Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 9
1.1 Структура асфальтобетона 9
1.2 Роль минерального порошка в структурообразовании асфальтобетона 16
1.3 Опыт использования минеральных материалов из отходов промышленности при производстве асфальтобетона 25
1.4 Перспективы внедрения пористого дисперсного сырья в технологию производства строительных материалов 30
1.5 Теоретические предпосылки исследований 37
2. Характеристика исследуемых материалов и методы исследований 41
2.1 Характеристика материалов, принятых для исследований 41
2.2 Методы исследований 47
2.2.1 Методы исследований свойств исходных материалов 47
2.2.2 Методы исследований характеристик асфальтобетона 55
3. Взаимодействие пористого минерального порошка с битумом 61
3.1 Особенности состава, поровой структуры и состояния поверхности исследуемого минерального порошка
3.2 Исследование адсорбционной активности минеральных порошков
3.3 Влияние минеральных порошков на процессы структурообразования битумоминеральных смесей 73
3.4 Изменение свойств асфальтовяжущего вещества под влиянием пористого минерального наполнителя 79
Выводы 89
4. Асфальтобетон на основе пористого минерального порошка из техногенного сырья 91
4.1 Влияние минерального порошка из перлитовой пыли на физико-механические характеристики органоминерального композита 91
4.2 Зависимость трещиностойкости асфальтобетона от количества пористого минерального порошка в его составе 101
4.3 Влияние перлитового минерального порошка на сдвигоустойчивость дорожного композита 107
4.4 Коррозионная устойчивость асфальтобетона с использованием пористого наполнителя 111
4.5 Зависимость долговечности органоминерального композита от воздействия погодно-климатических факторов 116 Выводы 123
5. Производственные испытания и экономическая эффективность применения пористых тонкодисперсных отходов промышленности при производстве асфальтобетона 125
5.1 Результаты производственных испытаний 125
5.2 Расчет экономического эффекта 126
Основные выводы 133
Список литературы 135
Приложения 153
- Опыт использования минеральных материалов из отходов промышленности при производстве асфальтобетона
- Влияние минеральных порошков на процессы структурообразования битумоминеральных смесей
- Зависимость трещиностойкости асфальтобетона от количества пористого минерального порошка в его составе
- Расчет экономического эффекта
Введение к работе
Актуальность. Протяженность автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием в РФ составляет свыше 80% от общего количества дорог. Однако срок службы асфальтобетонных покрытий далек от нормативных. Главной причиной преждевременного разрушения асфальтобетонного покрытия является несоответствие его эксплуатационных характеристик современным условиям работы в покрытии.
Важнейшим компонентом органо-минерального композита, во многом определяющим его физико-механические характеристики, является минеральный порошок, который совместно с битумом образует структурированную дисперсную систему, выполняющую роль вяжущего в асфальтобетоне. Поэтому регулировать свойства дорожного композита можно за счет использования в его составе наполнителей, способных обеспечивать устойчивые связи на границе раздела фаз битум -минеральный материал.
В связи с отсутствием сырьевой базы карбонатного сырья во многих регионах страны дорожные организации ощущают острый дефицит в минеральном порошке, поэтому они вынуждены искать альтернативное сырье. С другой стороны в этих же регионах существуют производства, побочным продуктом которых являются тонкодисперсные отходы, которые накапливаются в отвалах и загрязняют окружающую среду.
Перспективным направлением в, решении задачи получения качественного асфальтобетона является применение пористых.минеральных порошков, в том числе из отходов промышленности. Использование таких наполнителей может способствовать повышению тепло-, трещиностойкости и сдвигоустоичивости дорожного композита, а также снижению стоимости приготовления асфальтобетонной смеси и уменьшению экологического прессинга на окружающую среду.
5 Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ БГТУ им. В.Г. Шухова, проводимых по заданию Федерального агентства по образованию в 2004-2008 гг., № госрегистрации 01200411064.
