3857

Научный журнал строительства и архитектуры

зовании в составе ЩМА остальных стабилизаторов происходит более интенсивное изменение глубины колеи до 5000 проходов колеса по следу, затем линия приобретает менее прогрессивный характер.

Причем, несмотря на то, что глубина колеи на образцах ЩМА с добавкой на основе известняка имеет меньшее значение после 20000 проходов колеса по сравнению с Viatop, при первых 10000 проходах установки она несколько больше, чем при использовании импортного аналога.

Таким образом, полученные результаты показали, что все разработанные добавки обеспечивают высокие эксплуатационные показатели асфальтобетона. Причем значения исследуемых характеристик для ЩМА на их основе не уступают значениям для ЩМА, в составе которого использовался широко известный зарубежный аналог Viatop. Среди разработанных добавок, как и следовало ожидать, лучшие результаты получены при использовании стабилизаторов на основе наполнителя из известняка и механоактивированных отходов ММС, применение которых при приготовлении щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей способствовало получению композита не только с высокими физико-механическими характеристиками, но и устойчивого к образованию колеи.

3. Расчет срока службы покрытия автомобильной дороги по критерию образова-

ния критической колейности. Для определения эффективности применяемых стабилизирующих добавок был выполнен расчет срока службы покрытия до образования критической колеи, требующей ремонта покрытия. В расчете использовалась методика, разработанная в БелДорНИИ [2].

В соответствии с этой методикой расчетный срок службы асфальтобетонного слоя до появления на нем критических деформаций может быть определен следующим образом:

где Кусл — коэффициент условий движения, для свободных условий движения принимается — 1,3; Нкр — критическая деформация (допустимая глубина колеи), для расчетов принимают 0,02 м согласно распоряжения Росавтодора № ОС-441-р от 17.05.2002; Н1 — величина пластической деформации (глубина колеи), м, после одного цикла воздействия колесной нагрузки при температуре 50 оС, определяется в соответствии с результатами испытаний на колееобразование; Ирасч — интенсивность движения по полосе расчетных автомобилей — 200 авт./сут; Т50 — количество часов в году с температурой покрытия 50 оС и выше, 190 ч/год.

Пластическую деформацию асфальтобетона после одного цикла нагружения Н1, м, определяют по формуле

где N1 — минимальное количество циклов нагружений, принимаемое при расчете, равно 4000; N2 — максимальное количество циклов нагружений, принимаемое при расчете, равно 20000; h1 — деформация образца после минимального количества циклов нагружений, мм; h2 — деформация образца после максимального количества циклов нагружений, мм.

Результаты расчетов приведены в табл. 4.

Результаты расчетов показывают, что при применении в качестве стабилизирующей добавки состава № 12, содержащего механоактивированный отход ММС, возможно продление срока службы слоя покрытия на 4 года, а при применении состава № 6 на 5 лет по сравнению с контрольным составом ЩМА на Viatop. Добавка № 9 обеспечила расчетный срок службы, сходный с контрольным составом ЩМА, добавка № 3 (без минерального порошка) снижает срок службы слоя на 1 год.

60

Таблица 4

Расчетный срок службы асфальтобетонного слоя по критерию образования критической пластической колеи

для асфальтобетонных смесей с различными стабилизирующими добавками

Наименование стабилизирующей добавки

Выводы

1.Интенсивность взаимодействия стабилизирующей добавки с битумом играет важную роль в формировании физико-механических характеристик ЩМА. Впервые установлено, что введение в состав стабилизирующей добавки активных компонентов на основе целлюлознобумажных отходов с минеральным наполнителем позволяет ей не только осуществлять функции дополнительного увеличения удельной поверхности для удерживания вяжущего в процессе транспортировки и укладки смеси, но и играть дополнительную структурообразующую роль, что дает возможность после уплотнения сформировать асфальтобетонный слой с высокими эксплуатационными показателями и надежностью.

2.Впервые произведен расчет, который показал, что использование эффективных стабилизирующих добавок в составе ЩМА позволит увеличить срок службы асфальтобетонного покрытия на 4—5 лет, что будет способствовать повышению безопасности эксплуатации транспортного сооружения, в особенности на загородных дорогах с высокими скоростями движения.

