WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Для установления механизма структурных преобразований, протекающих при модифицировании битума добавкой КПМ, использовались методы микроскопического исследования и инфракрасной спектроскопии.

Микроскопические исследования показали, что при критическом содержании добавки КПМ в количестве 6 % образуется сопряженная битумо- а 13,б 13,13,12,11,11,12,10,10,9,9,7,8,7,7,44 7,6,5,5,4,8 5,22 23 5,15 4,0 2 4 6 0 2 4 6 Содержание добавки, % Содержание добавки, % Вариант № 1 Вариант № 2 Вариант № 3 Вариант № 1 Вариант № 2 Вариант № г в 70 --75 73 -70 61 70 60 -63 56 -65 -56 50 52 57 50 51 --28 -17,45 -16,27 -17,6 -18,27 -27 -18,7 -18,40 --18,3 -18,26 -19,8 -20,-23 -20,--22 22 -21,22 30 -20 0 2 4 6 0 1 2 3 4 5 6 7 Содержание добавки, % Содержание добавки, % Вариант № 1 - т-ра размягчения Вариант № 2 - т-ра размягчения Вариант № 1 при 25 єС Вариант № 2 при 25 єС Вариант № 3 - т-ра размягчения Вариант № 1 - т-ра хрупкости Вариант № 3 при 25 єС Вариант № 1 при 0 єС Вариант № 2 - т-ра хрупкости Вариант № 3 - т-ра хрупкости Вариант № 3 при 0 єС Вариант№ 3 при 0 С Рис. 1. Влияние добавки КПМ различного состава на:

а – растяжимость вяжущего при 25 0С, б – растяжимость вяжущего при 0 0С, в – пенетрацию при 0 и 25 0С, г – температуры размягчения и хрупкости вяжущего полимерная матрица, т.е. в объеме вяжущего существуют две непрерывные фазы, смешанные друг с другом (рис. 2). Кроме того, ИК-спектр вяжущего с разработанной добавкой отличается от битума без добавки наличием характеристических полос 910-990 см-1, соответствующих двойным связям каучука, содержание которых в процессе термической обработки сокращается без образования карбоксильной и других кислородсодержащих групп. Это свидетельствует о том, что при высокой температуре происходит уменьшение концентрации двойных связей каучука не за счет взаимодействия с кислородом воздуха, а путем их активного взаимодействия со свободными радикалами асфальтенов и смол с образованием ковалентных связей.

Таким образом, улучшение свойств битумов может быть объяснено особенностью получаемой структуры. Оставаясь частично захваченными полиолефиновыми блоками, молекулы каучука, обладая двойными связями, взаимодействуют при повышенных температурах с активными свободными радикалами структурообразующих компонентов битума (асфальтенов и Растяжимость при С, см Растяжимость при С, см 0 С 25 С Температура хрупкости, С Пенетрация, 0,1 мм при Температура размягчения, С Пенетрация, 0,1 мм при Рис. 2. Микроструктура битума, модифицированного добавкой КПМ в количестве 4 % (слева) и 6 % (справа) (шестисоткратное увеличение) смол). Это способствует образованию в вяжущем в диапазоне эксплуатационных температур единой эластичной асфальтено-полимерной решетки.

Для выявления особенностей поведения битумов, модифицированных разработанной добавкой, в покрытии автодорог, деформации которого относительно малы и возникают при циклическом воздействии, в представленной работе стандартные методы испытаний битумов дополнялись испытанием усталостной долговечности и вязкости неразрушенной структуры.

Исследования усталостной долговечности вяжущих производились по методу, описанному Б.Г.Печеным. Анализ результатов проведенных исследований показал, что зависимость количества циклов до разрушения тонкой пленки вяжущего от температуры, представленная в полулогарифмических координатах, имеет линейный характер (рис. 3). Из этих же данных видно, что введение каучуко-полиолефиновой добавки позволяет значительно увеличить усталостную долговечность вяжущего при заданном режиме нагружения и тем больше, чем выше температура испытания.

Следует отметить, что испытание проводилось в условиях заданной амплитуды деформирования. Такой режим нагружения характерен для асфальтобетонных покрытий в период весеннего ослабления несущей способности грунта земляного полотна, когда возникают максимальные деформации. Поэтому особый интерес представляли значения усталостной долговечности при 0 0С – температуре, характерной для указанного периода. Как показали исследования Б.Г.Печеного, эти значения, по причине существенной продолжительности эксперимента, могут быть найдены путем экстраполирования. Найденные таким образом величины показали, что введение 6 % добавки способствует увеличению количества циклов до разрушения вяжущего при 0 0С на три порядка.

Исследование влияния КПМ на вязкость неразрушенной структуры вяжущего проводилось с помощью устройства типа «сэндвич», применяемого для определения податливости полимерных материалов. Испытания, проведенные в широкой области эксплуатационных температур, показали, что за- 1,0E+1,0E+1,0E+1,0E+1,0E+0 -5 -10 -15 -Температура, 0С Битум БНД 60/90 Битум БНД 60/90+6% КПМ Рис. 3. Зависимость усталостной долговечности (количество циклов до разрушения) битума БНД 60/90 и битума, модифицированного 6 % КПМ, от температуры висимость вязкости битумных вяжущих от величины обратной температуре, представленная в полулогарифмических координатах, имеет линейный характер.

