Удосконалювання технології регенерації асфальтобетону на основі феназолу для ремонту і реконструкції автомобільних доріг

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ I НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦIОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Удосконалювання технології регенерації асфальтобетону на основі феназолу для ремонту і реконструкції автомобільних дорiг

Спеціальність 05.22.11 - Автомобільні шляхи та аеродроми

Беспалий Євген Аркадійович

Київ - 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному транспортному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Савенко В'ячеслав Якович, декан дорожньо-будівельного факультету, завідувач кафедри будівництва та експлуатації доріг Національного транспортного університету (НТУ).

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Братчун Валерій Іванович, Донбаська державна академія будівництва і архітектури, завідувач кафедри технології будівельних матеріалів, виробів та автомобільних доріг;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Головко Сергій Костянтинович, Державний дорожний науково-дослідний інститут ім. М.П. Шульгіна м. Київ, старший науковий співробітник.

Провідна установа Харківський національний автомобільно-дорожній університет Міністерства освіти і науки України (кафедра будівництва та експлуатації автомобільних доріг), м. Харків.

Захист відбудеться 07/06/2002р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.059.02 при Національному транспортному університеті за адресою: Україна, 01010, м. Київ, вул. Суворова, 1.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного транспортного університету (Україна, 01010, м. Київ, вул Кіквідзе, 42).

Автореферат розісланий 04/05/2002р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук, доцент Дзюба О.П.

АНОТАЦІЯ

Беспалий Є.А. Удосконалювання технології регенерації асфальтобетону на основі феназолу для ремонту і реконструкції автомобільних доріг. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.11 - автомобільні дороги та аеродроми. - Національний транспортний університет, Київ, 2002.

Захищається розроблена технологія регенерації асфальтобетону, яка дає змогу шляхом комплексного модифікуючого впливу на асфальтобетонний брухт отримувати якісні регенеровані асфальтобетони для ремонту та реконструкції автомобільних доріг з високими експлуатаційними характеристиками та довговічністю.

Вперше застосовано і теоретично обґрунтовано ефективність використання регенеруючого складу, який об'єднує в собі чотири різних за призначенням компоненти, що чинять спрямовану дію на певні властивості регенеруємого асфальтобетону, забезпечуючи високу технологічність і комплексне відновлення його властивостей. Проведено комплексне дослідження фізико-хімічних, реологічних, фізико-механічних властивостей в'яжучих і регенерованих асфальтобетонів до та після їхньої модифікації феназолом і вивчення їхньої довговічності в умовах експлуатації. Розв,язано задачу визначення оптимальних концентрацій комплексного модифікатора феназол, необхідних для відновлення всіх якісних показників регенеруємого асфальтобетону. Здійснено промислове впровадження результатів досліджень у практику ремонтів і реконструкцій дорожніх одягів.

Ключові слова: регенерація, структура, регенерований асфальтобетон, комплексний модифікатор, асфальтобетонне покриття, довговічність.

АННОТАЦИЯ

Беспалый Е.А. Совершенствование технологии регенерации асфальтобетона на основе феназола для ремонта и реконструкции автомобильных дорог. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.11 - автомобильные дороги и аэродромы. - Национальный транспортный университет, Киев, 2002.

Защищается разработанная технология регенерации асфальтобетона, позволяющая путем комплексного модифицирующего воздействия на асфальтобетонный лом получать качественные регенерированные асфальтобетоны для ремонта и реконструкции автомобильных дорог с высокими эксплуатационными характеристиками и долговечностью.

Впервые применен и теоретически обоснована эффективность использования регенерирующего состава, объединяющего в себе четыре разных по назначению компонента, оказывающих направленное действие на определенные свойства регенерируемого асфальтобетона, обеспечивая высокую технологичность и комплексное восстановление его свойств. Проведено комплексное исследование физико-химических, реологических, физико-механических свойств вяжущих и регенерированных асфальтобетонов до и после их модификации феназолом и изучение их долговечности в условиях эксплуатации. Решена задача определения оптимальных концентраций комплексного модификатора феназол, необходимых для восстановления всех качественных показателей регенерируемого асфальтобетона. Осуществлено промышленное внедрение результатов исследований в практику ремонтов и реконструкций дорожных одежд.

Ключевые слова: регенерация, структура, регенерированный асфальтобетон, комплексный модификатор, асфальтобетонное покрытие, долговечность.

ABSTRACT

Bespaliy E.A. Perfecting of the technology of regeneration of an asphalt concrete on the basis fenazol for repair and renovation of highways. - Manuscript.

The dissertation for obtaining a scientific degree of candidate technical science on a speciality 05.22.11 - highways and airfields.- National transport university, Keiv, 2002.

The designed technology of regeneration of an asphalt concrete permitting is defended by complex modifying effect on asphalt a scrap to receive the qualitative regenerated asphalt concretes for repair and renovation of highways with high operating performances and durability.