Библиографический список

1.Бойко, С. А. Разработка щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей с улучшенной удобоукладываемостью для устройства и ремонта дорожных покрытий / С. А. Бойко, Ю. И. Калгин, А. С. Строкин // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2016. — № 1 (45). — С. 74—82.

2.ДМД 02191.2.051-2012. Рекомендации по подбору составов асфальтобетонных смесей по асфальтовяжущему: введ. 01.03.2012. — Минск: БелдорНИИ, 2012. — 23 с.

3.Добрынин, А. О. Сравнение физико-механических свойств ЩМА с применением стабилизаторамодификатора «УНИРЭМ» и стабилизатора «ХРИЗОТОП» / А. О. Добрынин, В. В. Опарина // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. — 2012. — № 2. — С. 70—78.

4.Кирюхин, Г. Н. Покрытия из щебеночно-мастичного асфальтобетона / Г. Н. Кирюхин, Е. А. Смирнов. — М.: Элит, 2009. — 176 с.

5.Мухаметханов, А. М. Исследование технических свойств дорожного битума в композиции с целлюлозосодержащими стабилизирующими добавками / А. М. Мухаметханов, О. К. Нугманов, Н. А. Лебедев // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. — 2011. — № 4 (18). — С. 260—267.

6.ОДМД. Рекомендации по выявлению и устранению колей на нежестких дорожных одеждах. — М.: Росавтодор, 2002. — 112 с.

7.О модификации битумов и асфальтобетонных смесей для повышения сдвигоустойчивости асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог / Т. И. Левкович, А. И. Беляков, А. Е. Билько [и др.] // Приволжский научный вестник. — 2016. — № 1. — С. 48—53.

8.Пат. 2542010 РФ, МПК7 С04В26/26, C08L95/00. Стабилизирующая добавка для щебеночномастичной асфальтобетонной смеси / С. Н. Глаголев, В. В. Ядыкина, А. М. Гридчин [и др.]; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова». —

№2014110302/03; заявл. 18.03.2014; опубл. 20.02.2015.

9.Поздняева, Л. В. Асфальтобетонные покрытия с повышенным сроком службы / Л. В. Поздняева, А. А. Штромберг // Дороги и мосты. — 2009. — № 21. — С. 230—243.

10.Руденский, А. В. Экспертная оценка состояния асфальтобетонных покрытий / А. В. Руденский // Труды НИИМосстроя. — 2009. — № 3. — С. 11—15.

61

Научный журнал строительства и архитектуры

11. Соломенцев, А. Б. Оценка влияния стабилизирующих добавок на физико-механические показатели свойств щебеночно-мастичного асфальтобетона / А. Б. Соломенцев, И. А. Баранов // Строительство и реконструкция. — 2010. — № 5. — С. 45—51.

12. Стебаков, А. П. Щебеночно-мастичный асфальтобетон — будущее дорожных покрытий / А. П. Стебаков, Г. Н. Кирюхин, О. Б. Гопин// Строительная техника итехнологии.—2002.—№3.—С.25—29.

13.Экспериментальная оценка устойчивости асфальтобетонного покрытия к образованию колейности / В. В. Мозговой, А. Н. Онищенко, А. В. Пруткий [и др.] // Дорожная техника и технологии: каталог-справочник. — СПб: ООО «Славутич», 2010. — С. 114—128.

14.Эфа, А. К. Щебеночно-мастичный асфальтобетон теоретические основы, практика применения / А. К. Эфа, А. В. Жураускас, А. П. Акулов // Строительные материалы. — 2003. — № 1. — С. 22.

15.Ястремский, Д. А. Определение эффективности применения стабилизирующих добавок на целлюлозной основе в щебеночно-мастичных смесях / Д. А. Ястремский, Т. Н. Абайдуллина // Актуальные проблемы архитектуры, строительства, энергоэффективности и экологии — 2016: сб. материалов междунар. науч.-практ. конф.: в 3 т. Т. 1. — Тюмень: Тюменский индустриальный университет, 2016. — С. 268—273.

16.Abdelaziz, M. Fatigue Characteristics of Stone Mastic Asphalt Mix / M. Abdelaziz, R. K. Mohamed // International Journal of the Physical Sciences. — 2012. — Vol. 5 (12). — P. 1841—1847.

