Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса 10
1.1 Обзор отечественных и зарубежных методов предупреждения и ликвидации зимней скользкости на автомобильных дорогах 10
1.1.1 Существующие способы борьбы с зимней скользкостью на автомобильных дорогах 14
1.1.2 Опыт применения на автомобильных дорогах материалов покрытий, обладающих противогололёдными свойствами 18
1.2Физико-химические процессы, протекающие при формировании структуры битумоминеральных композиций 22
1.3 Цель работы и задачи исследований 28
2 Теоретические предпосылки исследований 30
2.1 Теоретические предпосылки создания антигололедного асфальтобетона на основе хлористого натрия 30
2.2 Обоснование выбора материала для придания асфальтобетону противогололедных свойств 35
3 Методические вопросы исследований 37
3.1 Общая методика исследования и обоснование условий эксперимента 37
3.2 Методики, принятые для определения противогололедных свойств асфальтобетона 37
3.3 Методики, принятые для исследования применяемых битумов 39
3.4 Методики, принятые для исследования асфальтового бетона с использованием солевых добавок 42
3.5 Материалы, принятые для исследования 47
4 Исследование влияния хлористого натрия на компоненты асфальтобетонной смеси и эксплуатационные свойства асфальтобетона 55
4.1 Влияние добавки хлористого натрия на показатели свойств, групповой химический состав битума и его взаимодействие с минеральными материалами 55
4.1.1 Изменение физико-механических показателей битума под воздействием солевой добавки 55
4.1.2 Изменение группового химического состава битума и его взаимодействия с минеральными материалами в присутствии хлористого натрия .. 58
4.1.3 Влияние соли на свойства битума при прогреве 66
4.2 Изучение влияния вида, крупности и количества вводимой соли на свойства асфальтобетона 70
4.2.1 Исследование влияния на свойства асфальтобетона солевых добавок различного происхождения 70
4.2.2 Влияние крупности солевой добавки на физико-механические и противогололёдные свойства асфальтобетона 73
4.2.3 Влияние количества вводимой соли на противогололёдные свойства асфальтобетона 75
4.2.4 Зависимость физико-механических свойств асфальтобетона от количества вводимой соли 79
4.3 Изучение возможности использования электрометаллургических шлаков ОЭМК в составе антигололедного асфальтобетона 100
4.4 Выводы по главе 109
5 Внедрение результатов работы 112
5.1 Строительство опытно-экспериментального участка 112
5.2 Расчёт экономического эффекта 121
Общие выводы 129
Список литературы 131
Приложения 147
- Опыт применения на автомобильных дорогах материалов покрытий, обладающих противогололёдными свойствами
- Методики, принятые для исследования асфальтового бетона с использованием солевых добавок
- Изменение группового химического состава битума и его взаимодействия с минеральными материалами в присутствии хлористого натрия
- Зависимость физико-механических свойств асфальтобетона от количества вводимой соли
Введение к работе
Актуальность.
В зимний период на автомобильных дорогах значительной территории России часты случаи образования снежно-ледяных отложений, что существенно уменьшает сцепление колес автомобилей с покрытием и является основной причиной происходящих дорожно-транспортных происшествий.
Борьба с зимней скользкостью на автомобильных дорогах ведется с применением различных противогололедных реагентов, в основном хлоридов, которые, согласно общепринятому мнению, оказывают негативное воздействие на материалы покрытия, металлические детали машин и дорожных сооружений, а также пагубно влияют на экологическую обстановку придорожной полосы.
Современные методы зимнего, содержания автомобильных дорог развиваются по пути полного или частичного отказа от распределения хлоридов. Наиболее перспективным является направление предупреждения образования гололеда за счет создания материалов покрытий автомобильных дорог, обладающих противогололедными свойствами, что делает возможным механическое удаление снежно-ледяных отложений с поверхности покрытия и исключения отрицательного воздействия химических реагентов- В настоящее время имеется опыт разработки дорогостоящих антиобледенительных добавок, которые не нашли широкого применения, поскольку их введение в состав асфальтобетона значительно повышает стоимость готового покрытия. Практически не изучено влияние вышеуказанных добавок на физико-механические свойства асфальтобетона: теплоустойчивость, деформативность, коррозионную устойчивость битумоминеральных материалов, а также стабильность сохранения его первоначальных свойств под действием комплекса климатических факторов.
