Содержание к диссертации
Введение 4
Состояние вопроса и задачи исследований 9
Анализ эффективности устройства поверхностных обработок 9
Эмульсионно-минеральные смеси на модифицированных битумах 15
Технологические требования к дорожным битумным эмульсиям 19 при устройстве слоев износа
Опыт применения эмульсионно-минеральных смесей в РФ и за 23 рубежом
Цель и задачи исследования 28
Теоретические и технологические предпосылки приготовления 31 шероховатых слоев износа дорожных покрытий на основе битумных эмульсий
Особенности использования битумных эмульсий для устройства 31 защитных слоев покрытий
Эмульгаторы и их роль в физико-химических процессах образова- 33 ния эмульсий и эмульсионно-минеральных смесей
Обоснование и выбор полимерного модифицирующего компонента 44
Выводы 50
Разработка компонентного состава эмульсий на основе эмульгато- 52 ра «БИЭМ» для устройства слоев износа с повышенными эксплуатационными свойствами
Характеристика исходных материалов 52
Методы проведения исследований 56
Влияние эмульгатора «БИЭМ» на свойства битумов и оценка по- 60 казателей свойств битумных эмульсий класса ЭБК-1 Разработка компонентного состава дисперсной фазы битумной 65 эмульсии
Разработка компонентного состава дисперсионной среды полимер- 77 но-битумной эмульсии ЭБК-3 для устройства слоев износа Анализ взаимосвязи компонентного состава дисперсной фазы и 86 дисперсионной среды эмульсий с их эксплуатационными свойствами
Экспериментально-статистическое моделирование свойств битум- 90 пых эмульсий
Регулирование свойств битумных эмульсий для устройства слоев 104 износа дорожных покрытий
Компонентный состав эмульсий для устройства слоев износа по 106 способу поверхностной обработки
Плотная эмульсионно-минеральная смесь (патент на изобретение 120 №2183600)
Компонентный состав и экспериментально-статистическое модели- 122 рование свойств ЭМС типа Microsurfacing
Выводы 131
Опытно-производственное внедрение и технико-экономическая эф- 133 фективность применения разработанной битумной эмульсии Опытно-производственные работы по устройству поверхностной 133 обработки на участках автомагистрали «Дон» и автодороги М-21 В олгоград-Каменск-Шахтинский
Оценка экономической эффективности использования эмульсий, 138 приготовленных на эмульгаторе «БИЭМ»
Общие выводы 141
Литература 143
Приложения 15В
Введение к работе
Работоспособность дорог во многом зависит от качества их содержания. В процессе эксплуатации дороги в первую очередь разрушается и изнашивается верхний слой покрытия. Основными видами возникающих повреждений асфальтобетонных покрытий являются выбоины, трещины, отдельные волны, бугры и наплывы.
В настоящее время при восстановлении поверхностного слоя покрытия и осуществлении ямочного ремонта применяются несколько видов ремонтных работ, включающих устройство на существующем дорожном покрытии слоев износа и защитных слоев для повышения шероховатости, обеспечение гидроизоляции проезжей части, устранение неровностей и колейности, устройство выравнивающего слоя и укладку новых слоев для усиления несущей способности дорожной конструкции.
В отечественной практике используется традиционная поверхностная обработка с применением каменных материалов и горячего битума. В то же время передовые зарубежные технологии содержания дорожных одежд позволяют использовать более перспективные направления по устройству поверхностных обработок покрытий типа, например, «Сандвич» - щебень-битум-щебень, с розливом вяжущего после создания первого сухого слоя щебня [20,58,68,107,128,138,140]. При этом заслуживает внимания технология устройства защитных поверхностных слоев с использованием катионных битумных эмульсий с контролируемым распадом [22,108,142].
Однако в нашей стране широкое внедрение катионных битумных эмульсий в дорожном строительстве ограничено очень узким спектром отечественных эмульгаторов, их завышенным расходом и более низкими качественными показателями, чем у импортных. К числу известных отечественных эмульгаторов следует отнести «Дорос-ЭМ» (г. Ярославль), «Амдор-ЭМ» (г. Санкт-Петербург). Расход этих эмульгаторов при приготовлении эмульсий
в 2-3 раза превышает расход дорогостоящих импортных: Dinoram-SL, Redicot 39L, Roadcem 300 и др. [27,52,110].
Из нормативных документов в нашей стране имеется всего два документа, которыми руководствуются при приготовлении эмульсии с использованием любых эмульгаторов:
ГОСТ 18659-81 (технические условия). Этот ГОСТ довольно устарел (1981 г.);
Пособие по приготовлению и применению битумных дорожных эмульсий (к СНиП 3.06.03.-85).
На основании вышесказанного, а также работ, проведенных в Дор-ТрансНИИ РГСУ [3,27,34,52,74,97,110,122], следует, что исследования по разработке технологии производства и применения битумных эмульсий на основе нового отечественного эмульгатора «БИЭМ» с целью использования его для устройства шероховатых слоев износа дорожных покрытий и других строительно-ремонтных работ представляют особый интерес.
Развитие отечественного дорожного строительства должно идти в направлении внедрения и корректировки передовых зарубежных технологий с учетом свойств российских материалов, отличающихся от зарубежных по своим качественным и прочностным показателям, наличием соответствующей техники и механизмов с учетом особенностей отечественной практики эксплуатации автомобильных дорог.
