Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования . 9
1.1. Анализ эффективности применения битумных эмульсий в дорожном строительстве. 9
1.2. Опыт использования слоев износа из эмульсионно-минеральных смесей для устройства покрытий автомобильных дорог . 15
Выводы по 1 главе. 30
2. Теоретические и технологические аспекты устройства слоев износа с использованием эмульсионно-минеральных смесей . 31
2.1. Направленное структурообразование эмульсионно-минеральных смесей. 31
2.2. ПАВ-эмульгаторы и их роль в процессах структурообразования битумных эмульсий и ЭМС . 35
2.3. Комплексная модификация битумных эмульсий для устройства слоев износа с повышенными эксплуатационными свойствами 44
Выводы по 2 главе. 49
3. Регулирование эксплуатационных свойств ЭМС для слоев износа путем разработки компонентного состава битумных эмульсий на основе эмульгатора КАДЭМ-ВТ . 50
3.1. Методы проведения исследований и характеристика исходных материалов. 51
3.2. Разработка компонентного состава дисперсионной среды битумных эмульсий . 58
3.2.1. Прогнозирование эмульгирующих свойств ПАВ КАДЭМ-ВТ при проектировании состава битумных эмульсий. 59
3.2.2. Разработка модифицирующего компонента дисперсионной среды битумных эмульсий 2-го и 3-го классов. 68
3.2.3. Влияние рН дисперсионной среды на свойства эмульсий. 76
3.3. Разработка компонентного состава дисперсной фазы битумных эмульсий. 79
3.3.1. Влияние эмульгатора «КАДЭМ-ВТ» на свойства эмульсий, приготовленных на битумах разных марок. 79
3.3.2. Разработка модифицирующего компонента дисперсной фазы битумных эмульсий. 88
3.4. Анализ взаимосвязи компонентного состава дисперсной фазы и дисперсионной среды эмульсий с их эксплуатационными свойствами при устройстве слоев износа дорожных покрытий. 93
3.4.1. Экспериментально-статистическое моделирование свойств полимерно-битумных эмульсий на основе эмульгатора КАДЭМ-ВТ. 100
Выводы по 3 главе. 106
4. Разработка технологии устройства и регулирование эксплуатационных свойств слоев износа дорожных покрытий. 108
4.1. Технология устройства поверхностной обработки с использованием фракционированного щебня с разработкой компонентного состава битумных эмульсий. ПО
4.2. Выполнение ямочного ремонта машиной БЦМ-24 по струйно-инъекционной технологии с разработкой компонентного состава битумных эмульсий . 122
4.3. Разработка компонентного состава и регулирование свойств дорожных эмульсионно-минеральных материалов типа «Сларри Сил». 125
4.3.1. Экспериментально-статистическое моделирование свойств слоев износа типа «Сларри Сил». 131
Выводы по 4 главе 137
5. Оценка экономической эффективности использования эмульсий, приготовленных на эмульгаторе КАДЭМ-ВТ. 139
5.1. Расчет стоимости битумных эмульсий.
5.2. Расчет стоимости покрытия «чип сил». 5.3 Расчет стоимости покрытия «Сларри Сил». 5.4. Расчет стоимости одиночной поверхностной о Общие выводы.
Литература.
- Опыт использования слоев износа из эмульсионно-минеральных смесей для устройства покрытий автомобильных дорог
- ПАВ-эмульгаторы и их роль в процессах структурообразования битумных эмульсий и ЭМС
- Разработка компонентного состава дисперсионной среды битумных эмульсий
- Выполнение ямочного ремонта машиной БЦМ-24 по струйно-инъекционной технологии с разработкой компонентного состава битумных эмульсий
Введение к работе
Преобладающими из капитальных дорожных покрытий являются асфальтобетонные. В большинстве развитых стран протяжённость дорог с такими покрытиями составляет 90-95% от общей протяжённости дорог. Однако, при всем многообразии технологических и эксплуатационных преимуществ таких дорожных одежд им свойственен ряд недостатков (трещины, микротрещины, шелушение, выкрашивание и др.).
