1576

ния смеси. Определяющим фактором здесь является температура смеси, влияющая на вязкость битума и возможность уплотнить эту смесь. Использование разжиженного битума снимает фактор высокой температуры, необходимой для уплотнения смеси, но отрицательно влияющей на формирование структуры минерального вяжущего. При этом разрыв во времени между окончанием смешения смеси на разжиженном битуме и её уплотнением не имеет определяющего влияния на свойства материала, так как низкая вязкость разжиженного битума позволяет уплотнять такие смеси в холодном состоянии.

Следовательно при изготовлении смесей с комплексным вяжущим на основе медленнотвердеющего минерального вяжущего и разжиженного битума можно увеличить дальность транспортирования смесей, длину технологической захватки, повысить качество уплотнения путем последовательного включения в работу катков нескольких типов с разными режимами укатки.

Наиболее слабым звеном в структуре уплотняемых минеральных материалов является водная пленка, возможный разрыв которой ухудшает процесс уплотнения смеси. Наличие разжиженного битума существенно уменьшает негативные последствия этого явления. Кроме того, дополнительное введение недостающего количества воды, повторное перемешивание и уплотнение смеси с медленнотвердеющим минеральным вяжущим вполне возможно.

Таким образом, свежеуложенный слой дорожной одежды из такой смеси будет обладать повышенной ремонтопригодностью в ранние сроки (в процессе укладки и уплотнения). Слой может восстанавливать свои прочностные показатели после рыхления и повторного уплотнения материала в течение определенного периода времени.

На кинетику твердения и структуру шлако- и золоминеральных вяжущих существенное влияние оказывают динамические нагрузки от движения автотранспорта после окончания строительства дорожной одежды. Положительное влияние от действия автотранспорта на изменение свойств укрепленного грунта подтверждается работами В.М. Сиденко. Это хорошо согласуется с приведенными данными Мейера и Нильсона [13], которые указывали, что продолжительная обработка бетонной смеси во время схватывания приводит к значительному увеличению прочности. Процесс уплотнения холодных асфальтобетонов также продолжается под воздействием движущегося транспорта.

Опытными работами доказано, что при движении транспорта по свежеуложенным шлако- и золоминеральным основаниям возникающие динамические нагрузки не оказывают такого разрушающего действия, какое они бы оказывали на кристаллизационные связи слоев, укрепленных цементом [2]. Прочность субмикрокристаллов достаточна для восприятия

68

динамических нагрузок, а разрыв связей, образованных водными пленками, не оказывает отрицательного влияния на прочность материала при достаточной общей влажности.

При этом вибрация слоев дорожной одежды от динамических нагрузок способствует максимальному сближению частиц субмикрокристаллов гидросиликатов кальция, что приводит к межагрегативному электростатическому взаимодействию и, в свою очередь, обусловливает сближение конденсированных тел.

Таким образом, вышеуказанные доводы позволяют обосновать возможность открытия движения технологического транспорта по свежеуложенному слою дорожной одежды из асфальтогранулобетона для устройства вышележащего слоя дорожной одежды.

Следовательно, помимо химико-минералогических факторов на прочность материала влияют технологические факторы. Эффективное использование технологических приемов позволяет управлять процессами структурообразования и получать материалы необходимой прочности.

С целью получения определенного фазового состава и структуры материала необходимо рассмотреть главнейшие положения физикохимической механики – области науки, созданной академиком П.А. Ребиндером и его школой. Основным для данной науки является принцип когерентности, то есть соответствия между характеристикой исходных материалов и методом их обработки. Применительно к бетону, данный принцип выражается в соответствии прилагаемых воздействий (тепловых и механических) с процессами структурообразования цементного камня. Физи- ко-механические воздействия с целью формирования и уплотнения следует применять в период перехода структурообразования от формирования к упрочнению. Продолжительность их должна обеспечить возможно полное разрушение первоначальной коагуляционно-кристаллизационной структуры.

Принципы управляемого структурообразования реализуются при применении различных активизационных механических, температурных и других физических воздействий в оптимальное время. При этом выполняется одно из основных условий оптимизации процесса структурообразования – преодоление энергетического барьера, вызываемого электростатическими силами отталкивания между частицами гидратирующего вяжущего.

В дорожном строительстве наиболее доступно использовать механическую энергию для активизации минерального вяжущего. Эффект активации заключается в том, что механические колебания увеличивают подвижность атомов за счет возрастания их кинетической энергии. Механическая энергия, несколько затормаживая начальный этап структурообразова-

69

ния, приводит к увеличению числа связей и повышает конечную прочность материала.