В настоящей работе для повышения противогололедных свойств асфальтобетона использовался широко распространенный, повсеместно применяемый дорожными организациями для борьбы с зимней скользкостью — хлорид натрия. Большое внимание уделено исследованию его влияния на физико-механические свойства асфальтобетона и изучению процессов физико-механического взаимодействия структурообразующих компонентов асфальтобетона в присутствии солевой добавки, что позволит обоснованно назначать ее вид, крупность, количество и, тем самым, регулировать не только противогололедные, но и физико-механические свойства полученного материала.
Цель работы заключается в получении антигололедного асфальтобетона за счет введения в его состав технической соли.
Научная новизна работы.
Установлено, что в качестве эффективной антигололедной добавки в асфальтобетон может быть использована техническая соль различной крупности с содержанием NaCl не менее 95%. С использованием разработанных методик определения противогололедных свойств асфальтобетона и его способности сопротивляться воздействию комплекса погод н о -климатических факторов установлено, что ввод в состав асфальтобетона 5% немолотой технической соли обеспечивает высокие противогололедные свойства асфальтобетонных покрытий, а также долговечность их работы в установленные нормативные сроки.
Установлено влияние хлористого натрия на групповой химический состав битума, которое заключается в увеличении доли асфальтенов битума с повышением их лиофильности за счет снижения содержания парафино-нафтеновых углеводородов.
Показано, что происходящие в присутствии хлористого натрия изменения в групповом химическом составе битума не приводят к снижению показателей физико-механических свойств асфальтобетона, при этом расширение интервала пластичности битума позволяет прогнозировать
надежность работы покрытий из антигололедного асфальтобетона в более широком интервале температур.
Практическая ценность работы заключается в:
-обосновании возможности получения антигололедного
асфальтобетона для устройства верхних слоев покрытий автомобильных дорог;
-использовании для повышения противогололедных свойств асфальтобетонных покрытий немолотых технических солей, содержащих не менее 95% хлористого натрия;
-расширении ресурсной базы приготовления анти гололедно го асфальтобетона за счет использования в качестве минерального порошка электросталеплавильных шлаков ОЭМК;
-разработке технических условий на смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон, обладающий противогололедными свойствами;
-разработке технологии приготовления и укладки асфальтобетонной смеси с добавками технической соли;
-разработке технологического регламента на приготовление асфальтобетонных смесей с солевыми добавками, строительство и эксплуатацию покрытий, обладающих противогололедными свойствами.
На защиту выносятся:
- возможность использования в качестве противогололедной добавки в асфальтобетон хлористого натрия;
-характер влияния хлористого натрия на компоненты асфальтобетонной смеси и особенности их взаимодействия;
-методика определения прочности сцепления льда с асфальтобетоном;
-зависимости эксплуатационных свойств антигололедных
асфальтобетонов от вида, крупности и количества вводимой добавки хлористого натрия;
-возможность приготовления асфальтобетонных смесей, обладающих противогололедными свойствами, с использованием материалов различной природы и техногенного сырья;
-технология приготовления асфальтобетонной смеси с добавками технической соли и устройства покрытий автомобильных дорог, обладающих противогололедными свойствами.
Апробация работы*
Основные положения диссертационной работы докладывались на: III Международной научно-практической конференции - школе-семинаре молодых ученых, аспирантов и докторантов, посвященной памяти ВТ. Шухова, г. Белгород, 2001; Международной научно-технической конференции «Строительство-2002», г. Ростов-на-Дону, 2002; Международной научно-практической конференции «Современные технологии, машины и материалы для зимнего содержания автомобильных дорог», г. Могилев, 2003.
Публикации по теме работы.