Цель и задачи исследований. Цель работы — повышение качества асфальтобетона за счет использования в его составе пористого техногенного минерального порошка из перлитовой пыли.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
исследование свойств перлитового наполнителя, механизма его взаимодействия с битумом и обоснование возможности его использования в качестве минерального порошка в составе асфальтобетонных смесей;
разработка составов асфальтобетонных смесей для устройства нежестких дорожных одежд с обоснованием рационального содержания пористого наполнителя и органического вяжущего;
изучение влияния исследуемого минерального порошка на физико-механические характеристики, теплоустойчивость, трещиностойкость, коррозионную устойчивость и интенсивность процессов старения дорожного композита;
технико-экономическое обоснование применения дисперсного отхода промышленности в качестве минерального порошка для производства асфальтобетона;
подготовка нормативно-технической документации для внедрения в производство результатов работы.
Научная новизна. Установлены особенности структурообразования органо-минерального композита при использовании перлитового минерального порошка, связанные с его высокой адсорбционной активностью и структурирующей способностью по отношению к
органическому вяжущему, что обусловлено высокоразвитой системой пор и состоянием поверхности.
Установлен характер изменения физико-механических показателей и релаксационной способности асфальтобетона от количества пористого минерального порошка и битума в его составе, заключающийся в повышении качества композита при использовании рационального содержания исследуемого наполнителя и органического вяжущего.
Обосновано повышение теплоустойчивости и трещиностоикости асфальтобетона при введении дисперсного порошка из перлита в минеральную часть, связанное с низкой теплопроводностью исследуемого наполнителя, что способствует повышению долговечности асфальтобетона.
Предложен механизм замедления интенсивности старения органического вяжущего при использовании пористого техногенного наполнителя, заключающийся в первоначальном поглощении низкомолекулярных компонентов битума поровой системой перлита и последующей подпиткой ими поверхности за счет обратной диффузии в процессе эксплуатации, что препятствует обеднению поверхности легкими фракциями органического вяжущего.
Практическая ценность. Обоснована возможность использования перлитовой пыли в качестве наполнителя при производстве асфальтобетона, что позволило расширить сырьевую базу минеральных порошков и уменьшить количество наполнителя в составе асфальтобетонной смеси по сравнению с традиционным минеральным порошком.
Установлено повышение сдвигоустойчивости, тепло- и трещиностоикости дорожного композита при использовании пористого минерального порошка, что позитивно отразится на эксплуатации покрытия при жестких температурных режимах работы.
Выявлено, что асфальтобетон на основе исследуемого пористого минерального порошка обладает более высокой релаксационной способностью при перепадах температур по сравнению с композитом на известняковом наполнителе, что позволит снизить вероятность накопления остаточных деформаций, а, следовательно, увеличить срок службы покрытия автомобильных дорог.
При использовании пористых минеральных порошков традиционные методы определения их дисперсности, удельной поверхности, а, следовательно, и подбора состава асфальтобетонной смеси не являются объективными, поэтому необходимо применение современных методов и оборудования, позволяющих оценивать и учитывать пористость и микрорельеф поверхности наполнителей.
Реализация работы. Для внедрения результатов научно-исследовательской работы при строительстве, ремонте и реконструкции автомобильных дорог разработаны технические условия на «Порошок минеральный из отходов производства перлитового песка».
Выпущена и уложена в покрытие опытная партия асфальтобетонной смеси на основе минерального порошка из перлита. Систематические наблюдения за опытным участком показали, что покрытие сохранило высокие показатели ровности, на нем не образовалось трещин, выбоин.
Теоретические положения диссертационной работы и результаты экспериментальных исследований используются в учебном процессе при подготовке инженеров и бакалавров по специальности 270205. .
Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на:
международной научно-практической интернет-конференции "Современные методы строительства автомобильных дорог и обеспечение
8 безопасности движения" (г. Белгород, 2007 г.);
- международной научно-практической конференции "Эффективные
конструкции, материалы и технологии в строительстве и
архитектуре" (г. Липецк, 2007 г.);
- международной научно-технической конференции молодых
ученых и аспирантов (г. Харьков, 2008 г.);
ежегодной научной сессии Ассоциации исследователей асфальтобетона (г. Москва, 2009 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, в том числе 1 статья в научном журнале из списка ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов и приложений. Содержит 163 страницы машинописного текста, 32 рисунка и фотографий, 15 таблиц, библиографического списка, включающего 173 наименования.
Работа выполнена на кафедре "Автомобильные дороги и аэродромы" БГТУ имени В.Г. Шухова.
Автор выражает благодарность научному руководителю д.т.н., профессору Гридчину A.M.; д.т.н., профессору Ядыкиной В.В., к.т.н., доценту Высоцкой М.А. за оказанную помощь в обсуждении результатов работы.
