Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПО
РИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ И НАПОЛНИТЕЛЕЙ В СОСТАВАХ ЛЕГ
КИХ БИТУМОМИНЕРАЛЬНЫХ СМЕСЕЙ 12
1.1 Пористые заполнители 12
'і її
Природные пористые заполнители 13
Пористые заполнители из отходов промышленности 16
Пористые заполнители искусственные 17
Минеральный порошок 22
Влияние содержания и физико-механических свойств минерального порошка на свойства битумоминеральных композиций 28
Состояние вопроса и перспективы использования пористых заполнителей и наполнителей в составах битумоминеральных композиций 35
Выводы, цели и задачи исследования 49
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛЕГКИХ БИ
ТУМОМИНЕРАЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ, МОДИФИЦИРОВАННЬІХ ОТ
СЕВАМИ ДРОБЛЕНИЯ КЕРАМЗИТА С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ТЕР
МОСТАБИЛЬНОСТИ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ПОКРЫТИЙ 52
Пути повышения устойчивости битумоминеральных композиций при высоких летних температурах 52
Методы оценки трещиностойкости покрытий и пути повышения устойчивости битумоминеральных композиций при низких температурах 58
Особенности физико-химических взаимодействий органического вяжущего и пористых минеральных заполнителей и наполнителей в горячих легких битумоминеральных композициях 64
\
'V
Структура и структурообразование легких битумокерамзитовых композиций 70
Выводы 79
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, РАЗРАБОТКА СОСТА
ВОВ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧИХ ЛЕГКИХ БИТУ-
МОМИНЕРАЛЪНЫХ КОМПОЗИЦИЙ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ОТСЕ
ВАМИ ДРОБЛЕНИЯ КЕРАМЗИТА 81
3.1 Материалы, составы асфальтобетонных и легких битумоминеральных
смесей, принятые к исследованиям. Методика исследований 81
Характеристика материалов, принятых к исследованиям 81
Составы битумоминеральных смесей, принятые для исследований 87
Методика исследований 92
Планирование эксперимента 102
3.2 Влияние количества и марки битума и содержания отсевов дробления
керамзита в составе наполнителя на свойства горячих легких битумомине
ральных композиций 103
Исследование водостойкости горячих легких битумоминеральных композиций 120
Исследование морозостойкости горячих легких битумоминеральных композиций 126
Исследование сдвигоустойчивости горячих легких битумоминеральных композиций 131
Исследование термостабильности горячих легких битумоминеральных композиций 133
Влияние содержания отсевов дробления керамзита в наполнителе, содержания и марки битума на трещиностойкость горячих легких битумоминеральных композиций 141
3.8 Выводы 146
4
4 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА И ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ
ИСПЫТАНИЯ ГОРЯЧИХ ЛЕГКИХ БИТУМОМИНЕРАЛЬНЫХ КОМПО
ЗИЦИЙ. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ГО
РЯЧИХ ЛЕГКИХ БИТУМОМИНЕРАЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ 149
Технология приготовления горячих легких битумоминеральных смесей 149
Опытно-промышленные испытания горячих легких битумоминеральных композиций 151
Расчет экономического эффекта от производства и применения горячих легких битумоминеральных композиций 156
Выводы 160
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 161
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 165
ПРИЛОЖЕНИЯ 183
Приложение А. Справка о фактических показателях внедрения горячих
легких битумоминеральных композиций 184
Приложение Б. Справка о фактических показателях внедрения в учебном
процессе СевКавГТИ 185
Введение к работе
Актуальность работы. Одной из приоритетных программ развития Российской Федерации на ближайшие годы является строительство новых автомобильных дорог. В настоящее время темпы строительства дорог снизились до непозволительно низкого уровня. Состояние большей части существующих дорог оставляет желать лучшего и это при таком значительном ежегодном приросте количества транспортных средств в России. По статистическим данным на 1 января 2007 года на учете в РФ состояло без малого 36 миллионов транспортных средств - 26,8 млн. легковых автомобилей, 4,9 млн. грузовых, 800 тыс. автобусов и 3,3 млн. мотоциклов. По прогнозам уже к 2009 году только легковой парк России должен составить 30 млн. автомобилей. В связи с ростом количества автомобилей резко возросли нагрузки на дорожные покрытия, порой превышающие предельные. В настоящий момент срок службы наиболее широко распространенных асфальтобетонных покрытий снизился с 16-18 до 5-7 лет.
Поэтому, актуальными проблемами в дорожном строительстве являются проблемы повышения эффективности и качества дорожных покрытий, разработка и внедрение новых технологий дорожного строительства и создание но-,вых, отвечающих современным требованиям, композиционных материалов, обеспечивающих высокие эксплуатационные характеристики конструкций автомобильных дорог.