По результатам диссертационной работы опубликовано 9 работ: І.Котухов А.Н. Асфальтобетон с солевыми добавками, как средство улучшения экологической обстановки придорожной полосы (Гридчин A.M., Духовный Г.С.) И Современные проблемы строительного материаловедения: Шестые академические чтения РААСН. - Иваново, 2000. — С. 144-146.
Котухов А.Н. Изучение физико-механических и противогололёдных свойств асфальтобетона с солевыми добавками (Гридчин A.M., Духовный Г.С.) // Качество, безопасность, энерго- и ресурсосбережение в промышленности строительных материалов и строительстве на пороге XXI века: Сб. докл. Междунар. науч.-практич. конф. - Белгород: изд-во БелГТАСМ,2000.-Ч.2.-С. 111-114.
Котухов А.Н. Исследование изменения свойств асфальтобетона при введении в его грансостав технической соли (Гридчин A.M., Духовный Г.С.) // Современные проблемы технического, естественнонаучного и
гуманитарного знания: Сб. докладов II регион, науч.-практич. конф. -Губкин: издательско-полиграфический центр «Мастер-Гарант», 2001. - С. 204-208.
Котухов А.Н. Некоторые особенности асфальтобетона с добавками технической соли, обладающего противогололёдными свойствами (Духовный Г.С.) // Современные проблемы строительного материаловедения: Седьмые академические чтения РААСН. - Белгород, 2001. - С. 121-124.
Котухов А.Н., Повышение противогололёдных свойств асфальтобетона с применением отходов КМА (Духовный Г.С, Погромский А.С.) // «Строительство — 2002»: Материалы Международной научно-практической конференции. — Ростов н/Д: Рост. гос. ун-т, 2002. — С. 81.
Котухов А.Н. Разработка методики определения прочности адгезионного сцепления льда с асфальтобетонным покрытием (Духовный Г.С, Погромский А.С.) // Архитектурно-строительное материаловедение на рубеже веков: Сб. докл. Междунар. интернет-конференции - Белгород: изд-во БелГТАСМ, 2002. - С. 57-60.
Котухов А.Н. Опыт зимней эксплуатации асфальтобетонного покрытия с использованием в составе смеси солевых добавок (Духовный Г.С, Погромский А.С.) // Актуальные проблемы современного дорожного строительства и хозяйства: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Вологда: ВоГТУ, 2002, - С. 185-187.
Котухов А.Н. Строительство асфальтобетонных покрытий, обладающих противогололедными свойствами (Духовный Г.С.) // Современные технологии, машины и материалы для зимнего содержания автомобильных дорог: Материалы междунар. науч.-техн. конф. — Могилев: МГТУ,2003.-С. 49-51.
9. Котухов А.Н. Оценка воздействия климатических факторов на асфальтобетон (Гридчин A.M., Духовный Г.С, Погромский А.С.) // Вестник БГТУ им. ВТ. Шухова / Материалы Международного конгресса
«Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии». - Белгород: БГТУ, 2003. - №5. - Ч. I. - С. 262-264.
Объём и структура диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, приложений и содержит 146 страниц основного машинописного текста, 26 рисунков и фотографий, 31 таблицу, 172 использованных источника, 5 приложений.
Работа выполнена на кафедре автомобильных дорог и аэродромов Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова под руководством кандидата технических наук, профессора Г.С. Духовного.
Автор выражает благодарность заведующему кафедрой физической и коллоидной химии, доктору технических наук, профессору Н.А. Шаповалову и кандидату технических наук, доценту кафедры городского строительства и хозяйства БГТУ им. В.Г. Шухова М.В. Кафтаевой за оказанную помощь при подготовке диссертации.
