Довговічність асфальтобетону в умовах дії агресивних середовищ - Автореферат

Виявити закономірності поверхневих властивостей на межі розділу фаз (середовище - бітум - мінеральний матеріал), показати їх вплив на довговічність асфальтобетону з урахуванням температурного чинника. Для встановлення особистостей роботи бітуму і асфальтобетону в умовах дії агресивних середовищ використовувались спеціальні методи визначень: довговічності (часу до руйнування під навантаженням при чистому згині) асфальтобетону; крайових кутів змочування рідкими середовищами і бітумом різних підложок на межі розділу фаз „рідина - повітря - тверда підложка”; поверхневого натягу; зчеплення бітумів з мінеральними матеріалами різної природи; дифузії середовищ в бітум; тривалої водостійкості асфальтобетону по прискореній методиці випробувань. з використанням показників зчеплення бітуму з поверхнею мінеральних матеріалів у воді і у агресивних середовищах встановлено вплив природи цих мінеральних матеріалів на здатність бітуму чинити опір відшаровуючій дії середовищ; Практичне значення одержаних результатів полягає: у встановленні чинників, що сприяють підвищенню стійкості асфальтобетону до дії агресивних середовищ і механічних навантажень при різних температурах; у визначенні взаємозвязку показників зчеплення бітуму з мінеральними матеріалами в агресивних середовищах з часом до руйнування асфальтобетону; встановлення агресивної активності різних середовищ; у розробці методу прискореної оцінки коефіцієнта водостійкості асфальтобетону і коефіцієнта їх стійкості під дією агресивних середовищ. Швидкість розповсюдження рідкого середовища визначається її змочуючою здатністю по відношенню до підложки і може характеризуватися крайовим кутом змочування ? на межі розділу фаз «підложка - середовище - повітря» згідно рівнянню Юнга: cosq = (SППВ - SСП)/SСПВ (2) де SППВ, SСП і SСПВ - поверхневий натяг на межі розділу фаз: підложка для рідкого середовища - повітря; середовище - підложка; середовище - повітря.Вплив агресивних середовищ на довговічність асфальтобетону може оцінюватись за коефіцієнтом (Ка.с.), що є відношенням часу до його руйнування в середовищі до часу до руйнування на повітрі при заданому напруженні. Агресивні середовища знижують довговічність асфальтобетону за рахунок відшаровування бітумної плівки від поверхні мінеральних матеріалів, тобто за рахунок подолання її зчеплення з поверхнею. Дифузія агресивних середовищ крізь шар бітуму посилюється у разі пониження РН середовища (менше 6), зниження консистенції бітуму, зменшення товщини плівки бітуму. Прояв агресивної дії середовищ на довговічність асфальтобетону зменшується: з підвищенням щільності асфальтобетону за рахунок кращого ущільнення або збільшення змісту бітуму; із застосуванням бітумів підвищеної вязкості; з підвищенням адгезійної взаємодії між бітумом і підложкою; з використанням асфальтобетону щільної текстури, тобто з послідовним переходом від асфальтобетону типу «А» до типів «Б», «В» і «Г»; при роботі асфальтобетону при низьких температурах, близьких до нуля. Відповідність результатів і тенденцій зміни зчеплення бітуму з твердою підложкою і довговічності асфальтобетону в різних середовищах і обумовленість довговічності адгезійним процесами, що протікають на межі розділу фаз між бітумом і поверхнею мінеральних матеріалів, свідчить про теоретичну обґрунтованість і практичну корисність використання в якості критерія оцінки опору асфальтобетону дії рідких середовищ запропонованого коефіцієнта Ка.с..