Ремонт покрытия автомобильной дороги, может быть произведен либо усилением существующей дорожной конструкции, либо устройством поверхностного защитного слоя. Более распространенным методом ремонта является устройство защитных слоев, потому что не требует больших затрат энергоресурсов, применения дорогостоящей техники и большого количества дорожно-строительных материалов.
Следует иметь ввиду, что устраивать тонкие слои из обычных горячих асфальтобетонных смесей бывает невозможно из-за их быстрого остывания, потери уплотняемости и плохой приклеиваемое к основанию. В мировой практике для этих целей получило распространение устройство тонкослойных поверхностных обработок из эмульсионно-минеральных смесей литой консистенции на основе катионных битумных эмульсий, отличающихся от классической поверхностной обработки как используемыми материалами, так и технологией производства работ [30,98,109,114].
Высокие требования, предъявляемые к вяжущим (высокая адгезия, термостойкость, необходимость распределения их по поверхности основания тонкими пленками), делают нежелательным использование жидких и вязких битумов в обычном их состоянии для проведения многих дорожностроительных работ: поверхностная обработка, устройство тонких защитных слоев, ямочный ремонт, заделка трещин, холодный ресайклинг, подгрунтов-ка, устройство слоев дорожной одежды по способу пропитки и т.д.
В такой постановке решение задачи по разработке технологий получе-
ния и применения эмульсионно-минеральных материалов различного назначения с повышенными эксплуатационными свойствами является весьма актуальным.
Цель диссертационной работы: разработать технологию устройства слоев износа дорожных покрытий с повышенными эксплуатационными свойствами на основе комплексно-модифицированных катионных битумных эмульсий с учетом особенностей качества отечественных материалов.
Для достижения этой цели в настоящей работе были определены следующие задачи исследований:
разработать технологические приемы повышения эксплуатационных свойств слоев износа дорожных покрытий;
разработать совместную модификацию дисперсной фазы и дисперсионной среды эмульсий с помощью создания парного модификатора: масло-растворимый полимер + водорастворимый ПАВ-модификатор, позволяющего регулировать свойства битумных эмульсий;
теоретически обосновать и экспериментально подтвердить основные принципы подбора компонентного состава и прогнозирования свойств слоев износа дорожных покрытий с заданными характеристиками;
выполнить экспериментальные исследования разработанных катионных битумных эмульсий на основе эмульгатора КАДЭМ-ВТ при ямочном ремонте и устройстве поверхностной обработки асфальтобетонных покрытий.
Научная новизна работы состоит в том, что:
достигнута возможность регулирования эксплуатационных свойств слоев износа дорожных покрытий путем использования водорастворимого ПАВ-модификатора при предварительном смачивании минерального материала, а также портландцемента;
выявлен механизм воздействия комплексной модификации разработанного «парного модификатора» с участием структурирующего фрагмента
дисперсной фазы каучука МНПБ и стабилизатора дисперсионной среды АЛКАПАВ 1618.30 на процессы структурообразования битумных эмульсий и дорожных покрытий на их основе;
- определены основные принципы подбора компонентного состава и
прогнозирования свойств слоев износа дорожных покрытий с заданными
эксплуатационными характеристиками;
установлен и смоделирован процесс повышения адгезионных свойств и замедления процессов старения остаточного вяжущего, разработанных эмульсий для слоев износа автомобильных дорог благодаря блокированию мест возможных контактов асфальтенов за счет адсорбции на них модифицирующих добавок в процессах структурообразования.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждена сходимостью результатов параллельных испытаний, соответствием результатов лабораторных и опытно-производственных работ, выполненных с использованием современных приборов, оборудования и методов испытаний, а также экспериментально-статистических методов математического планирования эксперимента и математической статистики.