On the basis of modern performances the theoretical substantiation possible regenerated of properties and frame oldless astringent while in service in road covers is offered to physicochemical mechanic by effect of the complex modifier on a dispersing medium and disperse phase consisting of high-molecular polymer, plasticizer, and antioxidant.

The effective control mode of frame grown old astringent, essentially enriching properties of the regenerated asphalt concrete is developed, by application of the complex modifier pfenazol, rendering on astringent both plasticizing, and the structured operation and determines his such relevant properties as: in the field of negative temperatures, elasticity, extensibility and adhesion.

For the first time is applied and theoretically operational effectiveness of a regenerating structure integrating in four miscellaneous as required of components, rendering a directional effect on definite properties of a regenerated asphalt concrete isreasonable, providing high manufacturability and complex recovery of his properties.

The complex modifier pfenazol has good compatibility with oldless bituminous astringent, that in turn provides high manufacturability of the given technology regenerations.

The complex research of physicochemical, rheological, physical-mechanical properties of the astringent and regenerated asphalt concretes before their modification phenazol and analysis of their longevity under operating conditions is conducted. The problem of definition of optimum densities of the complex modifier phenazol, all quality indicators, indispensable for recovery, of a regenerated asphalt concrete is resolved.

That in the regenerated asphalt concretes with the component phenazol the formation of frame at seal in road covers happens at t = 90-130 oС, against 120-150 oС without the components, that allows to lower temperature schedules of stacking and seal, to expand duration of period for the device ashalt of covers and to reduce negative effect of distance of transportation by quality of an asphalt concrete.

The outcomes of researches are lead up to the practical guidelines on the technology of regeneration of an asphalt concrete and are utilised at mining specifications of the technical specifications For В.2.7.-21593524.001-2000 "The components modifying".

The outcomes of researches are inserted in a commercial production on КP "Avtodorservis" and are applied in practice of repair and renovation of road clothes in Kiev, that is confirmed by the certificate and helps of an intrusion. The intrusion of the technology of regeneration of an asphalt concrete on the basis pfenazol allows to save up to 100% of material resources, to improve a state of the environment and to reduce power costs up to 22%.

The annual economic benefit of an intrusion has compounded 442680 griven.

Keywords: regeneration, frame regenerated asphalt concrete, complex modifier, asphalt cover, longevity.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Підтримання експлуатаційних якостей автомобільних доріг на належному рівні є одним із найважливіших завдань дорожньої галузі України. В умовах зростання цін на дорожньо-будівельні матеріали, енергоносії, зменшення фінансування на будівництво та експлуатацію автомобільних доріг і посталих проблемах захисту довкілля, технології повторного використання і відновлення старого асфальтобетону набувають особливої актуальності. Окрім того, повторне використання асфальтобетону - є одним із чинників заощадження енергетичних і матеріальних ресурсів, зниження собівартості.

Згідно з даними корпорації “Укравтодор”, в Україні щорічно знімається понад 300 тисяч тонн асфальтобетону, який може бути повторно використаний при ремонтах і реконструкціях автомобільних доріг, що дасть змогу щорічно економити близько 18 тисяч тонн бітуму і 282 тисяч тонн кам,яних матеріалів.

Значне поліпшення стану довкілля за рахунок утилізації органічномістких матеріалів та зменшення площ звалищ асфальтового брухту також є вагомим аргументом на користь удосконалювання технології повторного використання асфальтобетону.

Аналіз наявних технологій регенерації асфальтобетонних покриттів свідчить про їхню недосконалість. Нині недостаньо вивчена структра та властивості старого в,яжучого, що міститься у знятому асфальтобетоні, не розроблено оптимального механізму управління ними. Отже, удосконалювання таких технологій на основі розроблення регенеруючих складів для відновлення властивостей і структури старого в,яжучого, і, як наслідок, регенерованного асфальтобетону для ремонту та реконструкції автомобільних доріг, є актуальною науковою задачею, яка має суттєве практичне значення.

Зв,зок з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана згiдно з планами науково-дослiдних робiт Нацiонального транспортного унiверситету за програмою “Удосконалення принципiв i методiв врахування регiональних, гiдрогеологiчних та гiдравлiчних умов i пiдвищеня на їх основi ефективностi i якостi проектування, будiвництва та експлуатацiї дорiг” держбюджетної науково-дослідної теми Міністерства освіти і науки України № 0100U003716, що відповідає пріоритетному напрямку розвитку науки і техніки в Україні "Екологічно чиста енергетика й енергозберігаючі технології".

Мета і завдання дослідження. Мета дисертаційної роботи полягає в удосконалюванні технології регенерації асфальтобетоних покрить, яка б дозволяла шляхом комплексного модифікуючого впливу феназолу на зістарений асфальтобетон отримувати якісні регенеровані асфальтобетони для ремонту і реконструкції автомобільних доріг з необхідними експлуатаційними характеристиками та довговічністю.

