WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ЧЕРСКОВ Роман Михайлович КОМПЛЕКСНО-МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ДОРОЖНЫЙ АСФАЛЬТОБЕТОН С ПОВЫШЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТЬЮ К ТРАНСПОРТНЫМ И ПОГОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ Специальность 05.23.05 – Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону 2009

Работа выполнена на кафедре «Автомобильные дороги» ГОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Илиополов Сергей Константинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Калгин Юрий Иванович кандидат технических наук, профессор Юндин Александр Николаевич

Ведущая организация: Северо-Кавказский филиал «СЕВКАВГИПРОДОРНИИ» ОАО Дорожного проектно-изыскательского и научно- исследовательского института «ГИПРОДОРНИИ»

Защита состоится 27 мая 2009 г. в 10 ч 15 мин в ауд. 232 на заседании диссертационного совета ДМ 212.207.02 при Ростовском государственном строительном университете по адресу: 344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162, т/ф 8(863)263-53-10, E-mail: dissovet2@rgsu.donpac.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет».

Автореферат разослан «24» апреля 2009 г.

Учный секретарь диссертационного совета, д.т.н. профессор Моргун Любовь Васильевна 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В результате возросшего транспортного воздействия срок службы асфальтобетонных покрытий значительно сократился, что приводит к увеличению затрат на их ремонт. Поэтому в условиях ограниченного финансирования дорожной отрасли весьма актуальной задачей является повышение долговечности асфальтобетонов.

Поскольку основная часть разрушений и деформаций асфальтобетонов в покрытиях автодорог происходит по битуму, то наиболее эффективным решением поставленной задачи признано модифицирование битумов различными полимерными добавками. Среди множества полимеров наибольшее распространение получили термоэластопласты типа стирол-бутадиен-стирол (СБС). Однако их совмещение с окисленными битумами связано с перераспределением ассоциированных асфальтенами масел, которое приводит к коагуляции асфальтенов и расслаиванию модифицированного вяжущего.

Введение индустриального масла препятствует протеканию описанных процессов, но негативно сказывается на адгезии вяжущего к минеральным материалам и снижает его вязкость при повышенных эксплуатационных температурах.

Поэтому на сегодняшний день остается актуальной проблема недостатка эффективных материалов и технологий для повышения долговечности асфальтобетонных покрытий в современных условиях эксплуатации.

Учитывая тот факт, что быстрая потеря работоспособности асфальтобетонных покрытий связана с ростом транспортных нагрузок в сочетании с погодно-климатическим воздействием, весьма важной задачей является улучшение структурно-механических свойств асфальтобетонов во всем интервале эксплуатационных температур.

Цель диссертационной работы: разработка комплексномодифицированных асфальтобетонных смесей с улучшенными структурномеханическими свойствами и повышенной стойкостью к погодноклиматическим факторам.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- научно обоснована возможность приготовления эффективной комплексной добавки, обеспечивающей улучшение структурно-механических свойств асфальтобетона;

- оптимизирован качественный и количественный состав модификатора в битуме и асфальтобетонных смесях;

- исследованы процессы структурообразования в битумах, модифицированных разработанной добавкой, и асфальтобетонах на их основе;

- разработаны оптимальные составы комплексно-модифицированных асфальтобетонных смесей и исследована динамика их старения, а также тепло-, морозо- и трещиностойкость;

- проведена опытно-производственная проверка полученных асфальтобетонных смесей в условиях юга России.

Объект исследования – качество дорожных асфальтобетонов.

Предмет исследования – устойчивость дорожных асфальтобетонов к транспортным и погодно-климатическим воздействиям.

Научная новизна:

- выявлен механизм воздействия разработанного каучукополиолефинового модификатора на процессы структурообразования и структурно-механические свойства битумов и асфальтобетонов;

- научно обосновано и экспериментально подтверждено образование сопряженной асфальтено-полимерной структуры в полученном полимернобитумном вяжущем;

- разработан метод оценки сдвигоустойчивости асфальтобетонов с учетом релаксационного характера процессов накопления пластических деформаций в покрытиях автодорог;

- изучено влияние особенностей структуры комплексномодифицированных битумных вяжущих на развитие в асфальтобетонах процессов накопления характерных для дорожного покрытия деформаций сдвига в условиях ограничения бокового расширения и растяжения при изгибе.

