Проблема повышения долговечности асфальтобетонного покрытия и пути её решения

Многочисленный подтверждения перспективности использования резины в качестве модифицирующей добавки опубликованы Ассоциацией покрытий с использованием резины (RPA - Rubber Pavements Association). Были использованы «сухая» (AR-HMA#3) и две «мокрые» технологии (AR-HMA#1, AR-HMA#2). В смесь была введена добавка VESTENAMER (4,5 % от массы измельчённой резины), резина (20% от массы вяжущего). Время приготовления вяжущего - 1 час. Для проектирования смеси был использован метод «Superpave» [30]. На этапе проектирования было отмечено, что при добавлении резины, количество вяжущего необходимо увеличить. Смеси с модификатором показали повышение эластичности, способность лучше выдерживать нагрузку при высоких температурах. Нагрузка прикладывается 5000 раз в течении 0,1 секунды с перерывом в 0,6 с при температуре 62 °С [31]. Тесты на выкрашивание также подтвердили улучшение свойств. Прочность на сжатие увеличена на 5.6%, при этом снижение прочности при повышение температуры менее значительно. Количество циклов приложения нагрузки потери прочности на 5% составила около 150000 для смеси без добавок и 173000-175000 для смесей с добавками. Таким образом, такой материал долговечнее обычной асфальтобетонной смеси. При этом более высокие результаты показали образцы, приготовленные по «мокрой» технологии.

В некоторых случаях, возможно уменьшение толщины слоя за счёт использования более надёжного и долговечного материала с добавкой резины. Также использование резинополимерного вяжущего для создания покрытий с «открытой» структурой, позволяет уменьшить уровень шума, увеличить уровень безопасности и обеспечить отвод воды. [32] При этом уменьшается разбрызгивание воды из под колёс автомобилей.

