Содержание к диссертации
Введение
CLASS 1. Состояние вопроса CLASS 7
1.1. Структура асфальтобетона 7
1.2. Влияние природы и поверхности минеральных материалов на ихвзаимодействие с битумом 11
1.3. Поверхностная обработка дорожных покрытий 19
1.3.1. Основные направления применение минеральных материалов, обработанных битумными эмульсиями, для улучшения сцепных характеристик асфальтобетонных покрытий 21
1.4. Требования к материалам при устройстве поверхностной обработки 22
1.5. Виды поверхностных обработок 25
1.6. Выводы 26
CLASS 2. Характеристика исследуемых материалов и методы исследований CLASS 28
2.1. Характеристика материалов, принятых для исследований 28
2.2. Методы исследований 38
2.2.1. Методы исследований свойств применяемых материалов 38
2.2.3. Методы исследований свойств асфальтобетона 42
2.2.3. Методы исследования свойств эмульсий 44
2.2.4. Исследование эксплуатационных свойств покрытий 48
2.3. Выводы 50
3. Адгезия органических вяжущих веществ в зависимостиот свойств породообразующих минералов 51
3.1. Теоретические аспекты взаимодействия органических вяжущих веществ с минеральными заполнителями 51
3.2. Адсорбция битума в зависимости от свойств породообразующих минералов 53
3.3. Свойства асфальтовяжущего вещества в зависимости от характеристик минерального порошка 63
3.4. Сцепление битума с исследуемыми минеральными материалами 69
3.5. Влияние активированных минеральных порошков на свойства эмульсионно-минеральных смесей 84
3.6. Выводы 88
4. Свойства органоминеральных композитов в зависимости от совстава техногенного сырья 90
4.1. Сцепление битума в зависимости от свойств отходов КМА 90
4.1.1. Влияние активности битумов на физико-механические характеристики асфальтобетона 90
4.2. Коррозионная устойчивость асфальтобетона на исследуемых минеральных порошках 98
4.3. Старение битума в асфальтобетоне на железосодержащих минеральных порошках 104
4.4. Стойкость асфальтобетона на минеральных порошках из техногенного сырья к воздействию погодно-климатических факторов 112
4.5. Выводы 115
5. Технология устройства поверхностной обработки 117
5.1. Особенности применения слоев износа покрытий автомобильных дорог 117
5.2. Технологии устройства слоев износа 121
5.3. Контроль качества при производстве работ по укладке слоев износа ... 124
5.4. Технология устройства слоев износа с применением ремонтной укладочной колонны RZS-14000 с синхронным распределением битумной эмульсии и щебня 128
5.4.1. Принцип дозировки вяжущего материала 128
5.4.2. Устройство системы управления Combicontrol 805, предназначенной для контроля разбрызгивания вяжущего материала 129
5.4.3. Дозировка битума, индикация скорости движения 129
5.4.4. Технологическая последовательность устройства слоев износа 130
5.4.5. Установление скорости потока и комплектование отряда машин... 135
5.4.6. Схема работы потока и размещение ресурсов по захваткам 137
5.4.7. Указания по рациональному выполнению основных процессов работы 138
5.4.8. Требования к качеству работ и технике безопасности 139
5.5. Внедрение и технико-экономическое обоснование 142
5.6. Выводы 144
Основные выводы 145
Библиографический список 147
Приложения 160
- Поверхностная обработка дорожных покрытий
- Теоретические аспекты взаимодействия органических вяжущих веществ с минеральными заполнителями
- Влияние активности битумов на физико-механические характеристики асфальтобетона
- Контроль качества при производстве работ по укладке слоев износа
Введение к работе
Актуальность. Повышение эффективности строительства, эксплуатации и ремонта автомобильных дорог напрямую связано с рациональным применением нетрадиционного сырья, в том числе и отходов промышленности Центральный федеральный округ не обладает специально разведанными месторождениями для получения дорожно-строительных материалов, которые могли бы в полной мере обеспечить регион сырьем
В то же время имеется сотни миллионов тонн техногенного сырья, которое недостаточно изучено и исследовано с точки зрения получения эффективных дорожно-строительных материалов для устройства конструктивных слоев дорожных одежд автомобильных дорог, в том числе и для устройства шероховатой поверхностной обработки по технологии с применением укладочной колонны «Schafen> RZS - 14000
Использование техногенного сырья, в качестве минерального компонента для ведения дорожных работ позволяет не только повысить транспортно-эксплуатационные свойства автомобильной дороги, но и способствует снижению себестоимости конструкции дорожной одежды, за счет утилизации крупнотоннажных отходов
Диссертационная работа выполнена в рамках тематического плана госбюджетных НИР Федерального агентства по образованию РФ, проводимого по заданию Министерства образования РФ и финансируемого из средств федерального бюджета на 2004 - 2008 гг
Цель работы Повышение эффективности получения органоминеральных смесей на основе техногенного сырья для устройства конструктивных слоев автомобильных дорог