Практическое значение работы:
разработана технология комплексной модификации, обеспечивающая повышение дисперсности, агрегативной и седиментационной устойчивости, адгезионных свойств катионных битумных эмульсий, а также значительное улучшение характеристик ЭМС;
разработана технология регулирования эксплуатационных свойств слоев износа дорожных покрытий на основе разработанных комплексно-модифицированных битумных эмульсий с применением нового отечественного эмульгатора КАДЭМ-ВТ;
использование разработанных битумных эмульсий класса ЭБПК-3, приготовленных с эмульгатором КАДЭМ-ВТ, в 1,6 раза дешевле эмульсий,
приготовленных с иностранным эмульгатором. Экономический эффект на стадии устройства покрытия «чип сил» за строительный сезон, от применения эмульгатора КАДЭМ-ВТ составит 592920 р.; устройства слоя износа покрытия «Сларри Сил» I - типа 5208840 рублей, II типа - 8682660 р.
- по результатам проведенных исследований получены патенты
№2241012 РФ от 27.11.2004 и №2243949 РФ от 10.01.2005.
Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены:
на экспериментальном участке площадью 7000м , км 197 - км 205 автомагистрали М-21 «Волгоград - Каменск-Шахтинский - гр. Украины», устроенной в июле 2004г.;
при выполнении ямочного ремонта машиной БЦМ-24 по струйно-инъекционной технологии на улицах г. Ростова-на-Дону.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждались на научно-практических конференциях Ростовского государственного строительного университета (2003-2006гг.) и на др. международных конференциях: МНПК «Строительство» (Ростов-на-Дону, 2003-2006 гг.), НТК «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог» (Пермь, 2004-2005 гг.), ВНПК «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений» (Омск, 2006г.), МНТК «Современные технологии и материалы в дорожном хозяйстве» (Харьков, 2006г).
Объем. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 124 источников, в том числе на иностранном языке, 2 приложений. Работа изложена на 199 страницах машинописного текста, содержит 70 таблиц и 29 рисунков.
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.
Опыт использования слоев износа из эмульсионно-минеральных смесей для устройства покрытий автомобильных дорог
Анализ состояния проектно-сметной документации в дорожной отрасли позволяет сделать вывод, что применяемые в документации технические и технологические решения, а также используемые дорожно-строительные материалы, во многом не соответствуют современному уровню научно-технического развития. Решения по отмеченным вопросам практически ничем не отличаются от решений 20-30-летней давности [66].
Для обеспечения расчётных скоростей и безопасности автомобильного движения, особенно на современных скоростных автомагистралях, необходимо иметь высокое эксплуатационное качество верхних «защитных» слоев дорожных покрытий. Верхние слои должны обеспечивать необходимую шероховатость и ровность, защищать нижележащие конструктивные слои дорожных одежд от доступа атмосферной влаги, что является непременным условием долговечности автомобильных дорог [6].
Устройство поверхностной обработки - важнейший вид строительных работ при содержании автомобильных дорог. К настоящему времени разработаны различные методы их строительства. Однако наиболее распространенным методом был и остаётся метод устройства одиночной обработки в виде шероховатого слоя износа. Накопленный опыт позволил достаточно полно и глубоко изучить характер и особенности работы шероховатых слоев износа [62,64,84].
Использование тонкослойных покрытий при ремонте существующих покрытий в ряде случаев представляется наиболее целесообразным. В первую очередь, это обосновывается высокой стоимостью и острым дефицитом органических вяжущих и высокопрочного трудношлифуемого фракционного щебня.
В последнее десятилетие в РФ наблюдается значительное продвижение новых технологий улучшения дорожных покрытий. Особенно это касается применения полимербитумных эмульсий и эмульсионно-минеральных смесей на основе отечественных эмульгаторов.
В это же время в стране усиленно внедряются новые технологии для устройства поверхностных обработок, одна из таких технологий - синхронное распределение вяжущего и щебня (чип сил). Данная технология подразумевает применение как битума так и битумных эмульсий. Температура битума, а следовательно, и его вязкость, за время распределения меняется не значительно. Эмульсия не успевает распасться. В результате щебень хорошо покрывается вяжущим, что позволяет использовать для строительства не обработанный заранее битумом щебень [61]. С применением по данной технологии битумной эмульсии достигается значительная экономия битума и хорошее закрепление щебня на поверхности дорожного покрытия.