Важным аспектом оптимального применения материала является технология. Рекомендуется производить асфальт с добавкой резины на специализированном оборудовании. Оборудование для переработки резины монтируемо и мобильно. Его стоимость составляет 15000-30000 рублей. Рекомендуемое количество резины составляет 8-20% от веса асфальтового вяжущего. Резину необходимо вводить при температуре от 149 до 204°С в течении 45-60 минут. В среднем, это около 15 килограмм резины на тонну асфальтобетона. Исследование свойств асфальтобетона с добавкой измельчённой резины было проведено в рамках кандидатской диссертации, автором которой является Ахмед Гамал Махмоуд Морси [33]. Автор отмечает, что приготовление ПБВ на основе блоксополимеров класса СБС зачастую невозможна из-за экономических факторов. Отмечено, что качество материала зависит от размера резиновой крошки. Предложены основные закономерности изменения свойств асфальтобетона при добавлении резиновой крошки, предложены оптимальные составы. Относительно технологии подчеркивается важность фактора времени. При быстром остывании смеси крошка не успевает достигнуть необходимой степени набухания, вследствие чего образуются высокие внутренние напряжения в асфальтобетоне. Если процесс набухания и охлаждения оптимальны, создаётся прочная, армированная дисперсным компонентом, структура, обеспечивающая повышение эластичности. Многокомпонентность и неоднородность системы обеспечивают повышение трещинностойкости, частицы крошки оказывают демпфирующее воздействие, не позволяя трещинам распространяться. Добавление резиновой крошки может увеличивать коррозионную устойчивость, благодаря уменьшению открытой пористости. Предусмотрен «сухой» способ приготовления смеси. Но автор рассматривает резиновую крошку и битум, в отношениях полной дисперсии, когда крошка даже при сильном измельчении, не растворяется до конца, а образует частично набухшую дисперсию [34]. Не используется весь потенциал резиновой крошки, как добавки, так как образуются лишь некоторые центры эластичности. Более равномерное распределение обеспечит повышение эксплуатационных показателей. Также запущен в производство модификатор «Унирем» - материал на основе девулканизированной резины, получаемый измельчением резины шин при высокой температуре. Модификатор вводят при перемешивании минеральной части с битумом без предварительного подогрева. С применением данного модификатора был построен участок автомобильной дороги М-10 (Москва-С.Петербург) в 2005 году. За время эксплуатации материал показал повышенную долговечность, водостойкость, сдвигоустойчивость, а также устойчивость к колееобразованию. Во время дождя уменьшает аквапланирование и водный шлейф за впереди идущим транспортом [35]. За границей было предложено множество резинобитумных вяжущих. Например, композиция состоящая из 70% битума и 30% добавки, в которую помимо резины входит кремнезём, каолин и смола [36]. Но эта добавка, как и большая часть добавок, разработанных в США, обладает высокой температурой хрупкости -12°С - 15°С и из-за разности в климатических условиях применение данной добавки в нашей стране неперспективно. Стоит отметить, что отечественными специалистами был внесён значительный вклад в разработку вяжущих, в состав которых входит резина. Рассмотрим резиносодержащий модификатор битума [37]. В его состав входит: битум (15-18%), полиамид (3-9%), гудрон (15-20%), перекись дикумила (5-8%) и оставшееся часть регенерата. Используется незначительное количество регенерата, что поможет сохранить гомогенность вяжущего. При этом расширяется интервал пластичности и увеличивается эластичность вяжущего. Благодаря набухшему регенерату расстояние между частицами уменьшается, увеличивается энергия их взаимодействия. Глубина проникания иглы снижается. Регенерат получают методом термомеханической деструкции, Модификатор готовят при температуре 150-160°С в несколько этапов. В смеситель загружают регенерат, через 5 минут добавляют битум и гудрон, затем дикулимит. К минусам можно отнести высокие требования по составу к регенерату и сложность дозировки компонентов. В нашей стране был разработан каучуко-полиолефиновый модификатор [38]. Состав вяжущего: Битум БНД 60/90 (47-62%), мазут марки 100 (2-5%), резиновая крошка (30-35%), вторичный полиэтилен (3-7%), известь строительная (3-6%). Мазут используется в качестве пластифицирующей добавки, а известь строительная выступает в роли девулканизирующего неорганического соединения. Битум разогревают до 160°С, затем вводят мазут, после 5 минут перемешивания вводят смесь резиновой крошки и строительной извести. Затем совмещают вторичный полиэтилен и битум в соотношении 1:1. Приготовленная смесь перемешивается и подаётся в эструдер для гранулирования. Технология позволяет получать структуру в виде гранулы, но стоит отметить её сложность. В результате полученное вяжущее обладает более высокой температурой размягчения и более низкой температурой хрупкости. Автором была разработана методика подбора количества вяжущего в зависимости от прочности асфальтобетона на растяжение при изгибе и утверждено, что данная добавка увеличивает долговечность в 1,5 раза и экономический эффект составляет 18 руб. на 100 м2 [39]. Долговечность увеличивается тем больше, чем больше температура испытания. Вязкость модифицированного битума меньше зависит от температуры. Прочность при сжатии при 50°С и 25°С увеличивается на 10-15%, а при 0°С, уменьшается на 5-10%. Но содержание резиновой крошки достаточно высоко, что может приводить к образованию комков. Необходимо рассмотреть асфальтобетонную смесь, включающую в себя 1,5 - 1,8% резинового модификатора. Состав резинового модификатора: КАДЭМ ВТ (ПАВ), СЭВИЛЕН (ПД), шлам и нефтяной гудрон. Резиновая крошка совместно с ПАВ и ПД структурируются в резинополимерную композицию, что может повысить прочность и сдвигоустойчивость асфальтобетона. Шлам содержит неорганические соединения основного характера и используется для ускорения процесса набухания резиновой крошки в гудроне, обеспечивает частичный распад её вулканизационной сетки. Полученный модификатор может быть добавлен в битум и в течении 15 минут при температуре 150-160°С образуется полимерно-битумное вяжущее. Состав смеси: песок 10-22%, отсев дробления щебня 0-5 мм 64-72%, минеральный порошок 8-11%, битум вязкий 4.7-5,5%. Авторами не предложен оптимальный размер резиновой крошки. Можно отметить и серьёзные проблемы асфальтобетона с добавкой резины. При «сухом» методе модификации постепенно набухая, резиновая крошка разуплотняется, выкрашивается из покрытия и разносится в округе, загрязняя прилежащие территории. При «мокром» методе модификации, который подразумевает девулканизацию резины, каучуковые фрагменты резины снижают адгезию битума. Также происходит выброс токсичных веществ. Применение крошки, при использование неправильной технологии модификации, может понизить качество покрытия, нарушив его однородность. Это происходит даже несмотря на то, что на начальных стадиях эксплуатации такого покрытия показатели деформативности и водостойкости повышены.

В этой части были рассмотрены основные способы улучшения свойств асфальтобетона. Их развитие шло от самых простых методов, не меняющих структуру до уровня микро- и нано- модификации в наше время. На этот уровень нам позволяет выйти прочная теоретическая база и современный уровень технологий.

