до 500 100-500 БНД 60/90
БНД 90/130
II - предгорная 500-1000 50-250 БНД 90/130
БНД 130/200
ІІІ - горная: А 1001-1500 25-100 БНД 130/200
БН 130/200
Б 1501-2000 25-100 БНД 200/300
БН 200/300
IV - высокогорная: А 2001-2500 10-100 БН 200/300
МГ 70/130
Б 2501-3000 10-100 БН 200/300
МГ 70/130
В 3001-3500 7-70 БН 200/300
МГ 70/130
Г 3501-4000 7-70 БН 200/300
МГ 70/130
Использование битумов с учетом их вязкостных свойств в Таджикистане может служить гарантией качества и долголетия асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог в тяжелых климатических условиях. Особого внимания заслуживает также методический подход к учету расчетных эксплуатационных температур асфальтобетонных покрытий, принятых в технических условиях Су-перпейв [4].
Поступило 30.06.2010 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Оев А.М., Зайниддинов Т.Н. и др. - Сб. докл. юбилейной научно-практ. конф. «Улучшение эксплуатационного состояния автомобильных дорог и повышение безопасности дорожного движения». - М., 2005, с.136-141.
2. Каримов Б.Б. Дорожное хозяйство Таджикистана (Пути совершенствования). - М.: Можайский полиграфический комбинат, 1993, 328 с.
3. Руденская И.М., Руденский А.В. Органические вяжущие для дорожного строительства. - М.: Транспорт, 1984, 229 с.
4. Superpave Mix Design. Superpave Series №2 (SP-2). - Asphalt Institute, 1996, 117 p.
А.М.Оев, С.А.Оев, С.Б.Мирзоев ИНТИХОБИ МУМ^ОИ РО^ ДАР ШАРОИТИ МИНТАЦА^ОИ АМУДИИ точикистон
Донишго^и техники Тоцикистон ба номи акад. М.Осими
Дар макола талаботхо оиди интихоби мумхои рох барои омехтаи асфалтбетонй бо на-зардошти хусусиятхои часпакиашон ва харорати мухит дар баландихои гуногуни Точикистон оварда шудааст.
Калима^ои калиди: битуми рох - омехтаи асфалтбетонй - часпакй - кухнашавии битум -минтацахои амудй.
A.M.Oev, S.A.Oev, S.B.Mirzoev SELECTION OF OIL ROAD BITUMEN’S IN VERTICAL ZONE CONDITION OF TAJIKISTAN
M.Osimi Tajik Technical University
The article leads the requirements to selection of oil road bitumen’s for asphalt concrete mixture with calculation of viscosity property and temperature in different altitude zones of Tajikistan.
Key words: road bitumen - asphalt concrete mixture - viscosity - olden of bitumen - vertical zone.