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи
изучение процессов взаимодействия техногенного сырья с органическими вяжущими,
разработка составов и исследование свойств органоминеральных композитов,
подготовка нормативных документов и разработка технологии устройства коврика износа покрытий автомобильных дорог,
внедрение результатов научной работы
Научная новизна. Установлен характер влияния породообразующего минерального сырья КМА на адсорбцию и десорбцию органического вяжущего Основные породообразующие проранжированы как компоненты органоминеральных смесей Лучшими характеристиками обладает метаморфогенний
кварц зеленосланцевой степени метаморфизма, за счет дефективности кристаллической решетки, наличия газово-воздушных включений и флюидов
Выявлен характер влияния активированных минеральных порошков на основе техногенного сырья на физико-механические свойства эмульсионно-минеральных смесей, обеспечивающий возможность регулирования скорости распада битумной эмульсии за счет изменения характера взаимодействующих поверхностей
Установлен характер влияния свойств битумов на физико-механические характеристики органоминеральных смесей, зависящий от внутреннего трения и заклинивания минеральных частиц смеси и сил сцепления минеральных частиц вяжущим, обусловленный хемосорбционным взаимодействием на границе раздела фаз «битум — поверхность минерального материала» и позволяющий увеличить сдвигоустойчивость и коррозионную устойчивость композита
Показана зависимость коррозионной устойчивости и стойкости к воздействию погодно-климатических факторов органоминерального композита от характеристик минерального порошка на основе техногенного сырья, заключающаяся в определении прочности сцепления битумных слоев и взаимодействии активных компонентов битума с поверхностью минеральных частиц отходов в присутствии воды и под действием агрессивных факторов, что позволяет проектировать эффективные составы органоминеральных композитов
Практическое значение работы. Предложена рациональная область применения крупнотоннажного техногенного сырья в качестве минерального материала для производства органоминеральных смесей
Предложены составы органоминеральных смесей для строительства ковриков износа автомобильных дорог, обеспечивающих требуемый коэффициент сцепления, хорошую гидроизоляцию покрытия, снижение уровня транспортного шума и повышение работоспособности покрытия
Предложена технология устройства шероховатой поверхностной обработки автомобильных дорог с применением органоминеральных смесей
Внедрение результатов исследований Апробация полученных результатов в промышленных условиях осуществлена на ряде участков при устройстве шероховатой поверхностной обработки в Белгородской области Всего устроено 666,84 км общей площадью 4671842,2 м2
Для внедрения результатов диссертационной работы при устройстве кон-
1 «
структивных слоев автомобильных дорог разработаны следующие нормативные документы
технические условия на "Смеси эмульсионно-минеральные для устройства поверхностной обработки покрытий автомобильных дорог",
технологический регламент "На устройство слоев шероховатой поверхностной обработки с применением укладочной колонны «Schafer» RZS -14000",
рекомендации "По использованию нефтяных эмульсий при устройстве шероховатой поверхностной обработки с применением укладочной колонны «Schafer» RZS-14000"
Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных лабораторных исследований и промышленного внедрения используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы»
Апробация работы Основные положения диссертационной работы представлены на VI академических чтениях "Современные проблемы строительного материаловедения" (Иваново, 2000), XXI региональной научно-технической конференции " Проблемы архитектуры и строительства" (Красноярск, 2003), в материалах VI Международного симпозиума "Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрологических условиях" (Белгород, 2001), на IV международной научно-технической конференции "Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств" (Пенза, 2006), на международной научно-практической конференции "Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии" (Белгород, 2007)
Публикации. По материалам и результатам исследований опубликовано 12 работ, в том числе одна статья в издании, входящем в перечень ВАК РФ
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка и приложений Работа изложена на 195 страницах машинописного текста, включающего 33 таблицы, 30 рисунков и фотографий, библиографический список из 163 наименований, 5 приложений
Поверхностная обработка дорожных покрытий
Поверхностная обработка - технологический процесс устройства на дорожных покрытиях тонких слоев с целью обеспечить шероховатость, водонепроницаемость, износостойкость и плотность покрытий. Слой, устраиваемый этим способом, также называют поверхностной обработкой.