Машины для производства данных работ начали создаваться в России единичными экземплярами в 70-80-х годах прошлого столетия. В настоящее время налажено более широкомасштабное производство, приобретаются машины зарубежных производителей (США, Франция, Германия). В связи с этим возникает необходимость разработки соответствующего технологического регламента применительно к нашим условиям. Однако при его разработке многие специалисты, в ряде случаев, забывают об использовании битумной эмульсии, которая в связи с высокой подвижностью только и может обеспечить полное покрытие поверхности вяжущим при его минимальном расходе, идеальное обволакивание щебенок битумом.
Применение эмульсий взамен горячего битума упрощает технологию ремонта, позволяет проводить работы ранней весной, используя заранее приготовленную смесь. Наиболее целесообразно применять для ремонта кати-онные битумные эмульсии, так как они обеспечивают быстрое формирование и хорошее качество работ [60,102]. Ремонт выполняют способом поверхностной обработки или пропитки, а также с использованием эмульсионно-минеральной смеси, приготовляемой непосредственно в период ремонта или заготовленной заранее и хранившейся в штабеле на базе. В последнее время наиболее распространенным способом проведения ямочного ремонта является способ с использованием агрегатов «Роско» и «Бецема».
Перспективно использовать эмульсии при выполнении небольших объемов ремонтных работ. Заделать очень маленькие трещины без её применения с высокой степенью надежности трудно. Трещины заполняются эмульсией, смешанной с мелкозернистым песком, но при этом оставляют несколько миллиметров до поверхности. После затвердевания оставшийся объем заполняется чистой эмульсией. На поверхность наносится песок, предотвращающий унос материала колесами автомобиля. Холодные эмульсионные смеси могут использоваться также для ремонта выбоин и поврежденных участков. В случае небольшого объема работ перемешивание может быть выполнено вручную непосредственно на рабочем месте.
Ресайклинг или холодная обработка - метод восстановления дорожного покрытия, при котором старое покрытие сфрезеровывается, смешивается с битумной эмульсией, цементом и укладывается специальной машиной -ресайклером. Это позволяет повторно использовать до 100% асфальтобетона старых дорожных покрытий, снижая необходимость подвоза свежих материалов и транспортировки старых в отвалы до минимума. Кроме того, холодный ресайклинг оказывает минимальное воздействие на окружающую среду. В результате дорога приобретает новое высококачественное покрытие [113]. При этом сберегаются такие природные ресурсы, как каменный материал и нефть; не требуется отправление материалов на свалку; на участке работ по устройству покрытия отсутствуют испарения, а также отпадает необходимость в сушке и нагреве каменного материала.
ПАВ-эмульгаторы и их роль в процессах структурообразования битумных эмульсий и ЭМС
Приготовление стабильных битумных эмульсий невозможно без применения поверхностно-активных веществ, обладающих необходимыми эмульгирующими и стабилизирующими свойствами. От типа ПАВ во многом зависит пригодность эмульсии для того или иного вида работ [21,43,104].
Имеется много химических соединений, которые могут быть использованы для эмульгирования битума, но по техническим и экономическим соображениям только небольшое число из них получило широкое распространение. Значительная часть этих соединений может быть использована отдельно или в комбинации с одним или большим числом других соединений. Они могут быть также модифицированы различными способами для получения специальных свойств. Хороший эмульгатор помимо обеспечения эмульсиям соответствующих свойств должен быть экономически выгодным, безопасным и простым в работе.
Действие эмульгаторов заключается в создании структурной оболочки вокруг раздробленных капелек битума, не разрывающейся при их столкновении. Поэтому для приготовления битумных эмульсий применяют эмульгаторы, которые, обладая поверхностной активностью, адсорбируются на поверхности капель, создавая стабильные, не распадающиеся во времени мицеллы. Однако роль эмульгатора сводится не только к образованию вокруг дисперсной фазы достаточно прочных защитных пленок, главная его роль заключается в изменении межфазного поверхностного натяжения, т.е. эмульгатор, адсорбируясь на поверхности раздела жидкостей, должен понижать межфазное поверхностное натяжение и тем самым облегчать процесс эмульгирования. Низкое поверхностное натяжение благоприятно отражается на стабильности эмульсий с термодинамической точки зрения.