1. На підставі теоретичного аналізу і експериментальних досліджень показана можливість використання принципових положень термофлуктуаційної теорії міцності твердих тіл для пояснення механізму руйнування асфальтобетону при одночасній дії на нього навантажень і рідких агресивних середовищ. Відповідно до цього в якості критерія довговічності асфальтобетону пропонується прийняти час від початку його завантаження при чистому згині до руйнування. Вплив агресивних середовищ на довговічність асфальтобетону може оцінюватись за коефіцієнтом (Ка.с.), що є відношенням часу до його руйнування в середовищі до часу до руйнування на повітрі при заданому напруженні.

2. Агресивні середовища знижують довговічність асфальтобетону за рахунок відшаровування бітумної плівки від поверхні мінеральних матеріалів, тобто за рахунок подолання її зчеплення з поверхнею. Опір руйнуючій дії середовищ тим менше, чим менше крайовий кут змочування середовищем мінеральної підложки і плівок бітуму. Дифузія агресивних середовищ крізь шар бітуму посилюється у разі пониження РН середовища (менше 6), зниження консистенції бітуму, зменшення товщини плівки бітуму.

3. Вивчені середовища за своєю агресивністю розподіляються таким чином: розчини ПАР, сірчаної кислоти, соляної кислоти, хлориду натрію, вода. У такій же послідовності розподіляються і показники зчеплення плівки бітуму з підложкою у цих середовищах. Підвищену стійкість у вивчених середовищах (окрім розчинів кислот) проявляють плівки бітуму на поверхні карбонатних камяних матеріалів (вапняк, мармур), меншу - на поверхні кислих камяних матеріалів (граніт, гранодиорит, кварцит). Зчеплення бітумів з підкладкою залежить від їх консистенції. У всіх середовищах зчеплення тим більше, чим вище марочна вязкість бітумів (менше пенетрація) однієї природи, отриманих за однією технологією, що обумовлено підвищеним вмістом в них адгезійно-активних смол і асфальтенів, і чим нижче температура, що повязане з посиленням міжмолекулярних звязків на межі розділу фаз.

4. Залежності довговічності асфальтобетону при сумісній дії агресивних середовищ і навантажень, також як аналогічні залежності на повітрі в області позитивних температур, підкоряються ступеневому рівнянню термофлуктуаційної теорії міцності твердих тіл Г. М. Бартенєва - С. М. Журкова. Постійні цього рівняння дозволяють оцінити рівень довговічності для конкретного обєкту і її чутливість до діючих напружень, і агресивних середовищ. У разі кислотних середовищ має місце їх проникнення крізь плівку бітуму, що може впливати на характер залежностей довговічності від напружень в області їх малих значень.

5. Вплив середовищ на довговічність асфальтобетону головним чином обумовлений якістю зчеплення бітуму з мінеральною підложкою. Кінетична сутність сумісної дії механічних напружень і робочих середовищ проявляється за ступенем зниження довговічності залежно від рівнів напруженого стану. З пониженням рівня напруженого стану внесок середовищ в руйнування асфальтобетону зростає, оскільки середовища встигають змочувати стінки тріщин, заповнювати тріщини і сприяти їх розвитку відповідно до ефекту П. О. Ребіндера. При високих напруженнях або швидкостях деформації агресивний вплив середовищ виявляється у меншій мірі. При великих швидкостях руйнування вплив середовищ на довговічності асфальтобетону усувається.

6. Склад, структура і стан асфальтобетону є активними чинниками посилення або ослаблення дії агресивних середовищ на довговічність асфальтобетону. Прояв агресивної дії середовищ на довговічність асфальтобетону зменшується: з підвищенням щільності асфальтобетону за рахунок кращого ущільнення або збільшення змісту бітуму; із застосуванням бітумів підвищеної вязкості; з підвищенням адгезійної взаємодії між бітумом і підложкою; з використанням асфальтобетону щільної текстури, тобто з послідовним переходом від асфальтобетону типу «А» до типів «Б», «В» і «Г»; при роботі асфальтобетону при низьких температурах, близьких до нуля.

