Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время резкое снижение качества и эксплуатационных свойств дорожных асфальтовых покрытий, сокращение межремонтных сроков эксплуатации автомобильных дорог в России в связи с ростом интенсивности движения большегрузных транспортных средств, особенно тяжелых грузовых автомобилей, являются одними из насущных проблем дорожного строительства. На снижение сроков службы дорожных асфальтобетонных покрытий также оказывают влияние невысокие качество и эксплуатационные показатели дорожностроительных материалов. Низкие физико-механические характеристики материалов покрытий автомобильных дорог, мостовых переходов, тротуаров, многоярусных стоянок являются одними из главных причин снижения сроков их эксплуатации.
Поэтому одной из приоритетных задач в дорожном строительстве является повышение качества, физико-механических и эксплуатационных характеристик конструкционных материалов на битумных вяжущих.
Создание новых композиционных материалов, удовлетворяющих современным жестким требованиям и обладающих повышенными прочностными характеристиками, сдвигоустойчивостью, теплостойкостью, морозостойкостью, термостабильностью, трещиностойкостью, износостойкостью, является одним из прогрессивных путей решения данной проблемы.
По нашему мнению, возможность применения горячих асфальтобетонов на плотном заполнителе с наполнителем, модифицированным высокодисперсными отсевами дробления керамзита, - перспективное направление в развитии дорожностроительных материалов с повышенными эксплуатационными и физико-механическими свойствами.
Целью работы является теоретическое и экспериментальное обоснование увеличения срока службы дорожных покрытий путём применения асфальтобетонов с повышенными эксплуатационными свойствами (повышенными сдвигоустойчивостью и износостойкостью) за счет использования в их составах минерального порошка из высокодисперсных тонкопористых отсевов дробления керамзита.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
выявить особенности процессов структурообразования асфальтобетонов с наполнителем, модифицированным высоко дисперсными пористыми отсевами дробления керамзита и позволяющим повысить сдвигоустоичивость и износостойкость асфальтобетонов в дорожном покрытии;
обосновать целесообразность применения отсевов дробления керамзита в качестве эффективного минерального порошка, обеспечивающего повышение сдвиго-устойчивости и износостойкости асфальтобетона;
провести анализ возможности применения асфальтовяжущего на основе высокодисперсных отсевов дробления керамзита для устройства дорожных покрытий и выявить механизм и особенности их взаимодействия с битумным вяжущим;
изучить влияние содержания пылеватых отсевов дробления керамзита в наполнителе и битума на физико-механические показатели, термостабильность, морозостойкость, трещиностойкость и истираемость горячих плотных асфальтобетонов различного зернового состава;
разработать оптимальные составы горячих плотных асфальтобетонных смесей, модифицированных высокодисперсными отсевами дробления керамзита, с повышенными физико-механическими показателями, сдвигоустойчивостью, термостабильностью, морозостойкостью, трещиностойкостью, износостойкостью (истираемостью);
разработать промышленную технологию приготовления отсевов дробления керамзита и применения их в качестве минерального порошка для асфальтобетонных смесей;
провести опытное внедрение результатов исследования и определить технико-экономическую эффективность применения асфальтобетонов с минеральным порошком на основе высокодисперсных тонкопористых отсевов дробления керамзита, используемого для повышения сдвигоустойчивости и износостойкости дорожного покрытия.
Научная новизна:
выявлен на микроуровне механизм взаимодействия высокодисперсных тонкопористых отсевов дробления керамзита по отношению к битумному вяжущему, обусловленный высокой удельной поверхностью и шероховатостью частиц, а также наличием активных адсорбционных центров на их поверхности;
обоснована возможность получения горячих плотных асфальтобетонов с повышенными сдвигоустойчивостью и износостойкостью за счет применения в их составах высокодисперсных отсевов дробления керамзита;
определены зависимости физико-механических и эксплуатационных свойств горячих плотных асфальтобетонных смесей от содержания высокодисперсных отсевов дробления керамзита в наполнителе Ск;
установлено закономерное повышение показателей сдвигоустойчивости горячих асфальтобетонных смесей с увеличением содержания отсевов дробления керамзита в составе наполнителя, которые максимальны при полной замене известнякового минерального порошка на высоко дисперсные отсевы (при Ск, равном 100 % по объему);
разработана технология приготовления горячих плотных асфальтобетонных смесей на минеральном порошке из отсевов дробления керамзита, отличающаяся введением операции предварительной сушки отсевов дробления перед подачей материала в смеситель.
Достоверность полученных результатов подтверждена применением стандартных и нестандартных методов исследований, статистической обработкой полученных данных, обеспечивающей доверительную вероятность 0,95, экспериментальной и опытно-промышленной проверкой результатов исследований, а также согласованием основных положений работы с результатами исследований других авторов.
