Зсувостійкість асфальтобетонів на бітумах, модифікованих полімерами - Автореферат

Експериментальні дослідження бітумів, модифікованих полімерами, і асфальтобетонів з їх використанням виконували з допомогою стандартних методів випробувань бітумів та асфальтобетонів, а також методів і приладів, що розроблені на кафедрі ТДБМ ХНАДУ: когезіометра, приладів по визначенню зчеплення вяжучого з мінеральною підкладкою й опору асфальтобетону зсуву при крутінні. встановлено зростання посилюючої дії полімерів відносно міцності асфальтобетонів на стиск при різних температурах, на розтягування по твірній і зсув при 50 ОС при зниженні когезії й підвищенні пенетрації бітуму, який модифікується, що повністю узгоджується з характером посилюючої дії полімерів на бітуми різних марок; Практичне значення отриманих результатів полягає у визначенні: кількісної залежності зсувостійкості асфальтополімербетону від вмісту полімеру в бітумі; особливостей впливу полімерів різних класів (термоеластопласту - стірол-бутадієн-стиролу (СБС), термопласта - етилен-вінілацетата (ЕВА) і терполімера - етилен-гліциділ-акрилата (Елвалой АМ)) на зсувостійкість асфальтополімербетонів; доцільності застосування бітумополімерних вяжучих з помірним вмістом полімерів (СБС - 3,0…3,5 %;ЕВА - 5...7 %; Елвалой АМ - 1,7...1,8 %); взаємозвязку між показником зсувостійкості асфальтополімербетонів (глибиною колієутворення) і їх опором зсуву при крутінні; необхідності підвищеного вмісту БМП в асфальтобетоні в порівнянні з вмістом у ньому вихідного бітуму; у розробці пропозицій по нормуванню показників міцності асфальтополімербетонів. Їх випускають під різними торгівельними марками і застосовують за двома найпоширенішими технологіями: у Росії полімер вводять до бітуму переважно у вигляді розчину в індустріальному маслі або гудроні; у промислово розвинених країнах Заходу використовують технологію безпосереднього введення полімеру в бітум. Якщо прийняти в якості структурованої плівки бітуму в асфальтобетоні товщину плівки, що відповідає початку процесу структурування в системі, рівняння зсувостійкості асфальтобетону можна представити у такому вигляді: , (2) де й - відповідно міцність і товщина плівки вяжучого, що відповідають початку процесу структуроутворення в асфальтобетоні;Теоретично обґрунтовано кількісний критерій зсувостійкості асфальтобетону, що враховує внесок мінерального кістяка, за рахунок його внутрішнього тертя, і шорсткості площин ковзання, а також плівок структурованого поверхнею мінеральних зерен вяжучого. Встановлено вплив посилюючої дії полімеру в складі бітумополімерного вяжучого на опір асфальтополімербетону стиску, розтягуванню і зсуву, що проявляється, при рівному вмісті полімеру в складі вяжучого, тим більше, чим нижча вязкість вихідного бітуму. Чутливість механічних показників асфальтобетону до підсилюючої дії полімеру, від більшої до меншої, розподіляється в наступному порядку: опір зсуву при 50 ОС, розтягування при 50 ОС, стиск при 50 ОС, стиск при 20 ОС. Підвищення вязкості вихідного бітуму при фіксованому вмісті полімеру типу СБС (3 %) і вмісті полімеру (від 1,5 до 10 %) при тому самому вихідному бітумі, поряд з підвищенням міцнісних характеристик, приводить до збільшення оптимального вмісту бітуму в бетоні на 0,1-2,0 %. Ступінь приросту міцнісних характеристик асфальтобетону з вяжучим, для приготування якого використано полімер, істотно нижче, ніж приріст когезії або зменшення пенетрації бітуму при введенні в нього тієї ж кількості полімеру.

1. Теоретично обґрунтовано кількісний критерій зсувостійкості асфальтобетону, що враховує внесок мінерального кістяка, за рахунок його внутрішнього тертя, і шорсткості площин ковзання, а також плівок структурованого поверхнею мінеральних зерен вяжучого.

2. Встановлено вплив посилюючої дії полімеру в складі бітумополімерного вяжучого на опір асфальтополімербетону стиску, розтягуванню і зсуву, що проявляється, при рівному вмісті полімеру в складі вяжучого, тим більше, чим нижча вязкість вихідного бітуму. Чутливість механічних показників асфальтобетону до підсилюючої дії полімеру, від більшої до меншої, розподіляється в наступному порядку: опір зсуву при 50 ОС, розтягування при 50 ОС, стиск при 50 ОС, стиск при 20 ОС.

3. Підвищення вязкості вихідного бітуму при фіксованому вмісті полімеру типу СБС (3 %) і вмісті полімеру (від 1,5 до 10 %) при тому самому вихідному бітумі, поряд з підвищенням міцнісних характеристик, приводить до збільшення оптимального вмісту бітуму в бетоні на 0,1-2,0 %. Оптимальні вмісти вяжучого, визначені за опором зсуву і розтягуванням по твірній при 50 ОС, практично однакові.

4. Між показниками міцності асфальтополімербетону і когезійною міцністю або пенетрацією БМП існує тісний кореляційний звязок (Rxy знаходиться в межах 0,82 - 0,97). У той же час температура розмякшення БМП відрізняється слабкою чутливістю і її використання для прогнозування міцнісних властивостей асфальтополімербетону є ризикованим. Міцнісні властивості асфальтополімербетону не залежать від еластичності БМП - асфальтополімербетони на основі БМП із високою еластичністю можуть мати знижену міцність. Експериментально це підтверджується у відношенні асфальтополімербетонів на основі БМП, отриманого введенням полімеру в маловязкий бітум або гудрон.