17.Influence of the Type of the Fiber Component of the Stabilizing Additive for Stone Mastic Asphalt Concrete on the Structure of an Organic Binder / V. V. Yadykina, A. M. Gridchin, A. I. Trautvain [et al.] // Applied Mechanics and Materials. — 2016. — Vol. 835. — P. 494—500. — DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.835.494.

18.Prowell, B. D. Virginia’s Experience with 9.5-mm Nominal-Maximum-Aggregate-Size Stone Matrix As-

phalt / B. D. Prowell, L. A. Cooley Jr, R. J. Schreck // Journal of the Transportation Research Board. — 2002. —

№1813. — P. 133—141.

19.The Influence of Stabilizing Additives on the Physico-Mechanical Properties of Stone Mastic Asphalt

Concrete / V. Yadykina, S. Tobolenko, A. Trautvain [et al.] // Procedia Engineering. — 2015. — Vol. 117. —

P.381—386.

20.Watson, D. E. Updated Review of Stone Matrix Asphalt and Superpave Projects / D. E. Watson // Journal of the Transportation Research Board. — 2003. — № 1832. — P. 217—223.

References

1.Boiko, S. A. Razrabotka shchebenochno-mastichnykh asfal'tobetonnykh smesei s uluchshennoi udoboukladyvaemost'yu dlya ustroistva i remonta dorozhnykh pokrytii / S. A. Boiko, Yu. I. Kalgin, A. S. Strokin // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2016. — № 1 (45). — S. 74—82.

2.DMD 02191.2.051-2012. Rekomendatsii po podboru sostavov asfal'tobetonnykh smesei po asfal'tovyazhushchemu: vved. 01.03.2012. — Minsk: BeldorNII, 2012. — 23 s.

3.Dobrynin, A. O. Sravnenie fiziko-mekhanicheskikh svoistv ShchMA s primeneniem stabilizatoramodifikatora «UNIREM» i stabilizatora «KhRIZOTOP» / A. O. Dobrynin, V. V. Oparina // Transport. Transportnye sooruzheniya. Ekologiya. — 2012. — № 2. — S. 70—78.

4.Kiryukhin, G. N. Pokrytiya iz shchebenochno-mastichnogo asfal'tobetona / G. N. Kiryukhin, E. A. Smirnov. — M.: Elit, 2009. — 176 s.

5.Mukhametkhanov, A. M. Issledovanie tekhnicheskikh svoistv dorozhnogo bituma v kompozitsii s tsellyulozosoderzhashchimi stabiliziruyushchimi dobavkami / A. M. Mukhametkhanov, O. K. Nugmanov, N. A. Lebedev // Izvestiya Kazanskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. — 2011. — № 4 (18). — S. 260—267.

6.ODMD. Rekomendatsii po vyyavleniyu i ustraneniyu kolei na nezhestkikh dorozhnykh odezhdakh. — M.: Rosavtodor, 2002. — 112 s.

7.O modifikatsii bitumov i asfal'tobetonnykh smesei dlya povysheniya sdvigoustoichivosti asfal'tobetonnykh pokrytii avtomobil'nykh dorog / T. I. Levkovich, A. I. Belyakov, A. E. Bil'ko [et al.] // Privolzhskii nauchnyi vestnik. — 2016. — № 1. — S. 48—53.

8.Pat. 2542010 RF, MPK7 S04V26/26, C08L95/00. Stabiliziruyushchaya dobavka dlya shchebenochnomastichnoi asfal'tobetonnoi smesi / S. N. Glagolev, V. V. Yadykina, A. M. Gridchin [et al.]; zayavitel' i

patentoobladatel' GOU VPO «Belgorodskii gosudarstvennyi tekhnologicheskii universitet im. V. G. Shukhova». —

№2014110302/03; zayavl. 18.03.2014; opubl. 20.02.2015.

9.Pozdnyaeva, L. V. Asfal'tobetonnye pokrytiya s povyshennym srokom sluzhby / L. V. Pozdnyaeva,

A.A. Shtromberg // Dorogi i mosty. — 2009. — № 21. — S. 230—243.

10.Rudenskii, A. V. Ekspertnaya otsenka sostoyaniya asfal'tobetonnykh pokrytii / A. V. Rudenskii // Trudy NIIMosstroya. — 2009. — № 3. — S. 11—15.