Виходячи з поставленої мети, було намічено такі завдання дослідження:

1. Розробити теоретичні передумови удосконалювання технології регенерації асфальтобетонних покриттів шляхом визначення оптимального механізму управління фізико-механічними властивостями регенерованого асфальтобетону для ремонту і реконструкції автомобільних доріг.

2. Обґрунтувати механізм комплексного модифікуючого впливу, що забезпечує відновлення властивостей в'яжучого і отримання регенерованого асфальтобетону з необхідними фізико-механічними показниками для ремонту і реконструкції автомобільних доріг.

3. Провести комплекс експериментальних досліджень з вивчення впливу модифікуючої добавки феназол на: склад, властивості та структуру бітумних в'яжучих; фізико-механічні та реологічні властивості регенерованих асфальтобетонів, а також їх довговічність.

4. Здійснити вибір оптимальних кількісних співвідношень комплексного модифікатора феназол, необхідних для отримання якісного регенерованого асфальтобетону з високою довговічністю в дорожньому покритті.

5. Встановити оптимальні технологічні режими ущільнення регенерованих асфальтобетонних сумішей у дорожньому покритті.

6. Виконати промислову перевірку і впровадження результатів досліджень у практику ремонту і реконструкції дорожніх одягів.

Об,єкт дослідження. Технологія регенерації асфальтобетонних покриттів, що передбачає використання в якості вихідної сировини зістарений асфальтобетон з додаванням комплексного модифікатора феназол.

Предмет дослідження. Комплексний модифікуючий вплив на структуру та властивості постарілого бітуму та регенерованого асфальтобетону принципово нової модифікуючої добавки феназол.

Методи дослідження. Методологічною основою роботи є результати досліджень у галузі регенерації асфальтобетонних покриттів.

Всебічне вивчення процесів і властивостей матеріалів виконувалось із затосуванням сучасних методів і устаткування за стандартними та спеціальними методиками. Дослідження складу, структури і властивостей в'яжучих здійснювалося методами адсорбційно-хроматографічного аналізу та електронного парамагнітного резонансу (ЕПР).

Випробування асфальтобетонних сумішей виконувалося відповідно до ГОСТ 12801-84. Старіння асфальтобетонів здійснювали в апараті штучної погоди IП-1. Морозостійкість оцінювалася за зміною фізико-механічних показників зразків після визначеного циклу позмінного заморожування і відтавання.

Наукова новизна отриманих результатів. Визначається принципово новим підходом до відновлення властивостей зістареного асфальтобетону, який полягає в комплексному модифікуючому впливі за допомогою домішки феназол, яка здатна відновлювати всі втрачені властивості асфальтобетону.

Теоретично обгрунтовано та експериментально підтверджено необхідність управління фізико-механічними властивостями старого асфальтобетону шляхом комплексного модифікуючого впливу на структуру зістареного бітумного в,яжучого.

Вперше застосовано регенеруючий склад, який поєднує в собі чотири різних за призначенням компоненти, що здійснюють спрямовану дію на окремі властивості регенеруємого асфальтобетону, причому кожен із компонентів виявляє максимум своєї ефективності, а загальна система модифікуючої домішки феназол має однорідність і добру сумісність з зістареним в,яжучим, забезпечуючи високу технологічність і комплексне відновлення властивостей регенерованого асфальтобетону.

Здійснено науково-обгрунтоване технічне рішення отримання якісних та довговічних регенерованих асфальтобетонів для ремонту і реконструкції дорожніх одягів з асфальтобетонного брухту.

Вперше розроблено та впроваджено технологію регенерації асфальтобетону, що забезпечує отримання якісних та довговічних регенерованих асфальтобетонів для ремонту і реконструкції дорожніх одягів з 100% використанням асфальтобетонного брухту.

Практичне значення отриманих результатів. Полягає в удосконалюванні технології регенерації і отриманні регенерованного асфальтобетону з високими фізико-механічними показниками і довговічністю для ремонту і реконструкції автомобільних доріг на основі комплексного модифікуючого впливу на старий бітум, який міститься у знятому асфальтобетоні.

Забезпечено істотну економію енергетичних і матеріальних ресурсів, поліпшено стан довкілля за рахунок утилізації органічномістких матеріалів та зменшення площ звалищ асфальтового брухту.

Результати досліджень доведено до практичних рекомендацій за технологією регенерації асфальтобетону і використано у розробленні технічних умов ТУ У В.2.7.-21593524.001-2000 “Домішки модифікуючі”.

Результати досліджень впроваджено у промислове виробництво на КП “Автородсервис” та застосовуються у практиці ремонту та реконструкції дорожніх одягів у м. Києві, що підтверджено актом і довідками впровадження (додано до дисертаційної роботи).

Річний економічний ефект від впровадження складає 442680 гривень.

