2354

На правах рукописи

Котляревский Александр Александрович

МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ДОРОЖНЫЙ АСФАЛЬТОБЕТОН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИКАПРОАМИДОВ И АБРАЗИВОВ

Специальность: 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград 2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете

Защита диссертации состоится "30 " марта 2007 г. в 10 часов на

заседании Диссертационного совета К 212.026.02 при ГОУ ВПО Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 400074, Волгоград, ул. Академическая, 1, ауд. Б 203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета

Автореферат разослан 27 февраля 2007 года

3

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Городские магистрали не выдерживают

сегодняшней интенсивности движения, насыщенной грузонапряженности, тех знакопеременных нагрузок возникающих от частых остановок и разгона транспорта при движении автомобиля в режиме «городского цикла». В результате асфальтобетонные покрытия из традиционных укатываемых смесей не выдерживают даже трех лет эксплуатации. Кроме того, наряду с резко возросшими транспортными нагрузками, усилилось и техногенное воздействие на покрытия: - выпадение кислотных осадков, агрессивное воздействия солевых и кислотных антигололедных систем, влияние загрязненной атмосферы и т.п.

Необходимо кардинальное улучшение качества дорожных покрытий,

которое обеспечило бы повышенную плотность покрытия,

сдвигоустойчивость, трещиностойкость, износостойкость и шероховатость. Для большинства регионов России нужны более плотные покрытия, в том числе особенно из модифицированных асфальтобетонных смесей, которые способны длительное время противостоять износу, коррозии, трещинно- и сдвигообразованию, а также отторгать лед.

Вышеизложенное объясняет возрастающий интерес к строительству и

ремонту дорожных покрытий и покрытий проезжей части искусственных инженерных сооружений с применением литого асфальтобетона в европейских странах, России и странах СНГ.

Улучшение качества асфальтобетонных смесей, а также разработка эффективных асфальтобетонных покрытий, которые соответствовали бы условиям эксплуатации в самых различных климатических районах, преодолевали бы негативное влияние многочисленных факторов,

4 модифицированных смесью 3% олигомера циклического и линейного

строения или 6% олигокапроамидов битумных вяжущих, различных типов крупных минеральных заполнителей и технологий для ремонта и строительства асфальтобетонных покрытий.

Задачи исследовании.

Всоответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

!.Изучить теоретические и практические основы эффективных способов

модифицирования битума смесью отходов производства поликапроамида

для повышения долговечности асфальтобетонных покрытий.

2.Рассмотреть закономерности структурных и фазовых изменений литых асфальтобетонных смесей на модифицированном смесью 3% олигомера циклического и линейного строения или 6% олигокапроамидов битумном вяжущем в зависимости от типа крупного минерального заполнителя.

3.Разработать методику позволяющую определить эффективность использования модификаторов, вяжущих и минеральных заполнителей для производства асфальтобетонов.

4.Провести опытно-производственную проверку результатов исследований и определить технико-экономическую эффективность предложенных решений.

5.Разработать технологические схемы производства литых асфальтобетонных смесей на битуме модифицированном олигокапроамидами.

Предметом исследования является совокупность факторов влияющих на эффективность применения модифицированных органических вяжущих, и различных типов минеральных крупных заполнителей для производства асфальтобетонных смесей.

Объект исследования - асфальтобетонные смеси на основе модифицированных смесью 3% олигомера циклического и линейного строения или 6% олигокапроамидов битумных вяжущих на различных типах

5 крупных минеральных заполнителях, применяемых для ремонта и

строительства автомобильных дорог в четвертой и пятой дорожноклиматических зонах.

Методы и средства исследования. Исследования проводились на основе комплексного подхода определения воздействия предложенных модификаторов органических вяжущих и различных типов крупных минеральных заполнителей асфальтобетонных смесей • на физикомеханические показатели, влияющие на эффективность использования получаемых смесей для ремонта и строительства дорожных покрытий.

В основу исследований положено предположение о базовой роли физико-механических свойств модифицированных олигокапроамидами органических вяжущих на эффективность применения асфальтобетонных смесей для ремонта и строительства дорожных покрытий.

