Учебники 80379

Химия, физика и механика материалов № 3 (18), 2018

ния модифицирующих добавок на основе гелеобразных дисперсий углеродных наноматериалов на свойства строительных композитов // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. 2012. № 4. С. 15-23.

11.Артамонова О.В. Синтез наномодифицирующих добавок для технологии строительных композитов. Воронеж: Воронежский ГАСУ, 2016. 100 с.

12.Zapata L.E., Portela G., Suárez O.M. et al. Rheological performance and compressive strength of superplasticized cementitious mixtures with micro/nanoSiO2 additions // Construction and Building Materials. 2013. V. 41. P. 708-716.

13.Nanocyl [Электронный ресурс] / http://www.nanocyl.com (дата обращения 20.04.15)

14.Чернышов Е.М., Славчева Г.С., Артамонова О.В. Управление реологическими и конструкционными свойствами цементного камня при наномодифицировании // Нанотехнологии в строительстве: научный интернетжурнал. 2016. Т. 8. № 6. С. 87-101.

References

1.Artamonova O.V., Chernyshov E.M. [Concepts and foundations of technologies for nanomodifying structures of building composites. Part 1: general problems of fundamentality, the main directions of research and development]. Stroitel'nye materialy [Building materials]. 2013. no. 9. P. 82-90 (in Russian).

2.Makridin N.I., Maksimova I.N., Ovsyukova Y.V. [Long-term strength of the modified structure of cement stone. Part 1]. Stroitel'nye materialy [Building Materials]. 2010. no. 10. P. 74-77 (in Russian).

3.Singh N.B., Meenu K., Saxena S.K. Nanoscience of Cement and Concrete // Materials Today: Proceedings. 2017. V. 4. P. 5478-5487. doi: 10.1016/j.matpr.2017.06.003

4.Reches Y. Nanoparticles as concrete additives: Review and perspectives

//Construction and Building Materials. 2018. V. 175. P. 483-495. doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.04.214

11

Химия, физика и механика материалов № 3 (18), 2018

5.Lukuttsova N.P., Matveeva Y. G. [The role of microand nanodispersed additives in the structure formation of fine-grained concrete]. Tekhnologii betonov [Technology of concrete]. 2013. no. 10. P. 40-41. (in Russian).

6.Gowda R., H Narendra H., Nagabushan B.M. et al. Investigation of nanoalumina on the effect of durability and microstructural properties of the cement mortar // Materials Today: Proceedings. 2017. V. 4. P. 12191-12197. doi.org/10.1016/j.matpr.2017.09.149

7.Artamonova O.V. [Investigation of the processes of structurization in cement systems modified with chrysotile nanotubes]. Vestnik central'nogo regional'nogo otdeleniya Rossijskoj akademii arhitektury i stroitel'nyh nauk [Bulletin of the Central Regional Branch of the Russian Academy of Architecture and Building Sciences]. 2015. № 14. P. 154-162. (in Russian).

8.Lukutcova N.P., Grebenchenko I.Y. [New kind of modifier of the concrete structure - additive based on biosiliconized nanotubes]. Stroitel'nye materialy [Building materials]. 2015. no. 11. P. 17-19. (in Russian)

9.Tolchkov Y.N., Mikhaleva Z.A, Tkachev A.G. [Modification of building materials by carbon nanotubes]. Tekhnologii betonov [Technologies of concrete]. 2012. no. 7 - 8. P. 65-66. (in Russian).

10.Tkachev A.G., Mikhaleva Z.A., Popov A.I. et al. [Investigation of the influence of modifying additives based on gel-like dispersions of carbon nanomaterials on the properties of building composites]. Nanotekhnologii v stroitel'stve: nauchnyj internet-zhurnal [Nanotechnology in construction: a scientific online magazine]. 2012. no. 4. P. 15-23. (in Russian).

