Введение к работе
Актуальность работы.
Возросшая интенсивность движения транспортных средств по автомобильным дорогам и увеличение доли автомобилей повышенной грузоподъемности вызывают ускоренный износ верхнего слоя покрытия. Одним из путей повышения качества автомобильной дороги и увеличения сроков ее эксплуатации является устройство поверхностной обработки. Этот прогрессивный высокотехнологичный способ строительства позволяет с одной стороны защитить наружный слой асфальтобетона от разрушения, а с другой стороны придает асфальтобетонному покрытию ценнейшее эксплуатационное качество - высокую шероховатость. Последнее обеспечивает необходимый коэффициент сцепления особенно при влажном покрытии автодорог.
Развитие и продвижение технологии поверхностной обработки покрытия автомобильных дорог - задача на сегодняшний день важная и актуальная.
В условиях нарастающей экологической напряженности в мире проблема рационального использования и эффективного сбережения природных ресурсов имеет первостепенное значение. Определенный интерес в этом отношении представляют материалы на основе техногенных вторичных ресурсов, в частности, металлургические шлаки и побочные продукты химической промышленности. Накопленный опыт строительства дорожных покрытий с применением асфальтобетона на щебеночных материалах из металлургических шлаков доказал их высокую эксплуатационную надежность и долговечность взамен традиционного гранитного щебня
Использование доменных и сталеплавильных шлаков в дорожном строительстве предлагается как альтернативная замена гранитному щебню, который чаще используется при устройстве поверхностной обработки. Отличительными недостатками гранитного щебня является высокая стоимость, а также слабая адгезия с битумом как кислой породы. Применение металлургических шлаков позволяет решать задачи по утилизации техногенных вторичных продуктов, освобождения ценных земельных участков и рациональность использования местных сырьевых ресурсов
Для широкого использования металлургических шлаков в дорожном строительстве важное место приобретает вопрос о силе адгезионного взаимодействия в системе «металлургический шлак- битумное вяжущее». Особый интерес представляет комплексное исследование модифицирующих добавок, в том числе добавок на основе местных вторичных техногенных продуктов, используемых для повышения адгезионных характеристик битума к поверхности металлургических шлаков. А также использование в технологии поверхностной обработки битумполимерных составов, которые характеризуются повышенными показателями сцепления вяжущего с поверхностью каменных материалов. Высокие качественные показатели таких вяжущих улучшают адгезионные свойства, повышают устойчивость щебня против от-
рыва от покрытия, увеличивают эластичность, температуру хрупкости, и позволяют решать актуальную проблему долговечности слоя поверхностной обработки покрытия автомобильных дорог.
Работа выполнялась в рамках научных исследований по тематическому плану Министерства образования Российской Федерации «Исследование физико-химических закономерностей в системе «молекулярная структура-свойство» и разработка на их основе эффективных материалов и высоких технологий» (2001-2003 гг.); в рамках НИР по государственному заказу Пра-вительсва Вологодской области «Разработка герметизирующих мастик для ремонта трещин в асфальтобетонных покрытиях, для заполнения температурных швов в цементобетонных покрытиях и устройства деформационных швов пролетных строений мостовых сооружений» (2001 г.); в рамках научно-производственных работ по заказу ДДХ Вологодской области, ГУ «Ярдор-служба», ОАО «Вологодавтодор» и др. организаций.
Целью диссертационной работы является разработка и исследование композиционных материалов на основе металлургических шлаков в сочетании с модифицированными битумами и битумполимерными вяжущими для поверхностной обработки покрытия автомобильной дороги.
Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи:
теоретическое и экспериментальное обоснование применения металлургических шлаков в качестве щебеночного материала для поверхностной обработки автомобильных дорог;
разработка и исследование композиционных материалов на основе металлургических шлаков в сочетании с модифицированными битумами для поверхностной обработки покрытия автомобильной дороги;
разработка и исследование композиционных материалов на основе металлургических шлаков в сочетании с битумполимерными вяжущими для поверхностной обработки покрытия автомобильной дороги;
определение качественных параметров поверхностной обработки с использованием металлургического шлака в реальных условиях;
определение технико-экономической и технологической эффективности применения разработанных композиционных материалов для поверхностной обработки покрытия автомобильной дороги.