Особистий внесок здобувача. Полягає в обгрунтуванні механізму управління фізико-механічними властивостями регенерованного асфальтобетону шляхом комплексного модифікуючого впливу на структуру і властивості бітуму, що міститься в зістареному асфальтобетоні.

Застосовано принципово новий регенеруючий склад домішки для комплексного відновлення старого в'яжучого.

Визначено вплив модифікуючої домішки на процеси структуроутворення в регенерованому асфальтобетоні і отриманні регенерованого асфальтобетону з високими фізико-механічними, реологічними й експлуатаційними властивостями для ремонту та реконструкції автомобільних доріг.

Проведено, з метою апробації запропонованої модифікуючої домішки феназол, експериментальні дослідження кількісних і якісних показників регенерованного асфальтобетону та його довговічності.

За безпосередньої участі автора здійснено впровадження результатів досліджень у промислове виробництво на КП “Автодорсервис” та практику ремонтів і рекострукцій дорожних покриттів у м. Києві.

За результами досліджень розроблено “Рекомендации по приготовлению регенерированных асфальтобетонных смесей на основе модифицирующей добавки феназол”.

Результати досліджень, представлені в дисертації, отримано автором особисто в процесі багаторічної праці.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися та обговорені на: 56-iй науковiй конференцiї професорсько-викладацького складу i студентiв НТУ (квітень 2000р. м. Київ); конференції з “Використання геосинтетичних матеріалів в дорожньому та загальногромадському будівництві” (6 лютого 2001г. м. Київ); 57-мiй науковiй конференцiї професорсько-викладацького складу i студентiв НТУ (квітень 2001р.); міжнародній науково-технічній

конференції “Прогресивні технології і енергозбереження в дорожньому будівництві” (24-26 жовтня 2001р. м. Київ); науковому семінарі кафедр дорожньо-будівельного та загально-інженерного факультетів Національного транспортного університету (листопад 2001р. м. Київ).

Публікації. Основний зміст дисертації викладено у семи наукових статтях, опублікованих у фахових виданнях.

Структура і обсяг дисертації. Структура дисертаційної роботи визначена завданнями досліджень і складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел зі 172 найменувань, семи додатків і містить 116 сторінок основного тексту, 29 рисунків, 32 таблиці. Загальний обсяг роботи - 178 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми, сформульовано мету та завдання досліджень, визначені об,єкт, предмет і методи досліджень, наведено наукову новизну, практичне значення отриманих результатів досліджень та їх впровадження у промислове виробництво.

У першому розділі здійснено аналітичний огляд процесів старіння покриттів автомобільних доріг, способів регенерації й аналіз результатів наявних досліджень з повторного використання асфальтобетонів при ремонті та реконструкції автомобільних доріг.

На основі робіт А.М. Алієва, Л.В. Білай, I.М. Борщ, В.I. Братчуна, Ю.В. Богданова, М.I. Волкова, Л.Б. Гезенцвея, В.М. Гоглідзе, М.В. Горелишева, Г.С. Горліна, А.Р. Давидова, М. Дюрьє, М.М. Iванова, Е.Б. Iльєва, А.С. Колбановської, I.В. Корольова, Б.I. Ладигіна, О.Л. Лупанова, В.В. Михайлова, В.В. Перегудова, П.О. Ребіндера, I.М. Руденської, I.О. Риб,єва, М.В. Сахарова, В.I. Соломатова, Г.К. Сюньї, А.А. Тимофеєва, К.Х. Усманова та інших науковців, які досліджували довговічність асфальтобетону та процеси, що впливають на його старіння у дорожньому покритті. В результаті отриманих уявлень про зміну фізико-хімічних властивостей асфальтобетону в процесі експлуатації автомобільних доріг визначено, що асфальтобетон, знятий з дорожнього покриття, може бути повторно використаний при ремонті та рекострукції дорожніх одягів, за умови відновлення властивостей зістареного в,яжучого.

Здійснено аналіз наявних способів і технологій регенерації асфальтобетонів, зокрема виготовлених на стаціонарних асфальтобетонних заводах (АБЗ).

Як показав аналіз, одним із найбільш ефективних методів регенерації є регенерація в заводських умовах з додаванням до старого асфальтобетону модифікуючих домішок, які поновлюють властивості старого в,яжучого. Дослідження доводить, що є досить багато різновидів модифікуючих домішок, здатних відновлювати ті чи інші властивості старого асфальтобетону, проте

немає жодної домішки яка б володіла комплексною дією та була здатна поновлювати одночасно всі властивості старого асфальтобетону.

З огляду на це, виникає нагальна потреба в удосконалюванні технології регенерації асфальтобетону шляхом застосування комплексної модифікуючої домішки та вивченні процесів та закономірностей, пов,язанних зі старінням бітуму й асфальтобетону в процесі експлуатації дорожніх покриттів.