Опыт использования минеральных материалов из отходов промышленности при производстве асфальтобетона
Многочисленные работы А.И. Рыбьева, Л.Б. Гезенцвея, Л.А. Горелышевой, А.И. Лысихиной, А.В. Бусела, Н.В. Горелышева свидетельствуют о том, что в качестве минерального сырья для производства асфальтобетонных смесей лучше всего подходят материалы из основных горных пород. Однако в некоторых регионах страны дорожное хозяйство-испытывает дефицит в дорожно-строительных материалах в виду отсутствия сырьевых баз. В связи с этим в качестве минерального сырья при производстве органоминеральных смесей находят применение побочные продукты производства предприятий промышленности: металлургические шлаки, золы уноса ТЭС, отходы асбоцементного производства [63-64]. Применение такого рода сырья позволяет снизить экологическую нагрузку на окружающую среду, а также энергозатраты на производство и стоимость асфальтобетонной смеси.
Исследования, проведенные в этой области Ковалевым Я.Н. и Буселом А.В. [65] показывают возможность использования кремнеземсодержащих минеральных порошков при производстве дорожного композита.
Результаты работы [66] свидетельствуют о возможности использования пыли электрофильтров ОЭМК, с повышенным содержанием оксида кальция (в количестве 15-25%) в качестве минерального порошка при производстве асфальтобетона. Лабораторные исследования показали, что асфальтобетон на наполнителе из пыли электрофильтров известкового цеха ОЭМК не только полностью удовлетворяет требованиям ГОСТ 9128-97 по всем параметрам, но и имеет более высокие показатели коэффициента водостойкости и длительной водостойкости, чем дорожный композит на основе стандартного минерального порошка — молотого известняка.
В работах [67,68] в качестве минерального порошка для асфальтобетонных смесей предлагается использовать пиритные огарки, являющиеся отходом производства минеральных удобрений. По всем показателям, предъявляемым к минеральным порошкам, тонкодисперсные отходы соответствуют нормативным требованиям. Пиритные огарки вводились в состав асфальтобетонной смеси как в естественном, так и в активированном виде. Свойства дорожного композита соответствуют требованиям стандарта. Установлено, что с использованием пиритных огарков можно получить активированные минеральные порошки, отвечающие требованиям стандарта, а также стандартные асфальтобетоны и щебеночно - мастичные асфальтобетоны на их основе с повышенными значениями прочности и водостойкости.
Предлагается [69-71] в качестве наполнителя асфальтобетонных смесей использовать отходы топливно — энергетической промышленности - золы уноса и золошлаковые смеси ТЭС. Приводятся разносторонние данные о свойствах асфальтобетона на данных наполнителях. Коэффициент длительной водостойкости К15ВОД=0,6 - 1, коэффициент морозостойкости К"эМр3=0564 - 1. Такие разрозненные данные свидетельствуют о непостоянстве состава и свойств данных отходов. Предлагается использовать золошлаковые смеси после их гидрофобизации.
Известно, что поверхность материала после его размола будет обладать наибольшей реакционной способность. Так исследованиями установлена [72] возможность использования кварцевого песка после его измельчение в дезинтеграторе при производстве асфальтобетонных смесей. Результаты исследований свидетельствуют о том, что минеральный порошок на основе механоактивированного кварцевого песка по сравнению с контрольным обладает большей структурирующей способностью, а асфальтобетонные смеси на его основе высокими показателями физико - механических свойств.
В работах [73,74] обоснована возможность использования в асфальтобетоне отработанных формовочных смесей (ОФС) литейного производства. Они представляют собой кварцевые формовочные пески, прошедшие высокотемпературную обработку в процессе литья и сохранившие на своей поверхности остатки органических или неорганических связующих веществ. Показано, что битум имеет плохое взаимодействие с кислой минеральной поверхностью ОФС. Результаты исследований свидетельствуют о том, что механическая активация ОФС с помощью разработанных способов позволяет получить качественные минеральные порошки, применение которых в составе асфальтобетона обеспечивает достаточно высокие показатели его свойств, удовлетворяющие требованиям стандарта и гарантирующие устойчивость к воздействию погодно - климатических факторов и транспортных нагрузок.
