Зависимость показателей холодной асфальтобетонной смеси

УДК 625.855.3:691.16/.17
ЗАВИСИМОСТЬ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ХОЛОДНЫХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЯ
Канд. хим. наук И.В. Мардиросова,
инженер С.А. Чернов
(Ростовский ГСУ)
Конт. информация: sergei_a_chernov@rambler.ru
Статья посвящена разработке модифицированных холодных
асфальтобетонных смесей, содержащих комплексную каучуко
-полиолефиновую добавку и поверхностно-активную присадку КАДЭМ
-ВТ. Приведены способы повышения плотности и прочности холодных
асфальтобетонных смесей. На основе экспериментальных данных сделаны выводы о влиянии температуры их приготовления на главные физико-механические показатели.
Ключевые слова: холодный асфальтобетон, модификатор, разжиженное вяжущее, слеживаемость.
Одним из способов значительного продления строительного сезона и сокращения острой потребности в материалах для ремонта покрытий автомобильных дорог является использование холодных асфальтобетонных смесей. В отличие от горячих асфальтобетонных смесей холодные обладают рядом преимуществ, основным из которых является возможность их длительного хранения в штабелях и транспортирования на значительные расстояния автомобильным, железнодорожным и водным видами транспорта. Однако широкое применение холодного асфальтобетона сдерживалось из-за недостаточной его прочности и
длительного формирования в покрытии. Все это обусловлено низкой
первоначальной плотностью асфальтобетона из-за меньшего содержания в нем вяжущего и большей жесткости по сравнению с горячими
смесями.
Одним из путей улучшения качества холодных асфальтобетонных смесей является повышение уплотняемости и сокращение сроков
формирования их структуры за счет использования в их составе полимерных и поверхностно-активных добавок.
В настоящей работе в этих целях применялся каучуко
-полиолефиновый модификатор и ПАВ-КАДЭМ-ВТ.
Многочисленные исследования, посвященные вопросам повышения качества асфальтобетона, свидетельствуют о том, что многие
способы, направленные на повышение плотности и улучшение физико
250
-механических свойств горячих смесей не могут быть механически перенесены на холодный асфальтобетон ввиду его специфических особенностей [1-3].
Все известные способы повышения плотности холодного асфальтобетона можно разбить на две группы:
1) Улучшающие наряду с плотностью и физико-механические показатели.
2) Увеличивающие плотность, но которые могут привести к ухудшению условий формирования покрытий и преждевременному
их разрушению.
К первой группе способов следует отнести повышение плотности
минерального остова смеси за счет применения виброуплотнения, а
также применение активированных минеральных порошков. А ко второй – уменьшение вязкости используемого вяжущего и повышение его
содержания в смеси, а также обработку готовой смеси водными растворами органических соединений.
Увеличение плотности минерального остова смеси достигается
при таком соотношении каменных материалов, когда обеспечивается
наиболее плотная упаковка зерен при уплотнении смеси. В этом случае,
если не повышается в асфальтобетоне содержание вяжущего, то улучшаются не только его физико-механические показатели, но и снижается
слеживаемость смесей и сокращается время формирования покрытия.
Применение активированных минеральных порошков должно
способствовать повышению уплотняемости холодных асфальтобетонных смесей и скорости их формирования благодаря более равномерному распределению порошка во всем объеме смеси, предупреждению их
агрегируемости и увеличению однородности.
Повышение плотности холодного асфальтобетона рассматривалось в работах В.И. Курденкова и В.О. Гельмера [4,5]. Ими было установлено, что существенное улучшение уплотняемости холодных смесей
может быть достигнуто лишь при виброуплотнении с пригрузкой или
комбинированным способом. Низкая эффективность виброуплотнения
холодных асфальтобетонных смесей, в первую очередь, может быть
обусловлена слабо развитой коагуляционной структурой жидких битумов, не способной тиксотропно разрушаться при воздействии вибрационного усилия. Кроме того, в производственных условиях наблюдается
закономерность, согласно которой эффективность виброуплотнения холодных смесей при температурах ниже 10 существенно падает и в
этих случаях целесообразнее осуществлять статическое уплотнение.
На уплотняемость и формирование холодных смесей в покрытии
существенное влияние оказывает как вязкость применяемых вяжущих,
так и их содержание. Повышение плотности и сокращение срока фор251
мирования холодного асфальтобетона могло бы быть достигнуто увеличением содержания вяжущего и его вязкости, однако это отрицательно
сказывается на слеживаемости смесей.
