628

количеством оставшегося разжижителя и не зависит от фракционного состава последнего. На всех этапах формирования структуры разжиженных битумов происходят процессы образования адгезионных контактов с поверхностью минерального материала, что

взначительной степени зависит от природы исходного вязкого битума.

Одним из важнейших признаков разжижения битумов является скорость формирования их структуры, которой определяется и скорость формирования покрытий.

Подобно тому, как и в вязких битумах, в битумах, содержащих разжижители, никогда не достигается полное равновесие. Такое неравновесное состояние вызывается тем, что фазовые переходы протекают в полимерных системах медленно и часто прерываются резким изменением концентрации битума (при испарении летучих растворителей) или быстрым охлаждением системы ниже температуры стеклования. При этом приостанавливаются процессы кристаллизации.

Процессы структурообразования в конгломерате ремонтного материала связаны с удалением разжижителя путем (частичным или полным) испарения легких фракций и формированием структуры, близкой структуре исходного вязкого битума. Одновременно с процессом испарения легких фракций протекают реакции окисления, полимеризации и поликонденсации, а также процессы, связанные с взаимодействием битумов и минеральных материалов, которые так же влияют на скорость формирования структуры этих материалов и работоспособность дорожного покрытия

Согласно исследованиям Ц.Г. Ханиной и Н.Б. Перловой, можно отметить следующее: 1) интенсивность изменения прочности битумоминеральных материалов, когезии и веса битумов при искусственном формировании зависит от свойств разжижителя и основывается на его испарении; 2) водоустойчивость битумоминеральных материалов в основном зависит от качества исходного вязкого битума; 3) показатели водонасыщения в первый период формирования снижаются для всех исследованных битумоминеральных материалов, а затем повышаются. При этом повышение показателей водонасыщения наблюдается особенно резко

втех случаях, где жидкий битум содержит легкий и средний разжижитель, который испаряется во время прогрева на 70-95 %.

Очевидно, что в процессе формирования структуры

битумоминеральных материалов за счет испарения разжижителя из битума сначала с поверхности, а затем из объема битума (диффузия) происходит увеличение вязкости битумной пленки и одновременно взаимодействие между вяжущим и минеральным материалом. Упрочнение структуры материала за счет взаимодействия составляющих компонентов обеспечивает высокую водоустойчивость, несмотря на уменьшение содержания вяжущего в результате испарения разжижителя, вызывающее повышение водонасыщения.

Полученные результаты указывают на зависимость формирования битумоминеральных материалов от свойств исходного битума и разжижителя, а также от взаимодействия жидкого битума с минеральным материалом.

2.5. Прогнозированиеэффективныхрежимовтехнологииремонта асфальтобетонныхпокрытийгранулированнымисмесями

Образование гранул происходит при стекловании битума на поверхности минерального заполнителя в процессе охлаждения асфальтобетонной смеси при непрерывном рыхлении.

В битуме при температуре 91 С обнаруживается максимум диэлектрической проницаемости, при этой же температуре наблюдаются характерные для стеклования перегиб дилатограмм и максимум теплоемкости. Таким образом, в битуме при температуре 91 С осуществляется переход, аналогичный переходу структуры из истинного раствора в дисперсный, причем образующаяся из асфальтенов дисперсная фаза является стеклообразной. Процесс стеклования битума заканчивается при температуре смеси 30 С. Следовательно, процесс рыхления горячей асфальтобетонной смеси экономически целесообразно начинать при достижении смесью температуры 90 С и заканчивать рыхление при температуре 30 С.

В процессе охлаждения горячей асфальтобетонной смеси основную роль играет конвективный теплообмен между поверхностью гранул и окружающей средой. Время охлаждения гранул асфальтобетонной смеси зависит от температуры воздуха и вида каменного заполнителя и требует расчета.

При охлаждении асфальтобетонной смеси часть мелкого заполнителя не достигает либо не укрепляется на поверхности крупного заполнителя (щебень) и образует новые центры гранулообразования. При избытке битума на поверхности частиц

адгезионно-когезионные силы сцепления оказываются больше инерционных сил движения частиц, что приводит к образованию агломератов. Это могут быть и отдельные минеральные зерна, покрытые остеклованным битумом, и растворные гранулы (песок + асфальтовое вяжущее), и гранулы из асфальтового вяжущего, и щебенки, окруженные растворной частью.