Исследованиями установлено [75], что применение в составе дорожного композита минеральных порошков с повышенным содержанием СаО способствует повышению коэффициента водостойкости. Применение карбидной извести - отхода производства карбида кальция в качестве наполнителя способствует также повышению таких показателей как коэффициент внутреннего трения и сцепление при сдвиге по сравнению с традиционным известняковым минеральным порошком.
Имеется опыт получения качественного минерального порошка из «кислого» сырья после его гидрофобизации [76]. Предлагается в качестве наполнителя асфальтобетона использовать кремнеземистый алеврит. Высокое содержание (до 85%) Si02 обуславливает кислый характер поверхности зерен и недостаточное сцепление с битумом. Установлено, что существенное улучшение свойств алевритового порошка происходит при совместном помоле алеврита и активирующих добавок. Установлена высокая эффективность применения гидрофобизированного минерального порошка из алеврита.
Показано [77], что водо- и морозостойкость асфальтобетона с отходом производства серы - хвостами флотации, содержащими повышенное количество серы, понижается. Повысить коррозионную устойчивость оказалось возможным путем применения физико - химической активации серосодержащих минеральных порошков.
Обоснована [78] возможность использования шламов мокрой газоочистки доменного производства в качестве минерального порошка в песчаных асфальтобетонных смесях. Оптимальное содержание порошка из шламов доменного производства составляет 12%, а битума 8 - 8,5% сверх массы минерального порошка. С целью снижения битумоемкости таких порошков предложено вводить в них 2,5 — 5% отходов коксохимического производства - фусов. Асфальтобетон на активированном фусам№ минеральном порошке имеет высокую прочность, однако его водостойкость после длительного водонасыщения снижается. Поэтому предложено вводить фусы в битум в количестве 2,5% от его массы.
Влияние минеральных порошков на процессы структурообразования битумоминеральных смесей
Известно, что плотные и пористые порошки по-разному ведут себя в отношении органических адсорбатов. Исследование структуры минерального порошка, проведенное в работе [50], показало, что при использовании образцов плотного строения битум не проникает в тело материала. Заметно лишь его проникновение по микротрещинам и плоскостям спайности кристаллов. Поэтому такие порошки сорбируют битум без заметного изменения его свойств. В тонкопористых материалах (трепел, опока, известняк) наблюдается избирательная диффузия компонентов битума. Вследствие этого тонкопористые минеральные порошки существенно изменяют свойства битумных слоев.
Таким образом, при применении пористых минеральных материалов адсорбционные слои битума на поверхности минеральных частиц несколько обедняются смолами и маслами. Вследствие увеличения концентрации асфальтенов вязкость поверхностных слоев битума возрастает.
Описанные особенности взаимодействия пористых минеральных материалов с битумом приводят к тому, что связи между минеральными частицами, обусловленные контактами поверхностных оболочек более вязкого битума, становятся менее эластичными, более жесткими. Особенно большое значение приобретает пористость зёрен минерального порошка. Взаимодействие битума с минеральным порошком обусловлено не только весьма развитой поверхностью зёрен, но главным образом очень развитой внутренней поверхностью зёрен, образуемой разветвлённой системой микропор. Пористые активные порошки оказывают более сильное структурирующее действие, чем плотные инактивные [45].
Пористость минеральных материалов оказывает большое влияние на характер связей, возникающих между структурными элементами асфальтобетона. Микропоры отличаются весьма высоким адсорбционным потенциалом, благодаря чему в них сорбируется значительная часть поверхностно-активных компонентов битума.
Отмеченными особенностями взаимодействия пористых минеральных материалов с битумами можно правильно объяснять специфические особенности асфальтобетонов, минеральная часть которых состоит из пористых материалов.
Как известно минеральный порошок является основным структурообразующим компонентов асфальтобетона. Это обусловливается более высокой удельной поверхностью наполнителя которая достигает до 90-95% поверхности всех минеральных зерен входящих в состав асфальтобетона.
Удельная поверхность наполнителей определялась двумя методами. На приборе ПСХ-2 принцип действия, которого основан на прохождении воздуха через уплотненный слой минерального порошка, и на приборе Сорби-М по четырехточечному методу БЭТ. Метод основан на измерении удельной поверхности наполнителя, как «внешней» так и «внутренней», с помощью адсорбции жидкого азота. Второй метод также учитывает наличие в структуре минерального материала пор с радиусом меньше 19,4 нм.