Научная новизна работы:
теоретически обоснована, экспериментально доказана и практически подтверждена возможность использования металлургических шлаков в качестве щебеночного материала для поверхностной обработки;
разработаны и исследованы композиционные материалы на основе металлургических шлаков в сочетании с модифицированными битумами;
впервые разработана комплексная модифицирующая добавка (КМД) на основе полиэтилена и терпенового масла;
разработаны и исследованы составы битумполимерного вяжущего с повышенными адгезионными характеристиками;
разработаны и исследованы композиционные материалы на основе ме-
таллургических шлаков в сочетании с эффективными битумполимерными вяжущими;
обоснована техническая, экономическая и технологическая эффектив
ность применения разработанных композиционных материалов на основе ме
таллургических шлаков для поверхностной обработки покрытия автомобиль
ной дороги;
Достоверность исследований обеспечивается применением современных методов исследований с использованием современных поверенных приборов и соответствием результатов теоретических, лабораторных и опытно-производственных работ.
Практическая ценность работы:
разработаны эффективные композиционные материалы с использованием доменного и сталеплавильного шлаков для поверхностной обработки покрытия автомобильной дороги;
показана возможность утилизации крупнотонажных техногенных продуктов (металлургических шлаков) в дорожном строительстве;
разработаны битумполимерные составы с повышенными адгезионными характеристиками для композиционных материалов на основе металлургических шлаков;
проведено внедрение технологии поверхностной обработки с использованием композиционных материалов на основе металлургических шлаков на участках автомобильных дорог Вологодской и Ярославской областей.
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы были доложены и получили одобрение на региональных, всероссийских и международных научно-практических конференциях:
Межрегиональная научная конференция студентов и аспирантов «Молодые исследователи -региону» (Вологда, 2000,2002 гг.); Региональная научно-техническая конференция «Вузовская наука-региону» (Вологда,2001,2002 гг.); Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы современного дорожного строительства и хозяйства» (Вологда, 2002 г.); Всероссийская научно-практическая конференция «Энергетика, экология, экономика средних и малых городов. Проблемы и пути их решения» -(Москва, 2003 г.); Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы строительства и реконструкции строительства зданий и сооружений» (Вологда,2003г.); Международная научно-техническая конференция «Проблемы строительного и дорожного комплексов» (Брянск, 2004 г.); Межрегиональная научно-техническая конференция «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатация автомобильных дорог» (Пермь, 2004г.); Всероссийская научно-практическая конференция «Энергетика, экология, экономика средних и малых городов. Проблемы и пути их решения» (Вологда, 2004 г.); Всероссийская научно-практическая конференция «Человек-Природа-Бизнес» (Вологда, 2004 г.); Всероссийская научно-техническая конференция «Вузовская наука - региону» (Вологда,2005,2006 ,2007г.)
По теме диссертационной работы опубликовано 17 печатных работ, одна из которых опубликована в центральном издании, рекомендованных ВАК. Основные положения и результаты, выносимые на защиту:
результаты исследований по обоснованию возможности получения композиционных материалов на основе металлургических шлаков для поверхностной обработки автомобильной дороги;
влияние модифицирующих добавок на адгезионные свойства в композиции «металлургический шлак - битумное вяжущее»;
результаты исследований впервые разработанных составов битумпо-лимерных вяжущих для композиционных материалов на основе металлургических шлаков;
результаты исследований композиционных материалов на основе металлургических шлаков в сочетании с модифицированными битумами и би-тумполимерными вяжущими;
технологические особенности устройства поверхностной обработки с применением металлургических шлаков в сочетании с модифицированными битумами и битумполимерными составами.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и содержит 174 страниц текста, 19 рисунков, 68 таблиц, список литературы из 171 наименований и 5 приложений.