11.Solomentsev, A. B. Otsenka vliyaniya stabiliziruyushchikh dobavok na fiziko-mekhanicheskie pokazateli svoistv shchebenochno-mastichnogo asfal'tobetona / A. B. Solomentsev, I. A. Baranov // Stroitel'stvo i rekonstruktsiya. — 2010. — № 5. — S. 45—51.

62

V. V. Mozgovoi, A. N. Onishchenko, A. V. Prutkii [et al.] // Dorozhnaya tekhnika i tekhnologii: katalog-spravochnik. — SPb: OOO «Slavutich», 2010. — S. 114—128.

14. Efa, A. K. Shchebenochno-mastichnyi asfal'tobeton teoreticheskie osnovy, praktika primeneniya /

A.K. Efa, A. V. Zhurauskas, A. P. Akulov // Stroitel'nye materialy. — 2003. — № 1. — S. 22.

15.Yastremskii, D. A. Opredelenie effektivnosti primeneniya stabiliziruyushchikh dobavok na tsellyuloznoi osnove v shchebenochno-mastichnykh smesyakh / D. A. Yastremskii, T. N. Abaidullina // Aktual'nye problemy arkhitektury, stroitel'stva, energoeffektivnosti i ekologii — 2016: sb. materialov mezhdunar. nauch.-prakt. konf.: v 3 t. T. 1. —Tyumen': Tyumenskii industrial'nyi universitet, 2016. — S. 268—273.

16.Abdelaziz, M. Fatigue Characteristics of Stone Mastic Asphalt Mix / M. Abdelaziz, R. K. Mohamed // International Journal of the Physical Sciences. — 2012. — Vol. 5 (12). — P. 1841—1847.

17.Influence of the Type of the Fiber Component of the Stabilizing Additive for Stone Mastic Asphalt Concrete on the Structure of an Organic Binder / V. V. Yadykina, A. M. Gridchin, A. I. Trautvain [et al.] // Applied Mechanics and Materials. — 2016. — Vol. 835. — P. 494—500. — DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.835.494.

18.Prowell, B. D. Virginia’s Experience with 9.5-mm Nominal-Maximum-Aggregate-Size Stone Matrix As-

phalt / B. D. Prowell, L. A. Cooley Jr, R. J. Schreck // Journal of the Transportation Research Board. — 2002. —

№1813. — P. 133—141.

19.The Influence of Stabilizing Additives on the Physico-Mechanical Properties of Stone Mastic Asphalt Concrete / V. Yadykina, S. Tobolenko, A. Trautvain [et al.] // Procedia Engineering. — 2015. — Vol. 117. — P. 381—386.

20.Watson, D. E. Updated Review of Stone Matrix Asphalt and Superpave Projects / D. E. Watson // Journal of the Transportation Research Board. — 2003. — № 1832. — P. 217—223.

IMPROVING THE OPERATIONAL RELIABILITY OF ROAD PAVEMENTS USING MODIFIED COMPONENTS IN STONE MASTIC ASPHALT MIXES

V. V. Yadykina 1, A. E. Akimov 2, S. S. Tobolenko 3

Belgorod State Technological University Named after V. G. Schukhov 1, 2, 3

Russia, Belgorod

1D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Highways and Railways, tel.: (4722)54-90-44, e-mail: vvya@intbel.ru

2PhD in Engineering, Research engineer of the Center of High Technologies, tel.: +7(915)570-63-18,

e-mail: akimov548@gmail.com

3 Engineer of the Dept. of Highways and Railways, tel.: +7(952)437-14-04, e-mail: tobolenko-ss@yandex.ru

Statement of the problem. Asphalt concrete pavement is the most important element of the road, which provides a given level of traffic safety and other transport and operational parameters. Plastic deformations are the most serious defects that can lead to coating failure. Therefore, when selecting the components of a stone mastic mix, besides the technical requirements established bythe normative guidelines, the main criterion should be the maximum service life of a coating prior to critical deformations on it.

