Содержание к диссертации
Введение
1. Технологии восстановления асфальтобетонного покрытия 8
1.1. Методы регенерации асфальтобетонного покрытия - основные понятия и принятая классификация
1.2. Зарубежный опыт использования холодной регенерации
1.3. Отечественный опыт холодной регенерации покрытий 24
1.4. Исследование свойств асфальтогранулобетонов 29
1.5. Выводы, цель и задачи исследования 40
2. Теоретическое обоснование эффективности предлагаемой технологии ремонта асфальтобетонных покрытий 44
2.1. Особенности структурообразования в конгломерате, образующемся при холодной регенерации асфальтобетона с использованием медленнотвердеющих минеральных вяжущих и разжиженного битума 44
2.2. Результаты электрофизических исследований медленнотвердеющих минеральных вяжущих и их компонентов 63
2.3.Прогнозирование эффективных режимов предлагаемой технологии ремонта асфальтобетонных покрытий 71
Выводы по второй главе 19
3. Экспериментальные исследования физико-механических свойств асфальтогранулобетона 82
3.1. Методики исследования и свойства исходных материалов 82
3.2. Исследование физико-механических свойств асфальтогранулобетона
Выводы по третьей главе 96
4. Определение рациональных технологических параметров регенерации асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга 98
4.1. Определение допустимого временного разрыва между приготовлением и уплотнением смеси на дороге 98
4.2. Влияние погодных условий на технологию регенерации асфальтобетонных покрытий 102
4.3. Определение рациональных технологических параметров производства работ 109
4.4. Исследование ремонтопригодности регенерированного асфальтобетонного слоя в ранние сроки твердения материала 114
Выводы по четвёртой главе 117
5. Опытно-производственная проверка результатов исследования и технико-экономическое обоснование предлагаемой технологии ремонта асфальтобетонных покрытий 118
5.1. Опытно-производственная проверка результатов исследования 118
5.2. Технико-экономическое обоснование технологии ремонта асфальтобетонных покрытий с использованием медленнотвердеющих минеральных вяжущих и разжиженного битума 126
Выводы по пятой главе 134
Заключение и общие выводы 135
Библиографический список 138
Приложения
- Зарубежный опыт использования холодной регенерации
- Результаты электрофизических исследований медленнотвердеющих минеральных вяжущих и их компонентов
- Исследование физико-механических свойств асфальтогранулобетона
- Влияние погодных условий на технологию регенерации асфальтобетонных покрытий
Введение к работе
Актуальность диссертационной работы. В процессе эксплуатации дороги снижается прочность дорожной одежды, ухудшается ровность и сплошность покрытия. Традиционно ремонт покрытия проводят различными способами поверхностной обработки, выравнивания асфальтобетонной смесью и устройством дополнительного слоя износа.
Концепция холодного ресайклинга дорожной одежды, как способа восстановления эксплуатационных свойств, относительно нова. Холодная регенерация асфальтобетонных покрытий выгодно отличается от традиционных способов ремонта, прежде всего, своей экономичностью. Эта технология позволяет наиболее эффективно использовать материал старой дорожной одежды, устранять трещины в старом покрытии на всю или большую часть глубины, что замедляет появление трещин на новом покрытии. Кроме того, проведение работ без разогрева материала наносит минимальный вред окружающей среде.
Обычно для восстановления старого асфальтобетона рекомендуют вводить органические вяжущие: жидкий битум, битумную эмульсию, отработанные масла и др. В качестве минерального вяжущего в основном применяют цемент.
Однако эта эффективная технология требует дальнейшего развития в части использования для укрепления материалов других вяжущих, совершенствования технологического процесса. Не изучено комплексное влияние технологических и погодных факторов на свойства получаемых конструктивных слоев.
Объектом диссертационного исследования является технология ремонта асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга.
Предмет исследования: параметры технологического процесса холодного ресаиклинга асфальтобетонных покрытий с применением медлен-нотвердеющих минеральных вяжущих и разжиженного битума.