Не менее актуальным является разработка и применение легких конструкционных материалов на доступных органических вяжущих в конструкциях покрытий мостов, мостовых переходов, одежд многоярусных автостоянок, в качестве стяжек плоских кровель промышленных и гражданских зданий, позволяющих снизить объемы бетона и железобетона в конструкциях этих сооружений. Такие материалы также перспективно применять в качестве гидро- и теплоизоляционных покрытий трубопроводов, теплотрасс и других инженерных сетей.
Одним из прогрессивных путей решения данной проблемы является создание новых конструкционных материалов покрытий, удовлетворяющих современным жестким требованиям и обладающих повышенными сдвигоустой-чивостью, термостабильностью и трещиностойкостью, малой плотностью и весом и низкой теплопроводностью.
Перспективным направлением в развитии дорожных и строительных материалов, отвечающих вышеизложенным требованиям, является, по нашему мнению, возможность применения горячих легких битумоминеральных композиций с пористыми заполнителями (дробленым керамзитовым песком) и наполнителями (крупнотоннажными отходами керамзитового производства, отсевами дробления керамзита - керамзитовой пылью). Известен ряд проведенных исследований в этом направлении, дающих весьма обнадеживающие результаты. Однако имеющийся опыт пока не вышел за рамки лабораторных исследований и отдельных пробных внедрений.
Вышеизложенные факты явились предпосылками для более глубокого теоретического и экспериментального изучения горячих легких битумоминеральных композиций, модифицированных отсевами дробления керамзита в составе наполнителя.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является теоретическое и экспериментальное обоснование возможности получения и разработка эффективных битумоминеральных композиций с повышенными термостабильностью и трещиностойкостью путем управления процессами структурообразова-ния битумных связующих на основе применения отсевов дробления керамзита.
Основная гипотеза при проведении теоретических и экспериментальных исследований - получение эффективных горячих легких битумоминеральных композиций, модифицированных отсевами дробления керамзита, обладающих повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, а также низкой плотностью и весом, которое может быть достигнуто за счет частичной или полной замены традиционного известнякового минерального по-
7 рошка в составе наполнителя на отсевы дробления керамзита фракций менее 0,14 мм (керамзитовую пыль) с последующей разработкой их составов и технологий приготовления и применения.
В соответствие с поставленной целью решались следующие задачи:
на основании анализа отечественной и зарубежной научно-технической и патентной литературы выявить особенности процессов структурообразования битумоминеральных композиций с включением отсевов дробления керамзита и разработать теоретические предпосылки по подбору составов горячих легких битумоминеральных композиций на пористом заполнителе и наполнителе с отсевами дробления керамзита, обеспечивающих высокие показатели физико-механических и эксплуатационных свойств, термостабильность и морозо-, тре-щиностойкость;
выявить закономерности влияния зернового состава пористых минеральных заполнителей и наполнителей, содержания и марки битума на прочностные показатели и теплостойкость, водостойкость и морозостойкость горячих легких битумоминеральных композиций, модифицированных отсевами дробления керамзита;
на основе экспериментальных исследований разработать составы горячих легких битумоминеральных композиций (плотность р в уплотненном со-стоянии 1550-1710 кг/м ), модифицированные отсевами дробления керамзита, с повышенными показателями термостабильности, трещиностойкости и сдвиго-устойчивости;
разработать и провести производственную апробацию составов и технологии получения термостабильных и трещиностойких горячих легких битумоминеральных композиций на пористом заполнителе (дробленом керамзитовом песке) и наполнителе с отсевами дробления керамзита.
Научная новизна:
- установлены особенности процесса структурообразования битумомине
ральных композиций с включением отсевов дробления керамзита и обоснована
8 возможность получения высококачественных горячих легких асфальтовых материалов, модифицированных пористыми заполнителями и наполнителями, с повышенными физико-механическими и эксплуатационными показателями;
- предложено оценивать термостабильность горячих легких битумомине
ральных композиций с включением отсевов дробления керамзита по коэффи
циенту термостабильности ктс, характеризующему их температурную устойчи
вость;
определены зависимости физико-механических и эксплуатационных свойств горячих легких битумоминеральных композиций от количества и марки битума в смеси, а также от содержания отсевов дробления керамзита в наполнителе СКп;
установлена закономерность повышения термостабильности горячих легких битумоминеральных композиций с увеличением содержания отсевов дробления керамзита в составе наполнителя, которая достигает максимума при Скп равном 100% по объему;
выявлено закономерное понижение температур растрескивания Тра горячих легких битумоминеральных композиций с увеличением содержания отсевов дробления керамзита в составе наполнителя и уменьшением вязкости битума.
Практическая значимость. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны рациональные составы и технология приготовления горячих легких битумоминеральных смесей на пористом заполнителе (дробленом керамзитовом песке), и наполнителе с использованием отсевов дробления керамзита с повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами.