В битумно-водных эмульсиях эмульгатор перемешается к поверхности раздела между битумом и водой. Гидрофобная часть молекулы эмульгатора сохраняет взаимодействие с поверхностью частиц битума, придавая им ионные заряды. Гидрофильная часть молекулы эмульгатора располагается в водной фазе.
Существуют три наиболее общих классификационных группы эмульгаторов битума: катионные, анионные и нейтральные (не обладающие ионным зарядом). Нейтральные или неионизирующие эмульгаторы (т.е. эмульгаторы, которые поверхностно активны, но не ионизируют в растворе) имеют весьма ограниченное применение для приготовления битумных эмульсий. Поэтому далее мы рассмотрим влияние только катионных и анионных эмульгаторов.
При введении в воду ионных эмульгаторов они ионизируются и перемещаются к поверхности битумных капель, которые со всех сторон окружены водной фазой. Плёнка, которая образуется в результате объединения на поверхности битумной части гидрофобных частей молекул эмульгатора, придаёт битумным каплям электрический заряд. Знак этого заряда определяется зарядом гидрофобной или углеводородной части молекулы эмульгатора. Если отрицательно заряженные ионы (анионы) эмульгатора обладают гидрофобностью, то битумные капельки будут нести отрицательный заряд, а эмульсия называется «анионной» (рис. 2.1а) [72,91].
Если гидрофобны катионы или положительно заряженные ионы эмульгатора, то битумные частицы несут положительный заряд, а эмульсия относится к типу «катионных» (рис.2.16).
В катионной эмульсии положительно заряженные ионы ориентируются относительно поверхности битумных капель. Отрицательно заряженные хлоридные ионы притягиваются к поверхности капель с положительными зарядами и ионами, образуя «двойной электрический слой» (см. рис.2.1) [53,74].
Действительная картина, на самом деле, намного сложнее. В образовании двойного электрического слоя вовлечены все типы ионов и молекул в растворе. Свойства двойного электрического слоя оказывают сильное воздействие на устойчивость и вязкость эмульсии.
Электростатическое отталкивание одинаково заряженных частиц обеспечивает стабильность только разбавленных или малоконцентрированных эмульсий (до 40% битума в эмульсии).
Для достижения устойчивости концентрированных и высококонцентрированных эмульсий необходим более сильный фактор стабилизации. Таким фактором является создание структурированного механического барьера в поверхностном слое среды или в ее объеме (для высококонцентрированных высокодисперсных эмульсий). Создание такого барьера базируется на образовании адсорбционных слоев и связанных с ними сольватных оболочек достаточно высокой вязкости, упругости и механической прочности на сдвиг. Обычно такие слои получают с помощью ПАВ, образующих структурированные слои типа гелей.
Неионогенные ПАВ, обеспечивающие медленный распад эмульсий, обычно индеферентны к действию ионов щелочно-земельных металлов и образуют на битумных капельках весьма гидратированные адсорбционные защитные слои. К ним можно отнести, например, сульфитно-спиртовую барду, оксиэтилированные алкилфенолы и т.д.
Типичным анионным эмульгатором является натриевая соль олеиновой кислоты, при ионизации которой, гидрофобная углеводородная группа становится частью отрицательно заряженного иона-аниона.
В качестве эмульгаторов для катионных эмульсий используют ПАВ типа аминов, диаминов, амидоаминов и четвертичных аммониевых солей. Все эти соединения состоят из длинной углеводородной цепи, которая заканчивается катионной группой.
Диамины в основном используются для приготовления эмульсий с быстрым и полубыстрым распадом, полиамины - с медленным.
Имидазолины, предназначенные для эмульсии с быстрым распадом, придают им высокую адгезионную способность, но устойчивость при хранении у таких эмульсий ниже, чем у полученных с диаминами.