Цель диссертационной работы: развитие научных положений и повышение практических результатов технологии холодного ресаиклинга асфальтобетонных покрытий с применением медленнотвердеющих минеральных вяжущих и разжиженного битума.
Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:
- произведен анализ и обобщение проблем, связанных с применением технологии ремонта асфальтобетонных покрытий методом холодного ресаиклинга;
- теоретически обоснована эффективность технологии ремонта асфальтобетонных покрытий методом холодного ресаиклинга с применением медленнотвердеющих минеральных вяжущих и разжиженного битума;
- исследованы физико-механические свойства АГБ с установлением параметров технологического процесса;
- осуществлена опытно-производственная проверка полученных результатов;
- выполнена технико-экономическая оценка предлагаемых решений.
Научная новизна результатов исследования заключается в развитии научных положений в области технологии ремонта асфальтобетонных покрытий методом холодного ресаиклинга:
- обосновано применение медленнотвердеющих минеральных вяжущих и разжиженного битума в технологии холодного ресаиклинга;
- разработаны рациональные составы смесей;
- установлены параметры технологического процесса, учитывающие комплексное влияние технологических и погодных факторов на свойства получаемых конструктивных слоев.
Практическая значимость работы состоит в расширении возможностей использования и повышении качества ремонта асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга. Разработаны рекомендации по технологии ремонта асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга с применением медленнотвердеющих минеральных вяжущих и разжиженного битума.
Автор защищает:
- совокупность технологических решений и параметры технологического процесса, позволяющие получать качественное покрытие с учётом комплексного влияния технологических и погодных факторов на свойства получаемых конструктивных слоев;
- особенности структуры асфальтогранулобетона и рациональные составы смесей, полученных с применением медленнотвердеющих минеральных вяжущих и разжиженного битума.
Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций обоснована использованием в исследованиях фундаментальных положений теории структурообразования и технологии асфальтобетонов, соблюдением основных принципов физического моделирования, необходимым объемом экспериментальных данных, полученных с использованием со-. временных приборов и оборудования. Экспериментально-теоретические положения проверены и подтверждены при опытно-производственном строительстве.
Реализация работы:
1. Временные рекомендации по восстановлению асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга с применением медленнотвердеющих минеральных вяжущих и разжиженного битума приняты к применению в Управлении дорожного хозяйства Омской области.
Осуществлены работы по ремонту покрытия на участках автомо бильных дорог областного значения Омск - Муромцево и на федеральной дороге Омск - Тюмень.
3. Материалы диссертационного исследования используются в учебном процессе на факультете «Автомобильные дороги и мосты» СибАДИ при изучении дисциплин «Технология и организация строительства автомобильных дорог» и «Реконструкция автомобильных дорог».
Апробация работы: материалы исследования докладывались и обсуждались на Международных научных конференциях, посвященных 70 и 75-летию образования СибАДИ в 2000 и 2005 гг.; на Всероссийских научно-практических конференциях, организованных предприятием Ал-i . тайавтодор в г. Барнауле в 2001 и 2003 гг.; на 63-й научно-технической конференции в г. Новосибирске (НГАСУ) в 2006 г.
Публикации. Основные положения диссертационного исследования опубликованы в 8 научных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Результаты исследования изложены на 170 страницах основного текста, включающего 46 рисунков, 41 таблицу, библиографию из 159 наименований.
Зарубежный опыт использования холодной регенерации
Способы холодной регенерации слоев дорожной одежды получили значительное развитие за рубежом. Если в 70-80-х годах эту технологию практиковали для ремонта второстепенных дорог, то в последнее время эти способы находят всё более широкое применение на дорогах высших категорий. С 1990 г. способами холодной регенерации отремонтировано около 3 млн. м2 проезжей части на дорогах высших категорий [23]. Результаты исследований и накопленный опыт привели к созданию развитой нормативной и методологической базы по применению способов холодной регенерации.
За рубежом развитие способов ХР шло по двум направлениям: совершенствование оборудования и расширение видов регенерирующих добавок.