У другому розділі теоретично обгрунтувано процеси, що протікають в бітумному в,яжучому під впливом часу та сформульовано теоретичні передумови досліджень, які полягають в наступному.

Оскількі зміни, яких зазнає асфальтобетон у процесі тривалої експлуатації у більшою мірою стосуються складу та структури в'яжучого, то завданням регенерації насамперед є відновлення втрачених властивостей органічного в'яжучого, що міститься в старому асфальтобетоні. Здійснений аналіз свідчить про те, що управління експлуатаційними властивостями бітумних в'яжучих має ґрунтуватися на дослідженні їхньої структури та групового складу до і після регенерації.

Властивості зістареного бітуму значною мірою залежать від його дисперсної структури. Тому, для поліпшення властивостей зістарених бітумів найдоцільніше використання модифікатора, який водночас впливає як на дисперсійне середовище, так і на дисперсну структуроутворюючу фазу бітуму.

З цією метою автором запропоновано принципово нову комплексну модифікуючу домішку феназол, що поєднує в собі різні за своїм призначенням речовини, які водночас впливають на дисперсійне середовище і структуроутворюючу фазу в'яжучого, а це дає змогу значно підвищити якість регенерованого асфальтобетону не ускладнюючи технологію.

Утворення сполученого просторового еластичного асфальтено-полімерного каркасу в пластифікованому дисперсійному середовищі модифікованого в'яжучого обумовлює його меншу температурну чутливість, тобто сприяє підвищенню деформативної і динамічної стійкості регенерованого асфальтобетону в області негативних температур і, одночасно, високу міцність і теплотривкість при високих позитивних температурах.

При сполученні феназолу з зістареним бітумом (що перебуває на поверхні мінеральних матеріалів) при температурі 150-190°С відбувається часткова деструкція дивинилстирольного полімеру з утворенням тих же функціональних груп, що і при деструкції високомолекулярних компонентів бітуму (гідроксильних, карбонільних), і одночасним зменшенням числа подвійних зв'язків у полімері.

Очевидно, що активні радикали високомолекулярного полімеру здатні ефективно інгібувати термоокислювальну деструкцію асфальтенів, утворюючі між ними гнучкі еластичні сполуки, що перешкоджає асоціації асфальтеновых комплексів в бітумі в процесі старіння, створюючи у в'яжучому еластично деформуєму структуру.

Наукова гіпотеза полягає в тому, що практичне одержання довговічного регенерованого асфальтобетону з високими експлуатаційними характеристиками досягається внаслідок введення в асфальтобетонний брухт комплексного модифікатора феназол, який сприяє утворенню просторово-сполученого еластичного асфальтено-полімерного каркасу, в пластифікованому ним дисперсійному середовищі, що забезпечить зістареному органічному в'яжучому підвищену деформативність у широкому інтервалі експлуатаційних температур і стабільність його колоїдній структурі.

Усі перелічені в даному розділі чинники й умови визначають міцність, тепло-, водо- і морозовитривалість матеріалу в широкому діапазоні температур.

На підставі теоретичних положень фізико-хімічної механіки доведено високу якість і експлуатаційну надійність регенерованих асфальтобетонів, модифікованих феназолом. Такі асфальтобетони мають ширші температурні інтервали і меншу енергоємність ущільнення, відзначаються меншою водопроникністю за рахунок більш розвинених плівок в'яжучого на поверхні кам'яного матеріалу.

Для підтверждення сформульованих теоретичних передумов з метою екпериментальної перевірки технології одержання якісних регенерованих асфальтобетонів підвищеної довговічності реалізовано програму експериментальних досліджень.

У третьому розділі наведено результати експериментальних досліджень зістарених бітумних в,яжучих та регенерованих асфальтобетонів.

З метою встановлення закономірностей і дослідження процесів, що відбуваються в процесі старіння в,яжучого, було проведено штучне старіння бітумів марок: БНД 60/90, БНД 90/130 і БНД 130/200 за методикою ГОСТ 18180-72, яка дає змогу отримати зістарений бітум, подібний до асфальтобетонного покриття, що перебувало в експлуатації понад 10 років.

Результати досліджень показали, що бітуми після старіння переходять у більш високі марки, втрачаючи при цьому значною мірою пластичність, розтяжність при одночасному підвищенні крихкості. Так, значення пенетрації при 25 оС зменшується в середньому на 25-50%, дуктильність при 0 оС падає в 1,64-2,1 рази, підвищується температура розм'якшення при одночасному підвищенні крихкості до -8…-11оС, низькі показники адгезії.

