Исследование способов введения полиакрилонитрильной фибры при выпуске дисперсно-армированных асфальтобетонных смесей

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ВВЕДЕНИЯ ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛЬНОЙ ФИБРЫ ПРИ ВЫПУСКЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ДИСПЕРСНО- АРМИРОВАННЫХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

Андронов С.Ю., Задирака А.А.

Аннотация

композиционный смесь фибра асфальтобетонный

В ходе работы были исследованы составы композиционных дисперсно-армированных асфальтобетонных смесей и определено влияние на их свойства способа введения в смесь фибры с различной плотностью и длиной нарезки, проведены эксперименты по отработке режимов приготовления и введения фибры в состав композиционных смесей. Данные исследования позволили установить эффективность способа введения предварительно приготовленной смеси полиакрилонитрильной фибры в смесь компонентов асфальтобетонной смеси для улучшения показателей физико-механических свойств асфальтобетона в покрытиях автомобильных дорог.

Ключевые слова: композиционный материал, технология производства композиционных дисперсно- армированных асфальтобетонных смесей, полиакрилонитрильная фибра, исследования.

Annotation

STUDY THE METHOD OF ADMINISTRATION OF POLYACRYLONITRILE FIBER AT ISSUE COMPOSITE FIBROUS ASPHALT MIXTURES

During the compositions of composite dispersion-reinforced asphalt mixtures and determined the impact on their property in the way of the introduction of a mixture of fibers of different densities and cutting length, performed experiments to simulate cooking modes and the introduction of fiber were tested in the composite mixture. These studies revealed the effectiveness of the method of administration premix polyacrylonitrile fiber in a mixture of bituminous component mixture to improve physico-mechanical properties of the coatings of asphaltic concrete road.

Keywords: composite material, the production technology of composite dispersion- reinforced asphalt mixtures, polyacrylonitrile fiber, research.

Введение

В транспортном строительстве широко используется асфальтобетон, который работает в сложных климатических условиях под воздействием динамической и статической нагрузки, деформаций и т.д. Асфальтобетоны подвержены трещинообразованию, шелушению, выкрашиванию, образованию колей, волн и впадин. Способом повышения устойчивости асфальтобетона к внешним нагрузкам является введение в его состав волокон и нитей. Введение в смесь длинных (протяженных) элементов - нитей, волокон или проволоки, при удовлетворении и постоянстве качественных показателей, а также удобства ее использования, в настоящее время является неразрешимой проблемой.

Цель исследования

Введение в смесь небольших по размеру (дискретных) элементов позволяет добиться их равномерного распределения (дисперсии) в смеси, и получить композитный материал с более высокими физико-механическими показателями в готовом конструктивном элементе [1]. В качестве армирующих волокон в асфальтобетонной смеси исходя из технико-экономических соображений применяется фибра из углеродных нитей.

Материал и методы исследования

Выполнялись исследования способов введения в состав композиционных дисперсно-армированных асфальтобетонных смесей предварительно приготовленных смесей (навесок) из полиакрилонитрильной фибры с минеральным порошком, а также предварительно приготовленных смесей (навесок) из полиакрилонитрильной фибры с песком.

Для установления влияния температуры и оптимального соотношения минерального порошка и полиакрилонитрильной фибры изготавливались опытные замесы. Использовались следующие компоненты: фибра полиакрилонитрильная 0,56 текс 12 мм; минеральный порошок МП-1. Смешивание осуществлялось в керамической цилиндрической емкости объемом 3 л с диаметром дна 150 мм. Емкость с минеральным порошком и полиакрилонитрильной фиброй размещалась на электроплитки, оснащенной регулятором скорости нагрева. Скорость нагрева составляла 10 - 12°С в минуту. Контроль температуры выполнялся ртутным термометром. Перемешивание выполнялось в ручную металлическим шпателем (примерно одно круговое движение в секунду). При смешении фиксировались температуры, при которых: смесь становилась “однородной” (то есть достигалось наилучшее качество смешивания); в смеси образовывались сгустки и комья, происходило разделение на фибру и минеральный порошок (то есть качество смешивания ухудшалось). Было изготовлено 5 смесей.

По результатам исследований можно сделать вывод, что полиакрилонитрильная фибра с минеральным порошком смешивается до однородной смеси при соотношении не более 2% полиакрилонитрильной фибры и 98 % минерального порошка. Большие соотношения полиакрилонитрильной фибры не позволяют смешиваться ей с минеральным порошком до однородного состояния. Было установлено, что нагрев и интенсивность смешивания положительно влияют на качество и однородность перемешивания. Интервал температур от 100 до 200°С для перемешивания является наиболее оптимальным. В указанном интервале температур компоненты быстро перемешиваются между собой и для этого требуется 5-7 круговых движений. Наилучшая температура смешивания составляет 160°С. При температурах свыше 200°С или приводит к повторном образуются комья, сгустки и происходит спекание полиакрилонитрильной фибры в минеральном порошке. Понижение температуры ниже 100°С также приводит к повторному образованию комьев и ухудшению качества полученной ранее смеси.

Результаты исследования и их обсуждение

Фотографии готовых смесей в конце смешивания приведены на рис. 1,2. Оценка однородности смесей, при перемешивании с нагревом полиакрилонитрильной фибры с минеральным порошком, представлена в табл. 1.