В конце 70-х годов, до появления машин для холодного фрезерования покрытий (холодные фрезы) в США, старую дорожную одежду разламывали на куски. Кусковой материал измельчали в передвижных молотковых дробилках за 2-3 прохода до максимального размера гранул 50 мм. Затем АГ собирали в валик, вводили восстановитель в виде катионной эмульсии нефтяных масел, перемешивали компоненты, раскладывали смесь автогрейдером, после чего смесь уплотняли. В зависимости от толщины пакета битумомине-ральных слоев разлом покрытия осуществлялся на всю толщину (если она была менее 5 см) или послойно. После формирования регенерированного слоя (с закрытием движения) сверху укладывали слой износа или усиления.
Часто размельчённый материал верхних битумоминеральных слоев, предварительно обработанных восстановителем, смешивали с материалом нижних несвязных слоев с добавлением маловязкого битума, цемента или шлаковых вяжущих. Перемешивание материалов и раскладку смеси осуществляли автогрейдером. Для укладки смеси использовали также погрузчик с асфальтоукладчиком. Этот способ нашёл применение в США и Нидерландах [152].
Появление холодных фрез дало толчок к развитию технологии ХР. В начале 80-х годов фирма Barber-Green в США разработала роторный профилировщик, совмещающий операции рыхления покрытия, измельчения АГ и перемешивания его с вяжущим за один проход [155]. Эта машина регенерировала асфальтобетонные слои покрытия одновременно со слоем основания из необработанных материалов общей толщиной до 28 см. Во второй половине 80-х годов широкое применение в США получает тяжелая фреза фирмы Bomag объединения АМСА International. Она выполняла те же операции, что и роторный профилировщик, но имела меньшие размеры и глубину фрезерования до 25 см. На машине мог быть установлен грохот для отделения и повторного измельчения гранул крупнее 50 мм. Органическое вяжущее в виде эмульсии вводили под кожух фрезерного барабана в количестве 2-3 % от массы укрепляемого материала через шланг из идущей впереди автоцистерны. Для распределения смеси использовали автогрейдер.
В штатах Айова и Канзас (США) технологию ХР с использованием битумной эмульсии широко применяют для предотвращения или снижения отражённого растрескивания покрытия. На одной из местных дорог с интенсивностью движения 410 авт./сутки и толщиной покрытия 14 см ХР на дороге выполнили комплектом машин (поезд длиной 27,5 м) на глубину 10 см. Комплект машин состоял из холодной фрезы, передвижной лопастной мешалки, автопогрузчика, транспортёра, асфальтоукладчика, 25-тонного пнев-мокатка и виброкатка. Дорогу сразу открыли для движения транспортных средств, а затем уложили защитный слой асфальтобетона толщиной 5 см [153].
В штате Огайо участок старого покрытия регенерировали на толщину 10 см с добавлением эмульсии в количестве 4,5 % от массы АГ. Движение транспортных средств открыли через 7-12 дней, после чего на регенерированный слой нанесли подгрунтовку и уложили слой усиления толщиной 7,5 см.
Основной проблемой в технологии ХРМ является перемешивание АГ с необработанными каменными материалами (новыми или старыми из несвязного слоя основания) и восстановителем. Чтобы улучшить качество перемешивания в смесь следует добавлять небольшое количество воды, что облегчает обработку щебня битумом. В штате Калифорния при регенерации дорожной одежды на глубину 9 см фрезеровали покрытия фрезой типа Barcomill-800. Дробили гранулы крупнее 4 см в передвижной дробильно-сортировочной установке. АГ смешивали с битумной эмульсией в Мидлендском смесителе-укладчике. Эта машина производительностью 350 т/ч имеет приёмный бункер, смеситель, ёмкость для битумной эмульсии и укладывающе-уплотняющее устройство, аналогичное асфальтоукладчику.