Из таблицы 3.1 видно, что величина удельной поверхности наполнителей, определенная на приборе ПСХ-2 одинакова и составляет 350 м /кг. Однако, этот показатель, измеренный на приборе Сорби-М, свидетельствует о более высоких значениях удельной поверхности исследуемого и традиционного минерального порошка. Так удельная -поверхность наполнителя из перлита в три с лишним раза превышает величину удельной поверхности стандартного минерального порошка из известняка и составляет 2937 м /кг, поэтому адсорбционная способность порошка с учетом этого фактора значительно увеличивается.
Также из таблицы 3.1 видно, что на поверхности минерального порошка из перлита сосредоточено большее количество микропор. Так на поверхности перлита содержится 0,078 см3/г пор с размером менее 19,4 нм, а на поверхности известняка 0,037 см3/г. Очевидно высокие показатели удельной поверхности минерального порошка из перлита являются следствием его высокой пористости.
На рисунке 3.3 приведены микрофотографии поверхности исследуемых наполнителей, из которых видно, что поверхность минерального порошка из перлита обладает более разветвленной системой микропор.
В работе [135] отмечена особая роль микрогеометрии поверхности частиц твердой фазы в структурообразовании контактных слоев. Отмечается, что для протекания хемосорбционных процессов более благоприятным является наличие на поверхности минеральных частиц ребер, пиков, острых граней, а для физической адсорбции - углублений и микротрещин
Знание особенностей взаимодействия минеральных материалов и вяжущего в асфальтобетоне в зависимости от различных факторов (соотношение количеств свободного и адсорбированного битума, избирательная диффузия компонентов битума в минеральные материалы и т.д.) позволяет правильно ориентироваться в процессах структурообразования асфальтобетона и в путях его регулирования.
На активность взаимодействия минерального материала с вяжущим большое значение оказывает знак заряда поверхности минерала. Принято считать, что наилучшее сцепление с битумом имеют основные горные породы. Поэтому для прогнозирования активности процессов взаимодействия пористого тонкодисперсного сырья с органическим вяжущим был определен минералогический состав перлита. Определение производилось с помощью метода рентгенофазового анализа.
Рентгенограмма минерального порошка из перлита (рис. 3.1) показала наличие в его составе минерала аморфного кремнезема - опала (Si02xnH20) и минералов кристаллического строения тридимита (Si02) и кристобалита (Si02).
Однако в работе [134] показано, что кварцитопесчаники содержащие до 95% диоксида кремния, обеспечивают достаточно хорошее сцепление с битумом, что противоречит существующим представлениям о взаимодействии битума с кислыми минеральными материалами. Об этом свидетельствуют и результаты работ [120,121].
Зависимость трещиностойкости асфальтобетона от количества пористого минерального порошка в его составе
Асфальтобетон в дорожном покрытии подвергается действию различных факторов, разрушающих его. Поэтому, чтобы быть прочным и долговечным, он должен обладать определенными свойствами, противодействующими этим факторам.
Одним из важнейших механических свойств асфальтобетона, характеризующих его как дорожно-строительный материал, является прочность. Знание этого показателя позволяет правильно предсказывать поведение материала при различных температурных режимах его работы. В частности, по прочностным показателям можно судить о важнейшей эксплуатационной характеристике асфальтобетона - его деформационном поведении при наиболее высоких и наиболее низких эксплуатационных температурах.
Проведенные результаты исследований по определению эффективной пористости минерального порошка, количества активных центров на поверхности наполнителей, а также показателей адсорбции битума на их поверхности, свидетельствуют об активном характере процессов взаимодействия перлитовой пыли с органическим вяжущим. Исходя из.этих показателей можно предположить, что на основе исследуемого техногенного сырья можно получить асфальтобетон высокого качества
Для изучения влияния исследуемого наполнителя на свойства композита были приготовлены асфальтобетонные образцы, типов Б и Г. Тип Г изучали по той причине, что его свойства в большей степени характеризуются качеством асфальтовяжущего вещества, тип Б — как наиболее часто используемый в дорожном покрытии. Исследование физико-механических характеристик дорожного композита проводили на образцах из асфальтобетонной смеси, приготовленной и испытанной в соответствии с ГОСТ 12801-98 непрерывного гранулометрического состава (таблица 4.1) и подобранного согласно ГОСТ 9128-97, по кривым плотных смесей.
