Эксплуатационная долговечность герметизирующих материалов в дорожном строительстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Семенов А.С., ассистент,

Андреев Е.И., канд. техн. наук, доцент,

Брехман А.И., д-р. техн., наук, профессор

Устойчивость герметизирующих материалов к старению под воздействием различных физико-химических факторов является непременным условием сохранения эксплуатационных параметров асфальтобетонного покрытия автомобильной дороги в течение нормативного срока службы. Воздействие агрессивных факторов среды (действие температуры, кислорода воздуха, УФ-лучей, осадков и солевых растворов) в процессе эксплуатации дорожной одежды в совокупности с механическим воздействием колес автотранспорта крайне негативно сказывается не только непосредственно на герметизирующем материале, но и оказывает разрушающее воздействие на заделанную трещину в самом ее слабом месте - в месте контакта герметизирующего материала с асфальтобетонным покрытием. В связи с этим, неизменность основных технических свойств герметизирующих материалов в процессе эксплуатации, а, следовательно, их долговечность играет важнейшую роль в повышении межремонтных сроков дорожных асфальтобетонных покрытий и снижении приведенных затрат на санацию трещин в долгосрочный период.

На кафедре автомобильных дорог ИТС КазГАСУ уже не первый год ведется разработка новых составов композиционных герметизирующих материалов для ремонта асфальтобетонных покрытий, отличающихся повышенной стойкостью к старению. Для этого при разработке герметизирующих композиций исследовали возможность применения отходов промышленных предприятий РТ. Одним из таких материалов, представляющих несомненный интерес для дорожного хозяйства, являются изношенные автомобильные покрышки, в процессе переработки которых получаются разнообразные продукты. Например, при низкотемпературной пиролизной обработке шин образуются твердые и жидкие остатки пиролиза, которые могут быть использованы в приготовлении герметизирующих композиций. Установка по переработке автомобильных шин введена в действие в 2001 г. в пос. Карабаш НГДУ “Иркеннефть” ОАО “Татнефть”. Кроме того, при измельчении утильной резины на предприятии «КамЭкоТех» в г. Нижнекамске получают резиновую крошку, которая также может быть использована в качестве модифицирующего наполнителя битумных материалов. Помимо экономического эффекта использование данных продуктов позволяет решить проблему утилизации изношенных автопокрышек и других резиносодержащих отходов и, тем самым, улучшает экологическую обстановку в РТ.

С использованием данных продуктов была разработана герметизирующая композиция с заданными техническими свойствами при использовании наполнителей 10…20% масс., раствора полимера 15..20%, адгезионной присадки около 1% масс. На герметизирующую битумную композицию получен патент на изобретение РФ № 2267506 [1].

Данная работа посвящена исследованию долговечности разработанной композиции. В экспериментах использовали различные методики исследований старения битумных композиций. Для сравнения, помимо разработанной герметизирующей битумполимерной наполненной композиции оптимального состава, в исследованиях были использованы и другие герметизирующие материалы, применяемые в РТ для герметизации трещин асфальтобетонных покрытий, а именно: мастика «БИКАМ» и герметик «Biguma AG».

На первом этапе исследований определяли изменение массы и гибкости герметизирующих материалов, после воздействию ультрафиолетового излучения и солевого раствора по методике ГОСТ 30740-2000 [2]. В дополнение к лабораторным исследованиям были проведены испытания герметизирующих материалов на старение в естественных условиях. Для этого также были подготовлены образцы, в соответствии с ГОСТ 30740-2000. Данные образцы выдерживали на открытом испытательном стенде в течение 3 летних месяцев (90 суток). По истечении каждых 15 суток образцы взвешивали (рис.1), и определяли их гибкость. Производили также визуальную оценку образцов после старения в течение 90 суток. Визуальный осмотр показал, что заметных изменений по поверхности герметизирующих материалов не обнаружено.

Исследовали также изменение технических свойств герметизирующих материалов после температурного воздействия в лабораторных условиях при различных режимах выдержки. Старение проводили по двум режимам.

По первому режиму старение герметизирующих материалов происходило при выдерживании образцов при эквивалентной температуре Т_э, которая на 30 ⁰С выше максимальной температуры покрытия. Для условий г. Казани она составляет +75 ⁰С [3]. Во втором температурном режиме старения герметизирующих материалов проводили выдерживанием слоем 4 мм при температуре 163⁰С в течение 5, 10, 15, 20, 25 ч. При этом изучали изменение тех же показателей, что и при первом режиме термостарения. Результаты лабораторных испытаний приведены в таблице 1.

Рис. 1 Изменение массы герметизирующих материалов в зависимости от времени выдержки в естественных условиях

Однако необходимо отметить, что длительное выдерживание при высоких температурах отрицательно сказывается на свойствах материала. Следовательно, необходимо стремиться, насколько возможно, уменьшить время технологических операций, в которых требуется нагревание композиции. Термостабильность разработанной герметизирующей композиции намного превосходит данный показатель у отечественной мастики «БИКАМ» и практически сравнима с термостабильностью зарубежного герметика «Вiguma AG».