З метою встановлення впливу комплексної модифікуючої домішки феназол на властивості зістарених бітумів вишенаведених марок їх модифікували різними кількостями феназолу (рис. 1), результати досліджень свідчать про те, що:

розтяжність при 25оС в 1,23-1,5 раза вище, порівняно з вихідними бітумами;

розтяжність при 0 оС збільшилася більш ніж в 5-7 разів;

інтервал пластичності збільшився до 74 оС;

на 12-14 оС знижується температура крихкості;

пенетрація, при 0 оС збільшується на 40-80%;

значне поліпшення адгезії, як до кислих, так і до основних порід.

регенерований асфальтобетон феназол модифікація



Рис. 1. Діаграми вибору оптимальних концентраційних співвідношень у системі зістарене в'яжуче - феназол.

Аналіз отриманих даних дав змогу визначити оптимальну область вмісту комплексної модифікуючої домішки феназол у зістаренному в'яжучому 4-8%, що в перерахунку на вагу асфальтобетонного брухту дорівнює 0,3-0,5%.

Дослідження впливу оптимальних кількостей феназолу на бітумне в'яжуче екстраговане з асфальтобетонного брухту показало значне поліпшення фізико-хімічних, фізико-механічних та реологічних властивостей в'яжучого.

З метою перевірки стійкості модифікованих в,яжучих до процесів старіння, модифікавані в,яжучі піддали старінню за методикою ГОСТ 18180-72. Результати досліджень підтвердили здатність бітумів модифікованих феназолом, до значно більшої стійкості порівнянно з бітумами марок БНД 60/90, БНД 90/130 и БНД 130/200.

Фізико-хімічними методами досліджень (ЕПР і груповим адсорбційно-хроматографічним аналізом) підтверджуються теоретичні передумови, і пояснюється поліпшення таких показників модифікованого феназолом в'яжучого, як інтервал пластичності, розтяжність, температура крихкості, а також його підвищений опір процесам, які обумовлюють старіння.

Дослідженню впливу модифікуючої домішки за різних концентрацій на регенерацію асфальтобетонного брухту присвячено наступну серію експериментів. Результати свідчать, що у регенерованому асфальтобетоні спостерігається значне поліпшення всіх якісних показників, зокрема деформативної здатності, особливо при низьких температурах, водостійкості, водонасичення й інших показників. Основні результати експериметальних досліджень наведено у табл. 1.

Регенеровані асфальтобетони, модифіковані феназолом за показниками якості і довговічності, значно перевершують регенеровані асфальтобетони без домішок і нові асфальтобетони (табл. 1). Так, міцність на стиск перших при 0оС складає 7,5-10,3МПа (Рис. 3.), проти 19,1МПа, по-друге, коефіцієнт водостійкості дорівнює 0,93-0,96 проти 0,61, водонасичення відповідно дорівнює 1,07-1,25%, проти 12%.

Таблиця 1

Найменування показників	Вимоги ГОСТ 9128-84*	Значення показників для регенерованих асфальтобетонних сумішей без домішок	домішка феназол 0,3%	0,4%	0,5%
Межа міцності при стиску, МПа, при 20 оС при 50 оС при 0 оС	не менше 2,5 не менше 1,1 не більш 11,0	9,82 4,5 19,1	7,4 3,7 10,3	6,7 3,5 8,7	6,2 3,3 7,5
Коефіцієнт водостійкості	не менше 0,9	0,61	0,93	0,95	0,96
Коефіцієнт водостійкості при тривалому водонасиченні	не менше 0,85	0,41	0,91	0,92	0,94
Водонасичення, % об.	1,5-4	12	1,25	1,14	1,07
Набрякання, % об.	Не більш 0,5	2	0,025	0,01	0
Щільність, кг/м3	Не норм.	2350	2350	2360	2370

Наступним етапом експериментальних досліджень було вивчення довговічності регенерованних асфальтобетонів, модифікованних феназолом, та нових асфальтобетонів.

Теоретичні положення про підвищення довговічності регенерованих асфальтобетонів модифікованих феназолом підтвержуються порівнянням результатів, отриманих при випробуванні зразків з нових і регенерованих сумішей після 3-х місяців старіння в апараті штучної погоди IП-1.

Аналіз отриманих результатів свідчить, що в процесі старіння нових і регенерованого асфальтобетону без домішок спостерігається помітне збільшення водонасичення, підвищення міцнисних показників, тоді як у регенерованого асфальтобетону модифікованого феназолом показники практично стабільні в часі. Це свідчить про більш високу експлуатаційну надійність асфальтобетону, модифікованого феназолом.

Регенеровані асфальтобетони з вмістом феназолу мають стабільні в часі показники міцності, так при старінні Rо збільшився всього на 0,3-0,4 МПа, тоді як у зразків на "чистих" бітумах цей показник збільшився на 1-1,3 МПа. На підставі цього можна зробити висновок про те, що регенеровані асфальтобетони з вмістом феназолу значно меншою мірою піддаються процесам старіння, а відповідно матимуть більш тривалі терміни експлуатації в шарах дорожнього одягу.

