РАЗРАБОТКА МОДИФИЦИРОВАННОГО ВЯЖУЩЕГО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОНОВ ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ

 

Копылов В.Е. (СВФУ им. М.К. Аммосова, г. Якутск, РФ)

Научный руководитель работы – к.т.н., с.н.с. Буренина О.Н.

 

The paper examines the impact of the modification by adding a binder dispersion of zeolite on the physical and mechanical properties of asphalt concrete samples.

 

Природные условия регионов с холодным климатом требуют от дорожных покрытий повышенной прочности, влаго- и морозоустойчивости, стойкость к перепадам температур.

Важнейшим составляющим асфальтобетона является связующее, от качества которого зависят не только технические и эксплуатационные характеристики дорожного полотна, но и стоимость его устройства. В настоящее время для укладки асфальтобетонных покрытий используются высокомарочные дорожные битумы, которые хоть и отвечают требованиям ГОСТ, но эксплуатационные характеристики и долговечность дорожного покрытия из них остаются крайне невысокими [1]. Анализ опыта применения модификаторов для улучшения качества битумов показал, что для повышения реологических и физико-механических характеристик битумов и асфальтобетонов обычно используют различные виды полимеров, синтетические каучуки, катионные и анионные поверхностно-активные вещества, которые значительно увеличивают стоимость и без того дорогостоящих битумов. Кроме этого, ограниченная распространенность собственного производства связующих материалов во многих регионах России, в том числе в Якутии, сдерживает массовое использование перспективных рецептур при строительстве асфальтобетонных покрытий [2-3].

В связи с этим появляется необходимость применять при проектировании новые технологические решения, направленные на улучшение характеристик асфальтобетонов,  снижение затрат при проведении строительных и ремонтно-монтажных работ и повышению межремонтных сроков.

Ранее проведенными исследованиями в ИПНГ СО РАН было разработано композиционное связующее на основе модифицированного гудрона для производства брикетированного буроугольного топлива с высоким комплексом технических свойств. В качестве модификаторов использованы различные минеральные добавки, в т.ч. озерный сапропель, цеолит, тонкодисперсный бурый уголь, как в тонкомолотом состоянии, так и прошедшие предварительную механическую активацию, что позволяет получать новую более качественную продукцию.

Целью работы является повышение качества и долговечности дорожного полотна за счет использования модифицированного асфальтового вяжущего.

В качестве объектов исследования были выбраны: щебень 20 - 40 мм производства ОАО Производственное объединение «Якутцемент»,   гудрон, представляющий собой тяжелый нефтяной остаток, полученный в результате отгонки из нефти при атмосферном давлении и под вакуумом фракций, выкипающих до 450-600 °C, природный цеолит Кемпендяйского месторождения (Якутия) в диспергированном состоянии.  

Исходное сырье требует предварительной подготовки для обеспечения высоких показателей физико-механических свойств, что необходимо для получения точных и максимально достоверных результатов при дальнейших испытаниях.

Щебень из горных пород предварительного измельчался в щековой дробилке для получения различных фракций от 0,017 до 5 мм. Размеры зерен по фракциям, а также их массовое содержание в смеси представлено в таблице 1.

 

Таблица  1 – Размер зерен, мм, мельче в % по массе

 

Предварительная подготовка цеолита заключалась в его измельчении и просеивании через сито с диаметром отверстий 0,071 мм.

Образцы для исследований были изготовлены в виде цилиндров высотой и диаметров 50,5 мм при следующих технологических режимах: температура смеси - 120°С, усилие прессования – 40 МПа с выдержкой под усилием в течение (3,0±0,1) мин. При этом формы и вкладыши были нагреты до температуры 90—100 °С.

По истечении 3-х суток образцы были готовы к исследованиям на прочность при сжатии согласно ГОСТ 9128-97.

По результатам ранее проведенных исследований, установлено, что при содержании 7 масс.% гудрона достигаются наиболее высокие показатели предела прочности при сжатии образцов, однако его значение недостаточно для изготовления асфальтобетонов требуемого качества. С целью повышения значения прочности при сжатии образцов была проведена модификация гудрона добавками диспергированного цеолита в количестве от 10 -20 масс.%. Установлено, что максимальные значения прочности при сжатии наблюдаются у образцов асфальтобетонов, содержащих гудрон с добавкой 15 масс.% цеолита. При этом прочность при сжатии образцов увеличивается почти в 2 раза  по сравнению с исходными образцами (табл. 2).

 

Таблица 2 — Предел прочности при сжатии, МПа

	Rсж, МПа
Исходный образец	1,117
Образец с добавлением диспергированного цеолита	2,195

Установлено что оптимальная рецептура асфальтобетонной смеси достигается при содержании 7 масс.% гудрона, 15 масс.% цеолита и 78 масс.% щебня. Образцы асфальтобетонов, изготовленные по оптимальной рецептуре были испытаны на водопоглощение и морозостойкость.

Водопоглощение образцов находится в пределах нормы (1,06%). В ходе испытания на морозостойкость установлено, что потеря прочности при сжатии образцов после 25 циклов замораживания – оттаивания составляет 16,71%.

Разработанная рецептура рекомендована для изготовления асфальтобетонов повышенной прочности. Использование предложенного модификатора за счет его дешевизны, обширной сырьевой базы позволит снизить себестоимость и улучшить технологические свойства конечного продукта – асфальтобетона.

Литература

1.    Соломенцев, А.Б. Классификация и номенклатура модифицирующих добавок для битумов / Соломенцев, А.Б. // Наука и техника в дорожной отрасли – 2008. - № 1. – с. 14- 16.

2.    Хрулев, В.М. Основы технологии полимерных строительных материалов: учебник для вузов / В.М. Хрулев, Г.М. Шутова, Л.М. Безверхая. – Минск: Высшая школа, 1991. – 384 с.

3.    Строительное материаловедение: Учеб. Пособие для строит. спец. вузов/И. А. Рыбьев. – 3-е изд., стер. – М.: высш. шк., 2008. – 701с.: ил.