Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса по технологии модификации битумного вяжущего 11
1.1 Существующие методы улучшения свойств асфальтобетона за счет модификации битумного вяжущего 11
1.2. Использование отходов производства синтетических полимерных веществ в получении модифицированных битумных вяжущих 15
1.3. Получение битумных композиций на основе резино-каучуковых веществ 22
1.4. Использование серы и серосодержащих отходов в производстве битумных вяжущих 25
1.5. Методы технологического совершенствования получаемых битумов 28
1.6. Улучшение свойств битума методами механоактивации 30
1.6.1. Существующие представления о активационно-технологической механике асфальтобетона 30
1.6.2. Методы активации 31
1.7. Выводы по главе 34
2. Теоретические основы структурообразования и свойств битумов .35
2.1. Условия структурных и фазовых превращений в битумах 35
2.2. Формирование равновесных структур в битумах 46
2.3. Выводы по главе 56
3. Объекты и методы исследования 57
3.1. Характеристики используемых материалов 57
3.2. Зерновые составы минеральной части асфальтобетонных смесей, используемых в исследованиях 59
3.3. Характеристики используемых добавок 59
3.4. Методика исследования 61
3.4.1. Определение изменений дисперсности битума оптическим методом ...61
3.5. Методика математического планирования эксперимента 64
3.6. Методика статистической обработки результатов 68
3.7. Планирование эксперимента в работе 69
3.7. Выводы по главе 72
4. Экспериментальные исследования 73
4.1. Определение влияния модифицирования на косвенные показатели дисперсности битума 73
4.2. Влияние модифицирующих добавок на физико-механические свойства битума 78
4.2.1. Свойства битумного вяжущего модифицируемого смесью олигока проамидов 80
4.2.2. Свойства вяжущего модифицированного добавками олигомера цикли ческого и линейного строения 86
4.3. Структурные изменения битумного вяжущего в процессе его модификации ...95
4.4. Выводы по главе ,... 100
5. Влияние модифицированного битумного вяжущего на физико-механические свойства асфальтобетонов ...101
5.1. Физико-механические свойства асфальтобетона модифицированного олигокапроамидом 101
5.2. Физико-механические свойства асфальтобетона модифицированного олигомерами циклического и линейного строения 108
5.3. Физико-механические свойства асфальтобетона с пониженным содержанием модифицированного битумного вяжущего 117
5.4. Технология получения асфальтобетонных смесей на основе модифици рованных битумных вяжущих 120
5.5. Технико-экономическая эффективность 121
5.5. Выводы по главе 124
Основные выводы 125
Литература, 127
Приложения 139
- Использование отходов производства синтетических полимерных веществ в получении модифицированных битумных вяжущих
- Определение изменений дисперсности битума оптическим методом
- Свойства вяжущего модифицированного добавками олигомера цикли ческого и линейного строения
- Физико-механические свойства асфальтобетона модифицированного олигомерами циклического и линейного строения
Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время, наряду с резко возросшими транспортными нагрузками, усилилось техногенное воздействие на автодороги. Происходит это в результате выпадения кислотных осадков, агрессивного воздействия солевых и кислотных антигололедных систем, влияние загрязненной атмосферы и т.п. Стали заметны климатические и природные изменения. Перепады температур в районе нуля градусов в совокупности воздействия факторов приводят к интенсивному разрушению асфальтобетонных покрытий автодорог.
Асфальтобетон для дорожных покрытий производится на основе нефтяных битумов в качестве вяжущего, которые во многом являются причиной недолговечности сконструированных и выполненных дорожных асфальтобетонных покрытий в условиях России. Большая часть выпускаемых дорожных битумов по своим свойствам не соответствует изменившимся условиям эксплуатации дорог. Причиной служит отсутствие для их производства необходимого и однородного сырья. С другой стороны, нефтяные битумы по своей природе не могут обеспечить требуемую долговечность асфальтобетонных покрытий и требуют принципиального улучшения их свойств. Одним из решений проблемы является применение улучшенных и более качественных материалов.
Технологические способы производства битумов не всегда дают возможность получить их с требуемыми строительными свойствами. Решение этого вопроса может быть достигнуто в создании битумных композиционных материалов, используя для этого последние теоретические разработки и практические достижения в области коллоидной полимерной химии и технологии композиционных материалов. Применение полимеров, различного рода добавок на основе техногенных отходов производства и новых технологий позволит получать материалы требуемого качества.
Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование и получение дорожного асфальтобетона на основе модифицированного битумного вяжущего с использованием отходов производства поликапроамидов.
Задачи исследований. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
развить теоретические и практические основы эффективных способов улучшения качества битума для повышения долговечности асфальтобетонных покрытий;
установить закономерности структурных и фазовых изменений в результате воздействия различных факторов и их влияние на формирование структур получаемых битумов;
разработать эффективные составы модифицированных битумов, полученных на основе битума марки БНД 60/90 с использованием олигока-проамида, а также олигомеров циклического и линейного строения;
исследовать влияние модифицирующих добавок (смесевого олигока-проамида, олигомера циклического и линейного строения) на физико-механические и физико-химические свойства битумного вяжущего;
экспериментально подтвердить возможность получения высококачест-
венного асфальтобетона на основе модифицированного битума;
разработать технологические способы и организацию производственного применения отходов производства поликапроамидов в технологии получения модифицированного битумного вяжущего;
определить технико-экономическую эффективность использования модифицированного битума для получения асфальтобетона.
Научная новизна работы.
- Развиты основы материаловедческих и технологических аспектов полу
чения качественных асфальтобетонов с использованием отходов про
изводства поликапроамида.
Установлены и изучены закономерности структурных и фазовых изменений в результате воздействия модифицирующих добавок на битумное вяжущее, и их влияние на формирование структур получаемых битумов.
Разработаны эффективные составы с использованием модифицирован-
ных битумов полученных на основе битума марки БНД 60/90 с применением в качестве модификаторов олигокапроамида, а также олигоме-ров циклического и линейного строения,
- Физико-химическими и физико-механическими методами исследований
доказана возможность получения высококачественного вяжущего на основе битума марки БНД 60/90 модифицированного олигокапроами-дом, а также олигомерами циклического и линейного строения.
- Экспериментально доказана возможность получения высококачествен
ного асфальтобетона на модифицированном битуме с улучшенными
эксплуатационными свойствами.
Практическая значимость работы.
Разработаны оптимальные составы модифицированных битумных вяжущих с улучшенными физико-механическими и физико-химическими свойствами с использованием отходов производства поликапроамида.
Разработана технологическая схема получения дорожных асфальтобетонов на основе модифицированного битумного вяжущего с использованием отходов производства поликапроамида. Предложенный способ модификации битума позволяет улучшить свойства асфальтобетона: повысить прочность при сжатии Rjo в среднем на 15%; увеличить коэффициент длительной водостойкости Кдв на 10-15 %; а также снизить водонасыщение по объёму на 1,5 %.
Установлено, что приготовление и уплотнение асфальтобетонных смесей на модифицированном битуме приводит к улучшению показателей каче-
8 ства асфальтобетонов: повышается тепло- и морозостойкость; увеличивается износостойкость и долговечность.
Расширена ресурсная база и повышено качество получаемых битумных вяжущих за счет введение в них, модифицированных добавок. Предлагаемое техническое решение позволяет сократить расход битумного вяжущего на 1 -2 % (с 7-8 % до 6 % от массы асфальтобетона).
Получен экономический эффект при устройстве покрытий из асфальтобетонных смесей, приготовленных на модифицированном битуме, который составил 84852 рубля или 9,1 руб/м2.
Достоверность результатов и обоснованность научных выводов обеспечивается данными, полученными современными физико-механическими и физико-химическими методами исследований, применением современных методов математической обработки результатов исследований, оценкой ошибки экспериментов, подтверждением практическими результатами внедрения разработанных составов битумного вяжущего в технологию дорожного асфальтобетона.
