Эффективные асфальтобетоны на основе эффузивных горных пород

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Эффективные асфальтобетоны на основе эффузивных горных пород

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Подрез Галина Алексеевна

Улан-Удэ

2011

Работа выполнена в Восточно-Сибирском государственном технологическом университете.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Битуев Александр Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

академик РААСН

Магдеев Усман Хасанович

кандидат технических наук, доцент

Марактаев Константин Максимович

Ведущая организация: ОАО «ИркутскгипродорНИИ» , г.Иркутск

Защита состоится « 16 « сентября 2011 г. в 11.30 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.039.01 при Восточно-Сибирском государственном технологическом университете по адресу: 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40 В, зал Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Восточно-Сибирского государственного технологического университета.

Автореферат разослан «15 « августа 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Урханова Л.А.

Актуальность работы. В современных условиях строительства автомобильных дорог актуальными проблемами являются повышение качества дорожных покрытий, разработка и внедрение новых технологий, создание новых, отвечающих современным требованиям, асфальтобетонов с повышенными сдвигоустойчивостью, термостабильностью и трещиностойкостью, малыми плотностью и весом, низкой теплопроводностью, обеспечивающих высокие эксплуатационные характеристики покрытий федеральных, региональных и местных автомобильных дорог.

Большой проблемой также является плохое состояние, либо отсутствие сельских автомобильных дорог. В настоящее время разрабатывается программа «Развитие сельских дорог Российской Федерации». Для реализации программы необходимо будет, как строительство новых, так и ремонт существующих сельских автомобильных дорог. Понадобятся недорогие эффективные местные материалы для устройства покрытий на них.

Актуальным также является получение и применение легких и эффективных материалов для покрытий мостов. Во-первых будет значительно снижена нагрузка на мостовое сооружение, во-вторых, в условиях резко-континентального климата, когда на мостах в зимний период образуется ледяной слой в результате повышенной влажности воздуха от испарения рек снизу и низких температур сверху, слой асфальтобетона на пористых заполнителях будет играть роль теплоизолирующей прослойки.

Перспективным направлением в производстве материалов, отвечающих вышеизложенным требованиям, является возможность применения горячих легких асфальтобетонных смесей с заполнителями из местных пористых горных пород - вулканических туфов.

Цель работы. Целью настоящей работы является разработка составов и технологии приготовления асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов с повышенными показателями деформативности и термостабильности за счет использования пористых заполнителей из туфов и путем управления процессами структурообразования битумных связующих для повышения долговечности асфальтобетонов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. На основании анализа отечественной и зарубежной научно-технической и патентной литературы выявить особенности процессов структурообразования асфальтобетонов с включением пористых заполнителей, обеспечивающих высокие показатели физико-механических и эксплуатационных свойств.

2. Выявить закономерности влияния зернового состава пористых минеральных заполнителей и наполнителей, содержания и марки битума на прочностные показатели, теплостойкость, водостойкость и морозостойкость асфальтобетонов.

3.Исследовать физико-механические и реологические свойства горячих асфальтобетонов на основе туфов, выявить особенности таких асфальтобетонов

4. Получить экспериментальную математическую модель влияния рецептурных и технологических факторов на термостабильность асфальтобетона с пористыми заполнителями из туфа.

5. Провести технико-экономическое обоснование применения пористых заполнителей из туфа для производства асфальтобетонных смесей.

6. Подготовить нормативно-техническую документацию для внедрения в производство результатов работы.

Научная новизна работы.

- определена возможность применения пористых горных пород - вулканических туфов при производстве асфальтобетонных смесей для устройства покрытий и оснований на автомобильных дорогах ЙIЙ и IV технических категорий в I - ЙV дорожно-климатических зонах, а также для устройства оснований на дорогах II технической категории в этих зонах;

- установлены процессы структурообразования асфальтобетона при использовании пористых заполнителей из туфа, связанные с их высокой адсорбционной активностью по отношению к битуму;

- обосновано повышение термостабильности, деформативности и трещиностойкости асфальтобетона при использовании в его составе низкомодульных заполнителей из туфа;

- получены математические модели, учитывающие влияние рецептурных и технологических факторов (содержания битума в смеси, величины уплотняющей нагрузки, пенетрации битума, температуры смеси при уплотнении, длительности действия уплотняющей нагрузки, содержания минерального порошка в асфальтобетонной смеси) на свойства асфальтобетона.