Это согласуется с выводами И.М. Руденской о том, что ниже температуры размягчения зависимость log f ( ) выражается прямой линией и T K для изучаемых битумных вяжущих, таким образом, справедливо уравнение Эндрейда U АеRT, А R T где – постоянная; – константа Больцмана; – абсолютная температура;

U – энергия активация.

Полученные значения вязкости битума БНД 60/90 и битума, модифицированного разработанной добавкой, позволили построить зависимости log f ( ) (рис. 4а), по которым рассчитывалась энергия активации.

T K Для битума БНД 60/90 при температуре ниже температуры размягчения она составила 47,14 ккал/моль, а для модифицированного битума – 39,ккал/моль. Это говорит о меньшей чувствительности вязкости модифицированного битума к температуре, чем битума без добавки. При этом вычислено, что прямые пересекаются при температуре -12 0С и ниже этой температуры (правее точки пересечения) вязкость битума, модифицированного каучуко-полиолефиновым модификатором, ниже вязкости битума без добавки.

Последнее является одной из причин меньшей жесткости разработанного полимерно-битумного вяжущего при низких зимних температурах.

Поскольку вяжущее в составе асфальтобетона находится в тонкопленочном состоянии, что в значительной степени связано с большой удельной поверхностью минерального порошка, то представляло интерес изучить заКоличество циклов до разрушения висимость вязкости асфальтового вяжущего от температуры. Как показали результаты экспериментальных исследований, зависимость логарифма вязкости асфальтового вяжущего от величины обратной абсолютной температуре также имеет линейный характер (рис. 4б).

а б 1,0E+1,0E+1,0E+1,0E+1,0E+1,0E+1,0E+1,0E+1,0E+1,0E+1,0E+1,0E+1,0E+1,0E+1,0E+1,0E+1,0E+1,0E+1,0E+3 3,2 3,4 3,6 3,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 (1/Т)*10^(1/Т)*10^Асфальтовое вяжущее с битумом БНД 60/Битум БНД 60/90 Битум БНД 60/90+6% КПМ Асфальтовое вяжущее с битумом БНД 60/90, модифицированным 6% КПМ Рис. 4. Зависимость вязкости от величины обратной абсолютной температуре:

а – битумного вяжущего, б – асфальтового вяжущего Вычисленные значения энергии активации составили для асфальтового вяжущего с битумом без добавки – 39,00 ккал/моль, а для асфальтового вяжущего с битумом, содержащим 6% КПМ, – 29,68 ккал/моль. Отсюда видно, что введение минерального порошка уменьшает энергию активации вяжущего аналогично введению добавки, тем самым уменьшая его температурную чувствительность и вязкость в зоне пониженных температур. Такое влияние объясняется увеличением средней молекулярной массы битума при объединении с минеральным порошком за счет поглощения последним части наиболее низкомолекулярных веществ – масел и структурирования вяжущего у поверхности минеральных частиц. Однако следует заметить, что при уменьшении с добавлением минерального порошка вязкости в области низких температур полученные значения температур хрупкости составили:

для асфальтового вяжущего с битумом без добавки – (-11) 0С, а для асфальтового вяжущего с битумом, содержащим 6% КПМ, – (-15) 0С. Это связано с уменьшением деформативности битумного вяжущего в связи с переводом его в пленочное состояние, в то время как определение температуры хрупкости происходит в режиме заданной амплитуды деформаций.

Для оценки влияния КПМ на качественные показатели асфальтобетонных смесей были приготовлены мелкозернистые смеси трех типов – А, Б и В – с оптимальным содержанием исследуемой добавки (6 % от массы подаваемого в смесь битума) и битумного вяжущего. Для более полной характеристики структурных типов перед проведением испытаний рассчитывались:

суммарная удельная поверхность минеральной части асфальтобетонов, ее битумоемкость и средняя толщина битумной пленки в асфальтобетонной смеси по методу И.В. Королева.

Вязкость, МПа*10^Вязкость, МПа*10^ Добавку КПМ вводили одновременно с подачей нагретого до 140 – 150 0С битума на разогретый до 170 0С и перемешанный в течение 30 с минеральный материал, затем перемешивали в течение 1 минуты до полного и равномерного объединения всех компонентов.