Поверхностные обработки используются:
либо как профилактический слой, который закрывает и предохраняет в плохую погоду основные конструктивные слои дорожных покрытий от преждевременного разрушения;
либо как слой износа, подверженный стиранию в процессе движения, предохраняя наилучшим образом структуру дороги. Такому слою требуется только периодическое обновление для придания структуре дороги ее первоначальных качеств;
либо как верхний слой дорожного покрытия с характеристиками шероховатости, обеспечивающими сцепление и хорошее дренирование поверхностных вод, приводящими к значительному понижению порога аквапланирования и создающими, благодаря повышенному удельному давлению, хорошее сопротивление формированию гололеда.
Кроме технических преимуществ, поверхностные обработки имеют достаточно конкурентоспособную стоимость по сравнению с комплексом верхних слоев дорожных одежд, используемых в этих случаях.
Существует много различных способов устройства поверхностных обработок, из которых в настоящей статье рассматривается лишь один - использование для этой цели фракционного щебня и различных органических вяжущих, в том числе эмульгированных.
Чтобы создать поверхностную обработку, соответствующую представленным требованиям, необходимо при ее устройстве соблюдать несколько принципиальных положений:
использовать вяжущее, которое прочно и надолго соединяется с поверхностью покрытия или основания. Это соединение называется парой «вяжущее -основа»;
каменный материал должен быть прикреплен к покрытию или основанию, а каждая щебенка должна быть прочно соединена с соседними. Это взаимодействие называют парой «вяжущее - щебень»;
количество вяжущего должно быть достаточным, чтобы покрыть пленкой каждую щебенку на необходимую высоту и заполнить все микротрещины покрытия, но не быть избыточным, чтобы не выступать на поверхность щебеночного слоя. Это основной принцип дозировки и распределения вяжущего; каменный материал должен быть чистым, обладать высокими физико-механическими свойствами (прочностью, морозостойкостью, сопротивлением истиранию и др.), иметь определенные формы и размеры. Это основные требования к каменным материалам;
количество каменного материала должно быть достаточным, чтобы создать нужную структуру поверхности, но не быть излишним, чтобы избежать необходимости удаления его. Это принцип дозировки и распределения каменного материала;
каждая щебенка должна занять наиболее стабильное положение, а все вместе должны создавать сплошной монолитный слой с шероховатой поверхностью. Это основной принцип уплотнения.
Таковы основные принципы обеспечения высокого качества поверхностной обработки. Кроме того, есть ряд дополнительных условий:
все работы по устройству поверхностной обработки должны быть выполнены в наиболее благоприятных условиях погоды. Это принцип назначения сроков выполнения работ;
до начала работ должны быть решены все организационные вопросы, касающиеся поставки материалов, подготовки машин и оборудования. Это принцип организации работ;
в процессе работ должны строго выполняться требования к технологии производства работ и качеству применяемых материалов. Это принцип организации контроля качества.
Поверхностные обработки с использованием фракционированного щебня устраивают преимущественно на участках дорог с опасными и затрудненными условиями движения на дорогах I - III категорий.
В зависимости от типа и состояния покрытия поверхностные обработки могут быть одиночными и двойными; на цементобетонных покрытиях - только двойными. 1.3.1. Основные направления применение минеральных материалов, обработанных битумными эмульсиями, для улучшения сцепных характеристик асфальтобетонных покрытий
По статистическим данным, до 40 % дорожно-транспортных происшествий происходит из-за неблагоприятных дорожных условий, вызванных скользкостью дорожного покрытия. Поэтому обеспечение требуемой величины сцепления колеса автомобиля с дорогой является важным фактором повышения безопасности движения. В ряде стран минимально допустимая величина коэффициента сцепления в процессе эксплуатации принята равной 0,3. Результаты статистической обработки большого количества дорожно-транспортных происшествий свидетельствуют, что в ряде случаев эта величина является недостаточной. Комитетом по борьбе с зимней скользкостью Международной ассоциации дорожных конгрессов рекомендованы минимальные величины коэффициента сцепления с учетом режима движения и особенностей геометрических параметров дороги, причем иногда их значения равны 0,5 - 0,6 [24].