В 90-е годы в США появилось новое поколение машин, которые могут быть использованы для технологии ХР и укрепления грунтов. Это дорожные стабилизёры на колёсном ходу с глубиной рыхления до 50 см [137]. Машины выполняют операции фрезерования покрытия и перемешивания АГ с вяжущим и добавками под кожухом фрезерного барабана. К машинам указанного типа можно отнести стабилизёры RS-650 фирмы CMI Corporation. RR-250;SS-250;RM-350 и SM-350 фирмы Caterpillar и др.
В США технологии ХР уделяется достаточно большое внимание. В середине 70-х годов была создана Ассоциация по регенерации и восстановлению асфальтобетонных покрытий (ARRA), участники которой на ежегодных семинарах обмениваются информацией о достижениях в этой отрасли. В 1993 г. был учреждён объединённый комитет № 38 по ХР, курирующий проектные, строительные и научно-исследовательские работы.
Во Франции технология ХР получила развитие после ознакомительной поездки французских специалистов в 1981 г. в США. На следующий год был опробован способ ХРМ с применением битумной эмульсии на дороге с интенсивностью движения 10 тыс. авт./сутки. Через два года наблюдений был сделан вывод, что работоспособность регенерированного слоя не хуже, чем слоя из обычного асфальтобетона.
Впервые в Европе способ ХР с использованием американского Мид-лендского смесителя-укладчика опробовала фирма SCREG Routes на дороге с интенсивностью движения 11 тыс. авт./сутки. С покрытия толщиной 10,5 см фрезерованием удалили верхний слой толщиной 5 см, и АГ с влажностью 1,5-1,6 % складировали на площадке в 500 м от дороги. Поверхность обнажённого слоя покрытия подгрунтовали гудроном из расчёта 0,3 л/м2. АГ подвозили к месту укладки и перемешивали в грунтосмесительной машине Ком-подыл СКРЕГ 400 с водой (до влажности 4 %) и эмульсией в количестве 2 %. Остаточная пористость АГБ составила 15 %. Глубина проникания иглы в извлечённый битум повысилась с 17-10"1 до 34-10"1 мм, температура хрупкости понизилась с +1 до -3 С. Движение транспортных средств было открыто сразу. Регенерированный слой через 4 месяца эксплуатации имел вид аналогичный виду слоя из горячего асфальтобетона, тем не менее, позднее сверху был уложен защитный слой. Этому методу фирма дала название Ресикол [156]. Спустя 5 лет, несмотря на высокую интенсивность движения, устройство нового защитного слоя не потребовалось. К концу 1987 г. способом Ресикол были выполнены работы на площади около 2 млн. м2.
С 1987 г. в комплект оборудования для ХР фирмы SCREG входили: одн? или две фрезы; машина для сбора АГ с направляющими полуотвалами, оборудованная устройством для измельчения крупных гранул (с колосниковым грохотом и ротором с лопастями) и системой очистки покрытия, от АГ; смеситель-укладчик (с шириной захвата от 2 м, при работе с одной фрезой, и до 4 м при работе с двумя фрезами) с приспособлением для подгрунтовки обнажённого слоя перед укладкой АГБ-смеси. Скорость потока составляла 8 м/мин.
Результаты электрофизических исследований медленнотвердеющих минеральных вяжущих и их компонентов
Для экспериментального подтверждения особенностей структурообразова-ния конгломерата с медленнотвердеющими минеральными вяжущими, отмеченных в предыдущем параграфе, а также для прогнозирования долговечности дорожных конструкций, построенных с использованием этих вяжущих, поиска более рациональных технологических приемов целенаправленного управления процессами структурообразования в ранний период твердения материалов, произведен анализ химико-минералогических составов вяжущих и компонентов с помощью современных электрофизических методов исследования: рентгенографического и термогравиметрического. Исследованию подвергались следующие материалы: бокситовый шлам, гранулированный шлак, а также смеси указанных материалов с песком и известью, в разные сроки их твердения.