Опыт применения на автомобильных дорогах материалов покрытий, обладающих противогололёдными свойствами
Пагубное действие соли на окружающую среду привело к необходимости пересмотра подходов к зимнему содержанию дорог на государственном уровне. Начиная с 1991 года, во многих странах законодательно предписывается сократить использование противогололедных химических реагентов и расширить применение новых материалов и технологий [1]. Принцип действия применяемых в настоящее время методов борьбы с зимней скользкостью основан на разрушении сплошности льда и ослаблении его сцепления с материалом покрытия. Многообразие применяемых для этого химических средств создает проблемы, связанные с их негативным действием на экологическую обстановку придорожной полосы и усилением коррозии металлических сооружений и автомобилей. Поэтому наиболее перспективным направлением является предупреждение сцепления льда с материалом покрытия, то есть создание в процессе строительства дорожного покрытия с антигололедными свойствами. Работы по повышению антигололедных свойств покрытий автомобильных дорог ведутся с 70-х годов прошлого века. В зависимости от выбранного авторами подхода к решению проблемы выполненные работы можно подразделить на две группы: 1) повышение противогололедных свойств покрытий за счет их обработки различными антиобледенительными составами — физический метод; 2) создание материалов, обладающих противогололедными свойствами, для строительства верхних слоев покрытий автомобильных дорог - физико-химический метод. Усилиями ученых «СОЮЗДОРНИИ» был разработан способ обработки покрытий автомобильных дорог специальным составом на основе кремнийорганических жидкостей ГКЖ-10 и ГКЖ-11. Нанесение тонких пленок этих материалов позволит на некоторое время уменьшить силы сцепления льда и покрытия. Главными недостатками способа являются: дороговизна, недостаточная продолжительность эффекта (1-3 месяца) и отрицательное воздействие на экологическую обстановку придорожной полосы. Зарубежные авторы Стуре Перссон, Ларс-Орф Андерсон предложили в качестве противообледенительного покрытия использовать вулканизированные неполярные каучуки с помощью агента вулканизации, состоящего из серы и (или) производных серы или оксида металла [55]. При этом противогололедный эффект достигается за счет высокой деформативности каучуков, не позволяющих образовываться льду при движении автомобилей. Большая надежда возлагалась на применение пористых (дренирующих) асфальтобетонов, которые, как предполагалось, должны были быстро отводить влагу с покрытия, снижая вероятность его обледенения. Европейская практика 1995-96 годов показала, что использование таких покрытий не оправдало надежд на отсутствие на них скользкости, наоборот, зимние расходы увеличились на 10-20%, в основном, из-за быстрого удаления солей с покрытий и увеличения потребности в посыпке [56].
В настоящее время более широкое распространение получает физико-химический метод, заключающийся в придании поверхности покрытия противогололедных свойств путем введения в его состав соответствующих химических веществ.
В Швейцарии с 1974 года проводились эксперименты с мелкозернистыми асфальтобетонными смесями верхнего слоя дорожной одежды, в состав которых в количестве 5% по массе вводилась специальная многокомпонентная добавка - антиобледенитель «Verglimit», содержащий хлористый кальций (80%) и гидроокись натрия (5%) [57, 58]. Полевые испытания таких асфальтобетонных покрытий проводились как на проезжей части дорог, так и мостов, в Швейцарии, Австрии, ФРГ, США и Франции. Результаты испытаний показали значительные различия в условиях их содержания по сравнению с обычными покрытиями. В наибольшей степени эти различия проявлялись в уменьшении адгезии снежно-ледяных отложений к покрытию. Однако, необходимо отметить, что из-за высокой стоимости (1 т добавки стоила 620 долларов США) данная добавка в асфальтобетон широкого распространения не получила (в одном из случаев применения такого экспериментального покрытия в ФРГ стоимость 1 м была на одиннадцать марок выше, чем при использовании обычного асфальтобетона; в другом - в США стоимость асфальтобетона с добавкой антиобледенителя увеличилась в три раза) [59, 60]. Кроме высокой стоимости «Verglimit» имеет еще один недостаток: уменьшение коэффициента сцепления в летний период в результате образования на поверхности покрытия тонкой пленки гидрата хлорида кальция [26].
Проблемой создания гололедобезопасных покрытий занимались также в Австрии и Франции [61, 62], разработанные составы также не получили распространения из-за высокой стоимости и климатических ограничений применения (данные покрытия действуют эффективно до минус 5-7 С).