Проблеме повышения шероховатости дорожных покрытий посвящены многочисленные работы советских и зарубежных исследователей: В. Ф. Бабко-ва, Н. В. Горелышева, Н. Ф. Хорошилова, Е. И. Попова, И. Н. Петухова, А. С. Москаленко, 3. С. Бицкинашвили, В. А. Астрова, К. Я. Лобзовой, Д. Ф. Мура, Д. Р. Лемба, Д. В. Вуда и др.
Наиболее экономичными и распространенными методами устройства дорожных покрытий с шероховатой поверхностью являются слои износа, выполняемые как по способу поверхностных обработок, так и в виде тонкослойных покрытий [20, 21, 60]. Устройство одно- или двухслойной поверхностной обработки - один из наиболее распространенных путей обеспечения требуемой шероховатости.
Для повышения шероховатости, обеспечения гидроизоляции и восстановления изношенной части покрытия устраивают поверхностную обработку с использованием каменных материалов и органического вяжущего.
Начало лабораторных и экспериментальных работ по устройству слоев износа относится к 1940 г. [41 - 43]. Строительство их по способу поверхностной обработки может выполняться с применением различных вяжущих: битумов, дегтей, битумных эмульсий, полимеров, полимерно-битумных композиций и др. Наиболее распространенным органическим вяжущим остается битум. Однако технологические процессы выполнения поверхностной обработки с использованием вязких битумов имеют ряд существенных недостатков:
среднесуточная температура окружающего воздуха при производстве работ не может быть ниже 15С;
на современном оборудовании практически невозможно добиться равномерного распределения вязкого битума в виде тонкой пленки;
необходимость поддержания высокой температуры битума во время производства работ; необходимость использования обезвоженного минерального материала. При неравномерном распределении битум на отдельных участках выступает на поверхности покрытия, придавая ей дополнительную скользкость. В работах [7, 16] отмечается, что точная дозировка битума и других компонентов зависит, в основном, от технологических возможностей, исправности и регулировки до рожно-строительных машин и механизмов. В качестве примера авторы рас сматривают работу автогудронатора при подгрунтовке основания. Нормативный расход вяжущего должен быть 0,4 - 0,5 л/м , а фактически из-за несовершенства дозирующих устройств автогудронаторов он составляет при подгрунтовке 1 л/м . Перерасход битума при поверхностной обработке по "горячей" технологии приводит к быстрому погружению части щебня в еще жидкий слой, появлению пятен битума на поверхности и ухудшению сцепных свойств покрытия. Поверхностные обработки на жидких битумах также имеют ряд существенных недостатков: замедленное формирование слоя; диффузия значительной части разжижителя в атмосферу, что оказывает негативное влияние на состояние окружающей среды; необходимость строгого соблюдения температурного режима для обеспечения безопасности работ; необходимость хранения разжиженных битумов в герметично закрытых емкостях в целях избегания испарения разжижителя. Перечисленные недостатки исключаются при использовании технологии устройства поверхностной обработки с применением битумных эмульсий в качестве вяжущих.
Теоретические аспекты взаимодействия органических вяжущих веществ с минеральными заполнителями
Главнейшими задачами современного дорожного строительства являются достижение высокой экономичности, качества строительства и эксплуатации автомобильных дорог. Улучшение сцепления битума с минеральными материалами является важным звеном в решении этих вопросов.
Сцепление битума с минеральными материалами является решающим фактором структурообразования в битумоминеральных системах. С особенностями взаимодействия битума и минеральных материалов тесно связаны важнейшие свойства композитов: прочность, коррозионная устойчивость в изменяющемся влажностном и температурном режиме, интенсивность процессов старения, тепло-, водо- и морозоустойчивость в широком диапазоне температур.