Термограмма бокситового шлама Это подтверждается эндотермическим эффектом при 790 С (рис. 2.6), а также содержанием гигроскопической воды, которая удаляется начиная с температуры 70 С, что свидетельствует о наличии в твердеющей системе слабосвязной воды, входящей в состав гелевидных новообразований.
Гранулированный шлак сталелитейного производства по химическому составу содержит СаО, MgO, А120з, Si02, МпО и другие оксиды. В составе шлака имеются как кристаллические, так и стекловидные фазы. Кристаллическая структура представлена в основном мончителлитом с форстеритом (твердый раствор), обогащенным оксидами железа и алюминия. Химический состав стекол представлен оксидами кремния, кальция, алюминия и железа, среди которых преобладает Si02 и СаО.
Проба вяжущего № 1, приготовленная на основе бокситового шлама, шлака и извести представлена оксидом кальция с дифракционной характеристикой (2,76; 2,39; 1,69 Е), силикатами кальция C2S, C3S с количественным преобладанием P-C2S и y-C2S, и в меньшем количестве C3S с дифракционными характеристиками (3,04; 2,77; 2,73; 2,27; 2,18; 2,05; 1,9; 1,84 1,61; 1,57 Е). В небольшом количестве присутствует C2SH (2,70; 1,897; 1,65 Е), браунмиллерит C4AF, (2,77; 2,67; 2,63; 2,04; 1,92;1,81 Е), гематит a-Fe203 (2,69; 2,51; 1,84;1,48 Е).
В пробе вяжущего № 2, приготовленной на основе бокситового шлама, песка и извести на дифрактограмме также идентифицируются силикаты, идентичные предыдущей пробе № 1, однако, в этой пробе четко прослеживается появление линий характерных для 3-кварц (3,32; 2,43; 2,28; 1,97; 1,81 Е) и кальцита (3,02; 2,49; 2,27; 2,088; 1,91; 1,869 Е).
Рентгенограмма вяжущих в возрасте 28 суток: а - проба 2 (бокситовый шлам + шлак + известь); б - проба 3 (бокситовый шлам + песок + известь); в - проба 4 (бокситовый шлам + шлак + песок + известь); Проба вяжущего № 2 на основе бокситового шлама, песка и извести представлена окерманитом - C2MS2 (3,09; 2,87; 2,48; 2,39; 2,04; 1,86 Е), двухкаль-циевым силикатом (3,82; 3,03; 2,74; 1,908 Е и др.), а также портлантидом Са(ОН)2 (3,11; 2,63; 1,93; 1,79 Е).
Рентгенограмма пробы № 3 состоящей из бокситового шлама, песка и извести отличается от пробы № 2 большей интенсивностью окерманита C2MS2 (3,72; 3,51; 3,09; 2,87; 2,48 Е). Возможно присутствие мелилита Са(А1, Mg, Si)Si07 по дифракционным линиям (3,71; 3,07; 2,86; 2,45; 2,30; 1,94 Е), а также гидроферрита кальция C3FH6 (4,50; 3,43 Е). Присутствуют гидросиликаты кальция типа ксонотлита или тоберморита с близкими дифракционными характеристиками.
В пробе № 4 (бокситовый шлам, шлак, песок и известь), благодаря присутствию в смеси кремнеземистого материала и извести, фазовый состав смеси по данным рентгенографического анализа представлен (3-кварцем, кальцитом, гематитом, гидросиликатами кальция, ферритами кальция. Последние образуются в результате прохождения процессов взаимодействия силикатов кальция, извести с водой.
Проведенными исследованиями установлено, что фазовый состав проб вяжущих в зависимости от сроков хранения изменяется не однозначно. Так, образцы материалов на основе бокситового шлама с добавками шлака, песка и извести вначале содержат в основном свободный СаО, силикаты кальция с преобладанием (3-C2S, ферриты кальция и гематит. В пробах содержащих песок идентифицируется также Р-кварц. После хранения образцов в течение 28, 90 суток в нормальных условиях фазовый состав меняется. В пробах обнаруживаются гидросиликаты кальция типа ксонотлита C6S6H или тоберморита C2SH(D), C6S6H, гидроферриты кальция, а также сложные силикаты типа окерманита или ранки-нита.