Такое состояние холодной гранулированной смеси позволяет хранить ее длительное время без слеживания. Сохранение рыхлости неограниченное время облегчает погрузку и транспортирование смесей на большие расстояния любым видом транспорта и при любой погоде.

Из холодной гранулированной асфальтобетонной смеси необходимо получить ремонтный материал, способный хорошо уплотняться и интенсивно твердеть. Важно улучшить удобоукладываемость, но сохранить в готовом материале механические характеристики исходного битума.

Одним из возможных путей направленного регулирования процессов структурообразования дисперсной структуры битумов является пластификация (разжижение) их углеводородными фракциями.

Введение пластификатора (до достижения концентрационного порога) приводит к повышению эластичности битума, что связано с разрыхлением пространственного каркаса, а поэтому и снижением хрупкости системы в интервале низких температур.

В качестве главного критерия оценки эффективности разжижителя обычно принимают степень снижения температуры стеклования при введении определенного объема разжижителя. Снижение температуры стеклования необходимо в первую очередь для перевода остеклованного битума в эластичное состояние.

Объемную долю разжижителя для снижения температуры стеклования битума необходимо рассчитывать. Объемная доля разжижителя зависит от температуры воздуха.

Устранение дефектов производится, как правило, на старых асфальтобетонных покрытиях. Старение асфальтобетонного покрытия является естественным процессом, в результате которого битум становится твердым и хрупким, вследствие чего покрытие растрескивается, происходит выкрашивание зерен заполнителя.

К изменению состава и свойств битума в асфальтобетонных слоях покрытия дорог приводят следующие процессы: испарение

масел, происходящее в поверхностном слое битума незначительной толщины и зависящее от содержания в нем легколетучих компонентов, вязкости и температуры.

При введении разжижителя в старый дорожный асфальтобетон имеет место внешняя пластификация асфальтобетонов, твердых асфальтенов и твердых смол, входящих в состав битума, под действием компонентов разжижителя.

Следовательно, для лучшего сцепления ремонтного материала с дорожным покрытием необходимо дефектное место обрабатывать керосином.

В ремонтном материале скорость испарения разжижителя зависит преимущественно от температуры эксплуатации разжиженного битума и концентрации разжижителя. С понижением температуры давление паров снижается. Поэтому целесообразно выбирать разжижители с пониженной молекулярной массой для более быстрого выведения разжижителя из битума. В этой связи целесообразно использовать в качестве разжижителей керосин или бензин.

Процессы структурообразования в конгломерате ремонтного материала связаны с удалением разжижителя путем (частичным или полным) испарения легких фракций и уплотняющим действием транспорта, формированием структуры, близкой структуре исходного вязкого битума.

Длительность процесса структурообразования в ремонтном материале будет зависеть от температуры окружающей среды. Эту зависимость необходимо определить.

На основании вышеизложенного предложена следующая технологическая последовательность основных операций и видов работ при ремонте асфальтобетонных покрытий в зимних условиях:

-гранулирование горячей асфальтобетонной смеси путем ее непрерывного рыхления необходимо производить в диапазоне температур от 90 до 30 ºС (зона стеклования битума);

-для хорошего (качественного) уплотнения в гранулированную асфальтобетонную смесь необходимо вводить разжижитель в количестве, зависящем от температуры воздуха при производстве работ;

-для предотвращения испарения разжижителя из ремонтной смеси хранить ее необходимо в герметичной таре до использования при ремонте покрытий;

- после введения разжижителя ремонтную смесь необходимо выдерживать определенное время до уплотнения для прохождения процесса пластификации битума.

Контрольные вопросы

1.Приведите примеры гранулирования в природе и деятельности человека.

2.Какова цель гранулирования промежуточных и готовых продуктов?

3.С чем связан процесс гранулирования горячей асфальтобетонной смеси и при каких температурах он происходит?

4.От каких факторов зависит время гранулирования асфальтобетонной смеси?

5.Какие нефтепродукты используются в качестве разжижителей битумов?

6.От каких факторов зависит скорость формирования структуры ремонтного материала?