На защиту выносятся:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований по получению асфальтобетонных смесей с улучшенными структурномеханическими свойствами;

- анализ экспериментальных исследований по выявлению механизмов воздействия разработанной добавки на свойства и структуру битумов и асфальтобетонов;

- результаты исследований особенностей влияния основных рецептурных факторов на коррозионную стойкость, трещино- и сдвигоустойчивость комплексно-модифицированных асфальтобетонов;

- экспериментально-статистические зависимости физико-механических свойств асфальтобетонов от их структуры, содержания битумного вяжущего и разработанного модификатора.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждена сходимостью результатов параллельных испытаний, соответствием результатов лабораторных и опытно-производственных работ, выполненных с использованием современных поверенных приборов, оборудования и методов испытаний, в том числе экспериментально-статистических методов математического планирования эксперимента и теории математической статистики.

Практическое значение работы:

- разработан комплексный каучуко-полиолефиновый модификатор (КПМ), обеспечивающий повышение коррозионной, трещино-, сдвигоустойчивости и прочности верхних слоев асфальтобетонных покрытий при строительстве и ремонте автомобильных дорог;

- обоснована возможность получения асфальтобетонов с улучшенными показателями и стабильностью структурно-механических свойств путем управления процессами структурообразования битумных вяжущих на основе применения разработанной добавки;

- предложена методика подбора количества вяжущего в асфальтобетонной смеси, учитывающая прочность асфальтобетона на растяжение при изгибе;

- установлено, что применение разработанной добавки более чем в 1,раза увеличивает стойкость асфальтобетонов к накоплению дефектов и остаточных деформаций, в связи с чем расчетный годовой экономический эффект составил в ценах на 2009 г. 18 руб. на 1 м2;

- по результатам проведенных исследований поданы заявки и получены патенты РФ № 2266934 от 27.12.2005, № 2267465 от 10.01.2006 и № 2303576 от 27.07.2007.

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждались на научно-практических конференциях Ростовского государственного строительного университета (Строительство 2004 – 2008 гг.) и других международных конференциях:

МНТК «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог» (Пермь, 2004 - 2005 гг.), ВНПК «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений» (Омск, г.), МНПК «Современные технологии и материалы в дорожном хозяйстве» (Харьков, 2006 г.) Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 19 публикациях, в том числе трех патентах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 139 наименований, в том числе на иностранных языках, 3 приложений. Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит 55 таблиц и 30 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели, научная новизна, практическая значимость работы, а также приведены сведения об апробации.

В первой главе представлен анализ проблем эксплуатационной устойчивости дорожных асфальтобетонов в зависимости от их структурного типа, приведен обзор структуры окисленных битумов и их недостатков в условиях возросших транспортных нагрузок, а также способов улучшения свойств битумных вяжущих.

Наибольшую известность в этой области исследований получили работы П.А. Ребиндера, И.А. Рыбьева, Л.Б.Гезенцвея, Н.В. Михайлова, И.В. Королева, Н.В. Горелышева, А.В. Руденского, И.М. Руденской, Г.Н. Кирюхина, В.П. Лаврухина, В.А. Золотарева, А.С. Колбановской, Ю.И. Калгина, Л.М. Гохмана, В.А. Веренько, Г.А. Бонченко и др. Этими авторами рассмотрены факторы, влияющие на структуру асфальтобетонов и битумов. Выяв лены основные причины недостаточной устойчивости асфальтобетонов на основе окисленных битумов к колее- и трещинообразованию. Произведен анализ эффективности применения наиболее распространенных полимерных модификаторов. Установлен характер воздействия на битум и асфальтобетон полимеров различных групп: высокая сдвигоустойчивость асфальтобетонов достигается при применении термопластов, в то время как каучуки и термоэластопласты значительно повышают трещиностойкость.

Вышеизложенное позволило сформулировать рабочую гипотезу: получение асфальтобетонов с повышенной устойчивостью к транспортным и погодно-климатическим воздействиям возможно за счет применения комплексного модификатора, сочетающего в себе преимущества полиолефинов и эластомеров и оказывающего влияние на процессы организации структуры битумного вяжущего с образованием асфальтено-полиолефиновой решетки.