Фазовый анализ вяжущих показал, что основными структурообразующими новообразованиями в них являются гидросиликаты кальция, переходящие с увеличением времени твердения в тоберморит. Указанные гидросиликаты обладают очень развитой удельной поверхностью. Повышенная дисперсность таких новообразований приводит к уменьшению их дефектности и увеличению связей между ними, что будет обуславливать получение высоких прочностных и де-формативных связей между контактами как самого вяжущего, так и вяжущего, и минерального материала.
Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы: 1. Минеральные вяжущие, в минералогической части которых в преобладающем количестве содержится белит, будут характеризоваться медленными процессами твердения 2-3 года и более. Медленные процессы структурообра-зования на ранней стадии твердения вяжущего позволят улучшить технологические параметры ремонта конструктивных слоев дорожных одежд: удлинить захватку участка строительства, улучшить качество уплотнения смеси. Это подтверждает принятую рабочую гипотезу по технологии ремонта дорожных одежд. 2. Основная масса новообразований представлена в виде тоберморитопо-добных гидросиликатов кальция и кремнезема в смеси с тонкодисперсным кальцитом. Значительное содержание в твердеющей системе тонкодисперсных гелевидных новообразований обуславливает получение высоких прочностных и деформативных свойств вяжущего.
Исследование физико-механических свойств асфальтогранулобетона
Для исследований использовался асфальтовый гранулят (АГ), полученный путём фрезерования асфальтобетонного покрытия ресайклером фирмы Wirtgen. При экспериментальных исследованиях для восстановления свойств старого асфальтобетона вводили битум БНД 90/130, разжиженный керосином от 0,5 до 2,0 % по массе асфальтового гранулята, и воду - от 2 до 10 % по массе асфальтового гранулята. Расход керосина составлял 12 % от массы битума. Вода вводилась для повышения степени уплотнения.
В результате установлено, что оптимальное количество битума составляет 1,5 %, воды - 4 % от массы асфальтового гранулята. При этих значениях предел прочности при сжатии асфальтогранулобетона имеет максимальное значение, и составляет при температуре 20 С - 2,2 МПа, а температуре 50 С - 1,5 МПа. Результаты исследований приведены нарис. 3.1-3.3.
В качестве стабилизатора использовался портландцемент. Для экспериментальных работ использовалась асфальтогранулобетонная смесь зернового состава № 1. Отечественный и зарубежный опыт показал возможность улучшения их свойств смеси введением в асфальтобетон цемента в количестве 3-6 % от массы асфальтового грану лята.
Для приготовления смеси, в приготовленный асфальтовый гранулят вводили портландцемент М 400 в количестве 5,0 % от массы гранулята и воду. Водоцементное отношение В/Ц изменяли от 0,2 до 0,6 в поисках оптимальной влажности смеси.
На рис. 3.4 и 3.5 показано влияние В/Ц на плотность асфальтогрануло-бетона, и предел прочности при сжатии при 20 С. Анализ результатов испытаний показал, что рациональное В/Ц составляет 0,4-0,5 с расходом 5,0 % цемента от массы асфальтогранулята.
Кроме цемента в качестве стабилизатора использовалось золоизвестко-вое вяжущее. Для приготовления золоизвесткового вяжущего использовалась известь строительная II сорта и зола гидроудаления (отвальная).
Анализ результатов показывает, что плотность упаковки асфальтового гранулята снижается с введением золоизвесткового вяжущего свыше 5 %, так как происходит раздвижка гранул более лёгким материалом. Прочность ас-фальтогранулобетона также снижается из-за низкой прочности новых связей созданных на основе золоизвесткового вяжущего.