С целью обеспечения постоянства гранулометрического состава асфальтобетонных смесей минеральные материалы предварительно рассеивались, а затем из отдельных фракций для каждой партии смеси подбирались минеральные части. Остаточная пористость исследуемых асфальтобетонных образцов типа Б и Г составляла 4%.
Для каждого из исследуемых наполнителей подбиралось оптимальное количество битума. Количество минерального порошка в смеси подбиралось согласно ГОСТ 9128-97 в количестве, необходимом для придания дорожному композиту нормативной плотности и прочности, так как повышенное содержание минерального порошка понижает трещиностойкость дорожного покрытия. Содержание минерального порошка для асфальтобетона типа Г составило 8%.
При приготовлении образцов асфальтобетона на исследуемом минеральном порошке основным негативным фактором явилось высокое содержание битума по сравнению с дорожным композитом на основе традиционного известнякового минерального порошка. Об этом свидетельствуют показатели битумоемкости минеральных порошков. Высокое содержание битума в органоминеральной смеси на основе перлитового наполнителя возможно связано с особенностями его строения. Прдположительно, при приготовлении дорожного композита при высоких технологических температурах поры перлитового наполнителя открываются, и битум сорбируется внутрь пор. Поэтому при постановке эксперимента преследовали цель подбора такого состава асфальтобетонной смеси, при котором количество органического вяжущего в смеси было близко к контрольному (на известняке) без существенного ухудшения свойств асфальтобетона.
Исходя из показателей величины удельной поверхности и структурирующей способности наполнителей можно было предположить, что введение в минеральную часть исследуемого минерального порошка в меньшем количестве будет способствовать снижению содержания в смеси одного из дорогостоящих компонентов асфальтобетона - органического вяжущего без существенного снижения эксплуатационных показателей дорожного композита.
Необходимо подчеркнуть одну из особенностей песчаного асфальтобетона — его чувствительность к изменению состава. Небольшие отклонения в содержании битума или минерального порошка могут вызвать значительные изменения свойств песчаного асфальтобетона.. Например, небольшой избыток битума будет увеличивать пластичность покрытия.
Результаты- проведенных исследований (таблицы 4.2 и 4.3) свидетельствуют о полном соответствии асфальтобетонных образцов с различным содержанием исследуемого наполнителя и битума требованиям ГОСТ.
Качество асфальтобетона определяется его прочностью. Поэтому рассмотрение свойств органоминерального композита начинают с рассмотрения прочностных характеристик.
Прочным асфальтобетонным покрытием считается такое, которое в течение продолжительного времени, будучи под действием транспортных и климатических факторов, не требует преждевременных и частых ремонтов.
Из таблицы 4.2 видно, что при уменьшении количества минерального порошка из перлита прочностные показатели дорожного композита при 20 С и 50С увеличиваются. Так прочность образцов асфальтобетона на исследуемом наполнителе из перлита при его уменьшении в минеральной смеси с 8 до 3-4% при 20С возрастает на 23%, а при 50С на 11%. При 0С наблюдается снижение прочности на 7%, что является положительным моментом. Снижение прочности при данной температуре можно охарактеризовать уменьшением количества объемного битума в смеси и снижением его температуры стеклования.
Низкие прочностные показатели образцов асфальтобетона с 8% наполнителя из перлита, возможно связаны с чрезмерным его содержанием в минеральной части. Из-за высокого количества наполнителя в минеральной смеси происходит раздвижка зерен более крупных фракций, в результате чего прочность при 20С и 50С снижается.
Расчет экономического эффекта
Таким образом, было установлено, что существует оптимальная концентрация исследуемого наполнителя в минеральной смеси, составляющая 3-4%, при которой показатели сдвигоустоичивости органоминерального композита имеют более высокие показатели по сравнению с асфальтобетоном на основе традиционного известняка.