Заключение

В завершение необходимо отметить, что изучаемая проблема непосредственно связана с производственной отраслью, таким образом их расчленение является недопустимым. Возникнув, как некое «вспомогательное средство», методы улучшения свойств асфальтобетона в наше время становятся необходимостью в связи с развитием дорожно-транспортной сети. Начало 20 века дало начало осознанному научному подходу к дорожной отрасли. С тех пора была накоплена значительная теоретическая база, подтверждённая огромным количеством эмпирических исследований. Было выявлено множество зависимостей, благодаря которым стало возможным создание различных моделей и теорий, в итоге ставших базовыми для данной отрасли. Именно они позволяют создавать материал с необходимыми свойствами. Среди них теории:

Структурообразования

Прочности

Деформативности

Долговечности

Цепных реакций

Старения органических вяжущих

Следует особо отметить исследования учёных СССР. Такие учёные, как Ребиндер П.А., Руденская И.М., Урьев Н.Б, Колбановская А.С. создавали поистине фундаментальные труды, посвящённые дисперсным структурам и реологическим свойствам битума. Волков М.И., Королёв И.В., Богуславский А.М. Горелышев Н.В. сделали значительный вклад в области структурообразования и деформационных состояний. Огромное значение имеют работы Борща И.М., Гезенцвея Л.Б., Кучмы И.М., Сюньи Г.К. Среди заграничных трудов стоит выделить труды, написанные в С.Ш.А, где изучением асфальтобетона занимаются крупные организации и ассоциации. Система построена на уровне отдельных штатов, что позволяет разграничить исследования по климатическим условия. Также правительство поддерживает эти ведомства выделяя им значительные средства из бюджета для проведения исследований и строительства опытных участков. В странах Азии также начали активно изучать возможность использования отходов промышленности для модификации материала. И вообще, можно заметить почти прямую зависимость между уровнем стран и популяризацией в них новых, более эффективных технологий во всех отраслях.

Тем не менее, различные условия требуют различных подходов. При этом, они не должны противоречить основам, перечёркивая их на нет. Создана огромная система. Но в маленьких её клетках имеются пустоты, которые и должны быть заполнены новыми научными исследованиями. Именно это позволит сделать систему более совершенной. Уникальное сочетание эмпирических и теоретических данных, дополняющих друг друга и компьютерных технологий выведет эту отрасль на новый уровень.

На современном этапе развития сложно успевать за возрастающими требованиями к долговечности материалов. Тем не менее, благодаря прочному теоретическому фундаменту, ясно видны перспективы развития. И, в первую очередь, это модификация материала, улучшение его свойств. Попутно необходимо решать проблемы утилизации отходов. Такой комплексный подход при наличии отработанной технологии и оптимизации энергетических, трудовых и денежных затрат даст возможность не только соответствовать дню сегодняшнему, но и смело двигаться в будущее.

Список литературы

1. Авиценна. Канон врачебной науки. [ред.] Бирюков С.А. СП : Вектор, 2010. стр. 128. Т. 1.

2. Васильев А.П., Марышев Б.С., В.В. Силкин. Строительство и реконструкция автомобильных дорог. [ред.] А.П. Васильев. М. : Информавтодор, ВиАрт Плюс, 2005. стр. 652.

3. Горелышев Н.В. Асфальтобетон. Сдвигоустойчивость и технология модифицирования полимером. [ред.] Горелышев. М. : Транспорт, 1992. стр. 551.

4. Методы проектирования асфальтобетонной смеси в США. Б.С., Радовский. 2006 г., Дорожная техника.

5. Mix Design Methods for Asphalt Concrete. 2d ed. б.м. : Asphalt Institute, 1989. стр. 607.

6. Выбор типа и способа подбора асфальтобетона. Н.Н, Иванов. М : ОГИЗ Гострансиздат, 1932. Доклады по вопросам строительства черных дорог. стр. 43.

7. A quide to the structural design of bituminous-surfaced roads in tropical and subtropical countries.

8. Гельмер В.О.. Асфальтобетон. Харьков : ДНТВУ, 1936. стр. 123.

9. ГОСТ 2245-90 Битумы нефтяные дорожные вязкие. М : ИПК Издательство стандартов, 1990.

10. ОДМД "Руководство по применению поаерхностно-активных веществ при устройстве асфальтобетонных покрытий. М : Росавтодор, 2003.

11. ГОСТ 9128-2009 "Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. М : Стандартинформ, 2009.

12. К новой технологии. В.Ф., Гришенков. №1, М. : Дороги, 1999 г., Автомобильные дороги, стр. 26-27.

13. Киселёв В.П., Бугаенко М.Б и Кеменев Н.В. Влияние добавок, обладающих антиоксидантной активностью, на качество асфальтобетонных смесей. Изв. вузов. Строительство № 3. Н. : НГАСУ, 201. стр. 49-51.

14. Ковалев Я.Н., Романюк В.Н. Модификация битума полиэтиленовой оболочкой и технология производства асфальтобетона на его основе. Вестник ХНАДУ. 2008 г., 40, стр. 12-16.