Аналогичные исследования проводились и в России. Так И.В. Королев и др. предложили способ получения композиций для устройства верхнего слоя дорожных покрытий, обладающих противогололедными свойствами, который заключается в замене части минеральных материалов (до 7%) дробленым до крупности менее 5 мм водорастворимым шлаком [63-65]. Последний представляет собой отдельные глыбы и угловатые куски серого цвета, которые образуются при выбросе в отвал отхода производства вторичных алюминиевых сплавов. Добавление водорастворимого шлака снижает водонасыщение асфальтобетона, повышает его прочностные характеристики с одновременным уменьшением показателей водостойкости, причем не даны объяснения происходящих процессов, а показатели физико-механических свойств исходного асфальтобетона и заформованных из вырубок образцов вызывают сомнения по целому ряду показателей.
В 1995 году авторами Гриневичем СВ., Каменецким Л.Б. и Лысенко В.Е. был запатентован материал для устройства верхнего слоя дорожного покрытия и способ его приготовления [66-69]. Авторы предложили способ приготовления композиций для устройства верхнего слоя дорожных покрытий, содержащих антигололедную добавку в количестве 3-7% от массы минеральных материалов. Добавка представляет собой смесь хлорида натрия и (или) хлорида кальция с кремнийорганическим гидрофобизатором (алкил-алкенсиликонатом щелочного металла) в соотношении 0,5:9,5 — 1,5:8,5. За счет дороговизны хлористого кальция и гидрофобизатора, а также значительных затрат на обеспечение высокой их дисперсности добавка существенно повышает стоимость приготовленного на ее основе асфальтобетона, что и является основным недостатком, сдерживающим масштабное применение в дорожном строительстве. Кроме того, следует отметить противоречивость результатов наблюдений за построенными опытными участками, содержащими антигололедную добавку «Грикол» и отсутствие достаточного объема исследований по долговечности устраиваемых покрытий.
Методики, принятые для исследования асфальтового бетона с использованием солевых добавок
Оценка стандартных физико-механических свойств асфальтобетона производилась в соответствии с ГОСТ 12801-98.
Для сравнения деформативной способности асфальтобетона пользовались стандартными методами определения модуля деформации (по ГОСТ 12801-98) при 0 С и модуля упругости (ВСН 46-83) при температуре испытания +20 С.
Оценка водостойкости асфальтобетона производилась по изменению прочности при сжатии при +20 С асфальтобетонных образцов после их естественного водонасыщения в течение 15, 30, 60, и 90 суток с предварительным выдерживанием образцов в вакуум-приборе в течение одного часа.
При работе асфальтобетона в покрытии автомобильной дороги помимо длительного воздействия воды следует опасаться и попеременного водонасыщения - высушивания в дождливую погоду весенне-осеннего периода. Продолжительность циклов водонасыщения - высушивания принята 12 часов.
Изучение воздействия по год но-климатических факторов наь прочностные показатели асфальтового бетона проводилось с использованием климатической камеры «Фойтрон» следующим образом: - образцы асфальтобетона помещались в климатическую камеру и подвергались воздействию температуры, влажности, ультрафиолетового и инфракрасного излучения в условиях постоянной конвекции воздуха, имитируя влияние погодно-климатических факторов на материал покрытия в течение года: летом — 10 циклов попеременного водонасыщения и высушивания; зимой - 10 циклов попеременного замораживания и оттаивания; - водонасыщение образцов проводилось при температуре +20 С, относительной влажности 95%, включенном ультрафиолетовом излучении и конвекции воздуха в течение 4 часов; - высушивание проводилось при температуре +20 С, относительной влажности 0%, включенном ультрафиолетовом и инфракрасном излучении и конвекции воздуха в течение 4 часов; - замораживание проводилось при температуре —20 С, включенном ультрафиолетовом излучении и конвекции воздуха в течение 4 часов; - оттаивание проводилось при температуре +20 С, относительной влажности 95%, включенном ультрафиолетовом и инфракрасном излучении и конвекции воздуха в течение 4 часов. Влияние погодно-климатических факторов оценивалось по изменению показателя прочности при сжатии при +20 С