Для обеспечения нежесткого покрытия автомобильной дороги необходимой ровностью, прочностью и сцеплением с колесом автомобиля (основные до-рожно-эксплуатационные показатели), конгломерат, слагающий проезжую часть, должен быть устойчивым против действия переменных по величине, скорости и повторяемости нагрузок от движущихся автомобилей, а также атмосферных факторов.
Раздельное или комплексное воздействие этих факторов приводит к разрушению органоминерального композита, выражающемуся в образовании трещин, в формировании наплывов, волн, колей, в выкрашивании, шелушении и износе покрытия. Для предупреждения таких разрушений указанный материал должен обладать в первую очередь высокими показателями сцепления вяжущего с минеральными материалами, что позволит обеспечить сдвигоустойчивость при высоких температурах, необходимую деформативную способность при отрицательных температурах, коррозионную устойчивость и морозостойкость.
Таким образом, качество дорожного конгломерата зависит от качества сцепления битумной пленки с минеральными заполнителями, группового состава битума, его склонности к старению. В свою очередь сцепление органического вяжущего с поверхностью минеральных материалов зависит от их чистоты, шероховатости, минералогического и химического состава.
Основы получения высококачественных органоминеральных композитов закладываются на начальном этапе проектирования состава асфальтобетонов, а именно в процессе выбора исходного сырья. В настоящее время традиционным минеральным компонентом для производства щебня и отсева, используемого в асфальтобетоне, является гранит. Однако добыча полезных ископаемых приводит к образованию большого количества «отходов»: попутно-добываемых горных пород, отсевов дробления и др.
Изучение попутно-добываемых горных пород Курской магнитной аномалии (КМА) и отходов обогащения мокрой магнитной сепарации (ММС) желе зистых кварцитов, позволило установить их существенное отличие как по структурно-текстурным признакам, так и по вещественному составу, от традиционного сырья строительной индустрии. Таким образом, использование этого сырья: метаморфогенных сланцев, образцов ММС, а также кварцитопесчаников - требует научного обоснования их рационального применения в стройиндуст-рии. Основными породообразующими минералами горных пород КМА являются: метаморфогенный кварц, полевой шпат, роговая обманка, слюды (мусковит и биотит).
Для объективной оценки степени взаимодействия органического вяжущего с каменным материалом, на первом этапе исследовательской работы, необходимо оценить какой из породообразующих минералов наиболее активно вступает в реакцию с битумом.
Как отмечалось ранее, состав битума, оказывает значительно большее влияние на качество сцепления с каменным материалом, чем его марка. В связи с этим для исследования были приняты три образца битума (Б№1, Б№2, Б№3) марки БНД 60/90 и два вида битумной эмульсии катионного (Э№1) и анионного (Э№2) типа, свойства которых приведены в главе 2.
Известно, что в процессе формирования структуры композита происходит склеивание крупного и мелкого минерального материала по плоскостям контактирующих поверхностей, при этом прочность конгломерата, его деформатив-ность и коррозионная стойкость - обратно пропорциональны толщине пленки вяжущего [33]. Однако в бетоне, вследствие сложной микрогеометрии поверхности минеральных частиц, прослойки битума имеют различную толщину. Для достижения высокой механической прочности образования лишь адсорбцион-но-сольватных оболочек на поверхности зерен недостаточно, необходимо создать связующие звенья между частицами заполнителя. Изменение физических свойств тонких пленок заключается в значительном увеличении их вязкости и эластической прочности на поверхности твердого тела. Наличие на поверхности полярных компонентов усиливает этот эффект.
При достаточно хорошем сцеплении невозможно отделить вяжущий материал от минерального при помощи механического усилия. Разрыв будет происходить в массе вяжущего вследствие того, что внутреннее сцепление в вяжущем имеет меньшую прочность, чем прочность контакта. Для увеличения коге-зии вяжущего необходимо предельно снизить количество свободного битума в системе [45, 47].
С термодинамической точки зрения [26] адгезия битума к минеральному материалу определяется, главным образом, присутствием на поверхности минерала катионов, провоцирующих хемосорбционные процессы имеющихся в битуме кислотных компонентов, и является важным фактором на пути создания качественного и долговечного строительного конгломерата.