Results. To research the durability of the pavement, compositions of macadam-mastic asphalt concrete mixes with various stabilizing additives were chosen: «Viatop-66» in the control mix, cellulose paper waste with organic binder and mineral filler from limestone, cellulose paper waste with organic binder and mineral filler from waste magnet separation with and without activation. It was established that the use of pulp and paper fiber with mineral filler from limestone and mechanically activated wet magnetic separation filler as a stabilizing additive leads to a decrease in the plastic gauge in comparison with the control sample.

Сonclusion. The research results showed the possibility of increasing the service life of the road pavement by the criterion of plastic strain accumulation when using a stabilizing additive based on cellulosepaper fiber with mineral filler in comparison with the traditional composition.

Keywords: stabilizing additives, stone-mastic asphalt, wheel tracking damage, plastic deformation, service life of road pavement.

63

Научный журнал строительства и архитектуры

DOI 10.25987/VSTU.2019.53.1.006

УДК 691.168

ОЦЕНКА ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ДОБАВОК РАЗРАБОТАННЫХ СОСТАВОВ*

В. В. Ядыкина 1, А. И. Траутваин 2, С. С. Тоболенко 3

Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова 1, 2, 3 Россия, г. Белгород

1Д-р техн. наук, проф. кафедры автомобильных и железных дорог, тел.: (4722)54-90-44, e-mail: vvya@intbel.ru

2Канд. техн. наук, доц. кафедры автомобильных и железных дорог,

тел.: (4722)54-90-44, e-mail: trautvain@bk.ru

3 Инженер кафедры автомобильных и железных дорог, тел.: +7-952-437-14-04, e-mail: tobolenko-ss@yandex.ru

Постановка задачи. Значительное влияние на срок службы дорожных покрытий оказывают по- годно-климатические факторы. Однако влияние стабилизирующих добавок для щебеночномастичного асфальтобетона на изменение его физико-механических характеристик под воздействием этих факторов практически не исследовано.

Результаты. Установлено, что наиболее стоек к воздействию погодно-климатических факторов щебеночно-мастичный асфальтобетон с использованием разработанного стабилизатора на основе целлюлозно-бумажных отходов из картона и механоактивированных отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, а также Viatop-66. Сдвигоустойчивость щебеночно-мастичного асфальтобетона после 1 года и 3-х лет моделирования воздействия погодно-климатических факторов с использованием добавки указанного оптимального состава превышает результаты композита на основе традиционной добавки Viatop-66. Максимальное падение водостойкости зафиксировано при введении в состав щебеночно-мастичного асфальтобетона стабилизатора на основе тонкодисперсного порошка из отходов мокрой магнитной сепарации в стабильном состоянии, а изменение этого показателя после 5 лет воздействия погодно-климатических факторов, имитируемых в камере «Фойтрон», для образцов с механоактивированным отходом мокрой магнитной сепарации и известняком значительно меньше, чем при использовании импортной добавки Viatop-66.

Выводы. Результаты исследований свидетельствуют о высокой стойкости композита с использованием стабилизирующих добавок, в состав которых вводили наполнитель из известняка и активированных отходов мокрой магнитной сепарации, к воздействию природных факторов, что объясняется интенсивным взаимодействием компонентов битума с их поверхностью. Изменение характеристик щебеночно-мастичного асфальтобетона под влиянием погодно-климатических факторов может служить критерием оценки долговечности покрытия.

Ключевые слова: стабилизирующие добавки, щебеночно-мастичный асфальтобетон, погодно-климатические факторы, эксплуатационные характеристики, минеральный порошок.

Введение. Щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА), как и обычный асфальтобетон, в процессе работы в дорожных покрытиях подвергается воздействию комплекса атмосферных факторов и во времени изменяет свои свойства. Долговечность ЩМА в значительной степени зависит от скорости протекания процесса старения битума, что связано с потерей им вязкопластических свойств, а интенсивность самого процесса зависит от того, каким образом прогревался битум — в объеме или в пленке, покрывающей минеральные частицы.

© Ядыкина В. В., Траутваин А. И., Тоболенко С. С., 2019

*Работа выполнена в рамках программы развития опорного университета на базе БГТУ им. В. Г. Шухова. Грант № А-88/17 от 27.04.2017 «Разработка и исследование свойств энерго- и ресурсоэффективных органоминеральных композитов».

64

Причем старение на стадии эксплуатации асфальтобетонных покрытий происходит гораздо медленнее по сравнению с периодом технологических операций [3—8].