Реализация работы. На основе разработанного состава асфальтобетона на модифицированном битуме (содержание модифицирующей добавки -олигокапроамида 6 % от массы вяжущего) была выпушена опытная партия асфальтобетонной смеси с применением модифицированного битума на асфальтобетонном заводе ДСУ - З ОГУП «Волгоградавтодор». Укладка смеси проводилась в верхний слой покрытия при ремонте автодороги Сызрань-Саратов-Вол оград. Общая площадь участка составила 7000 м2. Экономический эффект от применения модифицированного битума составила 52321 рубль на 1 км. или 9,8 руб/м2 асфальтобетонного покрытия, а также была получена опытная партия асфальтобетонной смеси с пониженным содержанием битума модифицированного олигокапроамидом на асфальтобетонном заводе ООО «Автобам-Липецк». Укладка смеси проводилась в верхний слой дорожного покрытия городских улиц г. Липецка. Площадь участка составила 7000
9 м2. Экономический эффект от применения модифицированного битума со-ставляет 32531 рубль на 1 км. или 8,4 руб/м асфальтобетонного покрытия.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на различных конференциях в том числе: VII Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области. - Волгоград, 2002; Международной научно-технической конференции. «Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций» Волгоград 2000 -2003 гг.; IV Международной научно-технической конференции. «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии», Тула. - 2003; Научно-технической конференции. «Региональные технологические и экономико-социальные проблемы развития строительного комплекса Волгоградской области» г. Михаиловка - 2003 г.; Международной научно-технической конференции «Итоги строительной науки», г. Владимир 2003 г.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ, включая тезисы докладов, доклады и научные статьи.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка используемой литературы и приложений. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, включающего 47 рисунков, 23 таблицы, списка литературы из 131 наименований и приложений.
На защиту выносятся:
развитие основ материаловедческих и технологических аспектов получения качественных асфальтобетонов с использованием техногенных отходов производства поликапроамида в технологии получения качественных асфальтобетонов;
теоретические и экспериментальные данные исследования механизма структурообразования при модификации битумного вяжущего;
- результаты исследований по использованию отходов производства по-
ликапроамида в получении модифицированных битумных вяжущих;
- оптимизированные составы полученных модифицированных битумных
вяжущих на основе битума марки БНД 60/90 с использованием в качестве модификаторов олигокапроамида, а также олигомеров циклического и линейного строения и дорожных асфальтобетонов на их основе;
теоретические и экспериментальные данные по установлению основных технологических и эксплуатационных характеристик предлагаемых (разработанных составов) дорожных асфальтобетонов;
обоснование технико-экономической целесообразности производства дорожных асфальтобетонов на основе модифицированных битумных вяжущих.
Автор приносит глубокую благодарность д.т.н. профессору, заслуженному деятелю науки и техники РФ, зав.каф. «Органической химии» ВолгГТУ, директору ИХПЭ РАЭН Рахимову А.И, за ценные замечания и помощь при выполнении диссертационной работы, а так же искреннюю признательность сотрудникам кафедры «СМиСТ» ВолгГАСУ к.т.н. доц. Потаповой O.K., к.т.н. доц. Агееву Ю.С., к.т.н. доц. Медведько СВ., к.т.н. Вовко В.В. и всему коллективу кафедры «СМиСТ» за критические замечания и помощь в процессе выполнения работы.
Использование отходов производства синтетических полимерных веществ в получении модифицированных битумных вяжущих
В последнее время болыное внимание уделяется улучшение свойств нефтяных битумов введением отходов, образующихся при производстве синтетических смол [6, 8, 11]. Для этой цели используют побочные продукты производства полиэтилена (низкомолекулярный полиэтилен), поливинилхлорида (фильтрационный кек), полистирола (отсевы). Введение этих полимеров в количестве 1,5 - 3% достаточно для значительного улучшений качества битума,
В основе модификации свойств битумов или добавками полимеров лежит процесс структурообразования. Формирование структуры полимера в битуме, а следовательно, и изменение свойств битума зависят от степени распределения молекул полимера в битуме и являются функцией трех факторов — молекулярной массы полимера, содержания асфальтенов в битуме или веществ, содержание соответствующих растворяющих компонентов в масляной фракции битума [6, 8, 46, 63]. Наибольшее влияние оказывает введение полимеров на свойства менее вязких битумов, а оптимальными условиями приготовления полимер битумных вяжущих является температура 130 — 150 С и время приготовления 1,5 ч.