На АБЗ ГУП СК «Ставропольское ДЭСУ-1» (г. Ставрополь) были выпущены две опытно-промышленные партии горячих легких битумоминеральных смесей на битуме марки БНД 60/90 с пористым заполнителем (дробленым керамзитовым песком) и наполнителем с содержанием отсевов дробления керам-
9 зита Скп 50 и 100 % по объему.
Опытно-промышленные партии составов горячих легких битумомине-ральных смесей были использованы Ставропольским ДЭСУ-1 на автомобильной дороге направления Ставрополь - Ростов-на-Дону.
Расчетный экономический эффект от снижения себестоимости укладки 100 м покрытия из предложенных вариантов легких битумоминеральных смесей в сравнении с асфальтобетонными смесями на плотном заполнителе в ценах 2007 года, в зависимости от содержания отсевов дробления керамзита в наполнителе смеси Скп, составил соответственно: 50 % по объему — 241,00 руб.; 100 % по объему - 766,00 руб. Ожидаемый годовой экономический эффект от изменения себестоимости укладки покрытия (при годовом объеме 42,0 тыс. м2) составил при следующем содержании отсевов дробления керамзита в наполнителе, соответственно: 50 % по объему — 101,22 тыс. руб.; 100 % по объему -321,72 тыс. руб.
Результаты, полученные при выполнении кандидатской диссертационной работы, используются в учебном процессе СевКавГТИ в лекционных курсах, на лабораторных и практических занятиях по дисциплинам: «Материаловедение», «Покрытия и кровли», «Тенденции развития строительных материалов и изделий», «Технология конструкционных материалов» для специальностей 270102, 270115,270205.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на следующих конференциях:
IV региональная научно-техническая конференция «Вузовская наука — Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2000 г.);
Международная научно-практическая конференция «Строительство -2002» (Ростов-на-Дону, 2002 г.);
- Специализированная конференция Д69 «Дороги Башкирии - 2003»
(Уфа, 2003 г.);
- Международная научно-техническая конференция: С56 «Современные
10 проблемы строительства и реконструкции зданий и сооружений» (Вологда,
2003 г.);
VII региональная научно-техническая конференция «Вузовская наука -Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2003 г.);
III межвузовская научно-практическая конференция (Ставрополь,
2004 г.);
III международная научно-техническая конференция «Эффективные строительные конструкции: Теория и практика» (Пенза, 2004 г.);
Межвузовская научно-практическая конференция «Вузовская наука -России» (Набережные Челны, 2005 г.);
IX региональная научно-техническая конференция «Вузовская наука -Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2005 г.);
X региональная научно-техническая конференция «Вузовская наука -Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2006 г.);
Международная научная конференция «Наука и технологии: актуальные проблемы, 2007» (Ставрополь, 2007 г.).
Публикации. Основные положения диссертации отражены в 22 опубликованных работах, в т. ч. 2 статьи опубликованы в изданиях определенных ВАК РФ и имеется два положительных решения на выдачу патента на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы, содержащего 177 источников и 2 приложений. Работа изложена на 185 страницах, содержит 121 страницу машинописного текста, 40 таблиц, 37 рисунков.
На защиту выносятся:
- теоретическое и экспериментальное обоснование возможности получе
ния высококачественных горячих легких асфальтовых материалов на пористом
заполнителе (дробленом керамзитовом песке) и наполнителе, содержащем от
севы дробления керамзита, обеспечивающих за счет управления процессами
структурообразования битумных связующих повышенные физико-
механические показатели, термостабильность и трещиностойкость;
рациональные составы горячих легких битумоминеральных композиций, модифицированных отсевами дробления керамзита, с повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами;
результаты экспериментальных исследований термостабильности и трещиностойкости горячих легких битумоминеральных композиций в зависимости от вязкости битумного вяжущего и содержания отсевов дробления керамзита в составе наполнителя Скп ( % по объему);
методика оценки термостабильности горячих легких битумоминеральных композиций, модифицированных отсевами дробления керамзита;
технология приготовления горячих легких битумоминеральных композиций с повышенными сдвигоустойчивостью, термостабильностью и трещино-стойкостью.
Достоверность полученных результатов подтверждена применением стандартных и нестандартных методов исследований, статистической обработкой полученных данных, обеспечивающих доверительную вероятность 0,95, опытно-промышленной проверкой результатов исследований, а также согласованием основных положений работы с результатами исследований других авторов.
Личный вклад соискателя заключается в формировании цели и основной гипотезы, самостоятельном выполнении теоретических и экспериментальных исследований, обобщении результатов и производственном внедрении разработанных составов.
Автор благодарит доктора технических наук, профессора Печеного Б.Г. за оказанное содействие при выполнении работы.