Практическая значимость работы.

Разработаны рациональные составы и технология приготовления асфальтобетонных смесей на пористых заполнителях из вулканического туфа. дорожный покрытие асфальтобетон автомобильный

На АБЗ ООО «Ока» (Республика Бурятия) были выпущены две опытно-промышленные партии асфальтобетонных смесей на битуме марки БНД 90/130 с пористым заполнителем (вулканическим туфом).

Опытно-промышленные партии асфальтобетонных смесей были использованы ООО «Ока» на автомобильной дороге Култук-Монды (Республика Бурятия).

Расчетный экономический эффект от снижения себестоимости 100 м2 покрытия из асфальтобетонной смеси на основе туфов в сравнении с асфальтобетонной смесью на плотном заполнителе в ценах 2010 года составил 6360,76 руб. Ожидаемый годовой экономический эффект от изменения себестоимости асфальтобетонной смеси, при устройстве нижнего слоя покрытия в объеме 62,0 тыс.м2, составил 3943,67 тыс.руб.

Теоретические положения и результаты экспериментальных исследований используются в учебном процессе Восточно-Сибирского государственного технологического университета при подготовке специалистов и бакалавров по специальности «Автомобильные дороги и аэродромы».

Автор защищает:

- теоретическое и экспериментальное обоснование применения местных пористых горных пород в качестве заполнителя в асфальтобетонных смесях;

- влияние рецептурных и технологических факторов на технические свойства асфальтобетонов на пористых заполнителях;

- влияние пористых заполнителей на реологические и деформативные свойства асфальтобетонов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на следующих конференциях и семинарах:

- Республиканская научно-практическая конференция «Новые технологии в дорожном строительстве Республики Бурятия» (ФГУ «Управление федеральных автомобильных дорог на территории Республики Бурятия ФДА», г.Улан-Удэ, 2007г.)

- Международная научно-практическая конференция «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» (Белгородский государственный технологический университет, г.Белгород, 2007г.)

- Первая всероссийская научно-практическая конференция «Современные проблемы строительства и жизнеобеспечения: безопасность, качество, энерго- и ресурсосбережение» (Якутский государственный университет, г.Якутск, 2008г.)

- Международная научно-практическая конференция «Строительный комплекс России: наука, образование, практика» (Восточно-Сибирский государственный технологический университет, г.Улан-Удэ, 2008г.)

- Республиканская научно-практическая конференция «Устройство дорожных покрытий по новым технологиям» (ФГУ «Управление федеральных автомобильных дорог на территории Республики Бурятия ФДА», г.Улан-Удэ, 2009г.)

- Всероссийская научно-техническая конференция «ДОР-СМ: материалы для дорожного строительства» (Издательство журнала «Строительные материалы», г.Москва, 2009г.).

- Международная научно-практическая конференция «Строительный комплекс России: наука, образование, практика» (Восточно-Сибирский государственный технологический университет, г.Улан-Удэ, 2011г.)

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 10 научных статьях, в том числе 2 статьи опубликованы в изданиях, определенных ВАК РФ («Строительные материалы»).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из 5 глав, основных выводов, списка литературы, включающего 111 наименований, содержит 159 страниц текста, 41 рисунок, 40 таблиц и 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследования, сформулированы цель и задачи исследования, показана его научная и практическая значимость.

В первой главе представлен аналитический обзор научно-технической и патентной литературы о пористых материалах, применяемых при производстве асфальтобетонных и битумоминеральных смесей, представлены теоретические предпосылки повышения эффективности асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов на пористых заполнителях.

Основные положения о применении, проектировании и технологии укладки асфальтобетонных смесей на пористых заполнителях отражены в работах отечественных и зарубежных ученых - С.Г.Бахрах, А.М.Богуславского, О.А.Борисенко, Ю.Г.Борисенко, А.Л.Гезенцвея, Н.В.Горелышева, К.Джордан, И.З.Духовного, И.В.Королева, Т.В.Литвиновой, Б.Г.Печеного, В.С.Прокопца, Г.М.Погребинского, И.А.Рыбьева, С.И.Самодурова, Ю.В.Соколова и др.