Прочность при сдвиге в результате введения в битум добавок сополимеров, содержащих полярные группы, повышается в 3—6 раз и может достигать 2,5—3,0 МПа (по сравнению с битумом, для которого прочность при сдвиге составляет 0,8 МПа), тогда как при введении в битум самого полиэтилена прочность при сдвиге полученного вяжущего уменьшается почти вдвое.
Побочным продуктом производства полистирола является полистирольная пыль. При введении ее в битум в количестве 3% снижаются вязкость битума и его температура размягчения, значительно возрастает растяжимость при 0 С. Асфальтобетоны, содержащие битум, модифицированный полистирольной пылью, лучше уплотняются и более пластичны при отрицательных температурах.
Для получения комплексных вяжущих применяются фурановые смолы вследствие их сравнительно невысокой стоимости и высокой эффективности. Такими являются фурфурол-ацетоновый мономер ФА (1:1) и его модификация ФАМ (1,5:1), отвердителями смол служат бензолсульфокислоты (15-—25% от массы смолы), керосиновый контакт Петрова (25—35%), серная кислота. Эти мономеры представляют собой жидкости от желтого до темно-коричневого цвета. Мономеры ФА и ФАМ применяли для получения вяжущих, совмещая их со сланцевой смолой или жидким сланцевым битумом (оптимальное содержание ФА и ФАМ составляет 50%). Вяжущие из отходов производства волокон. При производстве волокон лавсана образуются отходы при техноло гических операциях получения диметилтерефталата и полиэтилентерефталата. Это — кубовые остатки испарительной камеры (КОИК), колонны многоцелевой дистилляции, процесса метанолиза и регене рации этиленгликоля при производстве полиэтилентерефталата. Наибольшее распространение получили кубовые остатки испарительной камеры (КОИК), которые представляют собой смолистый темно-коричневый продукт, по консистенции близкий к вязким нефтяным битумам (глубина проникания иглы 200—500 при 25 С и 70 при 0С, температура размягчения 25—30С, растяжимость около 60 см при 25С). Отход имеет неприятный специфический запах. Без предварительной обработки его можно применять для укрепления грунтов. Длительное нагревание его при 220—230С позволяет получить вяжущее с температурой размягчения около 42С, глубиной проникания 30— 60 при 25С, растяжимостью более 40 см при 25С, которое может быть использовано для приготовления обычных и цветных пластбетонов. Это вяжущее отличается удовлетворительным сцеплением с минеральными. В качестве пластификатора инден-кумароновых и нефтеполимерных смол используют кубовые остатки многоцелевой дистилляции при получении диметилтерефталата. Олигомерные добавки. При производстве полимерных продуктов из мономеров могут получаться и олигомерные вещества, занимающие промежуточное положение между полимерами и мономерами. Олигомеры имеют относительно невысокую молекулярную массу, что обеспечивает им технологические преимущества. Использование способности ряда олигомеров к частичной полимеризации при воздействии относительно невысоких температур, обычных для процесса приготовления асфальтобетонных смесей, обусловливает возможность осуществления простой и эффективной технологии производства олигомербитумвых вяжущих, заключающейся во введении жидкого олигомера в битум и выдержки этой смеси в течение времени, необходимого для полимеризации олигомера [106, 107].
Олигомеры, как правило, хорошо совмещаются с битумами. Поскольку битумы имеют относительно непрерывный спектр распределения молекулярных масс компонентов, то введение в них полимеров с молекулярной массой порядка сотен тысяч единиц приводит к нарушению указанного спектра и снижению стабильности структуры вяжущего. Введение же олигомеров с последующей их частичной полимеризацией в составе битума способствует получению практически непрерывного спектра молекулярных масс и, следовательно, вяжущего с большей стабильностью.
В качестве таких добавок к битумам можно использовать олигомеры олефинов с молекулярной массой 500—2000 (продолжительна перемешивания битума с олигомером 5—30 мин), жидкий олигомер пропилена с молекулярной массой 740—900 в количестве 10% (перемешивание производили в течение 5 мин при 163—190 С), олигомера изобутилена (10%) с молекулярной массой 730 с последующим перемешиванием при 204 С и выдерживанием в течение 30 мин при 163 С.
Технологические преимущества, достигаемые при модификации битумов олигомерами, обеспечиваются и при введении в битум мономеров при обязательном добавлении ускорителей полимеризации. Для этой цели могут быть использованы мономеры группы диенов: бутадиен, стирол, пентадиен и др.
