Повышение качества дорожно-строительных материалов, в частности асфальтобетона, является непременным условием повышения эффективности дорожного строительства.
Перспективным направлением в производстве дорожных бетонов на основе органических вяжущих является использование в качестве модификатора серы [1]. Целесообразность этого направления обусловлена ее уникальными свойствами, доступностью и низкой стоимостью. Серобитумные вяжущие отличаются высокой окислительной стабильностью, повышенными адгезионными и эксплуатационными свойствами. Однако существенная зависимость свойств серобитумного вяжущего от вида битума и количества серы, а также тот факт, что при температуре выше 140 °С происходит энергичное взаимодействие серы с компонентами битума, ведущее к процессам полимеризации, в результате чего серобитумное вяжущее становится хрупким, значительно снизили интерес к ним.
Одним из эффективных путей решения этой проблемы является модифицирование сероасфальтобетонов различными добавками.
Имеется значительное количество работ, посвященных улучшению свойств битумов добавками каучука [2; 3; 5]. Синтетические каучуки увеличивают растяжимость битумов, их ударную прочность, снижают температуру хрупкости, повышают теплостойкость. Одним из основных направлений исследований в настоящее время является разработка способов введения каучука в битум, которые должны уменьшить деструкцию при нагреве и повысить эффективность введения добавки.
Введение каучука в серобитумное вяжущее в виде органоминеральной добавки является принципиально новой технологией введения каучука.
Синтез сероорганических соединений в присутствии наноразмерных гибридных добавок, совместно формирующих в структуре материала упруго-эластичную сетку, позволяет значительно повысить долговечность материала, его эксплуатационные свойства и использовать в технологии некондиционные заполнители, широко распространенные на территории Российской Федерации.
Органоминеральная добавка представляет собой порошок обожженной при определенной температуре глины, обработанный раствором каучука СКДН-Н.
На первом этапе работы были проведены исследования свойств местных глин различных месторождений. На основе проведенной работы была выбрана глина Лягушевского месторождения (минеральный тип глины – монтмориллонитовая).
Исследования проводили на образцах асфальтового вяжущего, изготовленных согласно ГОСТ 12801-98.
В качестве минерального наполнителя использовали муку доломитовую (ГОСТ Р 52129-2003). Массовая доля минерального наполнителя в образцах составляла: 40, 50 и 60%. Объемная концентрация порошков рассчитывалась по формуле:
, (1)
где 
– соответственно объемы минерального порошка и серобитумного вяжущего.
В проведенных исследованиях объемная концентрация минеральных порошков изменялась от 0,27 до 0,36 (таблица 1).
Таблица 1
Влияние степени наполнения асфальтового вяжущего на его свойства
|
Объемная доля минерального порошка |
Значения показателей свойств |
||||
|
Растяжимость, см |
Глубина проникания иглы, 0,1 мм |
Температура размягчения, ºС |
|||
|
при 25 ºС |
при 0 ºС |
при 25 ºС |
при 0 ºС |
||
|
0,27 |
12,2 |
3,8 |
49 |
12 |
43,5 |
|
0,32 |
8,5 |
2,4 |
48 |
10 |
45,5 |
|
0,36 |
7,8 |
1,0 |
37 |
9 |
46,5 |
Из приведенных в табл. 1 данных видно, что увеличение степени наполнения сероасфальтового вяжущего приводит к увеличению его структурированности. По мере увеличения в нем объемной концентрации минерального наполнителя закономерно наблюдается рост значений температуры размягчения и снижение показателей растяжимости и пенетрации. При объемной концентрации минерального порошка 0,36 наблюдается более значительное снижение показателя пенетрации (на 22%) и показателя растяжимости (на 58%) по сравнению со снижением этих показателей при степени наполнения 0,32 (снижение показателей составило 2 и 36% соответственно), что свидетельствует о недостатке связующего. Следовательно, оптимальной является степень наполнения, равная 0,32.
При дальнейших исследованиях свойств сероасфальтового вяжущего принималась объемная доля минерального порошка – 0,32.
При выборе температуры обжига минерального сырья в качестве оптимизирующих параметров рассматривали следующие показатели сероасфальтового вяжущего: температуру размягчения, растяжимость при 0 и 25 ºС и глубину проникания иглы при 0 и 25 ºС. Испытание проводили согласно ГОСТ 11501-78 «Битумы нефтяные. Метод определения глубины проникания иглы», ГОСТ 11505-75 «Битумы нефтяные. Метод определения растяжимости» и ГОСТ 11506-73 «Битумы нефтяные. Метод определения температуры размягчения по кольцу и шару».
Порошок глины, обожженный при различной температуре, обрабатывали 30%-ным раствором каучука в керосине в количестве 2% от массы глины.
Экспериментальные данные исследования влияния температуры обжига минеральной части модифицирующей добавки на свойства сероасфальтового вяжущего приведены в таблице 2.