Исследованием факторов, влияющих на долговечность асфальтобетона, а также разработкой лабораторных методик их моделирования занимались многие специалисты [2—10, 13, 15, 16, 20]. Однако, несмотря на многочисленные работы в этой области, нельзя считать, что выявлены все агрессивные воздействия и полностью изучены механизмы их влияния на асфальтобетон. Более того, нет единой общепринятой методики для оценки долговечности дорожного композита.

Долговечность асфальтобетонного покрытия обусловлена способностью материала противостоять комплексному воздействию механических нагрузок, изменению температуры и влажности, влиянию ультрафиолетового и инфракрасного излучения, замораживания и оттаивания, растворов противогололедных реагентов и других эксплуатационных воздействий в течение проектного срока службы. Оценка долговечности асфальтобетона была и остается важнейшей проблемой прогнозирования его срока службы в покрытии дорожной одежды. Однако, несмотря на важность и большую значимость устойчивости асфальтобетона во времени под воздействием различных факторов, в настоящее время отсутствуют стандартизированные показатели, позволяющие оценивать эту характеристику, а испытания асфальтобетона с определением показателей, предусмотренных ГОСТ 9128-2013 на асфальтобетон, не позволяют прогнозировать долговечность асфальтобетонного покрытия. Это обусловлено тем, что долговечность дорожного асфальтобетона является комплексной характеристикой, зависящей от многих факторов, в числе которых климатические условия, параметры воздействия на покрытие нагрузок от транспортных средств, характер конструкции дорожной одежды и свойств основания, структура и особенности свойств асфальтобетонов в слое дорожного по-

крытия [2—10, 13, 15, 16, 20].

В работе [5] справедливо отмечается, что при оценке долговечности асфальтобетона необходимо выбирать такие показатели, которые характеризуют состояние дорожного покрытия при наиболее характерных причинах его разрушения. К таким основным показателям ЩМА авторы [5] относят температурную устойчивость, коррозионную стойкость, изменение свойств при длительном водонасыщении.

1. Оценка влияния погодно-климатических факторов на изменение характеристик ЩМА с использованием разработанных стабилизирующих добавок. Предшест-

вующие исследования авторов [11, 19, 21] были посвящены разработке составов стабилизирующих добавок, включающих органическое вяжущее и структурообразователь из целлю- лозно-бумажных отходов (ЦБО). В качестве органического вяжущего использовали битумную эмульсию, в качестве структурообразователя — волокна из картона, ватмана и газеты. Дополнительно стабилизатор включал наполнитель из известняка или отходов мокрой магнитной сепарации (ММС). Установлено, что по влиянию на свойства ЩМА разработанные добавки не уступают традиционному стабилизатору Viatop-66. Наибольшее положительное влияние на физико-механические характеристики ЩМА оказали стабилизирующие добавки, содержащие волокна из картона и наполнитель из отходов ММС.

Основным недостатком асфальтобетона как дорожно-строительного материала является большая зависимость его прочности и деформативных свойств от температуры и времени эксплуатации. Так, при воздействии высокой температуры и ультрафиолета связи между минеральными зернами ослабевают, что ведет к уменьшению прочности [14], на покрытии появляются сдвиговые деформации в виде волн и наплывов. Появлению этих деформаций способствует и интенсивность движения: в течение всего периода высоких температур под воздействием большой интенсивности движения происходит накопление сдвиговых деформаций.

В общей группе воздействий на первом месте по степени разрушающего влияния на асфальтобетон стоят влажностный и температурный режимы работы материала [5, 12].

65

Научный журнал строительства и архитектуры

В работе [2] рассмотрены условия эксплуатации, основные методы оценки и прогнозирования долговечности дорожных покрытий, в том числе по данным их визуального осмотра, интенсивности износа, результатам испытания битумов, путем определения структурномеханических, реологических свойств и износостойкости асфальтобетонов. Показано, что одним из эффективных при использовании в лабораторных условиях является метод прогнозирования долговечности дорожного асфальтобетона, основанный на определении соотношения показателей под воздействием погодно-климатических факторов.

Поэтому адекватным способом прогнозирования срока службы асфальтобетонных покрытий, представляющих значительный интерес для ЩМА с использованием различных стабилизирующих добавок, может являться изменение свойств под влиянием погодноклиматических факторов.