Определение изменений дисперсности битума оптическим методом
Выделившаяся из пересыщенного раствора новая фаза может не выпадать в осадок вследствие проявления ряда факторов, обусловливающих стабильность коллоидной системы. В зависимости от доминирующего фактора механизм стабилизации коллоидной системы может различаться [3, 15, 34]. В первую очередь следует выделить термодинамические факторы устойчивости.1. Образование на поверхности частиц двойного электрического слоя, обусловливающего возникновение энергетического барьера, препятствующего сближению частиц на расстояние, где действуют интенсивные молекулярные силы притяжения [34]. 2. Образование на поверхности частиц сольватного слоя из молекул среды. Эта сольватная оболочка исключает слипание частиц при соударении как за счет своих упругих свойств, так и вследствие того, что на границе сольватного слоя дисперсионной среды отсутствует сколько-нибудь заметное поверхностное натяжение [15]. Кроме того, причина неслипания двух сольватированньгх частиц при их сближении по Б. В. Дерягину заключается также в возникновении расклинивающего давления, обусловленного отличием структуры граничных сольват-ных слоев и объемной фазы [34].
Элементы количественной теории сольватации сложных структурных единиц в нефтяных дисперсных системах и их устойчивости представлены также в работах [19 91]. Размеры сложных структурных единиц, толщина сольватной оболочки и соответственно свойства нефтяных дисперсных систем регулируются отношением и природой смешиваемых высокомолекулярных и низкомолекулярных соединений, температуры, давления и других энергетических полей, а также введением добавок.
На основании кинетических уравнений, описывающих формирование (разрушение) слоев сольватной оболочки и надмолекулярной структуры, предложены зависимости изменения толщины слоев надмолекулярной структуры и сольватной оболочки от растворяющей способности растворителя [19]. Дополнительная устойчивость достигается в дисперсных системах, содержащих частицы, разнородные как по размерам, так и по величине электрокинетического потенциала, за счет гетеростабилизации. Обычно в этих системах малые частицы из-за большей их подвижности концентрируются вокруг крупных частиц и образуют на них своеобразную сферу, создавая таким образом мицеллу с высоким потенциальным барьером, что резко повышает устойчивость системы [67].
Наряду с термодинамическими факторами на устойчивость дисперсных систем может влиять и структурно-механическая прочность барьера, возникающего на поверхности частиц [59, 77].
Регулирование устойчивости дисперсных систем в широких пределах достигается введением веществ, действующих по одному или нескольким из рассмотренных механизмов. Так, диссоциированные на ионы электролиты способны создавать или нейтрализовать заряды коллоидной частицы, повышать или понижать их электрокинетический потенциал и, таким образом, способствовать стабилизации или слипанию частиц дисперсной фазы. Введение белков, углеводов, пектинов, а для систем с неводной дисперсионной средой — каучука позволяет значительно повысить устойчивость дисперсных систем, при этом механизм их защитного действия сводится к образованию вокруг коллоидной частицы адсорбционной оболочки. В углеводородных средах любое типичное поверхностно-активное вещество может являться стабилизатором за счет ориентированной адсорбции полярной группой к поверхности частиц дисперсной фазы, а углеводородной цепью — в окружающую среду [77,117].
Использование высокодисперсных частиц для создания защитных слоев на более крупных частицах дисперсной фазы по принципу «гетеростабилизации» [67] позволяет повысить стабильность эмульсий и пен и битумных эмульсионных паст минеральными тонкодисперсными порошками.
Асфальтеновые ассоциаты являются мицеллами, они имеют заряды [61, 65], что исключает их слипание за счет действия сил электростатического отталкивания. Причем вследствие разнородности ассоциатов асфальтенов по размерам при повышенных температурах возможна стабилизация их частиц за счет «гетеростабилизации». При температурах ниже 42— 60 С в построении мицелл в битумах начинают принимать участие смолы. Хотя размер мицелл при этом и увеличивается, однако система может оставаться стабильной вследствие появления стабилизирующих эффектов сольватации и структурно-механического барьера за счет диффузного сольватного слоя из смол.