Разработка компонентного состава дисперсионной среды битумных эмульсий
Тщательный подбор эмульгатора играет большую роль в получении эмульсий с требуемыми свойствами. Имеется много химических соединений, которые могут быть использованы для эмульгирования битума, но по техническим и экономическим соображениям только небольшое число из них получило широкое распространение. Значительная часть этих соединений может быть использована отдельно или в комбинации с одним или. большим числом других соединений. Они могут быть также модифицированы различными способами для получения специальных свойств. Таким образом, актуальным становится вопрос установления эффективности действия эмульгатора в зависимости от его компонентного состава [36].
Роль эмульгаторов не сводится только к образованию вокруг частиц дисперсной фазы достаточно прочных защитных пленок. Эмульгаторы, ад-сорбируясь на поверхности раздела жидкостей, понижают поверхностное натяжение (о) и тем самым облегчают процесс эмульгирования. Низкое поверхностное натяжение дисперсионной среды благоприятно отражается на стабильности эмульсий с термодинамической точки зрения [14,54,99]. Таким образом, регулируя поверхностное натяжение раствора эмульгатора можно уменьшать или увеличивать межфазное поверхностное натяжение между двумя жидкостями (битум - вода). Как известно а на границе битум-воздух независимо от природы сырья составляет 25-28 10 3 Н/м, поэтому понижая данный показатель водной фазы, у которой о довольно высокое (72-73 10 Н/м), можно говорить об облегчении процесса эмульгирования битума в воде.
Поверхностное натяжение является важной характеристикой любой жидкости [81]. Молекула, находящаяся внутри жидкости, окружена со всех сторон другими молекулами и притягивается ими. В среднем молекулярные силы во всех направлениях одинаковы и компенсируются. Результирующая сила, действующая на молекулу внутри жидкости со стороны других одноименных молекул, в среднем равна нулю. Для молекулы, расположенной в поверхностном слое жидкости, граничащем с другой фазой, например с воздухом, условия иные, чем в объеме. Сила притяжения, направленная в сторону воздуха, во много раз меньше силы притяжения, действующей в направлении жидкости, вследствие чего компенсации сил нет.
Физический смысл поверхностного натяжения может иметь энергетическое и силовое выражение. Энергетическое и силовое выражение эквивалентны, и численная величина совпадает в обеих размерностях [29].
Поэтому эффективность действия эмульгатора КАДЭМ-ВТ при эмульгировании битума можно определить измерением поверхностного натяжения дисперсионной среды битумных эмульсий. Для этих целей был предложен сталагмометрический метод определения поверхностного натяжения растворов эмульгатора (см. раздел 3.1).
В настоящее время одним из классов соединений, используемых в качестве эмульгаторов битумов в дорожном строительстве, являются продукты взаимодействия полиэтиленполиаминов с высшими жирными кислотами. В качестве жирных кислот используют кислоты растительных масел и животных жиров с углеводородным радикалом Сіб-Сго, как насыщенные, так и ненасыщенные. Полиэтиленполиамины (ПЭПА) представляют собой смесь соединений общей формулы: H2N(CH2CH2NH)nCN2CH2NH2, где п=2+8
При взаимодействии ПЭПА с жирными кислотами при различных температурах могут протекать химические реакции либо с образованием ал-киламидополиэтиленполиаминов, либо с образованием алкиламидазолинпо-лиэтиленполиаминов. Следовательно, в зависимости от соотношения исходных реагентов и условий реакции образуются конечные продукты различного состава, имеющие разную степень эмульгирования и адгезии, что в свою очередь, в значительной степени влияют на конечные свойства получаемой эмульсии.
В связи с вышесказанным были проведены исследования по определению качественных характеристик катионных битумных эмульсий, приготовленных на эмульгаторах с различным аминным числом, содержанием аминного и амидного азота, а также гидрофобной части, предоставленных заводом-изготовителем [36]. В табл. 3.10 приведены компонентные составы разработанного эмульгатора и свойства полученных битумных эмульсий с его использованием (№№ 1-10). Для приготовления эмульсий использовался битум БНД 60/90 и стабилизирующая добавка СаСЬ соответственно в количестве 60 и 0,1%. Эмульгаторы в каждом случае вводились по 0,5%. рН раствора эмульгатора соответствовало 2,0±0,05.