15. Шемонаева А.С. Использование кубовых остатков производства аминов С17-С20 для повышения сцепления битумов с минеральными материалами. Труды СОЮЗДОРНИИ. 1984 г., стр. 66-71.

16. Микульский В.Г., Куприянов В.Н., Сахаров Г.П., Горчаков Л.И., Орентлизер Л.П., Хрулев В.М., Козлов В.В. строительные материалы. Москва : АСВ, 2004. стр. 536.

17. Золотарев В. А., Кудрявцева С. В., Ефремов С. В. Влияние совместного введения полимеров и адгезионных добавок на свойства битумов. Вестник ХНАДУ. 40, 2008 г., стр. 22-27.

18. Варенько В.А.,Занкович В.В. Регулирование свойств асфальтобетона модифицирующими добавками,вводимыми в смесь. Вестник ХНАДУ. 2008 г., 40, стр. 34-40.

19. Городские дороги. М : ОИ ЦБНТИ Минжилкомхоза РСФСР, 1984. Современное состояние дорог и пути повышения их долговечности. Т. I, стр. 32.

20. Кулик, Е.П. Влияние адгезионных добавок на основе криптоанионных ПАВ на сцепление дорожного битума с минеральными материалами. Вестник ХНАДУ. 2005 г., 30, стр. 17-20.

21. Методы проектирования асфальтобетонной смеси в США. Б.С., Радовский. 2006 г., Дорожная техника.

22. Богуславский А.М. Напряжения и деформации в асфальтобетоне при мехначеском итемпературном воздействии. Труды МАДИ. 1982 г., 26, стр. 10-18.

23. Геззенцвей Л.Б., Горелышев Н.В., Богуславский А.М. Дорожный асфальтобетон. М : Транспорт, 1985. стр. 350.

24. В., Кудрявцева С. Особенности технологии введения ПАВ в битумополимерное вяжущее. Вестник ХНАДУ. 2006 г., 34, стр. 16-20.

25. С.В., Кудрявцева. Влияние вида полимера и поверхностно-активных веществ на сцепление с минеральной подложкой. Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. 2008 г., 40, стр. 18-22.

26. Д.К., Томпсон. Каучуковые модификаторы. М. : Химия, 1974. стр. 248.

27. Пособие по строительству асфальтобетонных покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов. М : Минтранс, 1991. стр. 151.

28. Опыт использования дроблённой резины в асфальтобетонных покрытиях. Свиридов В.Л., Махров Е.Ю.,Дементьева Е.В. Барнаул : Алтайский государственный технический университет имени Ползунова, 4 2011 г., Ползуновский Вестник, стр. 19-24.

29. Старые покрышки в современном дорожном строительстве. 98, М : Строительная Орбита, Январь Строительная орбита г., Строительная Орбита, стр. 8-11.

30. Superpave Mix Design. Institute, Asphalt. No. 2, Lexington : Asphalt Institute, 2001 г., Superpave Series , стр. 64.

31. Bennert, Thomas. Perfomance evaluation of vestenamer using dry and wet mixing process on hot asphalt. Asphalt Pavement Laboratiry, Rutgers University. Piscataway : Department of Civil and Environmental Engineers, 2003. стр. 16, Prelimenary results.

32. EPA. Scrap Tires:Handbook on Recycling Applications and management. Washington : EPA, 2010. стр. 27.

33. Морси, Ахмед Гамал Махмоуд. Автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Исследование свойств асфальтобетона с добавкой измельченной шинной резины. М : МАДИ, 2005 г.

34. Вулканизированный асфальтобетон повышенной долговечности для дорожных покрытий. Строительство и эксплуатация автомобильных дорог, экспресс-информация, 1980 г., 16, стр. 53.

35. Дороги для себя. И.В., Чайкина. 106, М : Строительная Орбита, август 2010 г., Строительная орбита, стр. 4.

36. Vittorio, Ciaccia. Polymeric compositions suitable for use as bitumen modifiers and bituminous compositions so modified. S 4829109, С 08 L 95/00, 31/04, 23/12, 23/16, 1989 U.S., 31 04 1989 г.

37. Шаховец Сергей. Резиносодержащий модификатор битума. 2349616 ( Россия, 24 12 2007 г.

38. Илиополов С.К., Мардиросова И.В.,Щеглов А.Г.,Чубенко Е.Н.,Черсков Р.М. Резиносодержащий полимерный модификатор битума. 2266934 Россия, 05 08 2005 г.

39. Р.М., Черсков. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата наук "Комплескно-модифицированный асфальтобетон с повышенной устойчивостью к транспортным и погодно-климатическим уссловиям". Ростов-на-Дону : РГСУ, 2009. стр. 22.

Размещено на Allbest.ru