Возможность усилить адгезионные контакты поверхностей частиц минеральных материалов, имеющих кислую природу, с органическими вяжущими (вплоть до хемосорбционного уровня) можно достичь, воздействуя на компоненты асфальтобетона так, что при этом реализуется их способность к взаимодействию на электронно-ионном уровне. Это достигается путем разрушения кристаллической решетки поверхностного слоя частиц и образования ювениль-ной поверхности, при этом важное значение имеет характер образующихся межмолекулярных связей (ковалентных или ионных), а также изменением знака электрического заряда поверхности частиц Si02 на положительный.
Различия поверхностных свойств минеральных материалов, и минералов их слагающих, существенно влияют на характер сорбционных процессов взаимодействия с битумом. Выбор минерального материала, обладающего высокой сорбционной способностью является важным и ответственным этапом при проектировании состава дорожного органоминерального композита.
Влияние активности битумов на физико-механические характеристики асфальтобетона
При решении задач по разработке конгломератов из битумоминеральных смесей необходимо иметь основные закономерности изменения их структурно-механических свойств, зная которые можно в широком диапазоне варьировать свойствами асфальтобетонных смесей.
Известно, что для всех гетерогенных систем, в том числе и асфальтобетона, существует оптимальная структура, при которой достигаются высокие показатели свойств. На все конгломератные материалы, обладающие оптимальной структурой, распространяется действие закона прочности оптимальных структур, закона створа, закона обязательного соответствия свойств, которыми следует руководствоваться при проектировании оптимальных составов. Однако, необходимо учитывать, что оптимальная структура асфальтобетона характеризуется не наивысшей, а оптимально необходимой прочностью, с которой сочетаются достаточная деформативная способность материала при пониженных температурах и требуемая коррозионная устойчивость.
Основной задачей данного этапа исследований явилось комплексное изучение основных структурно-механических характеристик асфальтобетонов с целью выявления оптимального вида вяжущего и его химического состава для получения эффективных и качественных конгломератов для дорожных конструкций.
Важнейшим механическим свойством асфальтобетона, характеризующим его как дорожно-строительный материал, является прочность. Знание показателей, характеризующих это свойство, позволяет правильно предсказывать поведение материала в различных условиях его работы. Этими свойствами, в частности, определяется важнейшая эксплуатационная характеристика асфальтобетона - его деформационное поведение при наиболее высоких и наиболее низких эксплуатационных температурах.
Прочность - свойство асфальтобетона сопротивляться разрушению под действием нагрузки. Прочность характеризует границы допустимых напряжений, возникающих в процессе эксплуатации покрытия. Для асфальтобетона как термопластичного материала различают два вида потери прочности: в упругой стадии, приводящей к разрушению покрытия, и в пластичной стадии приводящей к возникновению деформаций, нарушающих нормальную эксплуатацию покрытия.
Особенностью асфальтобетона является резко выраженная зависимость прочности от времени действия нагрузки и температуры. Разрушение асфальтобетона под действием приложенной нагрузки представляет собой кинетический процесс, развивающийся во времени. Чем больше величина действующих напряжений, тем быстрее протекает процесс разрушения.
Сильное влияние на прочность асфальтобетона оказывает температура, что обусловлено использованием в его составе органических вяжущих. Битум не только связывает частицы минерального материала в монолит, но и обеспечивает конструкции пластичность, однако при высоких температурах битум может переходить из упруго-вязкого в текучее состояние (особенно при передозировке или излишках битума в системе из-за неправильного подбора состава смеси) в результате чего асфальтобетон в какой-то степени теряет свои прочностные качества. Поэтому необходимо тщательно выбирать битум для асфальтобетона в зависимости от его вязкости, района строительства дорожного покрытия и температуры эксплуатации. ГОСТ 9128-97 регламентирует использование в условиях IV дорожно-климатической зоны битума марки БНД 60/90. В исследовательской работе изучалось влияние различного типа вяжущего на прочностные и эксплуатационные показатели композита на асфальтобетонах типа Г и Б.
Для определения физико-механических характеристик асфальтобетона были изготовлены и испытаны по стандартным методикам согласно ГОСТ 12801-98 образцы из асфальтобетонной смеси непрерывного гранулометрического состава (табл.4.1) подобранного в соответствии с ГОСТ 9128-97, по кривым плотных смесей.