Битумные эмульсии готовились путем диспергирования нагретого до 135С битума БНД 60/90 в растворе эмульгатора, нагретого до температуры 60С. Приготовление осуществлялось на лабораторно-промышленной установке «Давиал ЛаПРОМ 800».
Выполнение ямочного ремонта машиной БЦМ-24 по струйно-инъекционной технологии с разработкой компонентного состава битумных эмульсий
Полученные зависимости основных свойств битумных эмульсий, приготовленных с использованием «парного» модификатора - АЛКАПАВ 1618.30 + каучук МНПБ, анализ которых проведен в разделе 3.4, были использованы для разработки составов ЭМС типа «Сларри Сил».
Физико-математические свойства данных смесей во многом зависят от прочности сцепления вяжущего с минеральным материалом, в данном случае от содержания битума в смеси. Также, для улучшения консистенции смеси и повышения прочностных характеристик материала в работе использовалась добавка 1-3 % цемента марки «400». Поэтому можно выделить два фактора, которые мы приняли в качестве исследуемых при оценке основных физико-механических свойств ЭМС типа «Сларри Сил». Первый фактор -содержание портландцемента. Второй - количество эмульсии.
Оценку влияния вышеупомянутых факторов проводили на основе комплексного системного подхода и их экспериментально - статистического моделирования. Для этого в работе был спланирован и проведен двухфак-торный симплекс - суммированный план. Исследуемые факторы и интервалы их варьирования представлены в табл. 4.16.
В настоящее время основными методами подбора состава ЭМС типа «Сларри Сил» являются испытания по определению консистенции смеси, адгезии кварцевого песка, тест на мокрое истирание и определение времени распада. Указанными передовыми методами испытаний должны владеть все ведущие лаборатории, занимающиеся подбором составов ЭМС типа «Сларри Сил».
С самых истоков применения эмульсионно-минеральных смесей, промышленность придавала большое значение их консистенции. К использованию было предложено множество различных методов измерения консистенции смесей, в том числе Испытание воронкообразного потока (Funnel Flow Test), Испытание на наклонной плоскости (Inclined Plane Test) и Испытание стержнем (Stick Test) [124]. Однако наибольшее распространение нашел "Конусный метод" (Cone Test).
Конусный метод используется для определения количества воды или эмульсии, требуемого для приготовления устойчивой, удобообрабатываемой смеси. В настоящем методе используются конус для определения впитываемое минерального материала и базовая шкала потока. Конус является полым металлическим усеченным конусом, высотой 75мм с верхним и нижним диаметрами, равными, соответственно, 40мм и 90мм. Шкала потока состоит из 7 симметричных окружностей, нанесенных на металлический или бумажный лист (с интервалом в 10 мм), заканчивая окружностью основания конуса.
В рамках метода проводят испытание нескольких пробных смесей, изготовленных из 400г каменного материала, имеющего температуру окружающей среды, оптимального количества воды и различных объемов эмульсии. Конус располагают в центре шкалы потока, и заполняют смесью, предварительно перемешанной в течение 30 сек. Затем смесь срезают по вершине конуса и немедленно снимают его вертикально вверх. Растекание смеси измеряют в четырех точках под углом 90 и вычисляют среднее арифметическое полученных.
Тест на мокрое истирание является моделирующим тестом, связанным с исследованием износоустойчивости полученного слоя. Этот метод позволяет установить оптимальное содержание битумной эмульсии в системе. Для определения оптимального количества эмульсии в ЭМС приготавливают несколько составов с назначенной минеральной частью, определенным содержанием стабилизатора скорости распада и различным содержанием вяжущего. Из приготовленной смеси готовят образцы, которые испытывают на мокрое истирание. За оптимальное принимают то количество битумной эмульсии, при котором истирание оказалось минимальным. Подробно методика описана в [60]. В данном эксперименте количество эмульсии оставалось постоянным, а варьировались факторы, представленные в табл. 4.16.
Таким образом, исследовали следующие свойства «Сларри Сил»: консистенция смеси - Yi, адгезия кварцевого песка - Уг, потеря массы при истирании - Уз, время распада битумной эмульсии - Y4.