5. Ступінь приросту міцнісних характеристик асфальтобетону з вяжучим, для приготування якого використано полімер, істотно нижче, ніж приріст когезії або зменшення пенетрації бітуму при введенні в нього тієї ж кількості полімеру. Зниження підсилюючої дії полімеру в цьому випадку можна пояснити впливом процесів адсорбційної взаємодії на границі розподілу вяжучого і поверхні мінеральних матеріалів.

6. Максимальний ефект підвищення зсувостійкості досягається при використанні БМП для приготування асфальтобетонних сумішей, що відносяться до гранулометричних типів А і Б за ДСТУ Б В.2.7-119-2003.

7. Експериментально встановлена відповідність показників зсувостійкості асфальтобетону за методами визначення глибини колієутворення (нормованому в країнах ЄС) і опору зсуву при крутінні, що дозволяє використати опір зсуву для прогнозування по цьому показнику стійкості покриття проти утворення пластичних деформацій.

8. Техніко-економічний аналіз і виробнича перевірка свідчать про доцільність виробничого застосування асфальтополімербетонів з помірним вмістом полімеру у бітумі (близько 3,0-3,5 % - СБС; 1,7-1,8 % - Елвалой; 5-7 % - ЕВА). Застосування асфальтополімербетонів на бітумах, що містять більше 5 % СБС, доцільне на спеціальних обєктах (мостах, злітно-посадочних смугах і ін.) за умови виконання всіх технологічних вимог до приготування вяжучих, асфальтополімербетонних сумішей і улаштування з них покриттів. Нормативні вимоги ДСТУ Б В.2.7-119-2003 до міцності асфальтополімербетонів на стиск, у порівнянні з асфальтобетонами на бітумах тієї ж марки, можуть бути підвищені в 1,2 - 1,3 рази.

9. Економічний ефект від застосування асфальтополімербетонів на основі СБС становить 7,61 грн. на тонну, він забезпечується за рахунок подовження міжремонтних строків.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ ОПУБЛІКОВАНО В ТАКИХ РОБОТАХ

1. Золотарев В.А., Ефремов С.В., Пыриг Я.И., Чугуенко С.А. Полимерно-битумные вяжущие и асфальтобетоны на основе битумов, модифицированных Элвалоем // Вестник ХНАДУ/ Сб. научн. тр. - Харьков: ХНАДУ. - 2002. - Вып. 19. - С. 88-93.

Особистий внесок автора - дослідження залежності зсувостійкості асфальтобетону при крутінні від вмісту полімеру та якості вихідних в‘яжучих.

2. Чугуенко С.А., Золотарев В.А. Влияние модифицированного термоэластопластом битума на механические свойства асфальтобетона // Композиційні матеріали для будівництва: Вісник ДДАБА/ Зб. наук. праць - Макіївка: ДДАБА. - 2002. - №1. - С. 35-38.

Особистий внесок автора - дослідження впливу комплексного використання добавки полімеру СБС і регулювання макроструктури асфальтобетону на його механічні властивості.

3. V.A.Zolotarev, S.A.Chuguenko, A.V.Galkin Assessment of shear resistance of asphalt concretes on modified bitumens // Proceedings of the 3-rd Eurasphalt and Eurobitume congress, Vienna, 12-14 May 2004. - Vienna, 2004. - P. 1529-1538.

Особистий внесок автора - визначення впливу добавки у бітум полімеру СБС у кількості 3 % на оптимальний вміст в‘яжучого у асфальтобетоні, дослідження впливу якості в‘яжучого на зсувостійкість асфальтобетону.

4. Золотарев В.А., Ефремов С.В., Пыриг Я.И., Чугуенко С.А. Влияние добавок термопласта Элвалой на свойства битума и асфальтобетона // Наука и техника в дорожной отрасли. - 2004. - №1. - С. 41-44.

Особистий внесок автора - визначення впливу добавки полімера Елвалой на властивості асфальтополімербетону.

5. Золотарев В.А., Чугуенко С.А., Галкин А.В. О взаимосвязи свойств битумополимерных вяжущих и сдвигоустойчивости асфальтобетона // Автошляховик України. - 2004. - №3. - С.25-30.

Особистий внесок автора - дослідження впливу в‘язкості матричного бітуму, модифікованого полімером СБС, на властивості асфальтополімербетонів.

6. Чугуенко С.А. Взаимосвязь некоторых характеристик битума и битумополимерного вяжущего со сдвигоустойчивостью асфальтобетона // Науковий вісник будівництва. - Харьков: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2004. - №25. - С. 90-94.

7. Чугуенко С.А. Влияние вязкости и содержания битумополимерного вяжущего на механические свойства асфальтобетона // Композиційні матеріали для будівництва: Вісник ДДАБА/ Зб. наук. праць - Макіївка: ДДАБА. - 2004. - №1. - С. 72-77.

8. Золотарев В.А., Сибильский Д., Чугуенко С.А. Сравнение показателей сдвигоустойчивости при кручении и колееобразовании // Вестник ХНАДУ/ Сб. научн. тр. - Харьков: ХНАДУ. - 2005. - Вып. 29. - С. 255-258.

Особистий внесок автора - встановлення кореляційного зв‘язку між показниками зсувостійкості за методами колійоутворення і руйнуванні при крутінні.