Во второй главе рассмотрены теоретические предпосылки улучшения свойств битумов путем его комплексного модифицирования полимерами различных групп, обоснован выбор компонентного состава комплексной гранулированной добавки для непосредственного введения в асфальтобетонную смесь.

Нами предложен вероятный механизм воздействия разработанного каучуко-полиолефинового модификатора (КПМ) на структуру битума путем образования сопряженной асфальтено-полимерной решетки. Такая структура, сочетая в себе преимущества термопластов и эластомеров, улучшает деформативность вяжущего при низких температурах и повышает его вязкость в жаркий период эксплуатации.

Для выявления особенностей деформирования полимерно-битумных вяжущих были рассмотрены протекающие в процессе деформирования полимерных материалов релаксационные явления, изученные В.Е Гулем, В.Н. Кулезневым, Дж. Ферри, А.А. Аскадским, В.А. Каргиным, Г.Л. Сломинским и др.

Приведен ряд исследований, показывающих недостаточную информативность традиционных методов оценки свойств вяжущих и асфальтобетонов, модифицированных полимерными добавками. В связи с этим, в настоящей работе предлагается ряд нестандартных методов испытаний, которые позволяют полнее оценить воздействие разработанного модификатора на структуру и свойства битумов и асфальтобетонов.

Для выявления особенностей поведения вяжущего с каучукополиолефиновой добавкой предложено определять следующие параметры:

вязкость неразрушенной структуры битума и асфальтового вяжущего в широком диапазоне эксплуатационных температур и усталостную долговечность. А для более полной оценки свойств комплексно-модифицированных асфальтобетонов обоснована необходимость определения предела прочности и деформации при динамическом изгибе, вязкости при растяжении и сдвиге, а также усталостной долговечности при циклическом нагружении и устойчивости к термоокислительному старению.

В третьей главе представлены применяемые материалы, изложена методика исследований, приведены результаты экспериментальных исследований, а также экспериментально-статистическое моделирование свойств полимерно-битумных вяжущих и комплексно-модифицированных асфальтобетонных смесей.

В работе использовались минеральные материалы кислого характера:

гранитный щебень фр. 5 – 10, соответствующий марке по прочности 1400, песок из отсевов дробления, минеральный порошок МП1 неактивированный, битум БНД 60/90 и каучуко-полиолефиновый модификатор (КПМ).

Изучение влияния КПМ на физико-механические свойства битума заключалось в определении температуры размягчения, пенетрации при 0 0С и 25 0С, растяжимости при 0 0С и 25 0С, температуры хрупкости и эластичности. Старение вяжущего определяли по изменению температуры размягчения после прогрева при 160 0С в тонком слое вяжущего в течение 5 часов, а также по методике TFOT (Thin Film Oven Test) согласно стандарту ASTM D 1754. Нетрадиционные методы представлены методами определения вязкости неразрушенной структуры битумов и асфальтовых вяжущих, усталостной долговечности битумных вяжущих, а также методами микроскопического исследования и инфракрасной спектроскопии.

Для оптимизации состава разработанного модификатора и его количества в битуме были приготовлены вяжущие трех вариантов, с различным содержанием добавки. Вариант № 1 - с первым составом КПМ (15 % каучука, 55 % полиэтилена и 30 % гудрона), вариант № 2 –со вторым составом (25 % каучука, 45 % полиэтилена и 30 % гудрона) и вариант № 3 – с третьим составом (35 % каучука, 35 % полиэтилена и 30 % гудрона).

Вяжущие готовились при температуре 150 С и времени перемешивания 30 минут с содержанием добавки КПМ в количествах 2, 4, 6 и 8 %.

Анализ результатов испытаний (рис. 1) с учетом технологических факторов показал, что максимальный эффект от введения разработанного модификатора достигается при его содержании в количестве 6 % и с составом, содержащим 25 % каучука.

Введение в битум 6 % КПМ оптимального состава приводит к увеличению температуры размягчения на 11 0С, снижению температуры хрупкости на 3 0С, повышению пенетрации при 0 0С на 12 %, увеличению растяжимости при 0 0С на 220 %, а также способствует значительному улучшению адгезии к каменным материалам кислых пород и придает вяжущему эластичные свойства.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»