Личный вклад соискателя заключается в формулировании цели и основной гипотезы, самостоятельном выполнении теоретических и экспериментальных исследований, обобщении результатов и производственном внедрении разработанных составов.
Практическая значимость. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны оптимальные составы горячих асфальтобетонных смесей на плотном заполнителе и минеральном порошке из высокодисперсных отсевов дробления керамзита с повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами.
На АБЗ МУЛ «ДРСУ г. Михайловска» (г. Михайловск, Ставропольский край) была выпущена опытно-промышленная партия дорожной горячей плотной асфальтобетонной смеси на битуме марки БНД 60/90 с наполнителем из высокодисперсных отсевов дробления керамзита (содержание отсевов в наполнителе - 100 % по объему). Партия смеси была использована ДРСУ на автомобильной дороге в г. Михайловске Ставропольского края по ул. Войкова на участке между пер. Ростовским и пер. Михайловским.
Расчетный экономический эффект от снижения себестоимости укладки 100 м покрытия из асфальтобетонной смеси с наполнителем из высокодисперсных отсевов дробления керамзита в сравнении с традиционными асфальтобетонными смесями на плотном заполнителе в ценах 2009 года составил 970,00 руб.; ожидаемый годовой экономический эффект от изменения себестоимости укладки покрытия (при годовом объеме 42,0 тыс. м2) - 407,00 тыс. руб.
Результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО СевКавГТУ в лекционных курсах, на лабораторных и практических занятиях по дисциплинам «Материаловедение. Технология конструкционных материалов», «Покрытия и кровли», «Тенденции развития строительных материалов и изделий» для специальностей 270102, 270105, 270115.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XXXVI, XXXVII и XL научно-технических конференциях по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2006, 2008 и 2010 гг. (Ставрополь, 2006, 2009, 2011); на XI, XII, XIV региональных научно-технических конференциях «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2007, 2008, 2010); II всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Теория и практика повышения эффективности строительных материалов» (Пенза, 2007); Ежегодной научной сессии «66-я научно-методическая конференция МАДИ (ГТУ) в 2008 г.» (Москва, 2008); Первом всероссийском дорожном конгрессе (Москва, 2009); 1-й международной научно-практической конференции «Аспекты ноосферной безопасности в приоритетных направлениях деятельности человека» (Тамбов, 2010); международной научной конференции «Актуальные проблемы и инновации в экономике, управлении, образовании, информационных технологиях» (Ставрополь, 2011).
На защиту выносятся:
экспериментальное обоснование возможности получения высококачественных горячих плотных асфальтобетонов на пористом наполнителе на основе высокодисперсных отсевов дробления керамзита, обеспечивающем за счет управления процессами структурообразования битумных связующих повышение сдвигоустой-чивости и износостойкости;
механизм и особенности физико-химических взаимодействий высокодисперсных отсевов дробления керамзита с битумным вяжущим;
оптимальные составы горячих плотных асфальтобетонов с наполнителем, модифицированным высокодисперсными отсевами дробления керамзита, с повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами;
результаты экспериментальных исследований морозостойкости, термостабильности, трещиностойкости, сдвигоустойчивости и износостойкости горячих плот-
ных асфальтобетонов в зависимости от зернового состава минерального заполнителя и содержания высокодисперсных отсевов дробления керамзита в составе наполнителя;
- технология приготовления горячих плотных асфальтобетонов, модифицированных высокодисперсными отсевами дробления керамзита, с повышенными теплостойкостью, морозо- и трещиностойкостью, термостабильностью, сдвигоустойчиво-стью и износостойкостью.
Публикации. По материалам исследований опубликована 21 научная работа общим объемом 48 страниц. Личный вклад автора составляет 35 страниц. Имеется положительное решение на выдачу патента на изобретение. Пять статей опубликованы в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ: «Строительные материалы» и «Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура».
В статьях, опубликованных в рекомендуемых ВАК изданиях, изложены основные результаты: в работах [1, 5] обоснована возможность применения минерального порошка из высокодисперсных отсевов дробления керамзита в битумноминеральных композициях и асфальтобетонах; в [2] приведены результаты исследований повышения термостабильности легких битумноминеральных композиций путем применения в составе наполнителя композиций высокодисперсных отсевов дробления керамзита; в [3, 4] представлены результаты исследований структуры, состояния поверхности, зернового состава высокодисперсных отсевов дробления керамзита и выявлена их повышенная адсорбционная активность по отношению к битумному вяжущему.
Объём и структура диссертации. Работа общим объёмом 162 страницы машинописного текста состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы из 155 наименований и двух приложений. В текст диссертации включено 30 таблиц и 33 рисунка.