Для обеспечения постоянства гранулометрического состава асфальтобетонных смесей минеральные материалы предварительно рассеивались, а затем для каждой партии смеси из этих отдельных фракций составлялись минеральные части смеси. Остаточная пористость асфальтобетона составляла 4%.
Исследованиями проведенными ранее было установлено, что такие минеральные материалы как ММС, шлак ОЭМК и известняк могут использоваться в промышленности дорожно-строительных материалов как минеральный порошок, кварцитопесчаник, гранит и породы сланцевой толщи как щебень и отсев дробления. Таким образом, физико-механические характеристики образцов асфальтобетона типа Г с использованием исследуемых минеральных материалов представлены на рис. 4.1 и в табл.4.2. Выше исследовалась адгезионная устойчивость органического вяжущего по отношению к принятым в исследовании минеральным материалам, на основании чего были выявлены наилучшие, используемые в дальнейшей работе. Как было установлено, это в основном битум №3 и катионная битумная эмульсия. Однако адгезионные свойства минеральных материалов по отношению к битумной эмульсии определялись для выбора оптимального комплекса материалов для устройства поверхностной обработки автомобильной дороги. Для наглядности влияния повышенного содержания кислотных групп в составе битумов был взят для экспериментальных изысканий битум №1, обладающих наихудшими сцепными качествами.
Контроль качества при производстве работ по укладке слоев износа
Для обеспечения необходимого качества устраиваемых слоев износа поводился контроль непосредственно на участке производства работ. Образцы эмульсионно-минеральной смеси берут из-под короба распределителя машины.
Метод определения мокрого истирания слоев из ЭМС позволяет охарактеризовать износоустойчивые качества смеси при действии условий мокрого истирания. В качестве аппаратуры и реактивов используются весы технические до 4,0 кг 2-го класса точности; механический миксер, оборудованный истирающей головкой, подставкой с зажимами и металлической емкостью с плоским дном; нержавеющая емкость с круглым дном, в которой находится образец во время истирания; лопасть (нога) смесителя, установленная так, чтобы отставать на 100 мм от дна во время истирания; основа для нанесения образца из рубероида или другого невпитывающего материала диаметром 286 мм; форма металлическая или из полиметилметакрилата для образцов определенной глубины (стандартно 6,35 мм) и определенным диаметром (254 мм); прикатывающая аппаратура, такая как 30 - 36-миллиметровый оконный валик, деревянный дюбель диаметром 25 мм и длиной 350 мм; сушильный шкаф с терморегулятором по ГОСТ 7365-55, поддерживающим температуру с погрешностью не более ±1 С; резервуар с водой, поддерживающий постоянную температуру 25 С± ±1 С; прикрепленный резиновый шланг,; секундомер по ГОСТ 5072-79; емкость нержавеющая для приготовления эмульсионно-минеральной смеси; шпатель или лопатка фарфоровая; сито металлическое с размером ячеек 5,0 мм по ГОСТ 6371-73; песок из отсевов дробления по ГОСТ 8736-93 или щебеночно-песчаная смесь С13 по ГОСТ 25607-94; катионная битумная эмульсия класса ЭБК-3. по ГОСТ 18659-81; сульфат алюминия технический (очищенный) по ГОСТ 12966-82.
В соответствии с рекомендуемой рецептурой готовят эмульсионно-минеральную смесь, которую взвешивают на технических весах в нержавеющей емкости массой 800 г. Приготовленную смесь перемешивают шпателем не менее 1 мин, но не более 3 мин. Форму для образца помещают на водонепроницаемую основу из рубероида диаметром 286 мм, быстро выкладывают готовую смесь в форму, разравнивают валиком и прикатывают деревянным дюбелем за 2 - 3 прохода до уровня краев формы.
После застывания смеси форму снимают, образец эмульсионно-минеральной смеси помещают в сушильный шкаф и высушивают при температуре 60 С+1 С до получения постоянной массы (не менее 15 ч). Высушенный образец смеси вынимают из сушильного шкафа, охлаждают до комнатной температуры и взвешивают (т). После взвешивания образец помещают в емкость с водой при температуре 25 С. Через 60 - 70 мин образец извлекают из воды и помещают в нержавеющую емкость с плоским дном, диаметром 330 мм, закрепляя его с помощью зажимов. Образец полностью заливают слоем воды толщиной 6,35 мм, температурой 25 С. Закрепляют истирающую головку на валу.