асфальтобетонных образцов до помещения в климатическую камеру и после: - 10 циклов водонасыщения и высушивания и 10 циклов замораживания и оттаивания (1 год работы в покрытии); - 20 циклов водонасыщения и высушивания и 20 циклов замораживания и оттаивания (2 года работы в покрытии); - 30 циклов водонасыщения и высушивания и 30 циклов замораживания и оттаивания (3 года работы в покрытии). Испытания" асфальтового бетона по предлагаемой методике проводились в заведомо более жестких условиях воздействия климатических факторов, что обеспечило минимальное число и продолжительность циклов. Показатель предела прочности при сжатии определялся по стандартной методике через 1, 2 и 3 года моделирования воздействия климатических факторов на асфальтобетон при работе в покрытии. При этом для удобства сопоставления полученных данных, динамика изменения прочности образцов оценивалась по формуле: где Рг коэффициент, характеризующий изменение прочности образцов, определяемый после і-го года моделирования воздействия климатических факторов; R - показатель предела прочности при сжатии образцов при 20С, определяемый через 24 часа после формования, МПа; Rf- показатель предела прочности при сжатии образцов при 20С, определяемый после z -ro года моделирования воздействия климатических факторов, МПа. Для возможности сопоставления полученных результатов с реальными значениями был введен поправочный коэффициент ЛГ, который рассчитывался по формуле: Я20 где ReCT- показатель предела прочности при сжатии стандартных образцов при 20 С после выдерживания их в течение 365 суток в естественных условиях, МПа; Л] - показатель предела прочности при сжатии образцов при 20 С, определяемый после 1 года моделирования воздействия климатических факторов, МПа. Изучение интенсивности изменения свойств асфальтобетона в процессе термостарения проводилось по нарастанию показателей прочности при сжатии при 0 и 20 С (Ro и R20) с использованием следующей методики: 1) готовилась асфальтобетонная смесь с различным содержанием солевых добавок, из которой формовался комплект стандартных образцов для определения физико-механических свойств в соответствии с ГОСТ 12801-98; 2) оставшаяся смесь выдерживалась при температуре 140..Л60 С в течение 2 минут, 1 и 2 часов, что соответствовало времени технологического перемешивания и транспортирования смеси к месту ее укладки; по истечении каждого отрезка времени формовался комплект стандартных образцов для определения физико-механических свойств асфальтобетона; 3) на следующие сутки образцы испытывались в соответствии с ГОСТ 12801-98.
Оценка точности и надежности полученных экспериментальных данных выполнялась известными методами математической статистики для малого числа наблюдений [124, 125], в соответствии с чем определялось минимально необходимое число параллельных опытов и статистические характеристики изучаемой величины (математическое ожидание, дисперсия, среднее квадратическое отклонение, коэффициент вариации). В качестве примера ниже приведены расчеты по оценке необходимого количества повторных опытов по определению предела прочности при сжатии (/?2о) асфальтобетона на известняковом минеральном порошке, щебне и отсеве из гранита содержащем в гранулометрическом составе 5% немолотой технической соли.
Изменение группового химического состава битума и его взаимодействия с минеральными материалами в присутствии хлористого натрия
Наиболее важными реологическими показателями битума являются: глубина проникания иглы (1 град, пенеграции = ОД мм), температура хрупкости по Фраасу (С), температура размягчения (С) и растяжимость (см), - которые охватывают самые тяжелые условия эксплуатации асфальтобетонных покрытий, где битум и асфальтобетон в целом должны находиться в упруго-пластичном состоянии. Только в этом случае можно добиться долговечной работы асфальтобетонных покрытий.
Анализ результатов, представленных в таблице 4.1, показывает, что взаимодействие битума с хлоридом натрия привело к увеличению вязкости (снижению глубины проникания иглы, повышению температуры размягчения) с одновременным незначительным понижением температуры хрупкости битума, что вызвано, по-видимому, происходящими изменениями в его структуре и химическом составе в присутствии солевой добавки.