Некоторые авторы в своих работах для повышения уплотняемости предлагают обработку готовой смеси водой или 3 5% водными
растворами органических соединений. В основе этого способа лежит
снижение внутреннего трения холодных асфальтобетонных смесей, характеризующихся повышенной жесткостью, а также улучшение подвижности смеси и достижение плотной упаковки при уплотнении. Таким образом, вода выполняет роль «смазки». Однако добавление воды в
смесь ухудшает коэффициент водостойкости, тем самым, ослабляя эксплуатационные свойства смеси и, возможно, ухудшая условия для дальнейшего формирования структуры асфальтобетона, так как водные оболочки будут препятствовать образованию контакта между минеральными зернами смеси через битумные пленки.
В лаборатории ДорТранасНИИ РГСУ проводились исследования,
направленные на определение оптимальной температуры приготовления разработанных модифицированных холодных асфальтобетонных
смесей с достижением повышенной уплотняемости и низкого показателя слеживаемости. В ходе работы использовались минеральные материалы кислого характера (гранит), на основе которых был подобран состав холодной асфальтобетонной смеси типа Бх I марки, соответствующий требованиям ГОСТ 9128 97 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон». Для этих целей использовали следующее: гранитный щебень фракции 5 10 мм – 50%; отсев дробления
фракции 0 5 мм – 45%; активированный минеральный порошок – 5%;
разжиженное модифицированное вяжущее – 4,0 5,0%.
Оптимальное количество добавки в вяжущем было установлено
по результатам предварительных исследований и составило 2,8 – 3,0%
каучуко-полиолефинового модификатора и 0,2 0,4% адгезионной
присадки КАДЭМ-ВТ от массы вяжущего. Уплотняемость модифицированных холодных асфальтобетонных смесей оценивали по комплексу
физико-механических свойств образцов, уплотненных под давлением
40 МПа при различных температурах 20 110 . Результаты испытаний представлены в виде табл. 1 и рис. 1.
При анализе данных, представленных на рис. 1а, прослеживается
закономерность, подтверждающая, что с уменьшением процентного содержания вяжущего и температуры приготовления смеси происходит
увеличение водонасыщения, а значит и снижение плотности асфальтобетона. Однако следует отметить, что все результаты по водонасыщению находятся в пределах в соответствии с нормативными требования252
Прочность при
20 , МПа
Прочность при
20 водонасыщ.,
МПа
Прочность при
50 , МПа
Прочность после
длительного водонасыщения,
МПа
Коэффициент
водостойкости
Слеживаемость
20
Водонасыщение,
%
70
Плотность, г/см3
253
110
Количество
вяжущего, %
Температура,
Таблица 1
Результаты физико-химических показателей модифицированной холодной асфальтобетонной смеси
в зависимости от температуры приготовления и количества битума
5,0
4,5
4,0
5,0
4,5
4,0
5,0
4,5
4,0
2,379
2,378
2,376
2,383
2,376
2,371
2,370
2,362
2,357
5,07
5,32
5,98
5,73
5,70
5,37
6,69
6,34
7,21
2,82
2,87
1,85
2,03
2,50
2,38
2,18
2,30
1,76
2,61
2,46
1,62
1,83
2,42
2,08
1,85
2,14
1,37
0,87
0,95
1,05
0,74
0,79
0,91
1,01
0,87
0,66
1,45
1,17
0,97
0,99
0,96
0,92
0,93
1,07
0,87
0,92
0,86
0,88
0,90
0,97
0,87
0,85
0,93
0,78
14
11
8
7
7
6
7
5
4
б)
Водонасыщение, %
7,5
7,21
7
6,69
6,5
6,34
6
5,98
5,70
5,5
5,73
5,37
5
5,32
5,07
4,5
5%
4,5%
4%
Количество вяжущего
110 °С
3,1
Предел прочности при сжатии
при температуре 20°С
а)
2,9
2,82
2,7
2,5
2,87
2,50
2,38
2,3
1,85
2,18
2,3
2,1
2,03
1,9
1,7
1,76
1,5
5%
4,5%
4%
Количество вяжущего
70 °С
20 °С
110 °С
20 °С
Предел прочности при сжатии
при температуре 50°С
г)
Предел прочности при сжатии
при температуре 20°С
в)
70 °С
3
2,5
2,46
2,42
2,61
2
2,14
1,85
1,83
2,08
1,62
1,5
1,37
1
5%
4,5%
4%
1,2
1,1
0,9
70 °С
0,87
0,8
0,95
0,87
0,79
0,91
0,74
0,7
0,66
0,6
5%
4,5%
4%
110 °С
70 °С
20 °С
Количество вяжущего
Количество вяжущего
110 °С
1,05
1,01
1
20 °С
д)
е)
15
1
0,97
0,85
0,93
0,86
0,88
Слеживаемость
Водостойкость
0,92
0,9
0,85
0,9
0,87
0,8
0,78
0,75
5%
14
13
0,95
4,5%
4%
11
11
9
7
7
7
5
5
110 °С
70 °С
4,5%
Количество вяжущего
110 °С
20 °С
6
4
3
5%
Количество вяжущего
7
8
70 °С
4%
20 °С
Рис. 1. Влияние количества вяжущего и температуры приготовления
холодных асфальтобетонных смесей на основные
физико-механические показатели
254
ми и позволяют получать холодные асфальтобетонные смеси без нагрева
каменного материала.