11.Artamonova O. V. Sintez nanomodificiruyushchih dobavok dlya tekhnologii stroitel'nyh kompozitov [Synthesis of nanomodifying additives for building composites technology]. Voronezh, Voronezhskij GASU, 2016. 100 p. (in Russian).

12.Zapata L.E., Portela G., Suárez O.M. et al. Rheological performance and compressive strength of superplasticized cementitious mixtures with micro/nanoSiO2 additions // Construction and Building Materials. 2013. V. 41. P. 708-716.

12

Химия, физика и механика материалов № 3 (18), 2018

doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.12.025.

13.Nanocyl [Electronic resource]: http://www.nanocyl.com

14.Chernyshov E.M., Slavcheva G.S., Artamonova O.V. [Management of rheological and structural properties of cement stone under nanomodification]. Nanotekhnologii v stroitel'stve: nauchnyj internet-zhurnal [Nanotechnology in construction: a scientific online magazine]. 2016. T. 8. no. 6. P. 87-101. (in Russian).

Артамонова Ольга Владимировна – канд. хим. наук, доцент кафедры химии и химической технологии материалов Воронежского государственного технического университета Шведова Мария Александровна – инженер кафедры химии и химической технологии материалов Воронежского государственного технического университета

13

Химия, физика и механика материалов № 3 (18), 2018

УДК 625.85

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ С ПОЛИМЕРНО-БИТУМНЫМИ ВЯЖУЩИМИ

Ю.С. Корсюкова*, В.В. Корнеева

Воронежский государственный технический университет, Российская Федерация, 394006, Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84

*Адрес для переписки: Корсюкова Юлия Сергеевна, E-mail: 2010_rock_2010@mail.ru

В данной статье рассматривается одна из самых важных и острых проблем дорожного строительства в Российской Федерации – получение качественных и долговечных дорожных покрытий. Самым эффективным подходом к решению этой проблемы стал переход к новым материалам и технологиям, которые помогли улучшить качество и надежность используемых дорожных покрытий. Из всех новых материалов, используемых специалистами при дорожном строительстве, самым лучшим по качеству и надежности во всем мире был признан асфальтобетон, модифицированный полимером. Основными целями применения модифицированного полимерами битума (ПБВ) являются: понижение температурной чувствительности покрытия (увеличение жесткости дорог летом и уменьшение зимой), а также придание покрытию эластичности (способности к обратимым деформациям). Достижение данных целей позволило повысить качество, сдвигоустойчивость, трещиностойкость и долговечность дорожно-строительных материалов, применяемых при дорожном строительстве.

Ключевые слова: дорожная промышленность, асфальт, битум, полимернобитумные вяжущие, покрытие, физико-механические свойства

14

Химия, физика и механика материалов № 3 (18), 2018

© Корсюкова Ю.С., Корнеева В.В., 2018

NEW TECHNOLOGIES IN ROAD CONSTRUCTION WITH

POLYMER-BITUMEN BONDING

Yu.S. Korsyukova*, V.V. Korneeva

Voronezh State Technical University, Russian Federation, 394006, Voronezh, ul. 20-letiia Oktiabria, 84

*Corresponding author: Korsyukova Julia Sergeevna, E-mail: 2010 rock 2010@mail.ru

This article considers one of the most important and acute problems of road construction in the Russian Federation – obtaining high-quality and durable road surfaces. The most effective approach to solving this problem was the transition to new materials and technologies that helped improve the quality and reliability of the road surfaces used. Of all the new materials used by experts in road construction, the best in quality and reliability in the world was recognized asphalt concrete, modified with a polymer. The main goals of using polymer modified bitumen (PBB) are: lowering the temperature sensitivity of the coating (increasing road stiffness in summer and reducing in winter), as well as giving the coating an elasticity (the ability to reversible deformation). Achievement of these goals allowed to improve the quality, shear stability, crack resistance and durability of road building materials used in road construction.