Водночас поряд з оцінюванням стандартних показників властивостей регенерованного асфальтобетону визначалася його морозостійкість за методикою багаторазового заморожування і відтавання.

Аналіз отриманих даних свідчить про підвищення водо- і морозостійкості регенерованих асфальтобетонів, модифікованих феназолом, а оскільки основними факторами, які впливають на ці показники, є його щільність, адгезія і температурна чутливість в'яжучого, проведений комплекс досліджень дає змогу припускати більш високу довговічность регенерованих асфальтобетонів в умовах експлуатації.

Крім того, висока пластичність модифікованих в'яжучих, що перебувають на поверхні мінеральних матеріалів, сприяє зниженню енерговитрат на перемішування у процесі приготування регенерованих асфальтобетонних сумішей, поліпшенню їхньої технологічності при укладанні асфальтобетонних сумішей в дорожне покриття.

З підвищенням температури якість ущільнення суміші поліпшується. Діапазон температур ущільнення в інтервалі від 90 до 130 оС відповідає найбільш компактному розміщенню мінеральних складових регенерованих асфальтобетонних сумішей.

Експериментальні дослідження підтвердиди теоретичні передумови і дали змогу встановити оптимальні режими ущільнення регенерованних асфальтобетонних сумішей. Так, для модифікованих феназолом сумішей оптимальний температурний інтервал ущільнення становить 90-130 оС, тоді як немодифіковані суміші необхідно ущільнювати при 120-150 оС. Для спостереження в природних умовах за властивостями регенерованого асфальтобетону в процесі тривалої експлуатації побудувано дослідну ділянку.

Четвертий розділ присвячено практичному застосуванню результатів досліджень.

На основі виконаних теоретичних та експериментальних досліджень властивостей регенерованих асфальтобетонів, модифікованих феназолом, їх промислового впровадження, винайдені раціональні галузі застосування - влаштування верхніх і нижніх шарів дорожніх одягів автомобільних шляхів та аеродромних покриттів.

Основні переваги запропонованої технології регенерації асфальтобетону на основі феназолу полягають в наступному.

По-перше, технологія регенерації на основі феназолу дає можливість отримувати шари дорожнього одягу, які відповідають вимогам ДБН В.2.3-4-2000 з використанням до 100% асфальтобетонного брухту з додаванням 0,3-0,5% за массою модифікатора феназол та економити до 22% паливно-енергетичні ресурси, що крім інших переваг є важливим аргументом на користь розвитку технології регенерації.

По-друге, модифікація феназолом зістареного в,яжучого, що перебуває на поверхні мінеральних матеріалів, дає змогу значно знизити температуру крихкості до мінус 25 оС проти мінус 6 оС, підвищити пенетрацію до 65-90 мм-1 проти 32 мм-1 при 25 оС, збільшити ростяжність до 82 см, проти 30 см при 25 оС, поліпшити адгезію та інші якісні показники. Це дозволило придати постарілому в,яжучому і, як наслідок, регенерованому асфальтобетону деформативність в широкому інтервалі температур, переводячи таким чином його з пружно-кріхкого стану в пружно-еластичний, забезпечуючи при цьому високу довговічність при експлуатації в дорожньому покритті.

По-трете, за рахунок вмісту в регенерованих сумішах на основі феназолу поверхнево-активних речовин та значно поліпшених якісних показниках модифікованного в,яжучого температурний інтервал ущільнення знижено на 20оС, що дає можливість укладати ці суміші в покриття при температурі повітря до -7оС, проти +10оС, збільшити дальність транспортування та подовжити будівельний сезон роботи дорожніх організацій.

По-четверте, асфальтобетонні покриття на основі регенерованого асфальтобетону модифікованого феназолом під впливом часу мають стабільні якісні показники, що обумовлює високу довговічність і, про що свідчать порівняння даних випробувань зразків дослідної ділянки, виконаних при влаштуванні шару дорожнього одягу та після року експлуатації.

Розроблені ТУ У В.2.7-21593524.001-2000 на модифікуючу домішку феназол. Санітарно-хімічні дослідження виконані Iнститутом медицини праці АМН показали, що модифікуюча домішка феназол є безпечною речовиною і за ступенем впливу на організм людини належить, як і бітуми, до 4-го класу небезпечності за ГОСТ 12.1.007.

Спостереження за дослідною ділянкою та дані випробувать вирубок свідчать про високу експлуатаційну надійність регенерованного асфальтобетону при ремонтах та реконструкціях дорожніх одягів (додаток Б, В, Г дисертації).

Річний економічний ефект від впровадження нової технології регенерації тільки на одному заводі складає 442680 гривень.

За результатами досліджень розроблено “Рекомендации по приготовлению регенерированных асфальтобетонных смесей на основе модифицирующей добавки феназол”.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз літературних джерел, натурних і експериментальних даних в галузі експлуатації покрить з регенерованого асфальтобетону і технологій регенерації дав змогу обґрунтовано сформулювати мету та завдання досліджень, спрямованих на розв,язання актуальної наукової і практичної задачі з удосконалювання технології регенерації асфальтобетону для ремонту і реконструкції автомобільних доріг.