На основании обобщенного материала по применению пористых заполнителей в асфальтобетонных смесях можно сделать вывод, что такие асфальтобетоны по сравнению с асфальтобетонами на плотных заполнителях обладают повышенными термостабильностью, трещиностойкостью, малыми плотностью и весом, низкой теплопроводностью, обеспечивают высокие эксплуатационные характеристики покрытию автомобильных дорог и позволяют использовать их в регионах с резко-континентальным климатом. Большое значение также имеет использование местных пористых материалов, что значительно снижает затраты на устройство асфальтобетонных покрытий.

В работах Л.Б.Гезенцвея, Б.Г.Печеного, Ю.М.Сухорукова, А.М.Богуславского, И.В.Королева и др. указывается, что асфальтобетон должен отвечать эксплуатационным требованиям, таким, как теплоустойчивость, трещиностойкость, термостабильность, водо- и морозостойкость, устойчивость против старения, износоустойчивость, достаточное сцепление с автомобильными шинами. К асфальтобетонной смеси предъявляется требование - удобообрабатываемость в процессе укладки и уплотнения. Эти требования могут быть выполнены при использовании эффективных материалов, при условии придания асфальтобетону оптимальной структуры и надлежащей технологии приготовления, укладки и уплотнения асфальтобетонных смесей.

Вышеизложенные факты явились предпосылками для более глубокого теоретического и экспериментального изучения технологии приготовления, устройства асфальтобетонных покрытий, физико-механических и деформативных свойств асфальтобетонов на пористых заполнителях.

Во второй главе представлены теоретические предпосылки повышения эффективности асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов на пористых заполнителях, получена экспериментальная математическая модель влияния рецептурных и технологических факторов на термостабильность асфальтобетона с пористыми заполнителями из туфа.

В работе И.А.Рыбьева показано, что важность и необходимость проводимых исследований по изучению взаимосвязи структур заключаются в получении асфальтобетона, обладающего заданными для конкретных климатических и эксплуатационных условий свойствами. При этом должны учитываться свойства применяемых минеральных и вяжущих материалов.

Процессы структурообразования и физико-механические свойства асфальтобетона с пористым заполнителем обусловлены особенностями и свойствами щебня из туфа:

- зерна пористого заполнителя из туфа, имея шероховатую поверхность и большое количество пор различных размеров (от микро- до макропор), обладают более развитой удельной поверхностью, чем плотный заполнитель аналогичной крупности;

- за счет развитой и сложной поверхности контактной зоны «пористый щебень - битум» обеспечивается хорошее сцепление пористого заполнителя с битумом;

- зерна пористых заполнителей из туфа в силу кислого характера их поверхностей обладают существенным механическим сцеплением за счет высоко-шероховатой поверхности.

- при обработке такого материала битумом происходит избирательная фильтрация легких компонентов битума в поры каменного материала. Аккумулируя масляные фракции битума, пористый заполнитель будет в процессе эксплуатации асфальтобетона возвращать их к поверхности контактной зоны и замедлять старение битума в асфальтобетоне.

В работах Ю.Г.Борисенко, О.А.Борисенко, Л.Б.Гезенцвея показаны сорбционные процессы, происходящие при взаимодействии пористых адсорбентов с битумом. Они могут быть охарактеризованы следующим образом: асфальтены адсорбируются на поверхности минеральных частиц, смолы сорбируются в мелких порах, находящихся на поверхности минеральных зерен. Наименее поверхностно-активные и, вместе с тем, наименее вязкие компоненты битума - масла проникают по капиллярам внутрь зерен пористого заполнителя.

Следовательно, в пористом заполнителе значительное количество смол сконцентрируется в поверхностных макропорах, а часть масел, за счет избирательной диффузии, проникнет внутрь зерен. В результате происходит своеобразная модификация битума на поверхности зерен пористого заполнителя. Адсорбционные слои битума на поверхности зерен пористого заполнителя несколько обедняются смолами и маслами. Вязкость поверхностных слоев битума возрастает вследствие увеличения концентрации наиболее реакционноспособных асфальтенов и асфальтеновых кислот, что способствует образованию прочных адсорбционных связей на поверхности раздела фаз заполнитель-битум.