Keywords: road industry, asphalt, bitumen, polymer-bitumen binders, coating, physical and mechanical properties

Введение. Бурное развитие дорожной промышленности в течение последних десятилетий способствовало увеличению транспортной нагрузки и возрастанию трафика, что привело к появлению многочисленных повреждений и деформаций дорожных покрытий, построенных на основе дорожных битумов. По мнению современных специалистов, применяемые органические вяжущие – дорожные битумы не отвечают нынешним требованиям дорожного строительства в РФ, так как они не трещиностойки, не имеют дос-

15

Химия, физика и механика материалов № 3 (18), 2018

таточного температурного интервала работоспособности, являются термопластами (не эластичны). Желание производить качественные битумы вынудило исследователей обратить внимание на различные битумные модификации [1]. Полимерная модификация оказалась самым популярным подходом к решению многих проблем.

Несмотря на высокую стоимость полимеров, в зарубежных странах уже давно считается довольно выгодным применение модификаторов битума в дорожном строительстве.

Результатом такой модификации является улучшение свойств вяжущих: понижается температура хрупкости (увеличивается морозостойкость дорожных покрытий), увеличивается температура размягчения (температура плавления ПБВ выше, чем у исходных битумов), увеличивается твердость дорожного покрытия (плостность битумов значительно ниже плотности ПБВ) [2]. Высокую эффективность дорожных покрытий, приготовленных на основе ПБВ, подтверждает зарубежный опыт: в Европе доля покрытий из таких асфальтобетонов составляет более 25% , а в северных штатах США этот показатель составил 50% [3].

Свойства ПБВ. Важнейшими свойствами, характерезующими качество полимерно-битумных вяжущих, являются:

•Вязкость (сопротивление перемещению внутренних слоев битума относительно друг друга). Это сновная характеристика структурномеханический свойств ПБВ, которая зависит от тепературы и группового состава битума.

•Пластичность (способность втягивания в тонкие нити под действием внешних постоянных сил). Повышается с увеличением содержания в составе битума масел, а также ростом температуры и длительности действия нагрузки.

•Температура размягчения. Определяется на приборе «кольцо и шар» («КиШ»). Температура размягчения выражается в градусах Цельсия и должна соотвествовать температуре водяной бани в стакане прибора.

16

Химия, физика и механика материалов № 3 (18), 2018

•Температура хрупкости. Используется для характеристики тепловых свойств битумов и определяется на специальном приборе Фрааса (прибор охлаждает образец битума и определяет температ уру, при которой происходит появление трещин на испытуемом образце). Чем ниже температура хрупкости – тем выше морозостойкость битума.

•Температура вспышки (температура воспламене ния паров, образующихся при нагреван ии битума). Определяется по показ анию термометра

вмомент вспышки паров. Характеризует степень огнеопасности битума.

В зависимости от к онкретных показателей данных сво йств ПБВ подразделяются на следующие марки: ПБВ 300, ПБВ 200, ПБВ 130, ПБВ 90, ПБВ 60, ПБВ 40 и по своим физико-механическим свойствам должны соответствовать требованиям и нормам, указанным в ГОСТ Р 52056-2003 (таблица) [4].

Таблица

Физико-механические свойства ПБВ

17

Химия, физика и механика материалов № 3 (18), 2018

Проанализировав данные таблицы, можно отметить, что лучшим по показателям прочности получаемого покрытия является ПБВ 40.

Приготовление и хранение. При приготовлении ПБВ используются следующие материалы: битум нефтяной дорожный одной из марок: БНД 60/90, БН 60/90, БНД 90/130, БН 90/130; растворы полимера ДСТ (дивинилстирольный термоэластопласт) в индустриальном масле разной концентрации; полимерная добавка блок-сополимер бутадиена и стирола типа СБС (в виде порошка или крошки); поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Полимерно-битумновяжущие получают в лабораторном смесителе с электрообогревом и перемешивающим устройством – пропеллерной мешалкой [5].