Как правило, действие уплотняющих средств направлено на преодоление сопротивления жидкой фазы и внутреннего трения минерального остова. При уплотнении бетонов, содержащих органические вяжущие, значительную долю общего сопротивления составляет вязкое сопротивление битумных пленок [10, 12]. Об этом свидетельствует эффективность применения вибрирующих устройств, которые при малом вертикальном давлении позволяют достигнуть плотность асфальтобетона, иногда значительно превышающую плотность, получаемую при статическом уплотнении. Вибрирующее действие заключается в тиксотропном разжижении битумной пленки и уменьшении её вязкости. При снятии колебаний вязкость мгновенно восстанавливается, и битум фиксирует положение минеральных зерен, достигнутое в момент уплотнения.

Исходя из вышеизложенного, для решения поставленной цели рекомендуется использовать механический метод активизации медленнотвердеющего минерального вяжущего в строго определенный отрезок времени путем уплотнения смеси вибрационными дорожными катками. При таком механическом воздействии должна улучшаться диффузия воды (за счет увеличения подвижности атомов) к минеральному зерну вяжущего, произойти разрушение гидросульфоалюминатной структуры, а также достигаться обновление реагирующей поверхности за счет частичного «сдирания» гидратных новообразований с поверхности частиц вяжущего. Под действием вибрации пониженная вязкость разжиженного битума должна обеспечить распределение его на поверхности гранул и зерен асфальтового гранулята, а также в порах АГБ тонкими слоями. Тонкие битумные пленки обусловливают хорошее сцепление минеральных зерен при их сближении в процессе уплотнения смеси и являются одним из факторов, определяющих механические свойства АГБ. По мере увеличения вязкости битума (в результате испарения разжижителя) прочность коагуляционной связи будет возрастать.

Для получения АГБ на комплексном вяжущем с заданными техническими свойствами необходимо так организовать технологический процесс, чтобы механическое воздействие на АГБ-смесь во времени от приготовления смеси до уплотнения были закончены до возникновения и развития кристаллизационной структуры.

В производственных условиях длительность технологического процесса, которая влияет на прочность и плотность конструктивного слоя, складывается из времени приготовления смеси, транспортирования к месту работ, укладки и уплотнения смеси.

Время приготовления, укладки и уплотнения АГБ-смеси на комплексном вяжущем будет зависеть от длины технологической захватки и

70

производительности машин. При постоянной производительности уплотняющих машин можно управлять длительностью процесса уплотнения смесей путем изменения длины технологической захватки. При увеличении длины технологической захватки физическое воздействие на смесь будет растянуто во времени. Растягивая процесс физического воздействия на смесь, можно увеличить скорость и глубину гидратации вяжущего за счет непрерывного воздействия на оболочку, образующуюся на зернах медленнотвердеющего минерального вяжущего.

Анализ особенностей структурообразования асфальтогранулобетона на основе медленнотвердеющих минеральных вяжущих и битума, разжиженного легкими углеводородами, позволяет сделать следующие выводы.

1.Процессы схватывания и твердения минеральных вяжущих характеризуются вначале образованием тиксотропных коагуляционных структур, с последующим созданием на их основе слабозакристаллизованной структуры. Технологические процессы по приготовлению, транспортировке, укладке и уплотнению материалов с минеральными вяжущими обычно ограничиваются по времени сроками их схватывания. В медленнотвердеющих шлаковых, белитовых и зольных вяжущих тиксотропная коагуляционная структура сохраняется в течение более длительного времени, по сравнению с портландцементом. Коагуляционная структура разжиженного битума также остается неизменной довольно продолжительный период времени.

2.Длительное сохранение тиксотропной коагуляционной структуры медленнотвердеющего минерального вяжущего позволяет улучшить технологические параметры производственного процесса по ремонту дорожных одежд с использованием таких материалов: установить время предварительного выдерживания смеси до уплотнения, удлинить захватку участка строительства, улучшить качество уплотнения смеси. Низкая вязкость разжиженного битума позволит качественно приготовить и уплотнить такие смеси в холодном состоянии.

3.Основываясь на принципах управляемого структурообразования, для получения необходимого фазового состава и структуры медленнотвердеющего минерального вяжущего необходимо выйти на определенные технологические параметры строительства. С целью повышения прочности

идолговечности АГБ необходимо осуществлять механическое воздействие на смесь в оптимальное время, обеспечивающее более полное прохождение гидратации медленнотвердеющего минерального вяжущего. В ранний период твердения медленнотвердеющего минерального вяжущего АГБ будут обладать тиксотропными свойствами, то есть способностью восстанавливать прочность после рыхления и повторного уплотнения материала. Длительность периода возможного восстановления структуры медленнот-

71

вердеющего минерального вяжущего будет зависеть от температурного режима их выдерживания.

