Введение к работе
Актуальность. Дорожная инфраструктура - это жизненно важная система, влияющая на экономику любого государства. В связи с этим существует прямая зависимость между транспортно-эксплуатационным состоянием покрытий автомобильных дорог и динамикой развития экономики, обусловливающей постоянный рост интенсивности и грузонапряжённости дорожного движения.
При эксплуатации покрытий из асфальтобетонных смесей в условиях знакопеременных температур и агрессивного воздействия воды всё чаще можно наблюдать образование сезонных пластических и коррозионных дефектов, а также температурных трещин и шелушений, способствующих преждевременному разрушению материала покрытия.
Подобные дефекты поверхности обусловлены, прежде всего, спецификой свойств используемого органического вяжущего, выраженной в зависимости его реологических и физико-механических показателей от температуры и влажности окружающей среды.
В настоящее время отрасль нанотехнологий предоставляет широкий спектр модификаторов и способов модификации для повышения качества композиционных материалов в заданном направлении. Эффективным способом, сочетающим в себе увеличение рабочего температурного интервала асфальтовяжущего (ABB), а также тепло- и трещиностойкости асфальтобетона, может выступать использование в технологии приготовления асфальтобетонных смесей пористых дисперсных материалов, выполняющих роль активного структурирующего наполнителя. Поэтому представляло интерес совмещение этих технологических приёмов для разработки наномодифи-цированного агента, позволяющего управлять показателями свойств асфальтобетона.
Работа выполнялась в рамках грантов БЗ/12 и А11/12 Программы стратегического развития БГТУ им. В.Г. Шухова на 2012-2016 года.
Цель работы. Получение эффективных асфальтобетонов на основе наномодифицированного дисперсного пористого сырья.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи:
изучение свойств, микроструктурных особенностей и реакционной способности пористых дисперсных наполнителей для использования в качестве минерального порошка в асфальтобетонах;
обоснование и разработка технологии получения наномодифицированного агента на основе цеолитового сырья, а также выявление факторов, вносящих максимальный вклад в формирование эффективных асфальтобетонов;
подбор рационального соотношения наномодифицированный
агент/известняковый минеральный порошок в составе асфальтобетонных смесей;
исследование физико-механических свойств и коррозионной стойкости композитов разработанных составов;
подготовка нормативных документов для реализации теоретических и экспериментальных исследований. Внедрение результатов исследований.
Научная новизна работы. Выявлен характер зависимости адсорбционной и структурирующей активности наполнителей и термостабильности системы «битум—минеральный порошок» по мере увеличения пористости минерального сырья, проявляющийся в повышении этих показателей за счёт интенсивного протекания процессов физической и химической адсорбции на границе раздела фаз, обусловленных наличием активных центров адсорбции и структурой поверхности частиц.
Установлен синергизм совместного действия минеральной подложки из цеолитсодержащего туфа и полимерного наномодифицированного компонента, связанный с особенностями архитектуры пор наполнителя, заключающимися в нормированном размере входных окон пор, а также их упорядоченном расположении.
Разработаны принципы повышения эффективности асфальтобетона, заключающиеся в целенаправленном регулировании процессов структурооб-разования на границе раздела фаз за счёт внедрения в технологию приготовления композита наномодифицированного агента пролонгированного действия, полученного при совместном помоле цеолитсодержащего туфа и наномодифицированного полимерного компонента. В результате на поверхности зёрен композита образуется сложно-структурированная матричная система, оказывающая микроармирующее действие.
Выявлены закономерности изменения прочностных свойств при температурах испытания 0 и 50 С, коррозионной стойкости асфальтобетона от соотношения «наномодифицированный агент/известняк» в составе дисперсной части смеси, заключающиеся в повышении этих показателей при увеличении содержания гибридного наполнителя. Установлено, что введение модифицированного цеолитового туфа приводит к интенсификации процессов на границе раздела фаз «битум-наполнитель-заполнитель» за счёт формирования сложно-структурированных связей, и установлено рациональное соотношение дисперсных компонентов.
Практическая значимость. Произведён обоснованный выбор пористого наполнителя для получения наномодифицированного агента для асфальтобетонных смесей, характеризующегося повышенным содержанием активных центров, высокой пористостью и структурообразующим влиянием на битум. Доказана возможность синтеза эффективного асфальтового
вяжущего и асфальтобетона с применением пористого тонкодисперсного наполнителя из цеолита, а также целесообразность его модифицирования.
Предложен состав и разработана технология лабораторного синтеза наномодифицированного цеолита, а также предложена схема его применения при промышленном производстве асфальтобетонных смесей.
При помощи многокритериальной оценки качества асфальтобетона подобрано соотношение разработанного наполнителя и традиционного минерального порошка в составе плотных асфальтобетонных смесей, что позволило получить сдвиго-, трещино- и коррозионностойкие асфальтобетоны, отличающиеся высокими физико-механическими показателями.
Разработан технологический регламент на производство асфальтобетонных смесей с применением модифицированного наполнителя.
Внедрение результатов исследований. Опытное применение разработанного наномодифицированного агента осуществлялось на базе ООО «АсфальтСД», город Москва. Выпущена опытная партия асфальтобетона, использованная при ремонте покрытия в городе Истра Московской области по ул. Урицкого, на участке от пересечения с переулком Чеховским до пересечения с переулком Почтовым.
Результаты исследований внедрены в учебный процесс при подготовке инженеров по специальности 270205.65, а также бакалавров и магистров направления «Строительство» по профилю 270800.62-08 «Автомобильные дороги и аэродромы».
Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на: XI Всероссийской выставке научно-технического творчества молодёжи НТТМ-2011 (Москва, 2011); VIII Международной научно-практической конференции «Пространство и время - система координат развития человечества» (Киев, 2011); Международной научно-практической конференции «Инновационные материалы и технологии» (XX научные чтения) (Белгород, 2012); Международной научно-технической конференции молодых учёных БГТУ им. В. Г. Шухова (Белгород, 2012); Международной молодёжной конференции «Оценка рисков и безопасность в строительстве. Новое качество и надёжность строительных материалов и конструкций на основе высоких технологий» (Москва, 2012); научно-технической конференции «Современные тенденции и направления строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог и искусственных сооружений», посвященной 50-летию «БелдорНИИ» (Минск, 2012); ежегодной научной сессии Ассоциации исследователей асфальтобетона (Москва, 2013), Международной научно-практической конференции «Инновационные материалы, технологии и оборудование для строительства современных транспортных сооружений» (Белгород, 2013).
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, опубликованы в 13 научных статьях, включая 3 статьи в центральных рецензируемых изданиях.
На защиту выносятся:
метод экспериментальной обработки данных, направленный на рациональный и научно-обоснованный подход при выборе дисперсного, в том числе пористого сырья, для приготовления асфальтобетонных смесей;
метод подбора оптимального количества битума при подборе составов асфальтовяжущего на пористых наполнителях;
технология получения и применения наномодифицированного агента для асфальтобетонных смесей на основе цеолита;
характер влияния разработанного гибридного наполнителя на физико-механические и коррозионные свойства плотных асфальтобетонов;
обоснование выбранного содержания наномодифицированного цеолита в составе асфальтобетонной смеси;
Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав и общих выводов. Содержит 192 страницы машинописного текста, включающего 43 рисунка и фотографии, 27 таблиц, библиографический список из 153 наименований, 3 приложения.