Поднимают платформу так, чтобы истирающая головка свободно держалась на поверхности образца. Ставят переключатель на медленную скорость и включают секундомер. Время истирания образцов эмульсионно-минеральной смеси составляет 5 мин. По истечении времени истирания образцы промывают водой и удаляют выбившиеся частицы минерального материала. После этого образец помещают в сушильный шкаф и высушивают при температуре 60С до постоянной массы. Высушенный образец извлекают из сушильного шкафа, охлаждают до комнатной температуры и взвешивают. Величина износа исчисляется по разнице между массой образца до истирания (ш) и массой образца после истирания (т,), умноженной на поправочный коэффициент для машины истирания данной модели.
Для определения адгезии битумной пленки с минеральным материалом образцов смеси применяется следующая методика:
Подготовку исходных компонентов проводят в такой последовательности. Готовят эмульсионно-минеральную смесь, исходя из 100 г взятого минерального материала. Перемешивают смесь в течение 1 мин, выкладывают ее на основу из рубероида или другого водоустойчивого материала толщиной 6 - 10 мм и выдерживают при температуре воздуха 20±2 С не менее 4 ч.
После этого на металлическую сетку № 025 или № 05 с проволочными дужками выкладывают 20-30 г готового слоя износа (выдержанного не менее 4 ч), и сетку опускают в стакан с кипящей дистиллированной водой (высота слоя воды над сеткой должна быть 40 - 50 мм). Сетку с испытуемым образцом выдерживают в спокойно кипящей воде в течение 30 мин, а по окончании кипячения сразу переносят в стакан с холодной водой, в котором выдерживают в течение 3-5 мин. После этого смесь переносят для просушивания на фильтровальную бумагу и сравнивают с контрольным образцом.
Для исследования результатов воздействия автомобилей на верхний слой покрытия делают вырубки из полосы наката. Все образцы исследуются параллельно в переформированном и непереформированном видах.
Анализ результатов изучения физических свойств образцов с ненарушенной структурой и механических свойств переформованных образцов свидетельствует о том, что в покрытии в течение года происходят сложные структурные изменения. Степень уплотнения покрытия (рис. 4.9) даже при небольшой грузонапряженности дороги продолжает расти. Изменения водонасыщения и набухания образцов с ненарушенной структурой, а также механических свойств переформированных образцов указывают на снижение эксплуатационных качеств покрытия осенью и последующее интенсивное улучшение их, начиная с весны.
Из полученных результатов испытаний образцов на растяжение и сжатие можно сделать выводы о том, что механическая прочность образцов возрастает за счет увеличения сцепления вяжущего с минеральным материалом. Этот факт свидетельствует о том, что структура пленки битума на минеральных частицах, сформировавшаяся из распавшейся эмульсии, изменяется под воздействием климатических и дорожно-транспортных факторов. Видимо, основной причиной этого является постепенное удаление эмульгатора или составных его частей из смеси путем диализа через полупроницаемую пленку распавшейся эмульсии. Эмульгатор во время перемешивания смеси адсорбируется поверхностью минеральных частиц и создает вокруг них тонкую оболочку, на которой после распада эмульсии формируется пленка битума.
Как показали исследования, покрытие постоянно находится дгод воздействием влаги, которая летом составляет до 0,5 %, а весной и осенью повышается до 2,5 % и более. Влага, находящаяся в порах смеси в свободном или парообразном виде, может перемещаться по принципу диффузии через битумную пленку в сторону эмульгатора и растворять его. Образовавшийся на поверхности минеральных частиц раствор эмульгатора имеет более высокую концентрацию, чем вода, находящаяся в порах смеси. Следовательно, диализ некоторой части водного раствора эмульгатора осуществляется через пленку битума из-за осмотического давления. Молекулы эмульгатора, прошедшие битумную пленку, под воздействием влаги постепенно вымывается из порового про странства покрытия. Удаление эмульгатора путем диализа в сухих смесях не наблюдается. Предполагается, что когда перемещение молекул эмульгатора через битумную пленку проявляется наиболее интенсивно, ее свойства резко ухудшаются, так как в ней появляется большое количество треков (следов перемещения молекул эмульгатора). Это состояние должно соответствовать наиболее низким механическим показателям покрытия.