Изучение климатического воздействия, моделирующего режимы эксплуатации асфальтобетона на свойства ЩМА-15, проводилось с использованием климатической камеры «Фойтрон», в которой моделировали воздействие ультрафиолетового и инфракрасного излучений, попеременного водонасыщения и высушивания, а также замораживания и оттаивания. Методика моделирования воздействия климатических факторов на асфальтобетон, по которой осуществляли испытания, изложена в работе [15]. Имитация каждого года включала в себя 10 «летних» и 10 «зимних» циклов. «Летний» цикл состоял из водонасыщения образцов в течение 4 часов при температуре +20 оС, влажности 98 % и включенной ультрафиолетовой лампе, а также последующего высушивания при температуре +20 оС, влажности 0 % и включенных инфракрасных и ультрафиолетовых лампах. «Зимний» цикл включал в себя замораживание образцов при температуре −20 оС и включенной ультрафиолетовой подсветке и последующее оттаивание при температуре +20 оС и максимальной влажности. Оценку влияния погодно-климатических факторов проводили по изменению следующих показателей: предела прочности при сжатии при 20 ºС, коэффициента внутреннего трения tgφ, сцепления при сдвиге С и водостойкости.

Для испытаний были взяты добавки на основе минеральных наполнителей, показавшие лучшие результаты по предыдущим испытаниям. Составы стабилизирующих добавок представлены в табл. 1. Испытания проводились в течение 1 и 3 условных лет эксплуатации покрытия.

Результаты исследований по изменению прочностных показателей, представленные в табл. 2, показывают, что максимальная потеря прочности образцов асфальтобетона (20,0 % после 1 года и 42,9 % в течение 3-х лет) наблюдается при использовании добавки № 2, в состав которой входили отходы ММС в стабильном состоянии. Высокие прочностные характеристики сохранили образцы композита на основе добавки Viatop-66, а также стабилизатора № 3 с использованием отходов ММС в активированном состоянии.

Изменение сдвиговых характеристик ЩМА-15 под влиянием погодно-климатических факторов представлено в табл. 3.

Важно отметить, что сдвигоустойчивость ЩМА после 1-го и 3-х лет моделирования воздействия погодно-климатических факторов с использованием добавки, при приготовле-

66

нии которой использовали свежеизмельченные отходы ММС, превышает результаты композита на основе традиционной добавки Viatop-66. Потеря показателя сцепления при сдвиге ЩМА с использованием стабилизирующей добавки Viatop-66 составила соответственно 16,2 и 27 % через 1 и 3 условных года эксплуатации, а при использовании добавки с механоактивированными отходами ММС (добавка № 3) — 13,9 и 22,2 %. Изменение исследуемых показателей коэффициента внутреннего трения и сцепления при сдвиге через один год воздействия погодно-климатических факторов при использовании добавки № 2 в составе ЩМА составило 10,6 и 30 %, через 3 года — 12,8 и 40 % соответственно. В то время как введение в состав ЩМА добавки на основе известняка привело к падению коэффициента внутреннего трения и сцепления при сдвиге до значений несколько меньших, чем с применением Viatop-66. При этом изменения исследуемых показателей составило 5,3 и 14,3 % через 1 год воздействия погодно-климатических факторов и 7,4 и 20 % после 3-х лет эксплуатации соответственно.

Как видно из представленных данных, показатель сцепления при сдвиге подвержен наибольшему воздействию климатических факторов. Исходя из этого можно предположить, что стабилизирующая добавка оказывает наибольшее влияние на данный показатель, а по его изменению можно косвенно судить о целесообразности использования стабилизатора в составе ЩМА.

Исходя из полученных данных можно заключить, что наиболее стоек к воздействию погодно-климатических факторов ЩМА с использованием разработанного стабилизатора на основе активированных отходов ММС, а также Viatop-66. Высокая стойкость ЩМА с использованием указанных стабилизирующих добавок объясняется их интенсивным структурирующим воздействием на компоненты битума [18, 23]. Поэтому в результате воздействия на ЩМА различных факторов (высокой температуры, влажности, ультрафиолетовых лучей, имитируемых в климатической камере) не происходит активного старения органического вяжущего, изменение свойств которого способно оказать существенное влияние на физикомеханические характеристики асфальтобетона.