7. Відповідність результатів і тенденцій зміни зчеплення бітуму з твердою підложкою і довговічності асфальтобетону в різних середовищах і обумовленість довговічності адгезійним процесами, що протікають на межі розділу фаз між бітумом і поверхнею мінеральних матеріалів, свідчить про теоретичну обґрунтованість і практичну корисність використання в якості критерія оцінки опору асфальтобетону дії рідких середовищ запропонованого коефіцієнта Ка.с.. З урахуванням цього розроблені метод оцінки визначення цього коефіцієнту і метод прискореної оцінки довготривалої водостійкості асфальтобетону.

8. Результати досліджень покладені в основу нормативних документів, затверджених Технічною радою Державної служби автомобільних доріг України: «Експрес-метод визначення водостійкості асфальтобетонів дорожніх та аеродромних» МВ 218-02071168-607:2007 та «Методика по визначенню показника зчеплення бітумних вяжучих з поверхнею скла та камяних матеріалів з використанням ЕОМ» М 218-02071168-651:2008. Вони використовуються у учбовому процесії при читанні курсів «Будівельне матеріалознавство» та «Фізико-хімічна механіка дорожньо-будівельних матеріалів».

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ ОПУБЛІКОВАНІ В ТАКИХ РОБОТАХ

1. Єфремов С. В. Взаємозвязок довготривкої міцності асфальтобетонів з поверхневими властивостями агресивних рідин / Єфремов С. В., Золотарьов В. О. // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. Київ, УТУ. - 1994. - Вип. 52. - С. 98?102.

Особистий внесок автора - виконання експериментальних досліджень і аналіз отриманих результатів експерименту.

2. Жданюк В. К. До питання про вплив походження камяних матеріалів на кути змочування їх поверхні / Жданюк В. К., Єфремов С. В. // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. Київ, УТУ. - 1997. - Вип. 54. - С. 107?110.

Особистий внесок автора - визначення крайових кутів змочування і систематизація отриманих результатів експерименту.

3. Золотарев В. А. Влияние температурно-временного фактора на водостойкость асфальтовых систем / Золотарев В. А., Ефремов С. В. // Сборник трудов по технической химии. Киев. - 1997. - С. 402?405.

Особистий внесок автора - виконання експериментальних досліджень і аналіз отриманих результатів експерименту.

4. Zolotarev V. A. Durability of asphalt concrete at static creep test / Zolotarev V. A., Efremov S. V., Goncharenko F. P. // Proceedings of the fifth international Rilem symposium MTBM «Mechanical test for bituminous materials». Lyon, France. - 14-16 mai 1997. - Р. 255?261.

Особистий внесок автора - визначення і систематизація поверхневих властивостей агресивних середовищ; виконання випробувань з визначенням часу до руйнування асфальтобетону.

5. Zolotarev V. A. Time and temperature influence on asphalt concrete water-resistance / Zolotarev V. A., Efremov S. V. // IV international conference «Durable and Road Pavement». Kielce, Poland - May 1998. - Р. 177?182.

Особистий внесок автора - виконання експериментальних досліджень.

6. Гнатенко Г. Ф. Досвід використання поверхнево-активних речовин для підвищення водостійкості асфальтобетонного покриття / Гнатенко Г. Ф., Єфремов С. В., Жданюк В. К., Золотарьов В. О. // Автошляховик України. - 1999. - № 1. - С. 38?39.

Особистий внесок автора - визначення і систематизація поверхневих властивостей бітуму; виконання випробувань асфальтобетонних сумішей і вирубок.

7. Соломенцев А. Б. Повышение смачиваемости материалов битумом с добавками класса имидазолинов / Соломенцев А. Б., Золотарев В. А., Круть В. В., Ефремов С. В. // Известия ВУЗОВ “Строительство и архитектура” - 1999. - № 8 - С. 43?45.

Особистий внесок автора - визначення і систематизація крайових кутів змочування скла бітумами.

8. Золотарев В. А. Зависимость водостойкости асфальтобетона от температуры и времени / Золотарев В. А., Ефремов С. В. // Вестник ХГАДТУ. - 2000. - Вып. 12-13. - С. 145?147.