С возрастанием показателей сдвигоустоичивости механическая прочность будет повышаться. Дорожный композит с заданной прочностью можно получить двумя путями: обеспечением соответствующего сцепления системы или обеспечением определенной величины внутреннего трения (при оптимальном сцеплении). Таким образом, в определенных пределах каждый из этих факторов может компенсироваться другим. Сила сцепления минеральной части с битумом будет возрастать с увеличением поверхности сцепления, с уменьшением толщины битумной, пленки, увеличением вязкости битума и повышением адсорбционных свойств минеральных материалов, а также поверхностно-активных свойств битума. Внутреннее трение- асфальтобетона зависит от внутреннего трения и заклинивания минеральных частиц, т.е. от плотности гранулометрического состава, минеральной части, от величины, формы и характера поверхности минеральных зерен, от уплотнения асфальтобетона и оптимального количества битума [151].
Высокие показатели сдвигоустоичивости образцов дорожного композита на. пористом минеральном порошке из перлита являются следствием- более активного, взаимодействия битума с перлитовым. наполнителем-и высокой степени шероховатости егошоверхностй (см: рис. 3.3 и рис. 3.8), которая при прочих равных условиях будет способствовать повышению коэффициента внутреннего трения.
Проведенные исследования, по определению пределов прочности при сжатии при стандартных температурах, а также характеристик сдвигоустоичивости показали, что дорожный композит на исследуемом наполнителе незначительно уступает асфальтобетону на традиционном минеральном порошке по прочности при 20С, а по остальным показателям, в том числе и сдвигоустойчивости, превосходит дорожный композит на традиционном известняковом минеральном порошке.
Отсюда можно сделать вывод, что минеральные порошки, оказывающие на битум более сильное структурирующее влияние, можно вводить в минеральную часть при приготовлении асфальтобетона в меньшем количестве.
Известно, что одним из основных факторов, влияющих на долговечность асфальтобетонных покрытий, является действие воды. Молекулы воды способны проникать в микротрещины дорожного композита и в условиях длительного воздействия и недостаточного сцепления между органическим вяжущим и минеральным материалом смещать битумную пленку с поверхности минерального материала. В результате этого будет происходить разрушение структурных связей материала, а, следовательно, и разрушение асфальтобетонного покрытия, характеризующееся появлением выбоин и шелушения. Характер вытеснения пленки битума зависит от адгезионных свойств и вязкости битума, состояния микроструктуры асфальтовяжущего, свойств поверхности минеральных зерен и прочности контактных взаимодействий. Поэтому одной из главных характеристик качества асфальтобетона, предопределяющих его долговечность является коррозионная устойчивость в условиях изменяющегося влажностного и температурного режимов [152-155].
Исследования Э.Я. Турчихина показали, что вода может проникать через битумные пленки и что количество просачивающейся воды зависит не только от свойств битума, но и от свойств каменных материалов. Вода, как полярная жидкость, хорошо смачивает гидрофильную поверхность минеральных зерен и способна частично или полностью вытеснять сорбированный битум. Поэтому при выборе материала для приготовления органоминеральных смесей надо обращать внимание на его гидрофильно -гидрофобные свойства.
Проведенные исследования по определению показателей адсорбции битума поверхностью наполнителей, а также данные, полученные методом ИК-спектроскопических исследований, свидетельствуют об активном характере взаимодействия исследуемого наполнителя из перлита с органическим вяжущим. Поэтому можно предположить, что дорожный композит на основе исследуемого тонкодисперсного сырья будет обладать высокими показателями коррозионной стойкости.
Более агрессивное действие воды происходит в условиях попеременного замораживания — оттаивания, при переходе температуры через О С в осенне-зимний период и ранней весной. Изменение объема воды вызывает появление внутреннего давления в порах, которое приводит к разрушению асфальтобетона. Недостаточная коррозионная устойчивость является наиболее частой причиной преждевременного разрушения асфальтобетонных покрытий во многих регионах страны, особенно в районах избыточного увлажнения и с частыми знакопеременными температурами [156-162]. Основными характеристиками коррозионной устойчивости асфальтобетона являются показатели длительной водостойкости и морозостойкости. Водостойкость асфальтобетона при кратковременном водонасыщении неполно отражает картину работы дорожного покрытия в условиях длительного увлажнения. С увеличением времени водопоглощения прочность асфальтобетона снижается. Это связано с диффузией воды от поверхности внутрь материала и увеличением ее расклинивающего действия. Поэтому для более объективного представления о поведении дорожного композита в условиях длительного увлажнения, образцы подвергали насыщению водой в условиях вакуума с последующей выдержкой в воде в течение 15, 30, 45 и 60 суток. По истечению этого времени определяли коэффициент длительной водостойкости.