Исследовали образцы составов АГБ-смеси №1 при постоянном количестве молотого шлака - 6 % (от массы гранулята) и жидкого стекла - 40 % (от массы шлака), изменяли расход разжиженного битума - от 1 до 2,5 %. В результате: - установлено оптимальное содержание битума - 2,0 %, при котором достигается максимальная плотность АГБ, и предел прочности при сжатии при температуре 20 С. Результаты исследований приведены на рисунке 3.8.
Влияние плотности лшдкого стекла на сроки схватывания шлакового вяжущего состава: шлак молотый - 100 %, жидкое стекло (сверх 100 %) - 40 %: 1 - начало схватывания; 2 - конец схватывания Исследование образцов из состава АГБ-смеси № 2 показало (рис 3.9), что с увеличением плотности жидкого стекла, увеличивается плотность и прочность АГБ. Плотность жидкого стекла влияет и на сроки начала и конца схватывания шлакового вяжущего (рис.3.10). Так, например, при измерении плотности жидкого стекла от 1,05 до 1,15 г/см , конец схватывания вяжущего сокращается с 470 мин до 350 мин. Условия формирования материала на дороге часто далеки от стандартных, при которых твердеют образцы в лаборатории. Чтобы учесть эти условия была проведена серия экспериментов, при которых образцы твердели при разной температуре, без предотвращения испарения жидких фракций. Для исследования использовались образцы из смеси № 1 Тип К и № 2 Тип Б. Содержание компонентов в этих составах приведено в таблице 3.10.
Влияние времени твердения и температуры воздуха на прочность образцов В составе № 2, тип Б присутствует только разжиженный битум. Потеря массы образцов и их прочность активно изменяется в первые 14 суток, что связано с испарением лёгких фракций из керосина. В более поздние сроки набор прочности менее значим, и продолжается только при более высокой температуре твердения образцов (рис. 3.13 и 3.14).
Между прочностью АГБ на сжатие при температуре О С RC3IC, и прочностью на растяжение при расколе при температуре О С R , существует соотношение RC0IC/R , которое можно рассматривать в качестве косвенной характеристики его упругих свойств. Чем ниже отношение R lc/R0p , - тем более деформативен материал, и выше его трещиностойкость при динамических и температурных воздействиях.
1. Экспериментальные исследования физико-механических свойств ас-фальтогранулобетона различных составов подтвердили, что наши теоретические предпосылки, представленные во второй главе диссертации, касающиеся обоснования использования для АГБ разжиженных вязких битумов и медленнотвердеющих минеральных вяжущих обоснованы.
2. Наилучшие показатели прочности АГБ достигаются при введении в смесь оптимального количества разжиженного битума и воды. і
3. Содержание воды в смеси должно быть откорректировано в зависимости от вида и дозировки минерального вяжущего, а также от условий приготовления и твердения материала на дороге.
4. Испарение лёгких фракций керосина в основном происходит в первые две недели твердения смеси. При этом прочность АГБ возрастает.
5. Существенный вклад в формирование прочности АГБ вносит мед-леннотвердеющее минеральное вяжущее; - что подтверждается длительным набором прочности образцов, содержащих это вяжущее.
6. АГБ из смесей на основе медленнотвердеющих минеральных вяжущих обладают лучшей деформативностью, а значит и трещиностойкостью, по сравнению с АГБ в состав которых входит цемент.
Влияние погодных условий на технологию регенерации асфальтобетонных покрытий
Наши исследования, представленные в предыдущем параграфе, показали, что слои дорожной одежды с повышенной прочностью могут быть получены путем предварительного выдерживания асфальтогранулобетонных смесей от момента их приготовления до начала уплотнения. Можно не просто выдерживать смесь, а более тщательно профилировать и уплотнять слой (при обязательном окончании этих процессов в пределах индукционного периода). Однако выдерживание смеси разложенной на дороге тонким слоем, может привести к потере её подвижности в результате гидратации вяжущего, отсоса и испарения влаги и разжижителя, физико-химического взаимодействия битума и гранулята. В результате - стандартное уплотнение уже не позволит достичь требуемой плотности материала в слое со всеми негативными последствиями этого явления.