Повышение вязкости битума должно положительно сказаться на водо-и морозостойкости асфальтобетона, а понижение температуры хрупкости -повысить трещин остойкость асфальтобетонных покрытий, что вызвано увеличением интервала пластичности (ИП) битума. В то же время, повышенная вязкость битума может привести к ухудшению условий смачивания минеральных материалов, что потребует увеличения температуры приготовления, однако, в нашем случае данные подбора составов асфальтобетона с немолотой солевой добавкой показывают, что введение хлористого натрия в гранулометрический состав асфальтобетона приводит к понижению его остаточной пористости за счет лучшей уплотняемости смеси и позволяет снижать потребность битума при сохранении качества асфальтобетона. По-видимому, это происходит за счет меньшей битумоемкости соли относительно заменяемых ей минеральных материалов, показатели которых составили, 10 3 кг: - 71 для гранита; - 74 для кварцитопесчаника; - 68 для известняка; для хлорида натрия. Учитывая, что методика определения битумоемкости предусматривает использование высокодисперсных порошков, имеющих высокую удельную поверхность с незначительной пористостью и микрошероховатостью, 6-9% -это существенная разница показателя битумоемкости для заполнителей, удельная поверхность которых на порядок ниже. Кристаллическое строение хлористого натрия приводит к образованию при его дроблении кристаллов практически правильной кубовидной формы со значительно менее развитой микроструктурой поверхности и пористостью, чем применяемые минеральные материалы. Прочность сцепления битума к мрамору в присутствии 5% хлористого натрия, также как и без него, удовлетворяет требованиям ГОСТ 22245-90. Таким образом, в результате исследования физико-механических свойств битума после взаимодействия с хлористым натрием можно сделать следующие выводы: 1) введение хлористого натрия вызывает изменение показателей реологических свойств битума, что вызвано, вероятно, изменениями группового химического состава битума; 2) повышение вязкости битума в присутствии солевой добавки, а также идентичное исходному битуму качество сцепления с минеральными добавками позволяют ожидать повышенной водо- и морозостойкости асфальтобетона, его высокой коррозионной устойчивости под влиянием погодно-климатических факторов; 3) более высокая вязкость битума в присутствии хлористого натрия не вызывает повышения битумоемкости смеси, кроме того приводит к снижению потребности битума за счет меньшей пористости и микрошероховатости поверхности частиц соли по сравнению с заменяемыми минеральными материалами. Учитывая полученные результаты изменения показателей физико-механических свойств битума после взаимодействия с солевой добавкой, а также выдвинутые в ряде работ [114, 115] гипотезы, можно предположить, что: 1) введение в гранулометрический состав асфальтобетона хлористого натрия приводит к изменению группового химического состава битума; 2) добавка хлористого натрия оказывает влияние на физико-химические процессы взаимодействия битума с поверхностью минеральных материалов. Для доказательства первого предположения необходимо определить изменения в групповом химическом составе битума после его взаимодействия с хлористым натрием, которые будут происходить, главным образом, на расстоянии нескольких микрометров - в адсорбционно-сольватных слоях. Необходимо исследовать тонкие пленки еще и потому, что в результате происходящих адсорбционных процессов, по данным экспериментальных исследований многих ученых [102-105], битум претерпевает структурные изменения, причем свойства битума в тонких пленках существенно отличаются от свойств битума в объеме.
Зависимость физико-механических свойств асфальтобетона от количества вводимой соли
Анализ данных таблицы 4.8 показывает, что показатели свойств асфальтобетонов с различным содержанием солевых добавок соответствуют требованиям действующего ГОСТ 9128-97, но отличаются от контрольных составов более высокими значениями водостойкости, что может быть вызвано показанным ранее влиянием хлористого натрия на групповой состав битума и особенности его взаимодействия с минеральными материалми
Необходимо учитывать, что стандартные испытания не могут выявить всех особенностей влияния на свойства асфальтобетона количества вводимой технической соли. Тем более, по ним нельзя судить о деформативности. Наиболее жестким показателем коррозионной устойчивости асфальтобетона будет являться его морозостойкость, которая не нормируется действующим стандартом и тесно связана с вопросами стабильности сохранения асфальтобетоном свойств во времени, определяющих его долговечность, также не нормируемых действующим стандартом.