В дисперсных системах, которые образовались вследствие пересыщения раствора после его охлаждения, возникновение частиц дисперсной фазы происходит как бы в два этапа. Первый этап характерен быстрым образованием зародышей и ростом частиц в процессе охлаждения расплавов, при этом частицы находятся в стеклообразном (замороженном метастабилъ-ном) состоянии. Второй этап формирования частиц дисперсной фазы протекает при изотермическом или близком к нему режимах и отличается малой скоростью, что обусловлено замедлением диффузионных процессов из-за повышения вязкости системы после охлаждения. Как в процессе охлаждения, так и при изотермическом выдерживании переохлажденных образцов образование ассоциатов или центров их зарождения происходит в результате диффузионных процессов и соударения (контактирования) структурных групп. В тех контактах, где взаимодействие начинает превышать энергию теплового движения кТ (здесь к — постоянная Больцмана), молекулы прекращают свое движение и фиксируются в дисперсной фазе. Энергия межмолекулярного или контактного взаимодействия не зависит от температуры, либо зависит от температуры очень незначительно [106, 115], а энергия теплового движения кТ резко уменьшается при понижении температуры. Поэтому размер частиц дисперсной фазы, образующихся при охлаждении (на 1 этапе), сильно зависит от скорости охлаждения. При малых скоростях охлаждения образуются более крупные частицы дисперсной фазы, чем при быстром охлаждении. Это хорошо иллюстрируется на примере нефтяных дисперсных систем [19], а также при кристаллизации полимеров в процессе охлаждения расплавов с различными скоростями [46,106, 131].
Формирование частиц дисперсной фазы на 2 этапе (в процессе изотермического выдерживания) протекает в двух направлениях: рост зародышей, образовавшихся на 1 этапе, и образование новых зародышей дисперсной фазы или рост частиц дисперсной фазы на зародышах, образовавшихся на 1 этапе. Эти процессы продолжаются до окончания пересыщения дисперсионной среды и установления в ней равновесной концентрации растворенных асфальтенов или при пониженных температурах смол, соответствующих насыщению при данной температуре.
Свойства вяжущего модифицированного добавками олигомера цикли ческого и линейного строения
Разработаны эффективные составы с использованием модифицированных битумов полученных на основе битума марки БНД 60/90 с применением в качестве модификаторов смеси олигокапроамидов, а также олигомеров циклического и линейного строения. 2. Разработана технологическая схема получения дорожных асфальтобетонов на основе модифицированного битумного вяжущего с использованием отходов производства поликапроамида. Предложенный способ модификации битума позволяет улучшить свойства асфальтобетона: повысить прочность при сжатии R50 в среднем на 15 %; увеличить коэффициент длительной водостойкости Кдв на 10-15 %; а также снизить водонасыщение по объёму на 1,5 %. 3. С помощью экспериментальных исследований доказано увеличение дисперсности системы и устойчивости ее во времени у модифицированных битумных вяжущих про сравнению с исходным. 4. В результате модификации битумного вяжущего смесью олигокапроамидов и олигомерами циклического и линейного строения в битуме происходят структурные и фазовые превращения в битуме, что подтверждается проведенными исследованиями физико-механических свойств, определением кинематической вязкости и методом ИК спектроскопии. 5. По данным исследований, оптимальным следует считать содержание смеси олигокапромидов в битуме в количестве 6 % и олигомеров циклического или линейного строения в количестве 3 % от массы вяжущего. Такое количество вводимых модифицирующих добавок приводит к улучшению реологических свойств битума и повышению качества применяемых битумов. Для выяснения влияния модифицированного битума на физико-механические свойства асфальтобетона были изучены смеси типа Г по ГОСТ 9128-97 приготовленные на гранитном и известняковом отсевах с применением битума марки БНД 60/90.
Результаты испытаний асфальтобетонных образцов, приготовленных на битуме БНД 60/90 модифицированный смесью олигокапроамидов приведены на гранитном и известняковом отсевах в таблицах 5.1., 5.2.
Анализ полученных экспериментальных данных косвенно подтверждает предположение о повышении водостойкости битума в результате модификации и как следствие происходит улучшение адгезии при его взаимодействии с минеральным материалом.