Рисунок 1 Смесь полиакрилонитрильной фибры 5% с минеральным порошком 95% после перемешивания с нагревом до 210°С

Рисунок 2 Смесь полиакрилонитрильной фибры 2,5% с минеральным порошком 97,5% после перемешивания с нагревом до 210°С

Таблица 1

Оценка смесей, при перемешивании с нагревом полиакрилонитрильной фибры с минеральным порошком

На основании выполненных исследований в дальнейшем рекомендуется использование предварительно подготовленной смеси из минерального порошка с полиакрилонитрильной фиброй не более 2% по массе с нагревом при смешивании до температуры 150°С. Также на основании выполненных исследований было установлено, что температура применения смеси должна быть не ниже 95-100°С.

Выполнялось исследование возможности качественного смешивания полиакрилонитрильной фибры с песком. Для исследований применялся мелкий речной песок. Методика исследований аналогична исследованиям возможности предварительного смешивания с минеральным порошком. На рисунках 6-7 показаны фото смесей. В таблице 2 представлена оценка смесей, при перемешивании с нагревом полиакрилонитрильной фибры с песком.

Таблица 2

Оценка смесей, при перемешивании с нагревом ФСПАНВ с песком

Рисунок 3 Смесь полиакрилонитрильная фибра 5% с мелким песком речным 95% после перемешивания с нагревом до 200°С

Рисунок 4 Смесь полиакрилонитрильная фибра 1% с песком речным 99% после перемешивания с нагревом до температуры 200°С

На основании выполненных исследований можно сделать вывод, что достигнуть равномерного смешивания полиакрилонитрильной фибры с песком не представляется возможным.

Смесь полиакрилонитрильной фибры с минеральным порошком, использовалась в нагретом виде, при температуре не ниже 100°С.

Для сопоставления результатов исследований в качестве исходных смесей (без полиакрилонитрильной фибры) использовались смеси марки I типа Б с вяжущим БНД 60/90. Состав и физико-механические показатели исходных смесей приведены в таблице 3.

Было исследовано 3 способа введения смеси полиакрилонитрильной фибры и минерального порошка в состав композиционных дисперсно-армированных асфальтобетонных смесей.

1. Смесь полиакрилонитрильной фибры и минерального порошка вносилась постепенно в разогретую минеральную часть смеси с одновременным перемешиванием и последующим добавлением вяжущего и перемешиванием до однородного состояния.

2. Смесь полиакрилонитрильной фибры и минерального порошка вносилась сразу всей навеской на разогретую минеральную часть смеси, перемешивалась, затем вводилось вяжущее и перемешивалось до однородного состояния.

3. Смесь полиакрилонитрильной фибры и минерального порошка вносилась сразу всей навеской в работающую лабораторную мешалку, затем вносились разогретые компоненты минеральной части смеси, компоненты перемешивались, затем вводилось вяжущее и все перемешивалось до однородного состояния.

Смеси для исследований готовились в лабораторной мешалке объемом 6 литров, сконструированной по типу смесителей асфальтобетонного завода.

После приготовления композиционных дисперсно-армированных асфальтобетонных смесей, из них изготавливались и испытывались контрольные образцы по ГОСТ 12801-98 [2]. Результаты лабораторных испытаний в сравнении с исходными смесями приведены в табл. 3.

Для смеси, при постепенном внесении полиакрилонитрильной фибры с минеральным порошком были определены все показатели по ГОСТ 9128-2013 [3]. Для смеси, при внесении полиакрилонитрильной фибры с минеральным порошком всей навески сразу, определялись плотность, водонасыщение, прочность при 20°С и 50°С.

Для смеси, при внесении полиакрилонитрильной фибры в мешалку, с последующим внесением остальных компонентов, определялись плотность, водонасыщение, прочность при 20°С, 0°С и 50°С, сдвигоустойчивость по коэффициенту внутреннего трения, и сцеплению при сдвиге при температуре 50 °С.

Таблица 3

Физико-механические показатели композиционных дисперсно- армированных асфальтобетонов при введении полиакрилонитрильной фибры в виде смеси с минеральным порошком нагретой до температуры 150°С

Вывод

Введение в состав композиционных дисперсно-армированных асфальтобетонных смесей предварительно приготовленной смеси полиакрилонитрильной фибры с минеральным порошком позволяет получить положительные результаты при условии обеспечения равномерной подачи такой смеси в мешалку при постоянном перемешивании компонентов асфальтобетонной смеси и использовании ее при температуре не ниже 95- 100°С. Исследования позволили установить эффективность способа введения предварительно приготовленной смеси полиакрилонитрильной фибры с минеральным порошком в смесь компонентов асфальтобетонной смеси для улучшения показателей физико-механических свойств асфальтобетона в покрытиях автомобильных дорог.

Библиографический список

1. ГОСТ 12801-98 Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний.

2. ГОСТ 9128-2013 Смеси асфальтобетонные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия.

3. Технологическое обеспечение качества строительства асфальтобетонных покрытий. Методические рекомендации. Омск: СибАДИ. 2004.

4. Челпанов И.Б. Стандартизация испытаний строительных, дорожных материалов и изделий / Челпанов И.Б., Евтеева С.М., Талалай В.В., Кочетков А.В., Юшков Б.С. // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2011. № 2. С. 57-68.

5. Installing Composite Surface Treatment and Thin Wearing Courses Using Different Types of Fibre. A. V. Kochetkov, L. V. Yankovskii, I. B. Chelpanov. Translated from Khimicheskie Volokna, Vol. 47, No. 1, pp. 66-72, January- February, 2015. Fibre Chemistry July 2015.

Размещено на Allbest.ru