Теоретические исследования выполнены с использованием метода многофакторного эксперимента, предполагающего одновременное изменение нескольких факторов по некоторому определенному плану, что позволяет установить величину каждого из факторов на параметр оптимизации, взаимодействие факторов друг с другом и сократить общее число экспериментов.

При проведении основных физико-механических исследований руководствовались стандартными методиками, а также рядом новых методов, получивших официальное признание, в том числе: специальные методики испытаний литых смесей и литых асфальтобетонов, метод оптической микроскопии, ИК-спектроскопии, реологический метод.

Достоверность полученных результатов и выводов по работе обеспечена применением в исследованиях современных приборов, оборудования и научно-обоснованных методик комплексных исследований образцов, подтверждается применением вероятностно-статистических методов обработки результатов испытаний, удовлетворительным совпадением некоторых результатов экспериментов с данными других

6

авторов, а также практическими результатами внедрения разработанных

составов литых асфальтобетонных смесей.

Научная новизна. Научную новизну диссертационного исследования

составляют:

-методика оценки эффективности использования модифицированных битумных вяжущих и технологий для получения асфальтобетонных смесей применяемых для ремонта и строительства дорожных покрытий;

экспериментально доказана возможность получения высококачественных литых асфальтобетонных смесей на модифицированном смесью 3% олигомера циклического и линейного строения или 6% олигокапроамидов битумном вяжущем с применением различных типов крупных минеральных заполнителей с улучшенными эксплуатационными свойствами;

-определены основные принципы подбора компонентного состава и прогнозирования свойств дорожного покрытия из модифицированного литого асфальтобетона с заданными эксплуатационными характеристиками;

-установлены и изучены закономерности структурных и фазовых изменений литых асфальтобетонных смесей на модифицированном олигокапроамидами битумном вяжущем в зависимости от типа крупного минерального заполнителя.

На защиту выносится:

1.Комплекс теоретических положений, экспериментальных исследований и установленных зависимостей, определяющих эффективность использования предложенных модификаторов

заполнителей для производства литых асфальтобетонных смесей.

2.Экспереминетально-статистическое подтверждение результатов теоретических исследований показавших правомерность выводов и заключений о целесообразности модификации битумных вяжущих смесью 3% олигомера циклического и линейного строения или 6%

7

олигокапроамидов для литого асфальтобетона.

3.Опытно-производственное внедрение разработанных литых асфальтобетонных смесей при устройстве дорожного покрытия и выполнение ямочного ремонта.

4.Методика, позволяющая определить эффективность использования модификаторов, вяжущих и минеральных заполнителей для производства асфальтобетонов (на примере литых асфальтобетонных смесей).

5.Обоснование технико-экономической целесообразности производства литых асфальтобетонных смесей на . модифицированном олигокапроамидами битумном вяжущем.

Практическая ценность.

Разработаны технологические схемы производства литых асфальтобетонных смесей на основе модифицированного битумного вяжущего с использованием отходов производства поликапроамида. Разработанные составы литых асфальтобетонных смесей на предложенных модификаторах битумного вяжущего используются в практике дорожного строительства.

Предлагаемая методика позволяет, используя физико-механические характеристики асфальтобетонных смесей, принимать обоснованное решение об эффективности применения различных типов модификаторов и видов заполнителей для получения асфальтобетонных смесей и их применения для ремонта и строительства автомобильных дорог.

Реализация работы. На основе разработанных составов литых асфальтобетонных смесей на модифицированном олигокапроамидами битумном вяжущем были выпущены опытные партии литого асфальтобетона на асфальтобетонном заводе ДСУ - 3 ОГУП «Волгоградавтодор». Укладка смеси проводилась при ремонте покрытия автомобильных дорог г. Волжский. Общая площадь участка составила 1600 м2 асфальтового покрытия, кроме того была получена опытная партия литой смеси на

8 асфальтобетонном заводе ООО «Автобан-Липецк». Укладка проводилась в

верхний слой дорожного покрытия городских улиц г. Липецка. Площадь

участка составила 3100 м2. Экономический эффект составил 25,85 руб/м2.