При использовании битума БНД 60/90 для приготовления асфальтобетонных образцов наиболее заметно эффект увеличения водостойкости (рис. 5.3., 5.4.) проявляется при введении в битум смеси олигокапроамидов в количестве 6 % от массы вяжущего (табл. 5.1., 5.2.), что подтверждает предпосылки, высказанные в главе II.
Наблюдается уменьшение водонасыщения у образцов асфальтобетона, приготовленных на битуме, модифицированном смесью олигокапроамидов 6%, по сравнению с образцами, приготовленными на исходном битуме или модифицированным при других количествах вводимой добавки (рис, 5.5. - 5.6). Также результаты исследований показывают значительное увеличение длительной водостойкости (рис. 5,3., 5.4.) у образцов асфальтобетона, приготовленных на минеральном материале как основных (известняк), так и кислых (гранит) горных пород с применением модифицированном битума.
Следовательно основываясь на результатах лабораторных экспериментальных данных можно сделать вывод, что наиболее оптимальным количеством добавки для модификации битума БНД 60/90 будет 6 %.
Для выяснения стандартных физико-механических свойств асфальтобетонов, приготовленных на модифицированном битуме БНД 60/90 были приготовлены смеси на основе отсевов минеральных материалов основных (известняк) и кислых (гранит) горных пород. Результаты представлены в табл.5 Л. - 5.2.
По результатам экспериментальных данных, приведённых в табл. 5,1. -5.2. можно сделать вывод, что асфальтобетонные смеси, приготовленные на модифицированном битуме показывают более высокие прочностные показатели по сравнению с асфальтобетонными смесями, приготовленными на исходном битуме и удовлетворяют требованиям ГОСТ 9128-97. Большой практический интерес, особенно для территории Нижнего Поволжья, вызывает увеличение прочности на сжатие при 50С для образцов асфальтобетона, приготовленных на модифицированном битуме. Так для асфальтобетонов приготовленных на модифицированном битуме этот показатель выше по сравнению с асфальтобетонами, приготовленными на исходном битуме в среднем на 9 % на битуме БНД 60/90.
Также большое значение имеет увеличение коэффициента длительной водостойкости для асфальтобетонов, приготовленных на модифицированном битуме в среднем на 10-12 % по сравнению с асфальтобетонами, приготовленными на исходном битуме (табл. 5.1. — 5.2.). Такое увеличение коэффициента длительной водостойкости наблюдается как у асфальтобетонов, приготовленных на заполнителе из осадочных горных пород, так и у асфальтобетонов, приготовленных на заполнителе из кислых горных пород.
Физико-механические свойства асфальтобетона модифицированного олигомерами циклического и линейного строения
Технология получения асфальтобетонных смесей на основе модифицирующих битумных вяжущих предусматривает два способа модификации; 1 способ - модификация битумного вяжущего добавкой (смесь олигокапроамидов) осуществляется в смесительном отделении асфальтобетонной установки. Предварительно измельченная добавка до шах фракции 0,5 мм подается в смеситель. 2. способ - введение модифицирующих добавок проводится совместно с минеральным порошком; предварительно полученная смесь «добавка + минеральный порошок» (измельчение и дробление проводилась совместно) на технологической линии производства минерального порошка.
Содержание в смеси модифицированного битумного вяжущего было равным 7 и 6 % (пониженное содержание) сверх минеральной части. Содержание в смеси минерального порошка было равным 9 %.
Зерновой состав минеральной части соответствовал марки II типу «Б» по ГОСТ 9128. Асфальтобетонная смесь приготавливалась в асфальтобетонной установке ДС - 117 - 2Е. Модифицирующая добавка вводилась в смесительное отделение. Продолжительность перемешивания смеси 50 секунд. Температура приготовления асфальтобетонной смеси равна в среднем 150 С с отклонением в пределах 145 - 160 С.