Повышение температуры воздуха и увеличение скорости ветра значительно ускоряют вышеуказанные процессы. Одним из путей сохранения хорошей уплотняемости смеси является некоторое увеличение дозировки воды сверх оптимальной при приготовлении смеси ресайклером на дороге.
Для установления норм расхода воды при приготовлении смеси с учетом погодных условий и технологии строительства проведены исследования в полевых условиях. Для создания условий испарения и внутреннего перераспределения влаги смесь помещали в специальные формы из мелкой капроновой сетки размером 20x20 см и высотой 10 см. Формы со смесью устанавливали в слой неуплотненной смеси и периодически взвешивали. Скорость ветра определяли по данным ближайшей метеорологической станции.
В период наблюдений за испарением влаги из смеси, температура воздуха t изменялась от 10 до 30 С, расчетная скорость ветра v - от 0 до 5 км/ч, начальная влажность смеси WHC - от 7 до 11 %. Смесь выдерживалась в течение Г от 2 до 8 часов при относительной влажности воздуха Wu - 56-60 %, характерной для летних месяцев района строительства.
Разработка математической модели (уравнения регрессии) влияния климатических факторов и времени выдерживания смеси на дороге на объем испарения из нее влага W осуществлена при помощи метода факторного планирования эксперимента.
Для определения коэффициентов bo, Ъу и btj необходимо составить и решить 12 уравнений, неизвестными в которых являются параметры рассматриваемой функции, поэтому необходимо провести как минимум 16 экспериментов по плану полного факторного эксперимента .
Для оценки адекватности полученного уравнения регрессии воспользуемся F-критерием Фишера. Уравнение считается адекватным, если расчетное значение Fp меньше табличного значения FT, которое находится в зависимости от доверительной вероятности и числа степеней свободы.
В результате вычислений получается S1 ад = 0,052. Для рассматриваемой задачи принята доверительная вероятность р = 0.95, (Fp = 3,25) (FT = 3,44) -математическая модель адекватна. Перевод членов уравнения к натуральным единицам измерения производится по формуле где хк - текущее значение кодированной переменной; хн - значение кодируемого фактора в общепринятом натуральном масштабе; х0 - выбранный центр варьирования (центр эксперимента) или основной (нулевой) уровень; хив - интервал варьирования данной переменной. Проведя преобразования, окончательно получим уравнение регрессии в натуральном виде W = 0,356 + 0,005ф + v) - v(0,046 - 0,01 \Т) + г(0,027 + 0,0 k) + 0,025 . (4.11) Для оценки влияния каждого входного фактора на объем испарения влаги W был произведен расчет, в котором в качестве исходных данных применялись нулевые (центральные) уровни входных факторов. При изменении одного из них, остальные находились в исходном состоянии. Результаты расчетов приведены в табл. 4.4.
Установленная зависимость потери влаги от времени выдерживания смеси и погодных условий производства работ позволяет корректировать рецептуру путём введения в смесь дополнительное количество воды (сверх оптимального содержания). Дополнительное количество воды испаряется из слоя АГБ смеси, и к расчетному времени обеспечивается необходимая удо-боукладываемость и удобоуплотняемось материала, и возможность получать слой дорожной одежды из АГБ с высоким качеством.
Определение степени влияния дозировок компонентов смеси, отдельных технологических факторов и условий формирования смеси из АГБ с применением медленнотвердеющих минеральных вяжущих и разжиженного битума, позволило нам выбрать рациональные технологические параметры работы; и управлять качеством получаемого слоя дорожной одежды, в зависимости от условий производства работ.
В результате проведенных исследований установлено влияние времени и температуры выдерживания асфальтогранулобетонной смеси от её приготовления на дороге до уплотнения на прочность получаемого слоя. При выдерживании смеси с температурой воздуха до 20 С в течение 3-4 часов возрастает плотность АГБ и предел прочности при сжатии. Увеличение температуры воздуха до 30 С сокращает этого периода на 1-2 часа.