67

Научный журнал строительства и архитектуры

2. Оценка водостойкости при длительном водонасыщении ЩМА с использованием разработанных стабилизирующих добавок. Важнейшим свойством ЩМА, предопределяющим долговечность этого материала, является устойчивость его структуры к условиям изменяющегося влажностного и температурного режимов. Подобно большинству других пористых материалов, ЩМА разрушается, главным образом при длительном увлажнении [12]. Молекулы воды способны проникать в микротрещины дорожного композита и в условиях длительного воздействия и недостаточного сцепления между органическим вяжущим и минеральным материалом смещать битумную пленку с поверхности минерального материала. В результате этого будет происходить разрушение структурных связей материала, а следовательно, и разрушение асфальтобетонного покрытия, характеризующееся появлением выбоин и шелушения. Водостойкость асфальтобетона, под которой понимают его сопротивление разрушению под действием нагрузки в водонасыщенном состоянии, является свойством, непосредственно отражающим его структуру [1, 22]. В связи с этим изменение данного показателя позволит также произвести оценку долговечности ЩМА с использованием добавок разработанных составов.

Водостойкость ЩМА-15, а также ее изменение через 1—5 лет моделирования воздействия погодно-климатических факторов представлены на рис. 1—2.

Как видно из результатов исследований, водостойкость максимальна у образцов ЩМА с использованием добавок Viatop-66 и № 3, ее значение составило 0,95 и 0,93 соответственно.

Результаты исследований влияния погодно-климатических факторов на свойства композита свидетельствуют о высокой стойкости ЩМА с использованием добавок, в состав которых вводили наполнитель из известняка и активированных отходов ММС, что объясняется интенсивным взаимодействием компонентов битума с поверхностью волокна и наполнителей. Так, водостойкость щебеночно-мастичного композита с использованием этих добавок изменилась на 3 % через 1 год, 5—6 % через 2 года, 8—9 % через 3 года и 10—11 % в течение 4—5 лет моделирования процессов воздействия климатических факторов, обусловливающих ускоренное старение вяжущего.

68

№3 №1 Viatop-66 №2

Рис. 2. Изменение водостойкости ЩМА-15 через 1—5 лет моделирования процесса воздействия погодно-климатических факторов

Применение добавки Viatop-66 в составе композита способствовало изменению исследуемого параметра на 5, 8, 11, 13 и 15 % за 5-летний период моделирования процесса соответственно. Максимальное падение водостойкости до значения, равного 0,77, зафиксировано при введении в состав стабилизатора тонкодисперсного порошка из отходов ММС в стабильном состоянии, а изменение после 5 лет воздействия погодно-климатических факторов, имитируемых в камере «Фойтрон», относительно исходного значения составило 15 %, как и в случае применения импортной добавки Viatop-66.

Выводы

1.Экспериментально доказана эффективность использования разработанных нами стабилизирующих добавок из целлюлозно-бумажных отходов и минеральных наполнителей, особенно механоактивированного минерального порошка из отходов ММС.

2.Впервые установлено, что композит на основе трехкомпонентной стабилизирующей добавки, при приготовлении которой использовали свежеизмельченные отходы ММС, будет максимально устойчив к воздействию воды и погодно-климатических факторов.

3.Установлено, что наибольшее воздействие погодно-климатические факторы оказывают на показатель сцепления при сдвиге, поэтому по его изменению можно судить о долговечности асфальтобетонного покрытия.

Библиографический список

1. Асфальтовый бетон повышенной водо- и морозостойкости / А. И. Чернышов, А. А. Алексеев, Д. И. Мокшин [и др.] // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. — 2016. — № 1 (54). — С. 180—189.

2.Баринов, Е. Н. Оценка и прогнозирование долговечности дорожных асфальтобетонных покрытий / Е. Н. Баринов. — СПб: Изд-во Санкт-Петербургского инженерно-строительного института, 1993. — 54 с.

3.Горелышева, Л. А. Исследование степени влияния физико-механических свойств исходных компонентов на усталостную долговечность асфальтобетона / Л. А. Горелышева // Дороги и мосты. — 2007. —

№2 (18). — С. 191—201.

69