2. На основі сучасних уявлень фізико-хімічної механіки про шляхи управління властивостями і структурою в'яжучих запропоновано теоретичне обґрунтування можливого відновлення властивостей і структури постарілого в'яжучого в процесі експлуатації в дорожніх покриттях шляхом впливу комплексного модифікатора на дисперсійне середовище і дисперсну фазу, який містить високомолекулярний полімер, пластифікатори, ПАР і антиоксидант.

3. Розроблено ефективний спосіб регулювання структури зістаренного бітуму з істотним поліпшенням експлуатаційних властивостей регенерованого асфальтобетону, завдяки застосуванню комплексного модифікатора феназол, який провадить на в'яжуче як пластифікуючу, так і структуруючу дію і визначає такі його властивості як: деформативність в області негативних температур, еластичність, розтяжність і адгезія. За показниками якості модифіковані в'яжучі значно перевершують вихідні. Так температура крихкості знизилася до - 25оС, проти - 6оС, розтяжність при 0оС збільшилася більш ніж у 13 разів, інтервал пластичності збільшився до 86оС.

4. На підставі експериментальних досліджень і дослідного впровадження у практику ремонтних робіт дорожніх покриттів встановлено оптимальні концентрації комплексного модифікатора, необхідного для відновлення всіх втрачених властивостей і структури постарілого в'яжучого, і регенерації асфальтобетонів. Встановлені концентрації дають змогу отримувати регенеровані асфальтобетони з необхідними фізико-механічними показниками, які за якістю не поступаються, а навіть перевершують асфальтобетони на “нових” бітумах.

5. Проведені експериментальні дослідження довговічності регенерованих асфальтобетонів на основі феназолу підтвердили теоретичні передумови про їхню високу довговічність. Після випробувань у кліматичній камері IП-1, межа міцності R0 зросла лише на 0,3-0,4 МПа, проти 1,-1,3 МПа в асфальтобетонах на нових бітумах, а коефіцієнт морозостійкості Кмрз=0,93-0,97, проти звичайних асфальтобетонів у яких Кмрз=0,71-0,87.

6. Встановлено, що в регенерованих асфальтобетонах з додаванням феназолу формування структури при ущільненні в дорожніх покриттях відбувається при T = 90-130оС, проти 120-150оС без домішок, що надає можливість знизити температурні режими укладання й ущільнення, розширити тривалість періоду для влаштування асфальтобетонних покриттів і зменшити негативний вплив дальності транспортування на якість асфальтобетону.

7. Результати роботи впроваджено в промислове виробництво на КП “Автодорсервис” і використовуються у практиці ремонтів і реконструкцій дорожніх одягів у м. Києві. Впровадження технології регенерації асфальтобетону феназолом, дає змогу заощаджувати до 100% матеріальних ресурсів, поліпшити стан довкілля та скоротити енергетичні витрати до 22% . За результатами проведених досліджень розроблено практичні рекомендації з технології регенерації асфальтобетону для ремонту і реконструкції автомобільних доріг. Річний економічний ефект від впровадження становить 442680 гривень.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

1. Беспалий Є.А. Регенерацiя як засiб вiдновлення старих асфальтобетонiв // Автомобiльнi дороги та дорожне будiвництво. - Київ: Випуск 57. - 1999. - С. 111-116.

2. Савенко В.Я., Беспалий Є.А. Ефективний спосiб регенерацiї старого асфальтобетону // Автомобiльнi дороги та дорожне будiвництво. - Київ: Випуск 60, - 1999. - С. 29-34.

3. Савенко В.Я., Беспалий Є.А. Технологiя регенерацiї асфальтобетону з використанням феназолу // Вiсник НТУ ТАУ. - Київ: № 4, - 2000. - С. 95-98.

4. Савенко В.Я., Беспалий Є.А. Поновлення властивостей асфальтобетону з використанням модифiкуючої добавки феназол // Автошляховик України. - 2001. - №1. - С. 30-33.

5. Савенко В.Я., Беспалий Є.А. Стабільність структури модифікованого в,яжучого та її вплив на довговічність регенерованого асфальтобетону // Автомобiльнi дороги та дорожне будiвництво. - Київ: Випуск 61, - 2001. - С. 91-96.

6. Беспалий Є.А. Аналіз процесів структуроутворення в модифікованому в,яжучому // Автомобiльнi дороги та дорожне будiвництво. - Київ: Випуск 63, - 2001. - С. 90-94.

7. Беспалий Є.А. Формування структури ренерованного асфальтобетону при ущiльненнi // Автошляховик України. - 2001. - №4. - С. 41-42.

Размещено на Allbest.ru