Направление 3. Инновационное развитие архитектурно строительного комплекса

УДК 625.85.32

ИССЛЕДОВАНИЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА

К.В. Беляев, магистрант гр. СМ-17МА1

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет

(СибАДИ)», Омск, Россия

СибАДИОт свойств битума зависит устойчивость покрытия к погодным условиям, прочность, долговечность т.д. Направленным регулированием свойств битума можно добиться значительного улучшения срока службы покрытий.

Аннотация. В статье рассмотрены основные причины преждевременного разрушения асфальтобетонных покрытий – старение и невысокое качество выпускаемых битумов. Приводятся наиболее пр меняемые способы улучшения свойств битума. В качестве перспективных модификаторов рассмотрены добавки на основе технического углерода. Для исследования влияния углеродных добавок разл чной д сперсности и свойств подобран состав асфальтобетонной смеси и

определены основные свойства. Установлено, что введение мелкодисперсного технического углерода ухудшает свойства асфальтобетона. Сделан вывод, что введение сортового технического углерода не пр вод т к существенному изменению прочности исходного асфальтобетона.

Ключевые слова: б тум, мод фикаторы, технический углерод, экспериментальные данные.

RESEARCH OF MODIFIED ASPHALT CONCRETE

K.V. Belyaev, student gr. СМ-17МА1

Federal State Budget Educational Institution of Higher Education

«The Siberian State Automobile and Highway University», Omsk, Russia

Abstract. The article deals with the main causes of premature destruction of asphalt concrete coatings – aging and low quality of produced bitumen. Are the most used ways of improving the properties of bitumen. As promising modifiers considered additives based on carbon black. To study the effect of carbon additives of different dispersion and properties, the composition of asphalt concrete mixture was selected and the main properties were determined. It was found that the introduction of fine carbon black deteriorates the properties of asphalt. It is concluded that the introduction of high-grade carbon black does not lead to a

significant change in the strength of the original asphalt.

Keywords: bitumen, modifiers, carbon black, experimental data.

Введение

Российская Федерация является одним из самых больших государств на планете. Развитость сети

автомобильных дорог оказывает решающее значение на социально-экономические, военностратегические и др. аспекты развития государства. Большая протяжённость дорог требует громадных затрат на их строительство и содержание. В таких условиях, необоснованное уменьшение срока службы приводит к значительным потерям ресурсов, затраченных на строительство.

Одним из факторов, оказывающих большое влияние на долговечность автомобильных дорог

является качество асфальтобетонных покрытий. Важнейшим компонентом асфальтобетона, определяющим многие его показатели, является вяжущий материал – битум [1, 2].

В нашей стране применяются преимущественно окисленные битумы, для которых характерны низкая долговечность и температурная устойчивость [3]. Изначально низкий ресурс срока службы вяжущих создаёт серьёзные проблемы в дорожной отрасли, снижая долговечность построенных автомобильных дорог и требует новых, перспективных подходов к улучшению свойств битумов с учётом современного уровня развития науки.

Наблюдения за состоянием асфальтобетонных покрытий показывают, что в последние десятилетия их срок службы значительно сократился [3]. Восстановить баланс между возросшей нагрузкой на дороги, и качеством производимого битума можно с помощью улучшения свойств битумов. Для этого необходимо создать такую структуру вяжущего материала, которая будет более устойчива к внешним нагрузкам и более долговечна (обладать меньшей склонностью к старению).

Основная часть

Улучшение свойств битумов производится по двум основным направлениям – компаундирование, на стадии производства, и, модификация на стадии выпуска товарной продукции [4, 5].

223

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ

Сборник материалов III Международнойнаучно практической конференции

Компаундирование представляет собой вторичный процесс переработки битумов, который производят чаще всего на нефтеперерабатывающих заводах.

Модифицированными называют битумы, улучшенные добавками определенных веществ (полимерами, резиновой крошкой, серой, адгезионными добавками и др.). Цель модификации заключается не только в соответствии битума требованиям ГОСТ, но и в улучшении его свойств путём снижения температурной чувствительности вяжущего, т.е. увеличение его твердости летом и уменьшение зимой, а также придание вяжущему эластичности – способности к обратимым деформациям во всем диапазоне эксплуатационных температур. В результате модификации вяжущего, асфальтобетон приобретает повышенную сдвигоустойчивость, низкотемпературную

трещиностойкость и усталостную долговечность.

СибАДИмодифицированного техническим углеродом различного размера свойств на свойства асфальтобетонной смеси

Для модифицирования битумов применяют самые различные модификаторы: разжижающие,

пластифицирующие, структурирующе-пластифицирующие, адгезионные, адгезионноструктурирующ е, структур рующ е, эмульгаторы и т.д.

ущественным недостатком многих модификаторов является технология их введения, требующая

длительного перемеш ван я при высокой температуре (1,5…2 часа при температуре 140-160 С). Применяемые мод ф каторы отл чаются между собой составом, размером и механизмом действия. Некоторые добавки существенно отличаются по своему химическому составу от битума – например, добавки золя г дроок си железа [6].

позиции закона сродства структур материалов [7], модификатор по своему составу должен быть

близок к составу б тума, а с поз ции улучшения свойств должен обладать сходными размерами с компонентами б тума в на ольшей степени определяющими свойства. Материалом, удовлетворяющ м эт м сложным тре ованиям, является технический углерод (ТУ).

Техническ й углерод представляет со ой тонкодисперсное порошкообразное вещество,

состоящее з углерода, получаемого сжиганием или термическим разложением газообразных или жидких углеводородов. Ус л вающее свойство техуглерода зависит от размера, формы и химии поверхности его част ц [8].