На основе разработанного состава асфальтобетона на модифицированном битуме (содержание модифицирующей добавки -олигокапроамида 6 % от массы вяжущего) была выпушена опытная партия асфальтобетонной смеси с применением модифицированного битума на асфальтобетонном заводе ДСУ - 3 ОГУП «Волгоградавтодор». Укладка смеси проводилась в верхний слой покрытия при ремонте автодороги Сызрань-Саратов-Волоград, а также была получена опытная партия асфальтобетонной смеси с пониженным содержанием битума модифицированного олигокапроамидом на асфальтобетонном заводе ООО «Автобам-Липецк». Укладка смеси проводилась в верхний слой дорожного покрытия городских улиц г. Липецка. Как было установлено, приготовление и уплотнение асфальтобетонных смесей, приготовленных на модифицированном битуме, приводит к значительному улучшению показателей качества асфальтобетонов: тепло- и морозостойкости по сравнению с асфальтобетонами, приготовленных на исходном битуме. На основании представленных в исследований, проведённых в лабораторных и производственных условиях, можно считать, что увеличение прочности при сжатии R50 в среднем на 15 %, а также увеличение коэффициента длительной водостойкости Кдв на 10-15 % позволит увеличить срок службы асфальтобетонных покрытий на 2-3 года. Прочность при сжатии R50 при приготовлении асфальтобетонных смесей типа Б по ГОСТ 9128-97 на дроблёном известняковом щебне и битуме марки БНД 60/90 модифицированном олигокапроамидом, на 12 % выше, чем асфальтобетона приготовленного на исходном битуме; коэффициент длительной водостойкости Кдв для этой же асфальтобетонной смеси выше на 16 %. Такое увеличение свойств происходит в результате возрастания прочности плёнок битума в структурных зонах за счёт активного взаимодействия с минеральным материалом. На основании приведённых результатов увеличения физико механических свойств асфальтобетонов, приготовленных из смесей на модифицированном битуме, можно прогнозировать увеличение срока службы асфальтобетонных покрытий на 2-3 года по сравнению с покрытиями, приготовленными на исходном битуме. В городском строительстве г. Волгограда срок службы асфальтобетонных покрытий в зависимости от категории дороги составляет в среднем 10-12 лет. Тогда считаем, что при устройстве асфальтобетонных покрытий из смесей на модифицированном битуме, срок службы между их капитальными ремонтами составляет 14 лет (при одном среднем ремонте за срок службы покрытия). Стоимость ремонта автомобильных дорог, устраиваемых с применением битума, принята на основании данных ДСУ-1 треста «Дормостстрой». На основании этих данных была рассчитана ожидаемая экономия за счёт ремонтов на 1 км покрытия при капитальном и среднем ремонте для дорог с покрытиями капитального типа. Ожидаемая экономия затрат, приходящихся на 1 км покрытия, определялась по формуле [5.1]: У і и У2 - удельные расходы соответственно базового и нового материала в расчёте на единицу конструктивного элемента (вида работ), в натуральных единицах; - затраты на выполнение работ при использовании базового и нового материала (без учёта его стоимости) на единицу конструктивного элемента (вида работ), сопутствующие капитальные вложения в строительстве при использовании базового и нового материала в расчёте на единицу конструктивного элемента с применением нового материала, руб.; А 2 - годовой объём производства материала в расчётном году, в натуральных единицах. Таким образом ожидаемый экономический эффект при устройстве покрытий из асфальтобетонных смесей, приготовленных на битуме модифицированном смесью олигокапроамидов, составляет 84852 рубля или 9,1 руб/м . (Технические акты внедрения опытных составов асфальтобетона приведены в примечаниях № 1 и № 2). 1. Оптимизированные составы полученных модифицированных битумных вяжущих на основе битума марки БНД 60/90 с использованием в качестве модификаторов олигокапроамида, а также олигомеров циклического и линейного строения и дорожных асфальтобетонов на их основе 2. Разработана технологическая схема получения дорожных асфальтобетонов на основе модифицированного битумного вяжущего с использованием отходов производства поликапроамида. Предложенный способ модификации битума позволяет улучшить свойства асфальтобетона: повысить прочность при сжатии R5o в среднем на 15 %; увеличить коэффициент длительной водостойкости Кдв на 10-15 %; а также снизить водонасыщение по объёму на 1,5 %. 3. Предлагаемое техническое решение позволяет сократить расход битумного вяжущего на 1 -2 % (с 7-8 % до 6 % от массы асфальтобетона). 4. Произведен расчет экономической эффективности применения битума модифицированного отходом химической промышленности - смеси олигокапроамидов состоящего из олигомеров циклического и линейного строения.