Значительное влияние на свойства асфальтобетона на основе пористых заполнителей оказывают рецептурные и технологические факторы. Это можно охарактеризовать некоторой зависимостью технических свойств (ТС), для конкретного состава минеральной части асфальтобетонной смеси, от следующих факторов: Х1 - содержания битума в смеси, Х2 - величины уплотняющей нагрузки, Х3 - вязкости битума, 0,1 мм, Х4 - температуры смеси в момент уплотнен.; Х5 - длительности воздействия уплотняющей нагрузки; Х6-состава минеральной части асфальтобетонной смеси.

Уровень приведенных технологических факторов в каждый момент определяет состояние данной системы. Поэтому изучение влияния технологического процесса на ТС асфальтобетона можно представить как отыскание пятифакторной зависимости вида

ТС = f(x1, x2, x3, x4, x5, х6)(1)

Поскольку найти истинный вид функции (1) представляет значительные трудности, ее следует аппроксимировать полиномом соответствующей степени. Подобную аппроксимацию наиболее эффективно осуществить методом математического планирования эксперимента. Тогда, на основании проведенных экспериментов, функцию (2), можно будет описать полиномом второй степени в виде:

ТС = b₀ + b₁ + b₂ + b₃ + b₄ + b₅ + b₆ + ….. + b₁₁х₁² + b₂₂ х₂² + b₃₃х₃² + b₄₄х₄² + b₅₅х₅², (2)

где b₀, b₁, b₂, b_3,…b₁₁ - коэффициенты полинома, найденные экспериментальным путем.

Таким образом, в выражении (2) ТС связаны функционально с основными рецептурными и технологическими факторами.

На основе изложенных в данной главе теоретических предпосылок намечена следующая программа экспериментальных исследований:

- изучить свойства исходных материалов, выбрать наиболее пригодные материалы для применения в асфальтобетонах;

- подобрать составы асфальтобетонных смесей и изучить физико-механические и деформативные свойства асфальтобетонов контрольного состава и составов, подобранных с различным содержанием эффузивных пород;

- исследовать влияние технологических факторов на физико-механические свойства получаемого асфальтобетона на пористом заполнителе;

- разработать нормативно-технические документы по подбору составов, технологии приготовления и применения асфальтобетонных смесей на пористых заполнителях из туфа;

- провести опытно-производственные работы, установить технико-экономический эффект от использования заполнителей из туфа в асфальтобетоне.

В третьей главе представлены основные результаты исследований физико-механических свойств исходных материалов, определен химический состав туфа.

В работе использовался битум марки БНД 60/90, БНД 90/130 Ангарского НПЗ, соответствующий требованиям ГОСТ 22245-90. Минеральный порошок Слюдянского месторождения соответствует ГОСТ Р 52129-2003. В качестве минеральных заполнителей при приготовлении асфальтобетонных смесей использовался гранитный щебень месторождения «Горный», песок «Заводского» месторождения, а также песок и щебень из туфа Ахаликского месторождения Тункинского района Республики Бурятия.

Туфы Ахаликского месторождения залегают в виде щебеночно-песчаной смеси. Физико-механические свойства и химический состав щебня из туфа приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Физико-механические свойства туфа

Показатель	Значения показателя щебня из туфа
Насыпная, кг/м3	929
Истинная плотность, кг/м3	2765
Средняя плотность, кг/м3	1790
Водопоглощение, %	15,09
Предел прочности при сжатии в воздушно-сухом состоянии, МПа	7,97
Предел прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии, МПа	6,87
Массовая доля пылеватых и глинистых частиц, %	0,1
Массовая доля зерен игловатой и пластинчатой формы, %	не имеет
Пористость, %	31,4
Пустотность, %	51,1
Марка щебня по дробимости в цилиндре	600
Показатель морозостойкости материала	25

Таблица 2. Химический состав туфа

SiO2	Al2O3	Fe2O3	FeO	CaO	MgO	R2O	п.п.п.
70,8	10,8	1,12	1,7	0,4	отс.	6,4	6,59

Химический состав вулканических туфов, представленный в таблице 2 свидетельствует о наличии кремнезема SiO₂ (в пределах 65-75%). Туфы относятся к кислым эффузивным горным породам.