Существенное влияние на прочностные характеристики холодной
асфальтобетонной смеси оказывает ни столько температура их приготовления, а сколько количество вяжущего и его состав. Из рис. 1б и рис. 1в
видно, что оптимальными свойствами обладают смеси с количеством битумного вяжущего 4,5% и температурой приготовления 70 . Увеличение температуры приготовления и количества вяжущего в составе смеси
приводят к хорошей обволакиваемости материала, но при этом значительно возрастает и важный показатель для холодных смесей – слеживаемость (рис. 1е). Наоборот, уменьшение температуры приготовления и
использования влажного каменного материала, требует увеличения количества битума в интервале 4,5 5,0%. В противном случае возможно
возникновение неоднородности смеси и плохая адгезия.
Из рис. 1г видно, что с уменьшением количества вяжущего в составе смеси при применении горячего материала возрастает показатель
предела прочности при температуре 50 . Это связано с уменьшением
толщины пленок вяжущего и увеличением сил когезии. При использовании влажного материала с уменьшением количества вяжущего наблюдается резкая потеря прочности. Скорее всего, это обусловлено плохой обволакиваемостью и низкой адгезией.
В заключении следует отметить, что для получения качественных
модифицированных холодных асфальтобетонных смесей, обладающих
высокими физико-механическими показателями и малой слеживаемостью, необходимо следующее:
• использование сухого каменного материала, даже без его нагрева;
• использование вяжущее в количестве 4,5 4,75%, разогретого до
температуры 120 140 ;
• обеспечение температуры выпуска смеси в пределах 40 70 .
Применение горячего материала экономически нецелесообразно;
всегда существует большая вероятность комкования холодной асфальтобетонной смеси в процессе ее хранения в штабеле.
ЛИТЕРАТУРА
1. Волков М.И. Дорожно-строительные материалы / М.И. Волков,
И.М. Борщ, И.В. Королев. – М.: Транспорт, 1965. – 261 с.
2. Гезенцвей Л.Б. Дорожный асфальтобетон / Л.Б. Гезенцвей, Н.В.
Горелышев, А.М. Богуславский. – М.: Транспорт, 1985. – 350 с.
3. Горелышев Н.В. Без дефектов и ремонтов / Н.В. Горелышев // Дороги России 21 века. – 2002. – №3. – С. 56-57.
255
4. Курденков Б.И. К вопросу о виброуплотнении холодного асфальтобетона / Б.И. Курденков // Труды МАДИ. – 1958. – Вып. 23. –
С. 139-143.
5. Гельмер В.О. Холодный асфальтобетон из каменных материалов
Саратовской области / В.О. Гельмер // Труды САДИ. – 1960. –
Вып. 16. – С 25.
…………………………………………………………………………………
DEPENDENCE OF PHYSICAL AND MECHANICAL INDEXES OF
COLD ASPHALT CONCRETE MIXTURES ON THEIR PREPARATION
TEMPERATURE
Ph.D. (in Chemistry) I.V. Mardirosova,
Engineer S.A. Chernov
(Rostov SCA)
Contact information: sergei_a_chernov@rambler.ru
The article is devoted to development of the modified cold asphalt concrete mixtures containing complex rubber-polytetramethyleneetherglycol additive and surface-active agent KADEM-WT. The methods of increasing density
and durability of cold asphalt concrete mixtures are considered. On the basis
of experimental data conclusions about influence their preparation temperature on general physical and mechanical indexes are done.
Key words: cold asphalt concrete, modifying agent, diluted binder, blocking
property.
Рецензент: д-р техн. наук А.В. Руденский (ФГУП «РОСДОРНИИ»).
Статья поступила в редакцию 21.03.2011 г.
256