Изучены стандартные свойства асфальтобетонных смесей различных типов с добавкой КПМ и без нее. Анализ результатов проведенных испытаний показал (рис. 5), что введение КПМ в исследуемые типы асфальтобетонов положительно сказывается на всем комплексе физико-механических показателей: существенно снижаются такие показатели, как водонасыщение и остаточная пористость, возрастает коэффициент водостойкости, характеризующий коррозионную устойчивость асфальтобетонных смесей. Такое влияние обусловлено высокой адгезией модифицированного вяжущего за счет создания им прочных пленок, с трудом отслаиваемых водой. Влияние добавки ощутимо сказывается также на всех показателях, связанных с вязкостью вяжущего и его когезионной прочностью: на 40 – 50 % увеличивается прочность на сжатие при 50 С при одновременном уменьшении на 5 – 10 % прочности на сжатие при 0 0С.

В следующей части исследования проведено экспериментальностатистическое моделирование свойств модифицированных асфальтобетонных смесей. В этих целях в диссертационной работе спланирован полный трехфакторный эксперимент по плану Бокса и получены математические модели, адекватно описывающие зависимость функций отклика от варьируемых факторов: количество щебня, количество КПМ и количество битума. Установлены рациональные области значений для исследованных факторов. Получена теоретическая модель оценки и прогнозирования свойств модифицированных смесей, приготавливаемых с использованием указанных компонентов.

Считается, что для оценки трещиностойкости более обоснована методика испытания образцов-призм на изгиб. В связи с этим представляло интерес изучение влияния добавки КПМ на предел прочности при динамическом изгибе в широкой области эксплуатационных температур. Анализ полученных результатов (рис. 6) показал, что увеличение количества вяжущего и уменьшение количества щебня способствуют увеличению прочности при изгибе. В свою очередь предельная деформация увеличивается с повышением количества битума и щебня в смеси.

Введение добавки КПМ, не нарушая описанных выше закономерностей изменения предела прочности и относительной деформации при изгибе от содержания вяжущего и температуры, способствует для всех типов изучаемых асфальтобетонных смесей сдвигу температуры хрупкого состояния на 7–13 0С в зону более низких температур. При этом происходит существенное увеличение величины предела прочности при изгибе, который играет важную роль при расчете конструкции на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе (ОДН 218.046-01).

а б 10,10,3,413,36 9,3,9,9,9,2,2,57 8,8,8,2,2,1,7,1,Тип А Тип Б Тип В Тип А Тип Б Тип В в г 2,8 2,5,2,5,5,2,4,2,4,2,4,1,1,4,29 4,1,4 1,1,1,1,3,1,Тип А Тип Б Тип В Тип А Тип Б Тип В д е 0,0,0,87 0,0,0,85 0,0,0,0,0,0,4 0,0,0,770,0,0,0,75 0,0,0,0,Тип А Тип Б Тип В Тип А Тип Б Тип В без добавки с добавкой КПМ Рис. 5. Влияние добавки КПМ на свойства асфальтобетонов:

а – водонасыщение; б – прочность при сжатии при 0 0С; в – прочность при сжатии при 20 0С; г – прочность при сжатии при 50 0С; д – тангенс угла внутреннего трения; е – сцепление при сдвиге асфальтобетонных смесей В результате анализа полученных данных предложен графоаналитический метод подбора оптимального количества вяжущего в смеси.

Поскольку при увеличении битума наблюдаются две противоположные тенденции: спад прочности при сжатии и увеличение прочности при растяжении, то целью данного метода являлось оптимально увязать две эти важнейшие характеристики (рис. 7).

Для характеристики сопротивления накоплению остаточных деформаций растяжения исследуемых асфальтобетонов проводились испытания образцов-призм на ползучесть при изгибе. На основании проведенных экспеВодонасыщение, % Прочность при 0 С, МПа Прочность при 20 С, МПа Прочность при 50 С, МПа МПа трения Сцепление при сдвиге, Тангенс угла внутреннего риментальных исследований строились кривые ползучести, по которым вычислялась вязкость асфальтобетона при растяжении при изгибе (рис. 8).

б а ----4,5 5,0 5,4,5 5,0 5,Количество вяжущего, % Количество вяжущего, % тип А а б 10 ----5 5,5 5 5,5 Количество вяжущего, % Количество вяжущего, % тип Б а б 20 10 ----5,5 6,0 6,5,5 6,0 6,Количество вяжущего, % Количество вяжущего, % тип В Рис. 6. Влияние количества битума и температуры на прочность при динамическом изгибе (МПа) для асфальтобетонов типов А, Б и В:

а) – без добавок б) – с 6 % КПМ от массы битума Температура, С Температура, С Температура, С Температура, С Температура, С Температура, С 1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,6,6, 1,6,1,6,1,6,1,6,1,6,1,6,1,6,3 1,4,8 5 5,2 5,4 5,6 5,8 6 6,Количество битума, % при изгибе при сжатии Рис. 7. Пример графо-аналитического метода подбора оптимального количества битума для асфальтобетона типа Б Как показывают результаты экспериментальных исследований, полученные при температуре 10 0С, введение добавки КПМ в асфальтобетонную смесь способствует значительному повышению вязкости асфальтобетонов при растяжении. Такое влияние объясняется повышенным временем релаксации модифицированного вяжущего за счет наличия сопряженной асфальтено-полимерной структуры.

Pages:     | 1 || 3 |






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