Фазовый состав вулканических туфов по данным рентгенофазового (РФА), дифференциально-термического анализов (ДТА) и петрографии (рисунок 1) представлен минералами: диопсид, полевой шпат, гематит, гидроксиды железа.

Рисунок 1. Рентгенограмма вулканического туфа Ахаликского месторождения

Определение физико-механических свойств материалов и сравнение их с требованиями стандартов позволило установить наиболее пригодные материалы для асфальтобетонных смесей.

В четвертой главе представлены подборы асфальтобетонных смесей на пористых заполнителях из туфа, изучены их структурно-механические, реологические свойства и зависимость технических свойств (ТС) асфальтобетона от следующих факторов: содержания битума в смеси; величины уплотняющей нагрузки; вязкости исходного битума, характеризуемой пенетрацией при 25 °С; температуры смеси при уплотнении; длительности воздействия уплотняющей нагрузки; состава минеральной части асфальтобетонной смеси.

. В результате эксперимента подобрано 5 оптимальных составов асфальтобетонной смеси (таблица 3) и определены их физико-механические свойства (таблица 4). Подборы проводились по трем направлениям:

1. Использование туфа (5-15мм) в качестве щебня.

2. Использование туфа в качестве стабилизирующей добавки.

3. Использование туфа(0-5мм) в качестве песка.

Таблица 3. Составы асфальтобетонных смесей

Показатель	Содержание компонента, % по массе, в составе
	1	2	3	4	Тип В контр.	Тип Г (5)
Щебень из туфа фракции 5 - 15 мм	30	30	5	30	-	-
Песок из туфа фракции 0 - 5 мм	-	-		-	-	92
Продолжение Таблицы 3.
Щебень гранитный фракции 5 - 15 мм	-	30	48	-	36	-
Отсев от дробления гранита на щебень фракции 0 - 10 мм	30	-		-	24	-
Песок природный с МК = 1,03	30	30	40	63	30	-
Минеральный порошок	10	10	7	7	10	8
Битум марки БНД 90/130 (сверх 100 %)	8	8	5	7	6	11

Таблица 4. Физико-механические свойства асфальтобетонов

Показатель	Асфальтобетон	Требования ГОСТ 9128-2009 к а/б марки III для I дор.-клим. зоны
	1	2	3	4	В (контр.)	Г (5)	Тип В	Тип Г
Пористость минеральной части, по объему%	25,13	17,1	17,3	25,7	16,7	29,3	Не более 22
Остаточная пористость, % по объему	4,50	2,90	3,2	4,9	2,7	7,93	2,5 - 5,0
Водонасыщение, % по объему	3,87	2,18	6,37	14,8	1,86	2,89	1,5 - 4,0
Средняя плотность, кг/м3	2220	2250	2300	2010	2365	2190	Не нормируется
Предел прочности при сжатии, МПа, при температуре: 50 °С	1,45	2,3	1,5	2,0	1,3	1,8	Не менее
							0,9	1,0
20 °С	4,1	4,5	2,6	2,6	3,65	4,6	Не менее 2,0
0 °С	6,8	9,1	6,9	5,5	9,5	7,9	Не более 10,0
Характеристики сдвигоустойчивости: коэффициент трения	0,69	0,73	0,74	0,6	0,72	0,72	Не менее
							0,73	0,76
сцепление при сдвиге	0,53	0,66	0,43	0,48	0,51	0,56	Не менее
							0,36	0,32
Продолжение таблицы 4.
Коэффициент теплоустойчивости, R20/R50	2,83	1,96	1,73	1,3	2,8	2,56	Не нормируется
Коэффициент водостойкости	0,97	0,87	0,9	0,69	0,99	0,96	Не ниже 0,85
Коэффициент морозостойкости после 50 циклов	0,71	0,73	0,87	0,76	0,88	0,75	Не нормируется.
Коэффициент термостабильности R0/R50	4,9	3,96	4,6	2,75	6,79	4,4	Не нормируется
Трещиностойкость	7,1	6,1	4,3	18,7	2,6	4,0	2,5-6