Апробации работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях ВолгГАСУ 2005-2006 г.г., на IV Международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» Волгоград 2005 г., на II научно-технической конференции «Региональные технологические и экономико-социальные проблемы развития строительного комплекса Волгоградской области. Наука. Практика. Образование» Волгоград 2005 г., на Всероссийской научно-практической

конференции «Строительное материаловедение - теория и практика»

Москва 2006 г.; на III Всероссийской научно-технической конференции «Социально-экономические и технологические проблемы развития строительного комплекса и жилищно-коммунального хозяйства региона» Волгоград-Михайловка 2006 г., на Международной научно-технической конференции «Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов» Пенза 2006 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе в одна в изданиях рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и содержит 137 страниц машинописного текста, включая 27 таблиц и 30 рисунков, библиографического списка из 158 наименований и 3 приложений.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи, раскрыты научная новизна и практическая значимость работы, представлены основные положения которые, выносятся

9

на защиту.

В первой главе проведен анализ литературных данных по теме диссертации.

Битумы благодаря своим уникальным физико-химическим и механическим свойствам получили широкое применение Значительный вклад в развитие теоретических представлений о свойствах битумов и композитов на их основе внесли работы Бондарева Б.А., Бурмистрова Г.Н., Волкова М.И., Гунна. Н.Б., Кисиной A.M., Колбановской А.С., Куценко В.Н., Михайлова Н.В., Печеного Б.Г., Розенталя Д.А., Романова СИ., Руденского А.В., Рыбьева И.А., Сюняева З.И., Сахарова П.В., Хозина В.Г., Хойберга Дж. и др.

Для повышения эксплуатационных свойств битумов предложены различные способы модификации: совершенствование технологии производства; физико-химическая обработка; применением различных полимерных материалов, этот способ модификации является наиболее

На основании аналитического обзора литературных данных можно сказать, что литой асфальтобетон, несмотря на то, что является одним из первых материалов, получивших широкое распространение для устройства дорожных покрытий, остается до настоящего времени малоисследованным не только в нашей стране, но и за рубежом.

Рассмотрены преимущества и недостатки литых асфальтобетонных смесей по сравнению с традиционными плотными горячими асфальтобетонными смесями и теоретические предпосылки его применения. Приведены существующие типы литых асфальтобетонных смесей и технологии их укладки.

Приведены результаты исследований доказывающих, что применение различных полимеров при производстве литых смесей позволяет повысить сдвиге- и трещиноустойчивость, а также коэффициент сцепления асфальтобетонного покрытия с автомобильными шинами.

10

Учитывая актуальность и необходимость исследований в данной области, на основе анализа литературных данных были сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе приводятся характеристики используемых материалов и излагаются методики исследований. Для проведения исследований использовались модифицированный нефтяной дорожный битума марки БНД 60/90, в качестве минеральной части щебень, песок и минеральный порошок. Щебень и песок получен путем дробления гранитного щебня Павловского карьера Воронежской области и известнякового щебня Жирновского карьера Ростовской области соответствуют требованиям ГОСТ 9128-97 "Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия''. Кроме вышеперечисленных материалов в качестве крупного заполнителя был использован карбид кремния (отход ОАО «Волжский абразивный завод»). Минеральный порошок, получен путём помола карбонатных горных пород на АБЗ ДСУ-1 треста «Дормостстрой» г. Волгограда. В роли модифицирующей добавки использовались олигомеры циклического и линейного строения. Как известно олигомеры хорошо растворяются в полярных средах, что обуславливает их равномерное распределение в битуме и образование однородной гомогенной массы с битумом, т.е. его модификацию.

При проведении основных физико-механических исследований руководствовались стандартными методиками, а также рядом новых методов, получивших официальное признание, в том числе: специальные методики испытаний литых смесей и литых асфальтобетонов, метод оптической микроскопии, ИК-спектроскопии, реологический метод.

Достоверность результатов, полученных в работе, обеспечивались статистической обработкой экспериментальных данных, а также использованием современных методов исследований.

Оптимизацию составов и свойств литых асфальтобетонных смесей осуществляли с помощью методик математического планирования