Таким образом, для решения комплекса вопросов о долговечности асфальтобетона совершенно недостаточно стандартных испытаний, которые только в комплексе с показателями, полученными при испытаниях по предлагаемым методикам (разд. 3) могут характеризовать эксплуатационные показатели покрытий и прогнозировать их работоспособность.
В соответствии с этим, в настоящей главе рассмотрены вопросы теплоустойчивости в диапазоне температур от 0 до +50 С, деформативности содержащего солевую добавку асфальтобетона, характеризующейся модулями упругости и деформации, его водостойкости, способности сопротивляться воздействию комплекса погодно-климатических факторов, а также изменения свойств асфальтобетона в процессе старения.
Стандартными, повсеместно применяемыми, заполнителями для приготовления асфальтобетонной смеси являются гранитные щебень и отсев дробления (искусственный песок), поэтому исследование влияния солевой добавки на физико-механические свойства асфальтобетона целесообразно проводить на составах с их применением, что актуально еще и вследствие показанного в разделе 4.1 настоящей работы наихудшего взаимодействия с ними битума в присутствии хлористого натрия.
Поскольку теплоустойчивость асфальтобетонов зависит, в основном, от свойств применяемого битума и характеризуется интенсивностью снижения прочности с ростом температуры, следует ожидать отсутствия существенных изменений показателей прочности асфальтобетонов с различным содержанием солевой добавки. Для верной оценки теплоустойчивости асфальтобетона с различным содержанием солевой добавки необходимо провести исследование показателей прочности при сжатии составов №№1 и 3 (табл. ЗЛО) от температуры испытания (рис. 4.8 и 4.9).
Анализ результатов, представленных на рисунках 4.8 и 4.9, показывает, что показатели прочности при сжатии образцов асфальтобетона снижаются пропорционально росту температуры испытания и не прослеживается явной зависимости от содержания соли, причем на абсолютные показатели прочности накладывается ряд других факторов, например, разнородность материалов.
Поэтому целесообразно прибегнуть к характеристике теплоустойчивости исследуемых асфальтобетонов через относительные величины, какими являются коэффициенты теплоустойчивости: R20/R50; R0/R20 и Ro/IW Зависимость коэффициентов теплоустойчивости от количества вводимой в асфальтобетон солевой добавки представлена на рисунках 4.10 и 4.11. Анализ данных, представленных на рисунке 4.10, позволяет говорить о незначительном повышении коэффициентов теплостойкости, характеризующих весь интервал исследуемых температур, при увеличении количества вводимой солевой добавки до 5%, что дает возможность сделать вывод об отсутствии существенного ее влияния на теплоустойчивость таких асфальтобетонов. При вводе в состав минеральной части асфальтобетонной смеси 7% технической соли теплоустойчивость снижается более значительно. Введение солевой добавки в состав мелкозернистого асфальтобетона с выраженным щебеночным каркасом (рис. 4.11) приводит к изменениям его теплоустойчивости иного характера: значения коэффициентов, характеризующих теплоустойчивость в области повышенных температур, значительно выше показанных на рисунке 4.10; значения коэффициента R0/R20J характеризующего теплоустойчивость при пониженных эксплуатационных температурах, ниже соответствующих показателей рисунка 4.10. Таким образом, можно говорить о более высокой теплоустойчивости такого состава при пониженных эксплуатационных температурах, нежели при повышенных. В целом, введение в состав асфальтобетона солевой добавки (до 5%) приводит к некоторому повышению его теплоустойчивости, при большем содержании соли (7%) наблюдается ее незначительное снижение. Таким образом, можно говорить об отсутствии существенного влияния вводимой соли на теплоустойчивость асфальтобетона, причем лучшие показатели имеет асфальтобетон, содержащий в своем составе 3 или 5% солевой добавки. Объяснить полученные результаты можно, вероятно, происходящими изменениями химического состава битума в присутствии хлористого натрия и особенностями взаимодействия битума с поверхностью минеральных материалов различной природы.