Асфальтобетоны с пористым заполнителем из вулканических туфов имеют более низкие показатели прочности при 0 °С и более высокие показатели при 50°С, по сравнению с асфальтобетоном на плотном заполнителе, а значит невысокий коэффициент термостабильности R₀/R₅₀ и модуль упругости, по сравнению с асфальтобетоном контрольного состава. Это указывает, что такие асфальтобетоны имеют меньшую жесткость при отрицательных температурах, повышенную трещиностойкость, сдвигоустойчивость и термостабильность.

Проведены также исследования по определению структурирующего эффекта в битумном вяжущем после введения в него туфа (таблица 5). Основными параметрами, определяющими данный эффект являлись вязкость битума и температура размягчения. Применение туфа в качестве добавки оказывает положительное влияние на свойства битума.

Таблица 5. Изменение свойств битума.

№п/п	Наименование показателей	Смеси битума и туфа
		БНД 90/130- 100%	БНД 90/130 - 90% + туф (5-15мм) 10%	БНД 90/130 70% +туф (5-15мм) 30%
1	Глубина проникания иглы	96	88	72
2	Температура размягчения, єС	45,7	46,5	46,4
3	Индекс пенетрации	0,58	0,88	1,12
4	Марка битума по показателям	90/130	60/90	60/90

Вышеуказанные испытания показывают, что при взаимодействии битума и туфа вязкость битума повышается, а это подтверждает версию проникновения более легких компонентов битума в поры пористого заполнителя и увеличения концентрации асфальтенов и асфальтеновых кислот в свободном битуме. Пористый заполнитель будет в процессе эксплуатации асфальтобетона возвращать масла и смолы к поверхности контактной зоны и замедлять старение битума в асфальтобетоне. Также повышается температура размягчения битума, что приведет к увеличению показателя теплоустойчивости асфальтобетона.

Исследование микроструктуры асфальтобетонов типа В на пористых заполнителях из туфа (вулканического шлака) выполнено на электронном сканирующем микроскопе.

Асфальтобетонные образцы были изготовлены по двум схемам:

схема I - битум дозировали в смесь после минерального порошка (традиционная технология);

схема II - битум вводился в смесь щебня и песка до подачи минерального порошка.

Микроструктура асфальтового раствора в асфальтобетонах была изучена при увеличении в 1000, 3000 и 5000 раз. Сравнение микроструктуры асфальтовых растворов в асфальтобетонах показывает, что при изготовлении асфальтобетонной смеси по схеме I: асфальтовый раствор содержит агрегаты зерен минерального порошка, не обработанных битумом (см. рисунок 2). При изготовлении асфальтобетонной смеси по по схеме II асфальтовый раствор характеризуется более равномерным распределением битума на зернах минерального порошка (см. рисунок 3).

а) б) в)

Рисунок 2. Микроструктура асфальтобетона типа В по схеме I:

а, б, в - увеличение соответственно в 1000, 3000 и 5000 раз
а) б)	в)

Рисунок 3. Микроструктура асфальтобетона типа В по схеме II:

а, б, в - увеличение соответственно в 1000, 3000 и 5000 раз

Таким образом, электронно-микроскопические исследования позволили установить расположение зерен минеральных материалов в микроструктуре, рассмотреть структуру пористого заполнителя, определить равномерность распределения битума в асфальтовом растворе и асфальтовяжущем и толщину пленок свободного битума.

Исследование влияния рецептурных и технологических факторов на технические свойства асфальтобетона было выполнено с использованием метода математического планирования эксперимента.

В качестве функции отклика, характеризующей технические свойства асфальтобетона, был принят коэффициент термостабильности асфальтобетона:

К_т = R₀ / R₅₀ (3)

где R₀ и R₅₀ - пределы прочности асфальтобетона при сжатии, МПа, при температурах соответственно 0°С и 50°С.

На рисунках 4 - 9 показано влияние основных факторов на функцию отклика.