3.РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ РАЦИОНАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ПРОИЗВОДСТВА РЕМОНТНЫХ РАБОТ В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ

3.1.Гранулирование горячей асфальтобетонной смеси

Проведены исследования по установлению температуры начала и завершения гранулирования асфальтобетонной смеси. Для чего готовили мелкозернистые асфальтобетонные смеси на битуме БНД 60/90 и 90/130. Начальная температура смеси составляла 130 С. Испытания проводили при температуре воздуха 20 С. В процессе остывания горячих асфальтобетонных смесей их непрерывно рыхлили и через каждые 10 С остывания из них готовили образцыцилиндры диаметром и высотой 70 мм. Через сутки определяли плотность полученных образцов (рис. 3.1).

Температура смеси t, ºС

Рис. 3.1. Влияние температуры смеси на плотность образцов, изготовленных из асфальтобетонной смеси на битуме: 1 – БНД 90/130; 2 – БНД

60/90

Из результатов испытаний образцов следует, что по мере остывания асфальтобетонной смеси в процессе гранулирования плотность образцов, изготовленных из этой смеси, снижается. Наиболее интенсивно снижение плотности образцов происходит при температуре смеси в интервале от 85 до 30 ºС. Очевидно, при этих температурах происходит активное стеклование битума. На более вязком битуме стеклование происходит активнее.

Изучено влияние температуры окружающей среды и вида крупного заполнителя на время гранулирования на примере горячей мелкозернистой асфальтобетонной смеси на основе битума БНД 90/130 с применением доломитового и гранитного щебня.

Для установления времени гранулирования в качестве основных факторов приняты: температура воздуха t и теплопроводность асфальтобетонной смеси λ (теплопроводность смесей определялась по методике, предложенной В.Н. Шестаковым [9]).

Для упрощения вычислительных операций обозначены: верхний уровень факторов символами со знаком «+», а нижний уровень – символами со знаком «–».

Определив интервалы варьирования, необходимо перейти от натуральных переменных к кодовым: х1, х2. Переход от кодированных переменных к действительным осуществляется по формуле

Выполнение экспериментов осуществляем в соответствии с планом полного факторного эксперимента (табл.3.1 – 3.3).

Коэффициенты уравнений регрессии определяем по формулам:

N1

y

где N1 – число точек плана; y – среднее значение выходного параметра в точке плана;

N1

xiu y

b 1 , (3.3)

где xiu – значение i-го фактора в строке матрицы в опыта u;

N1

xiuxju y

b 1 , (3.4)

где xju – значение j-го фактора в строке матрицы опыта u.

Таблица 3.3

Расчетные данные

Расчетные параметры для определения коэффициентов при

1. Определяем статистические характеристики. Для этого составляем таблицу расчета дисперсии воспроизводимости (табл. 3.4).

Таблица3.4

Расчет дисперсии воспроизводимости по строкам матрицы S2y

в) среднеквадратическая ошибка

г) критерий Стьюдента t:

табличное значение tт =2,31 (при α=0,05, f(y)=4(3 – 1)=8);

д) расчетные значения tр:

Поскольку t1,2 < tт, коэффициент b1,2 незначим. С учетом значимости коэффициентов математическая модель времени гранулирования асфальтобетонной смеси будет иметь следующий вид:

2. Проверяем адекватность полученного уравнения регрессии. По уравнению регрессии (3.8) определяем расчетное значение y. Результаты расчета заносим в табл. 3.5.

где m – число значимых коэффициентов.

Находим значение критерия Фишера:

расчетное Fр = 1,5/4,65=0,32;

табличное Fт – по интерполяции при fy =4(3 – 1)=8 и fад=4 – 3=1

Fт =5,32.

Поскольку Fр< Fт, данное уравнение регрессии является адекватным. Переходя от кодированных переменных к действительным, получим уравнение зависимости времени охлаждения асфальтобетонной смеси от температуры воздуха и теплопроводности

смеси:

где λ – теплопроводность смеси; t – температура воздуха. Подставляя значения температуры и теплопроводности в

полученное уравнение регрессии, получаем графики зависимости времени гранулирования асфальтобетонной смеси от температуры воздуха (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Зависимость времени гранулирования асфальтобетонной смеси от температуры воздуха: 1 – теплопроводность асфальтобетонной смеси,

λ=1,3 Вт/(м·ºС); 2 – λ=0,93 Вт/(м·ºС); 3 – λ=0,55 Вт/(м·ºС)