Таблица 2
Влияние температуры обжига минеральной части на свойства сероасфальтового вяжущего
|
Температура обжига, ºС |
Свойства сероасфальтового вяжущего |
Обобщенный критерий качества, Fк |
||||
|
Растяжимость, см |
Глубина проникания иглы, 0,1 мм |
Температура размягчения, ºС |
||||
|
при 25 ºС |
при 0 ºС |
при 25 ºС |
при 0 ºС |
|||
|
Контрольное испытание |
9,8 |
2,8 |
52 |
2,0 |
37 |
– |
|
400 |
10,2 |
3,2 |
37 |
1,0 |
39 |
0,81 |
|
500 |
12,2 |
3,4 |
42 |
1,0 |
39 |
0,83 |
|
600 |
13,4 |
3,5 |
45 |
2,0 |
39,5 |
0,97 |
|
700 |
13,6 |
3,7 |
48 |
4 |
42 |
0,98 |
|
800 |
11,8 |
2,4 |
46 |
2,0 |
39,5 |
0,95 |
Примечание. Состав сероасфальтового вяжущего, мас.%: битум (БНД 90/130) – 63,45; сера (техническая) – 3,17; доломит – 29,98; модификатор – 3,33; каучук – 0,02; керосин – 0,05.
Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что введение органоминеральной добавки позволяет улучшить свойства серобитумного вяжущего: растяжимость увеличивается на 38,8 и 32% при t = 25 и 0 ºС соответственно. Такое увеличение эластичности наблюдается для всех составов, приготовленных на модификаторе, обожженном при t = 700 ºС включительно.
Известно, что в монтмориллонитовых глинах при нагревании в интервале температур 50…150 оС удаляется поглощенная вода, при 200…235 ºС происходит удаление межпакетной воды, а при температуре 550…760 ºС происходит удаление конституционной воды (химически связанной в виде ОН-). Способность при регидратации поглощать межпакетную воду и разбухать сохраняется у монтмориллонитов после обжига до 600 ºС и теряется при 800 ºС [4].
Как видно из полученных данных, при обжиге глины при 700 ºС создаются наиболее благоприятные условия для закрепления молекул каучука на поверхности частиц глины, что приводит к формированию в структуре материала упруго-эластичной сетки вулканизированного под действием серы каучука. Это приводит к увеличению структурированности сероасфальтовяжущего, выразившейся в возрастании температуры размягчения от 37 до 42 ºС и увеличении значений пенетрации.
Выбор оптимальной температуры обработки минерального сырья слоистой структуры целесообразно провести, используя критериальный подход. Для этого из группы эксплуатационных свойств сформулирован обобщенный критерий качества вида:
, (2)
где 
– фактическое значение свойства; 
– контрольное значение свойств (значения свойств приняты для контрольного состава).
Результаты расчета Fк приведены в таблице. Сопоставление значений Fк показывает, что для изготовления органоминеральной добавки целесообразно использовать минеральный порошок, обожженный при t = 600…700 ºС.
Для оценки эффективности введения органоминеральной добавки были проведены сравнительные исследования влияния различных способов введения каучука на свойства сероасфальтовяжущего. Исследовалось введение каучука путем аппретирования минерального наполнителя и введение каучука в виде органоминеральной добавки. Количество вводимого каучука во всех случаях было постоянным. Результаты проведенных исследований приведены в табл. 3.
Таблица 3
Влияния различных способов модифицирования на свойства сероасфальтовяжущего
|
Состав сероасфальтовяжущего |
Свойства сероасфальтовяжущего |
|||||
|
Вид минерального порошка |
Наличие органоминеральной добавки |
Растяжимость, м∙10-2 |
Глубина проникания иглы, м∙10-4 |
Температура рязмягчения, ºС |
||
|
при 25 ºС |
при 0 ºС |
при 25 оº |
при 0 ºС |
|||
|
Неаппрет. |
- |
8,5 |
1,6 |
48 |
1 |
45 |
|
Аппрет. каучуком |
- |
12,2 |
3,4 |
33 |
2 |
42 |
|
Неаппрет. |
+ |
13,6 |
3,7 |
46 |
4 |
46 |
Как видно из полученных экспериментальных данных, введение каучука в виде органоминеральной добавки приводит к более значительному улучшению эластических свойств сероасфальтовяжущего. Так, увеличение показателя растяжимости при введении каучука путем аппретирования минерального наполнителя составило 43,5%, а в случае применения органоминеральной добавки – 60%. При этом при введении каучука в виде органоминеральной добавки глубина проникания иглы и температура размягчения практически не изменились, что свидетельствует о большей структурируемости сероасфальтовяжущего за счет формирования в структуре материала упруго-эластичной сетки.
Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что введение каучука в виде органоминеральной добавки придает сероасфальтовяжущему большую эластичность и делает его менее чувствительным к температурным колебаниям. Кроме того, следует полагать, что смеси, приготовленные с органоминеральной добавкой, оказывают большее сопротивление растрескиванию, которое возникает от усталости, вызванной повторными прогибами при прохождении транспорта, что закономерно приведет к повышению долговечности.
Рецензенты:
Логанина В.И., д.т.н., профессор, заведующая кафедрой «Управление качеством и технологии строительного производства» Пензенского государственного университета архитектуры и строительства, г. Пенза;
Калашников В.И., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Технология строительных материалов и деревообработки» Пензенского государственного университета архитектуры и строительства, г. Пенза.
Библиографическая ссылка
Кислицына С.Н., Шитова И.Ю. МОДИФИЦИРОВАНИЕ АСФАЛЬТОБЕТОНОВ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОЙ ДОБАВКОЙ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-1. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=18500 (дата обращения: 15.10.2024).