Таблица 1

Результаты лабораторных испытаний герметизирующих материалов

герметизирующий материал асфальтобетонный дорога

На следующем этапе исследований были проведены испытания герметизирующих материалов в процессе старения в образцах-моделях трещин дорожного покрытия. Образцы-модели трещины готовили путем заливки герметизирующего материала на всю глубину шва, образованного двумя образцами-балочками [1]. Герметизирующие материалы в модели трещины предварительно были растянуты на максимально возможные величины раскрытия трещин в зимний период, зафиксированы в данном положении и помещены в климатическую камеру при установленном режиме на заданное время. После окончания выдерживания в климатической камере модель трещины извлекали из зажимов и оставляли до момента, когда произойдет полная релаксация герметика. Далее образцы помещали в камеру для переменного замораживания-оттаивания на заданное число циклов. После этого оценивали предельное относительное удлинение образца, прочность сцепления с основанием и характер разрушения. Результаты лабораторных испытаний образцов моделей трещин приведены на рис.2, 3.

Рис. 2 Зависимость относительного удлинения герметизирующих материалов от ширины раскрытия трещины

Рис. 3 Зависимость прочности сцепления герметизирующих материалов от ширины раскрытия трещины

Из рис.2 следует, что ширина раскрытия трещины существенно влияет на изменение упруго-эластичных свойств при старении герметизирующего материала в модели трещины. В наибольшей степени это сказывается при раскрытии трещин более 10% от первоначальной ширины. Старение материала в напряженном состоянии происходит значительно интенсивнее, чем в ненапряженном. Связано это с тем, что при растяжении расстояние между макромолекулами полимера увеличивается, и повышается вероятность его деструкции.

Полученные в результате экспериментальных исследований данные позволяют сделать следующие обобщения и выводы:

1. Разработанная герметизирующая битумполимерная наполненная композиция показала относительно высокую стойкость к старению под действием ультрафиолетового облучения и солевого раствора в сравнении с серийно выпускаемыми герметиками и мастиками. По изменению технических свойств установлено, что наименее устойчива к действию УФ-лучей и солевого раствора мастика «БИКАМ», наиболее устойчив герметик «Biguma AG». Разработанная герметизирующая битумполимерная наполненная композиция по стойкости к агрессивным факторам сравнима с герметиком «Biguma AG».

2. Исследование стойкости герметизирующих материалов к старению под действием высоких температур (75⁰С и 163⁰С) показало, что термостабильность разработанной герметизирующей битумполимерной наполненной композиции находится на высоком уровне, значительно выше, чем у мастики «БИКАМ» и сравнима с термостабильностью герметика «Biguma AG».

3. Исследования стойкости разработанной герметизирующей композиции в условиях воздействия различных факторов показали, что старение материала наиболее интенсивно происходит в начальный период времени. В дальнейшем процесс старения существенно замедляется.

4. С увеличением ширины раскрытия загерметизированной трещины процесс ее разрушения ускоряется, вследствие более интенсивного ухудшения свойств герметизирующих материалов. При этом наибольшее изменение свойств отмечается при ширине раскрытия трещин превышающей 10% от первоначальной величины.

С использованием разработанной герметизирующей композиции в 2005 г. были произведены работы по санации трещин на опытном участке автодороги в г.Казани. Визуальные обследования опытного участка после проведенной санации трещин после 3 и 6 месяцев эксплуатации показали, что разрушений заделанных трещин не наблюдается. Вылет герметика из пазов трещин не отмечается. Кроме того, были проведены лабораторные исследования качества герметика после 3 и 6 месяцев эксплуатации в дорожном покрытии путем изъятия его из пазов трещин и проведения испытаний (см. табл. 2).

Таблица 2

Результаты лабораторных испытаний герметизирующей композиции

Из таблицы 2 следует, что основные технических свойств материала в пределах установленных сроков эксплуатации изменялись несущественно. Наблюдение за опытным участком продолжаются.

Таким образом, проведенные исследования показали, что разработанная герметизирующая композиция обладает достаточно высокими физико-механическими характеристиками, высокой устойчивостью к старению под воздействием различных внешних факторов. Разработанная композиция может быть эффективно использована для санации трещин асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог II-III дорожно-климатической зоны.

Список литературы

1. Брехман А.И., Андреев Е.И., Семенов А.С. Битумная композиция. Описание изобретения к патенту РФ №2267506. // Б.И. №1 Опубл. 10.01.2006, 4 с.

2. Печеный Б.Г. Битумы и битумные композиции. М.: Химия, 1990, 256 с.

3. ГОСТ 30740-2000. Материалы герметизирующие для швов аэродромных покрытий. Общие технические условия. М., 1999, 34 с.

Размещено на Allbest.ru