15. Исследование термоокислительного старения асфальтобетона модифицированного комплексной добавкой из резинополимерного модификатора и гидратной извести
Одним из самых сложных условий приготовления и эксплуатации асфальтобетонов является высокая температура, достигающая 170 ºС во время производства асфальтобетона, 120 – 140 ºС при укладке и уплотнении, а затем до 70 ºС во время эксплуатации под действием летней солнечной радиации. Температура вызывает процесс старения асфальтобетона, который существенным образом влияет на изучаемые его структурно-механические и реологические свойства. Процесс старения вызывает упрочнение структуры асфальтобетона, он становится более жестким, хрупким и одновременно обладает повышенной прочностью. Это приводит к опасности образования трещин на асфальтобетонных покрытиях. Кроме этого, процесс старения вызывает уменьшение адгезии вяжущего к минеральному материалу, тем самым вызывает понижение их устойчивости к воздействию воды.
Оценка старения асфальтобетонов в настоящем разделе выполнена по методике Superpave, разработанной в рамках программы SHRP в США, которая, на наш взгляд, является более объективной, позволяющей моделировать в лабораторных условиях процессы, происходящие при его производстве и в эксплуатации. Согласно программе SHRP, выделяется два этапа старения асфальтобетона:
- технологический этап, который происходит во время приготовления, укладки и уплотнения асфальтобетонной смеси. При этом происходит испарение легких углеводорода из битума. Этот этап кратковременного старения получил название Short-Term Oven Aging (STOA);
- долговременный этап, происходит при процессе эксплуатации асфальтобетонных покрытий. Этот этап связан с влиянием погодно-климатических факторов на структуры асфальтобетона и получил название Long-Term Oven Aging (LTOA);
Согласно принятой методике, исследование выполняли при:
- _кратковременном старении (STOA) – асфальтобетонные смеси после ее приготовления выдерживаются в течении 6 часов при температуре 135 ºС в термическом шкафу с циркуляцией воздуха, после чего из нее приготовляли цилиндрические образцы диаметром 10,1 см высотой 6,5 см для проведения исследований;
-_долговременном старении (LTOA) – асфальтобетонные образцы выдерживаются в термическом шкафу с циркуляцией воздуха при температуре 85 ºС в течении 3 дней.
В исследовании также приготовляли асфальтобетонные образцы контрольные, не подвергаемые влиянию процесса старения.
В качестве критерия оценки влияния старения на свойства асфальтобетона применяется показатель кратковременного старения КS и долговременного старения КL, которые определяются по формуле:
;
–
устойчивость
асфальтобетона по Маршалу при 60 ºС после
кратковременного старения, кН;
–
устойчивость
асфальтобетона по Маршалу при 60 ºС после
долговременного старения, кН;
–
устойчивость
асфальтобетона по Маршалу при 60 ºС до
старения, кН;
Исследование проводилось на асфальтобетоне ЩМА-15 подобранном в соответствии с требованиям ГОСТ 31015-2002, применяемом для устройства верхних слоев покрытий автомобильных дорог всех категорий. В состав смеси входили: щебень фракции 10-15 и 5-10 мм, песок из отсевов дробления щебня и активированный минеральный порошок.
Коэффициенты кратковременного КS и долговременного старения КL, STOA и LTOA, полученные в результате экспериментальных исследований представлены на рисунке 13.
Рисунок 13 Влияние процесса старения STOA и LTOA на устойчивость по Маршаллу асфальтобетона типа ЩМА-15
Анализ полученных зависимостей показывает, что использование комплексной добавки из гидратной извести и РПМ замедляет процесс старения асфальтобетона как при кратковременном, так и при долговременном старении. Синергизм действия этих двух добавок проявлялся в замедлении старения смеси. Установлено, что наиболее эффективное содержание РПМ в составе асфальтобетона составляет 0,3 %, а гидратной извести - 1,5 – 2,0 % от массы смеси. В этом случае коэффициенты КS и KL понижаются на 10% что указывает на замедление процесса старения асфальтобетона, как при приготовлении смеси, так и при эксплуатации. Дальнейшее увеличение содержания этих добавок менее заметно замедляет процесс старения асфальтобетона.
Проведенным экспериментом выявлено положительное влияние применения добавки РПМ с гидратной извести на кинетику роста устойчивости асфальтобетона при термоокислительном воздействии на него, что крайне важно, поскольку работа с модифицированным асфальтобетоном связаны с более высокими температурами