Особистий внесок автора - визначення і систематизація крайових кутів змочування мінеральних поверхонь бітумом і зчеплення з ними; виконання експериментальних досліджень асфальтобетону.

9. Золотарев В. А. Смачивание как фактор, определяющий температуры перемешивания асфальтобетонных смесей / Золотарев В. А., Писанко А. А., Ефремов С. В., Пыриг Я. И., Галкин А. В. // Вісник ДДАБА. - 2002. - Вип. 1(32). - С. 17?21.

Особистий внесок автора - визначення і систематизація поверхневих властивостей бітуму.

10. Zolotarev V. A. On a necessity of taking into account the wetting phenomenon whon softing the mixing temperature of the asphalt concrete mixtures / Zolotarev V. A., Zinchenko V. N., Yefremov S. V., Pyrig Ya. I., Halkin A. V. // Proceeding IX international Conference “Durable and Safe Road. Pavements.” - Kielce, Poland. - May 2003. - Р. 221?226.

Особистий внесок автора - визначення і систематизація поверхневих властивостей бітуму.

11. Золотарев В. А. Особенности экспресс-метода водоустойчивости асфальтобетона / Золотарев В. А., Агеева Е. Н., Ефремов С. В., Чугуенко С. А. // Автошляховик України. - 2003. - № 6. - С. 25?27.

Особистий внесок автора - виконання стандартних випробувань асфальтобетону.

12. Золотарьов В. О. Використання ЕОМ для визначення показника зчеплення бітуму з поверхнею скла / Золотарьов В. О., Єфремов С. В., Агеєва О. М., Пиріг Я. І., Кудрявцева С. В., Пермяков К. В. // Автошляховик України. - 2005. - № 3. - С. 30?33.

Особистий внесок автора - розробка, створення, тарировка установки і методики випробувань з визначення площі зчеплення бітуму з склом; виконання експериментальних досліджень і аналіз отриманих результатів експерименту.

13. Ефремов С. В. Определение сцепления битума с каменными материалами в асфальтобетоне фотометрическим методом / Ефремов С. В. // Вестник ХНАДУ. - 2005. - Вып. 30. - С. 190?193.

14. Ефремов С. В. Влияние агрессивных сред на долговечность асфальтобетонов с различным содержанием вяжущего / Ефремов С. В. // Материалы международной научно-практической интернет-конференции «Современные методы строительства дорог и обеспечение безопасности движения», БГТУ им. В. Г. Шухова, Белгород, Россия. - 2007. - С. 120?126.

15. Золотарьов В. О. Адгезійна стійкість у водному середовищі бітумів, модифікованих полімерами і поверхнево-активними речовинами / Золотарьов В. О., Кудрявцева С. В., Єфремов С. В., Агеєва О. М. // Автошляховик України. - 2007. - № 2. - С. 34?37.

Особистий внесок автора - виконання нормативних випробувань асфальтобетону.

16. Золотарев В. А. Совместное влияние полимеров и поверхностно-активных веществ на сцепление битумов и водостойкость асфальтобетонов / Золотарев В. А., Кудрявцева С. В., Ефремов С. В., Агеева Е. Н. // Наука и техника в дорожной отрасли. Москва, Россия. - 2007. - № 3. - С. 33?35.

Особистий внесок автора - виконання нормативних випробувань асфальтобетону.

17. Ефремов С. В. Влияние степени уплотнения асфальтобетонов, работающих в условиях воздействия агрессивных сред, на их долговечность / Ефремов С. В. // Вестник ХНАДУ. - 2008. - Вып. 40. - С. 102?108.

18. Ефремов С. В. Роль температурного фактора в процессе разрушения асфальтобетона под совместным воздействием механических нагрузок и агрессивных сред / Ефремов С. В. // Вісник ДНАБА. - 2009. - Вип. 1(75). - С. 20?26.