Введение к работе
Актуальность работы. Реализация Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 года требует не только совершенствования методов проектирования автомобильных дорог, поиска инновационных решений, но и создания новых долговечных дорожных бетонов, в частности, асфальтобетонов. Очевидными причинами преждевременного износа автомобильных дорог под действием роста интенсивности движения и увеличения осевых нагрузок автомобильного транспорта является низкое качество применяемых компонентов, несовершенство методов проектирования составов асфальтобетона и дорог, недостаточное качество технологии изготовления асфальтобетонного покрытия. Решение задачи повышения долговечности асфальтобетонов достигается за счет применения различных модифицирующих добавок, изменяющих как деформа-тивные и механо-термические свойства битума, так и активность его взаимодействия с минеральными компонентами.
Научные и практические данные и закономерности, установленные и обобщенные в диссертационной работе, получены автором в научно-образовательном центре по направлению «Нанотехнологии» и на кафедре «Технологии вяжущих веществ и бетонов» ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» при выполнении гранта Президента РФ для поддержки молодых российских ученых МД-6090.2012.8 и в соответствии с федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка эффективных асфальтобетонов с повышенными показателями эксплуатационных свойств.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
-
Научно обосновать выбор компонентов, состав и технологию изготовления наномодификатора, обеспечивающего улучшение физико-механических и эксплуатационных свойств асфальтобетона, в частности щебеночно-мастичных асфальтобетонов.
-
Исследовать процессы структурообразования и свойства битума, модифицированного разработанным наномодификатором.
-
Установить зависимости влияния основных рецептурно-технологических факторов на физико-механические и эксплуатационные свойства щебеночно-мастичных асфальтобетонов, модифицированных разработанным наномодифи-катором.
-
Оптимизировать составы и технологический режим изготовления нано-модифицированного щебеночно-мастичного асфальтобетона с повышенными показателями эксплуатационных свойств и стойкостью к погодно-климатическим воздействиям.
5. Провести технико-экономическое обоснование применения наномоди-
фицированного щебеночно-мастичного асфальтобетона с повышенными показа
телями эксплуатационных свойств.
Научная новизна работы:
1. Обоснована возможность создания наномодифицированных
асфальтобетонов с повышенными показателями эксплуатационных свойств
посредством формирования плотной и прочной пленки битума на границе
раздела фаз «битум - наномодификатор», сорбции-десорбции легких фракций
битума наномодификатором и блокирования процессов окисления и
полимеризации битума при его взаимодействии с наночастицами гидроксида и
оксида железа.
2. Установлены зависимости влияния основных рецептурных и
технологических факторов на параметры структуры и эксплуатационные
свойства наномодифицированных щебеночно-мастичных асфальтобетонов с
повышенными показателями эксплуатационных свойств, позволяющие
установить рациональные границы варьирования рецептурно-технологических
факторов.
Практическая значимость работы:
разработана методика определения толщины адсорбционно-сольватного слоя битума на поверхности минеральных материалов на основе реологических свойств битумно-минеральных смесей;
разработаны составы и технология изготовления наномодифицированно-го щебеночно-мастичного асфальтобетона, обладающего высокими показателями эксплуатационных свойств;
получен наномодифицированный щебеночно-мастичный асфальтобетон, обладающий следующими основными свойствами: предел прочности при сжатии при температуре 20 С (R20) - 5,2 МПа; предел прочности при сжатии при температуре 50 С (7?5о) - 2,1 МПа; предел прочности на растяжение при расколе
при температуре О С (Rp) - 3,4 МПа; коэффициент внутреннего трения (tg ф) и показатель сцепления при сдвиге при температуре 50 С (Сл) 1,00 и 0,36 МПа, соответственно; водостойкость после длительного водонасыщения (кщ) - 0,96; глубина колеи после 8000 проходов по методу АРА (Ьдрд) - 1,83 мм; глубина колеи после 8000 проходов шипованным колесом при температуре - 10 С (ЬШК) -1,13 мм; предел прочности при сжатии при температуре 20 и 50 С после 1 условного года эксплуатации (і?2о,ки і?,о,к) _ 5,05 и 1,98 МПа, соответственно; предел прочности на растяжение при расколе при температуре 0 С после 1 условного года эксплуатации (RPyK) - 3,50 МПа. Внедрение результатов:
разработанные наномодифицированные щебеночно-мастичные асфальтобетоны (ЩМА-20) прошли производственные испытания на предприятии ООО «Стройконцепт» в Пензенской области при выполнении ремонтно-восстановительных работ дорожного покрытия общей площадью 170 м ;
теоретические и экспериментальные данные, полученные при выполнении диссертационной работы, используются в учебном процессе в НОЦ «Нано-технологии» ФГБОУ ВПО «МГСУ» при подготовке магистров по направлению 270800 «Строительство» в соответствии с образовательной программой «Наномодифицированные строительные композиты общестроительного и специального назначения» и проведении курсов повышения квалификации для специалистов в области строительства по программе «Наноматериалы и нанотехнологии в строительстве (для работников строительной отрасли).
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы представлялись и докладывались на следующих международных и всероссийских научно-практических конференциях и семинарах: «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанный на знаниях» (Москва: МГСУ, 2011), «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании» (Москва: МГСУ, 2011); «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (Москва: МГСУ, 2012), «Теория и практика повышения эффективности строительных материалов» (Пенза: ПГУАС, 2012), ежегодная научная сессия Ассоциации исследователей асфальтобетона (Москва: МАДИ, 2013), «Инновационные материалы, технологии и оборудование для строительства современных транспортных сооружений (Белгород: БГТУ им. Шухова, 2013).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ (в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК - 3 статьи). Основные положения, выносимые на защиту:
обоснование возможности создания наномодифицированных асфальтобетонов, обладающих повышенными эксплуатационными свойствами, посредством введения наномодификатора на основе диатомита, обработанного золями гидроксида железа (III) и кремниевой кислоты;
научное обоснование выбора компонентов наномодификатора, результаты оптимизации рецептуры и технологии изготовления наномодификатора;
результаты экспериментальных исследований влияния основных ре-цептурно-технологических факторов на физико-механические и эксплуатационные свойства битумных вяжущих и щебеночно-мастичных асфальтобетонов;
результаты многокритериальной оптимизации рецептуры и технологического режима изготовления наномодифицированных асфальтобетонов, оптимальные составы наномодифипированного щебеночно-мастичного асфальтобетона, обладающего заданными физико-механическими и эксплуатационными свойствами;
результаты опытно-производственного апробирования результатов исследования.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка использованных литературных источников и приложений. Содержит 184 стр. машинописного текста, 29 рисунков и 42 таблицы. Библиография включает 164 наименования.