	Рисунок 4. Зависимость коэффициента термо-стабильности от содержания битума в смеси: 1 - с содержанием щебня из туфа; 2 - с содержанием щебня из плотных горных пород.
	Рисунок 5. Зависимость коэффициента термостабильности от величины уплотняющей нагрузки: 1 - с содержанием щебня из туфа; 2 - с содержанием щебня из плотных горных пород.
	Рисунок 6. Зависимость коэффициента термо-стабильности от пене-трации битума при 25 єС: 1 - с содержанием щебня из туфа; 2 - с содержанием щебня из плотных горных пород.
	Рисунок 7. Зависимость коэффициента термостабильности от температуры смеси при уплотнении: 1 - с содержанием щебня из туфа; 2 - с содержанием щебня из плотных горных пород.
	Рисунок 8. Зависимость коэффициента термостабильности от длительности действия уплотняющей нагрузки: 1 - с содержанием щебня из туфа; 2 - с содержанием щебня из плотных горных пород.
	Рисунок 9. Зависимость коэффициента термостабильности от содержания минерального порошка в асфальтобетонной смеси: 1 - с содержанием щебня из туфа; 2 - с содержанием щебня из плотных горных пород.

На основании графиков получены уравнения регрессии и оптимальные значения исследуемых факторов:

Таблица

Уравнение регрессии	Оптимальное значение фактора
КТ = 0,1493 Б2 - 2,5121 Б + 11,797	Б = 8,77 %
КТ = 0,0032 Ру2 - 0,2155 Ру + 5,0023	Ру= 33,6 МПа
КТ = 0,0001 П252 - 0,0291 П25 + 3,318	П25 = 145•0,1 мм
КТ = 0,0002 Т2 - 0,0472 Т + 4,3666	Т = 118 °С
КТ = 0,0002 t2 - 0,0291 t + 3,318	t = 174 с
КТ = 0,0089 МП2 - 0,1923 МП + 4,014	МП = 13,9 %

Таким образом, в результате выполненного эксперимента:

- по показателю термостабильности асфальтобетона, одного из основных показателей качественных характеристик для районов с резко-континентальным климатом, определены и оптимизированы основные рецептурные и технологические факторы;

- определено, что асфальтобетоны на основе материалов из туфа, имеют достаточно высокие показатели прочности на сжатие при 50 и 20 °С, низкие значения прочности при 0 °С, что указывает на повышенную термостабильность таких материалов. При отрицательных температурах асфальтобетоны имеют большую деформативную способность и, следовательно, повышенную трещиностойкость по сравнению с асфальтобетоном на плотных заполнителях.

- выявлено,что особенности в проектировании составов и технологии уплотнения и определения физико-механических свойств исследуемых асфальтобетонных смесей на пористых заполнителях, требуют разработки нормативно-технических документов.

В пятой главе представлены результаты опытно-промышленных испытаний, проведена оценка технико-экономической эффективности применения туфа при производстве асфальтобетонных смесей, разработаны рекомендации к опытно-производственным работам по подбору составов, технологии изготовления асфальтобетонных смесей на пористых заполнителях и строительству дорожных покрытий, составлены технические условия «Асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны на пористых заполнителях».

На АБЗ ООО «Ока» (Республика Бурятия) были выпущены две опытно-промышленные партии асфальтобетонных смесей на битуме марки БНД 90/130 с пористым заполнителем (вулканическим туфом).

Опытно-промышленные партии асфальтобетонных смесей были использованы ООО «Ока» на автомобильной дороге Култук-Монды (Республика Бурятия).

Расчетный экономический эффект от снижения себестоимости 100 м2 асфальтобетонной смеси на основе туфов в сравнении с асфальтобетонной смесью на плотном заполнителе в ценах 2010 года составил 7360,76 руб. Ожидаемый годовой экономический эффект от изменения себестоимости асфальтобетонной смеси (при годовом объеме 62,0 тыс.м2 составил 3943,67 тыс.руб.

Общие выводы

1. Целесообразно использовать пористые каменные материалы при приготовлении асфальтобетонных смесей в районах с резкоконтинентальным климатом, а также в районах, где плотные заполнители являются дальнепривозимыми и дорогостоящими.