С помощью рентгеновского анализа установлено, что структурными элементами частиц технического углерода являются плоские решетки. Эти решетки состоят из шестичленных углеродных циклов (аналогичных бензольным по расположению углеродных атомов). Атомы углерода образуют слои сконденсированных кольцео разных систем, с межатомным расстоянием 0,142 нм. Эти слои (решётки) располагаются параллельно на строго определённом расстоянии 0,365 нм. Частицы технического углерода представляют со ой сферические глобулы, и обладают большой удельной

поверхностью.

При рассмотрении структуры итума, его состав делят на группы (асфальтены, смолы и масла), из которых образуются молекулярные ассоциаты, также называемые самостоятельными структурными единицами (ССЕ). К наиболее крупным ССЕ относят асфальтены. Количество, размер и степень взаимодействия ассоциатов определяют прочность и реологические свойства вяжущего. Рентгеновскими исследованиями установлено, что в нефтепродуктах присутствуют частицы размером

от 2,3 до 12нм [9].

Таким образом, частицы технического углерода обладают размерностью, относительно близкой к

размерам асфальтенов.

Исходя из этого, в работе была поставлена цель исследовать влияние вяжущего,

Характеристика исходных материалов

Для проведения исследований была выбрана: плотная горячая смесь типа Б – малощебенистая мелкозернистая смесь (далее смесь типа Б).

В качестве исходного использовался битум марки БНД 90/130 производства АО «Газпромнефть - Омский НПЗ». Перед модификацией битум был проверен на соответствие требованиям ГОСТ 33133– 2014. Результаты испытаний приведены в таблице 1.

В качестве добавки в работе использовали печной ТУ марки N375, произведенный на предприятии ОАО «Омсктехуглерод», и активированные образцы №41с и №42с, полученные на основе марки №375 и предоставленные разработчиками этих добавок Баклановой О.Н. и Княжевой О.А. – работниками института проблем переработки углеводородов СО РАН г. Омск [10] . Характеристики приведены в таблице 2. Активацию добавок проводили механическим путём на планетарной мельнице [10]. В результате помола на поверхности углерода добавки №41с увеличилось количество кислородсодержащих групп до 0,34 мэкв/г. Добавка №42с предоставлена с увеличенной длиной углеродной цепи.

Модификацию битума проводили следующим образом [11]. В металлический стакан загружали

определённый объём битума и нагревали его до температуры 120-140 С. Когда битум расплавлялся, в него добавляли необходимый объём технического углерода, и миксером перемешивали в течение 40 мин. После этого определяли основные характеристики по ГОСТ 33133–2014 .

224

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно строительного комплекса

активированный м неральный порошок марки МП-1, изготовленный ООО «Стройсервис», г.Омск, по ГОСТ Р52129-2003. Для крупного заполнителя в работе использовали гранитный щебень, соответствующий требованиям ГОСТ 8267-93. В качестве мелкого заполнителя в работе использовали песок из отсевов дро ления плотных горных пород, полученный при производстве щебня из порфирита «Тимофеевского» месторождения, Челябинская область, г.Коркино. Проверка песка показала, что он полностью соответствует требованиям ГОСТ 31424-2010.

На основании результатов проведённого рассева минеральных компонентов, по методике [12] был подобран состав асфальто етонной смеси (та л. 3). График зернового состава приведён на рисунке. Содержание битума в смеси составляет 4,5%.

Таблица 3 – Зерновой состав асфальтобетонной смеси

225

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ

Сборник материалов III Международнойнаучно практической конференции

битума ТУ №375 так же соответствует требованиям ГОСТ 9128-2013, но прочность при сжатии, при

температуре 50 С ниже чем у исходного асфальтобетона на 16 %.

3.Прочность образцов, изготовленных на органическом вяжущем марки БНД 70/100 в количестве 4,5% + 0,3% от массы битума ТУ №41с, а также образцы на органическом вяжущем марки БНД 70/100 в количестве 4,5% + 0,3% от массы битума ТУ №42с обладают прочностью как и образцы на исходном битуме, но показатели водостойкости меньше требуемых ГОСТ 9128-2013.

Заключение

1. Испытания асфальтобетона с тремя добавками показали, что две из них – добавки №41с и №42с ухудшили показатели асфальтобетона по водостойкости.

226

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно строительного комплекса

2. После введения добавки марки №375 асфальтобетон соответствует требованиям ГОСТ 91282013, но заметного улучшения прочностных свойств не наблюдается.

Очевидно, для полноценного выявления влияния технического углерода необходимо проверить его влияние на старение битума и долговечность асфальтобетона, поскольку технический углерод в шинной промышленности часто применяется как ингибитор старения изделий.

Библиографический список

физико-механ ческ е свойства рез н : автореферат дис. ... кандидата технических наук : 05.17.06 : защищена 24.12.2007 / Корнев Юр й В тальев ч. – Москва, 2007. – 23 с.

практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных. Министерство образования и науки Российской Федерации; Правительство Омской о ласти; Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет ( ). – Омск, 2018. – С. 416-422.

12. Рыбьев, И.А. Строительное материаловедение: учеб. пособие / И. . Рыбьев. – М.: Высшая школа, 2003. – 701 с.

Научный руководитель – Чулкова Ирина Львовна (Россия, г. Омск) – доктор технических наук, директор «Инженерно-строительного института» ФГБОУ ВО «СибА И»

227