Хранится ПБВ при температуре (не выше 160 °С) не более одной 8-ми часовой рабочей смены. ПБВ перед применением необходимо разогреть до рабочей температуры, перемешать, проверить качество. Качество ПБВ устанавливается по стандартным методам, которые приняты для оценки свойств вязких дорожных битумов [6]. Сначала берут пробу и оценивают однородность ПБВ. Если проба однородна, то проводят дальнейшие испытания.

Заключение. По нашему мнению, типичные битумы в качестве вяжущего малопригодны для строительства дорожных покрытий из-за особых климатических условий России, так как они по своим физическим и химическим свойствам не обеспечивают требуемые эластичность, теплостойкость, адгезию и трещиностойкость. Применение ПБВ вместо битумов позволило повысить трещиностойкость всех дорожных покрытий и увеличить их срок службы в 2-3 раза, обеспечило снижение стоимости строительства автодорог на 30%, а также снизило шум на дорогах в 3-4 раза. К настоящему времени уже построено и успешно эксплуатируется более 3000 км покрытий на основе ПБВ: трассы федерального назначения «М-4 Дон», «М-11», «М-3», «М-7», «М-8».

Однако весь комплекс проблем, связанных с повышением качества и срока службы дорожных покрытий, невозможно решить только за счет применения полимерно-битумновяжущих. Данные проблемы требуют непросто-

18

Химия, физика и механика материалов № 3 (18), 2018

го подхода к их решению.

Список литературы

1.Becker Y, Mendez MP, Rodriguez Y. Polymer modified asphalt. Vision Technol 2001;9(1):39-50.

2.Беляев, П. С. К вопросу о комплексном решении проблем экологии

икачества дорожных покрытий/Беляев П.С., Маликов О.Г., Меркулов С.А., Полушкин Д.Л., Беляев В.П.//Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. 2012. № С39. С. 184-189.

3.Thomas K.P. Polyphosphoric-acid modification of asphalt binders: Impact on rheological and thermal properties / K.P. Thomas, T.F. Turner // Road Materials and Pavement Design. 2008. V. 9. No. 2. P. 181-205.

4.ГОСТ Р 52056-2003. Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блок-сополимеров типа стирол- бутадиен-стирол. М., 2003.

5.Полимерно-битумные вяжущие на основе СБС для дорожного строительства / Л.М. Гохман, Е.М. Гурарий, А.Р. Давыдова, К.И. Давыдова. М., 2002 111 с. (Автомобильное дороги: Обзорная информация / Информавтодор; Вып. 4.)

6.ГОСТ 22245–90. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические

условия.

References

1.Becker Y, Mendez MP, Rodriguez Y. Polymer modified asphalt. Vision Technol 2001; 9 (1): 39-50.

2.Belyaev, PS On the problem of the complex solution of the problems of ecology and the quality of road surfaces / Belyaev PS, Malikov OG, Merkulov SA, Polushkin DL, Belyaev VP / Questions of modern science and practice. University of. V.Vernadsky. 2012. № С39. P. 184-189.

3.Thomas K.P. Polyphosphoric acid modification of asphalt binders: Impact

19

Химия, физика и механика материалов № 3 (18), 2018

on rheological and thermal properties / K.P. Thomas, T.F. Turner // Road Materials and Pavement Design. 2008. V. 9. No. 2. P. 181-205.

4.GOST R 52056-2003. Cementing polymer-bitumen road based on block copolymers such as styrene-butadiene-styrene. M., 2003.

5.Polymer-bitumen binders based on SBS for road construction / LM. Gokhman, E.M. Gurarii, A.R. Davydova, K.I. Davydov. M., 2002. 111 p. (Road: Overview information / Informavtodor; Issue 4.)

6.GOST 22245-90. Bitumens petroleum road viscous. Technical conditions.

Корсюкова Юлия Сергеевна – студент кафедры материаловедения и физики металлов Воронежского государственного технического университета Корнеева Валерия Владиславовна – канд. техн. наук, доцент, преподаватель кафедры

химии и химической технологии материалов Воронежского государственного технического университета

20