2. Асфальтобетоны на пористых заполнителях из вулканических туфов обладают высокой теплоизолирующуей способностью, низкотемпературной трещиностойкостью, термостабильностью.

3. Асфальтобетоны на основе туфов могут использоваться в нижних слоях дорожной одежды на федеральных автомобильных дорогах, и в верхних слоях покрытия на территориальных и местных (сельских) автомобильных дорогах.

4. Туфы могут применяться при приготовлении асфальтобетонных смесей, как в качестве заполнителя, так и в качестве стабилизирующей добавки.

5. Повышение термостабильности асфальтобетона можно обеспечить при воздействии определенных рецептурных и технологических факторов: содержания битума в смеси, величины уплотняющей нагрузки, пенетрации битума, температуры уплотнения смеси, длительности воздействия уплотняющей нагрузки, содержания минерального порошка.

6. Пористые заполнители в виде вулканического туфа повышают вязкость и температуру размягчения битума, что положительно сказывается на эксплуатационных характеристиках асфальтобетонного покрытия.

7. На основе проведенных исследований разработаны рекомендации к опытно-производственным работам по подбору составов, технологии изготовления асфальтобетонных смесей на пористых заполнителях и строительству дорожных покрытий (приложение А). Составлены технические условия «Асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны на пористых заполнителях» (приложение Б).

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ

1. Подрез Г.А. Применение местных эффузивных горных порд для производства асфальтобетона /Г.А.Подрез, А.В.Битуев, М.Е.Заяханов, А.Н.Мангутов, В.С.Прокопец// - Строительные материалы, №5, 2009. - С.36-38.

2. Подрез Г.А. Асфальтобетоны на основе пористых заполнителей Западной и Восточной Сибири /В.С.Прокопец, В.Д.Галдина, Г.А.Подрез// - Строительные материалы, №11, 2009. - С.26-28.

3. Подрез Г.А. Применение холодного асфальтобетона при ремонте асфальтобетонных покрытий /Г.А.Подрез, А.В.Битуев, М.Е.Заяханов// - Сборник докладов, часть 4, Белгород, 2007. - С.286-288.

4. Подрез Г.А. О возможности круглогодичного проведения ремонта асфальтобетонных покрытий в Республике Бурятия /Г.А.Подрез, А.В.Битуев, М.Е.Заяханов// - Международный сборник научных трудов, Новосибирск, 2008. - С.192-194.

5. Подрез Г.А. Возможность замены стабилизирующих добавок в щебеночно-мастичном асфальтобетоне на местные материалы из эффузивных горных пород /Г.А.Подрез, А.В.Битуев, М.Е.Заяханов// - Материалы I Всероссийской научно-практической конференции, Якутск, 2008. - С.86-89.

6. Подрез Г.А. Использование местных пористых каменных материалов для производства асфальтобетонных смесей /Г.А.Подрез, А.В.Битуев, М.Е.Заяханов, В.С.Прокопец// - Материалы международной научно-практической конференции, ВСГТУ, Улан-Удэ, 2008. - С.69-71.

7. Подрез Г.А. Факторы долговечности дорожного асфальтобетона /В.С.Прокопец, Г.А.Подрез// - Дорожная держава, №18, С-Петербург, 2009. - С.58-60.

8. Подрез Г.А. Физико-механические и деформативные свойства асфальтобетонов на пористом заполнителе /В.Д.Галдина, Г.И.Надыкто, Г.А.Подрез// - Вестник СибАДИ: Научный рецензируемый журнал, вып.2 (12), Омск, 2009. - С.39-43.

9. Подрез Г.А. Структурно-механические и деформативные свойства асфальтобетона на пористом заполнителе /В.Д.Галдина, Г.И.Надыкто, В.А.Иванцов, Г.А.Подрез// - Материалы I Всероссийского дорожного конгресса: МАДИ (ТГУ), Москва, 2009 - С.316-329.

10. Подрез Г.А. Асфальтобетоны на пористых заполнителях /В.Д.Галдина, Г.А.Подрез// Материалы заседания ежегодной научной сессии Международной ассоциации исследователей асфальтобетона, 2009, Москва, МАДИ (ГТУ). - С.28-29.

Размещено на Allbest.ru