Введение к работе
Актуальность работы. Качество асфальтобетонных покрытий во многом определяется свойствами битума, применяемого при производстве асфальтобетонных смесей. Одним из важнейших свойств, определяющих работу дорожного покрытия, является адгезия битума к минеральному материалу. Применяемый при производстве асфальтобетонных смесей битум, изготовленный на основе окисленного гудрона, обладает низкими показателями адгезии к минеральным материалам кислых пород.
Повышение адгезии битума к каменным материалам кислых пород может быть достигнуто введением поверхностно-активных веществ (ПАВ), а также механохимическим воздействием на него. Адгезионные ПАВ обладают рядом недостатков, затрудняющих их эффективное применение.
Одним из направлений комплексного решения данной проблемы является ультразвуковая активация битума. Повышение адгезионных характеристик битума может быть достигнуто за счет ряда эффектов, возникающих при ультразвуковой обработке битума, в частности развитой кавитации и акустических течений различного масштаба.
Работа выполнялась в соответствии с проектом № Б 03.02.11 «Разработка новых технологий и контроля качества строительных работ, создание измерительных комплексов, направленных на строительство транспортной системы», направление: № 05/Пр-11 «Проведение исследований по улучшению физико-химических свойств битумов для дорожных покрытий ультразвуковым методом».
Цель диссертационной работы – получение эффективного вяжущего для дорожных асфальтобетонов, обладающего повышенной адгезией к минеральным материалам.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи исследований:
1) обосновать возможность эффективного применения ультразвуковой обработки для повышения адгезионных свойств битума;
2) исследовать влияние ультразвуковой обработки на адгезионные свойства битума;
3) установить оптимальные технологические параметры воздействия ультразвука для улучшения свойств органического вяжущего;
4) оценить изменение характеристик асфальтобетона, изготовленного на обработанном ультразвуком битуме;
5) разработать технологические предложения по использованию ультразвукового оборудования на АБЗ;
6) осуществить опытно-промышленное внедрение технологии ультразвуковой обработки битума.
Научная новизна работы:
- обоснована эффективность применения ультразвука для повышения качества асфальтобетона посредством обработки вяжущего, в процессе которой кавитационные пузырьки и акустические течения способствуют не только разрушению надмолекулярной структуры битума с образованием свободных радикалов, а также их переносу к поверхности минерального материала;
- показано увеличение адгезионной активности битума в процессе ультразвуковой обработки, установлено влияние режимов обработки на величину адгезии;
- оптимизированы режимы ультразвуковой обработки битума, позволяющие достичь наибольшего эффекта - частота 22 кГц, амплитуда колебательного смещения 5 мкм, длительность воздействия 60 сек;
- обоснована возможность оценки величины адгезии битума по показателю диэлектрической проницаемости, характеризующей концентрацию активных полярных элементов в битуме;
- получена двухфакторная зависимость величины диэлектрической проницаемости битума от режимов ультразвуковой обработки, позволяющая оптимизировать параметры обработки битума;
- установлено снижение вязкости разогретого битума, обработанного ультразвуком, что обеспечивает равномерное покрытие минерального материала тонкой плёнкой вяжущего;
- установлен рост показателей асфальтобетонных смесей, полученных на обработанном битуме, что обеспечивает высокое качество дорожного покрытия;
Новизна разработок подтверждена патентами на полезную модель: № 96787, № 98940, № 96505, № 96506, № 92419.
Практическая значимость
- разработана технология ультразвуковой обработки битума в процессе производства асфальтобетонной смеси;
- получено вяжущее, обладающее повышенной адгезией к минеральным материалам кислых и основных горных пород, что позволяет производить асфальтобетонные смеси с повышенной водостойкостью;
- разработано и смонтировано технологическое оборудование для ультразвуковой обработки битума на АБЗ ЗАО «Союз-Лес», произведен выпуск опытных партий смесей.
Внедрение результатов работы. Опытно-промышленный узел для ультразвуковой обработки битума смонтирован на АБЗ ЗАО «Союз-Лес». Обработанный битум использовался для приготовления экспериментальных партий смесей и возведения опытного участка асфальтобетонного покрытия на МКАД.
Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований были доложены и обсуждены на:
- открытом конкурсе на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в высших учебных заведениях Российской Федерации 2007 года
- Х научно-исследовательской конференции студентов дорожно-строительных специальностей;
- 68, 69, 70 научно-методические и научно-исследовательские конференции МАДИ (2010-2012 г.г.)
- XXII сессии Российского акустического общества
На защиту выносятся:
- теоретическое обоснование возможности применения ультразвуковой обработки для повышения адгезии битума;
- результаты испытаний битума, обработанного ультразвуком;
- обоснование оптимальных режимов ультразвуковой обработки;
- результаты исследований асфальтобетона, изготовленного на битуме, прошедшем ультразвуковую обработку;
- разработанная конструкция и технология ультразвуковой обработки битума на АБЗ;
- опытно-производственное внедрении полученных результатов.
Похожие диссертации на Повышение качества дорожного асфальтобетона путём ультразвуковой активации битума