4.При разрыхлении АГБ и последующего его уплотнения в процессе ремонта произойдет разрушение поверхностного слоя гидратированной части зерен медленнотвердеющего минерального вяжущего, что обеспечит доступ воды в глубь обновленных зерен и дополнительную их гидратацию. Образование новых дополнительных гидратных новообразований обеспечит в дальнейшем при твердении компенсацию потерь от разрушения ранее закристаллизованных новообразований. Малая вязкость и низкое содержание в смеси разжиженного битума не окажут отрицательного влияния на повторное разрушение слоя из АГБ. Разрушение уплотненного слоя

вранний период твердения медленнотвердеющего минерального вяжущего будет способствовать испарению разжижителя из битума, а также ускорению процессов пластификации старого битума на гранулах АГ.

5.Динамические нагрузки, возникающие при движении автомобильного транспорта, не окажут разрушительного воздействия на твердеющую структуру комплексного вяжущего, поэтому становится возможным открытие движения технологического транспорта и строительство вышележащего слоя покрытия по свежеуложенному слою дорожной одежды из АГБ, а также ускорять ввод дорог в эксплуатацию.

На основании вышеизложенного предлагается следующая технологическая последовательность основных операций при регенерации асфальтобетонных покрытий:

- для повышения прочности дорожной одежды рекомендуется выдерживать АГБ-смесь на дороге до уплотнения определенный период времени;

- выдерживание смеси до уплотнения вызовет потерю влаги, поэтому необходимо в процессе приготовления смеси вводить дополнительно воду сверх расчетной в соответствии с погодными условиями;

- в начальный период твердения материала дорожной одежды при обнаружении дефектов в уплотненном слое допускается рыхление, профилирование и повторное уплотнение;

- устройство вышележащего слоя рекомендуется не ранее двух недель после восстановления старого покрытия для создания условий лучшего формирования АГБ под действием движущегося транспорта и испарения разжижителя битума в этот период.

Контрольные вопросы

1.Какие типы контактов существуют в композиционных материалах?

2.Какие побочные продукты промышленности используются для приготовления медленнотвердеющих минеральных вяжущих?

72

3.Какой минерал преобладает в медленнотвердеющих минеральных вяжущих (МТМВ)?

4.При гидратации МТМВ какой основной структурообразующий компонент минерального камня преобладает?

5.В чем отличие структур, образующихся при гидратации портландцемента и МТМВ?

6.Какие процессы происходят при введении в асфальтовый гранулят разжиженного битума?

7.Чем характеризуется взаимодействие активных компонентов битума с продуктами гидролиза и гидратации минерального вяжущего?

8.За счет каких связей повышаются деформативные свойства асфальтогранулобетона?

9.Как влияет на технологический процесс длительное сохранение тиксотропной коагуляционной структуры в асфальтогранулобетонной смеси?

3.РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ИПРАВИЛА ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ ПО РЕГЕНЕРАЦИИ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ

3.1.Исследование физико-механических свойств асфальтогранулобетона

Для исследований применяли асфальтовый гранулят, полученный фрезерованием асфальтобетонного покрытия ресайклером WR 2500 фирмы Wirtgen. Использовали гранулят двух зерновых составов (табл. 3.1 и 3.2): состав № 1 был получен фрезерованием асфальтобетонного покрытия на дороге Омск – Тюмень; состав № 2 – при ремонте автомобильной дороги Омск – Муромцево.

Таблица 3.1

Зерновой состав АГБ-смеси № 1

73

Отечественный и зарубежный опыт показал возможность улучшения свойств старого асфальтобетона путем введения цемента в количестве 3– 6 % от массы асфальтового гранулята. Применение комбинированного вяжущего (битум + цемент) позволяет повысить прочность и сдвигоустойчивость асфальтобетона.

Вприготовленный асфальтовый гранулят вводили портландцемент

М400 в количестве 5,0 % от массы гранулята и воду. Водоцементное отношение В/Ц изменяли от 0,2 до 0,6 в поисках оптимальной влажности смеси.

Результаты испытаний показали, что рациональное В/Ц составляет 0,4–0,5 с расходом 5,0 % цемента от массы асфальтогранулята.

Условия формирования материала на дороге часто далеки от стандартных, при которых твердеют образцы в лаборатории. Чтобы учесть эти условия, была проведена серия экспериментов, при которых образцы твердели при разной температуре.

Для исследования готовили образцы из смесей № 1, тип К и № 2, тип Б. Содержание компонентов в этих составах приведено в табл. 3.3.

В результате исследования установлено, что состав № 1, тип К, в котором присутствует разжиженный битум и шлаковое вяжущее, интенсивно теряет массу образцов в течение первых 7 суток за счет испарения керосина. В этот период происходит прирост прочности образцов за счёт повышение вязкости битума (рис. 3.4 и 3.5). Далее, прочность образцов существенно возрастает в течение 28 суток в результате твердения шлакового вяжущего.

В составе № 2, тип Б присутствует только разжиженный битум. Потеря массы образцов и их прочность активно изменяются в первые 14 суток, что связано с испарением лёгких фракций. В более поздние сроки набор прочности менее значим, и продолжается только при более высокой температуре твердения образцов (рис. 3.6 и 3.7).

76