В такой постановке задача является актуальной, т.к. ее решение позволяет обеспечить внедрение новой, экологически чистой технологии устройства слоев износа дорожных покрытий и производства ямочного ремонта с использованием катионактивных битумных эмульсий на основе разработанного нового отечественного эмульгатора "БИЭМ" производного аминов с учетом российских материалов и наличием соответствующей техники и механизмов.
Целью диссертационной работы является разработка катионной битумной эмульсии и эмульсионно-минеральньгх смесей (ЭМС) на основе нового отечественного эмульгатора «БИЭМ» для устройства шероховатых слоев износа дорожных одежд с повышенными эксплуатационными свойствами.
Научная новизна работы состоит в том, что:
- выполнены теоретические и экспериментальные исследования,
подтверждающие возможность приготовления и применения полимерно-
битумных эмульсий на основе разработанного нового отечественного эмуль
гатора с контролируемым временем распада для устройства слоев износа до
рожных покрытий;
- разработана теоретическая модель оценки эксплуатационных характе
ристик катионных полимерно-битумных эмульсий и прогнозирования
свойств ЭМС на их основе для слоев износа дорожных покрытий;
-комплексом методов физико-химического анализа (адсорбционно-хроматографического, ЭПР, ЯМР и др.) исследовано влияние на структуру и свойства вяжущего модифицирующей полимерной добавки, благодаря адсорбции которой на асфальтенах битума блокируются места возможных контактов в процессах структурообразования, способствуя повышению характеристик вяжущего;
- разработан «парный модификатор» эмульсий с участием синтетиче
ского высокомолекулярного каучука (якорного фрагмента дисперсной фазы -
битума) и водорастворимого полимера неонола (стабилизирующего фраг
мента дисперсионной среды), повышающий однородность, кинетическую ус
тойчивость, регулирующий время распада, вязкость и др. свойства эмульсий;
- установлены составы битумных эмульсий классов ЭБК-1, ЭБК-2 и
ЭБК-3, для устройства защитных слоев и слоев износа с повышенной проч
ностью и водостойкостью.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждена:
соответствием результатов опытно-производственных и лабораторных работ, выполненных с использованием современных приборов, оборудования и методов испытаний, в том числе методов математического планирования эксперимента и теории математической статистики. Степень достоверности лабораторных исследований составляет— 85 %;
подтверждением полученных результатов несколькими методами физико-химических и физико-механических исследований, позволяющих изучить одни и те же процессы и явления с разных сторон.
Практическое значение работы:
разработаны компонентные составы и технология приготовления ка-тионных битумных эмульсий классов ЭБК-1, ЭБК-2 и ЭБК-3 на основе нового эмульгатора «БИЭМ» с учетом использования эмульсий для ремонта и содержания дорог;
получены экспериментально-статистические модели свойств битумных эмульсий методом планирования полного трехфакторного эксперимента по методу Бокса и модели свойств ЭМС типа microsurfacing методом двух-факторного эксперимента;
сформулированы основные принципы подбора компонентного состава как дисперсной фазы, так и дисперсионной среды битумных эмульсий с заданными эксплуатационными характеристиками;
разработан технологический регламент получения дорожных катион-ных битумных эмульсий с использованием эмульгатора «БИЭМ» в привязке к эмульсионной установке (г. Каменск), изготовленной заводом «Дормаш» (г. С. Уф алей), совместно с венгерской фирмой «Building Machine Trade» (г. Деброцен) и АО «Мосавтодор и партнеры» (Москва);
разработаны рекомендации по приготовлению катионных битумных эмульсий с использованием эмульгатора «БИЭМ»;
- экономический эффект по приготовлению 1т эмульсии на основе
эмульгатора «БИЭМ» составляет по сравнению с импортным эмульгатором
Динорамом (Франция) и отечественными Амдором (Санкт-Петербург) или Доросом (г. Ярославль) соответственно 8Д1 и 26 %. Для южных регионов РФ этот эффект будет еще значительнее, т.к. «БИЭМ» производится в г. Волгодонске, что снижает стоимость перевозок внутри региона.
Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены при устройстве поверхностной обработки асфальтобетонных покрытий на участках автомобильных дорог:
8000 м2, на км 963, автомагистрали «Дон-2», устроенного в сентябре 1999 г.;
20000 м2, на км 257-264, автомагистрали М-21, Волгодонск-Каменск-Шахтинский, а также при ямочном ремонте (июль 2001 г.);
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждались на 1-ой Юбилейной Международной научно-практической конференции «Современные проблемы дорожно-транспортного комплекса» (Ростов-на-Дону, 1998 г.), на Международных научно-практических конференциях «Строительство» (Ростов-на-Дону, 1999-2003 гг.), на Всероссийских научно-технических конференциях «Актуальные проблемы дорожно-транспортного комплекса России (Краснодар, 1999-2002 гг.), на Международной научной конференции, посвященной 70-летию образования СибАДИ «Современные проблемы транспортного строительства, автомобилизации и высокоинтеллектуальные научно-педагогические технологии (г.Омск, 2000 г.), на научно-практическом семинаре «Новые технологии и материалы, применяемые при содержании автомобильных дорог (г.Ростов-на-Дону). По материалам диссертационной работы опубликовано 14 печатных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, обтцих выводов, списка литературы из 147 источников и 3 приложений (таблицы, акты и рекомендации), Диссертационная работа содержит 218 страниц машинописного текста, включая 58 таблиц, 34 рисунков, и 3 приложения.
