Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,916

ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ В ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНЫХ АСФАЛЬТОБЕТОНАХ ОТСЕВОВ ДРОБЛЕНИЯ МАЛОПРОЧНЫХ ИЗВЕСТНЯКОВ

Салихов М.Г. Вайнштейн В.М. Вайнштейн Е.В.
Щебеночно-мастичные асфальтобетоны (ЩМА), благодаря хорошим сцепным качествам и большей долговечности в последние годы в России, как и во всем мире, находят все большее применение в качестве верхнего слоя покрытия дорожных одежд автомобильных дорог с большой интенсивностью движения. В щебеночно-мастичных асфальтобетонах предусматривается обязательное присутствие, в качестве основных структурных составляющих, прочного щебня с улучшенной (кубовидной) формой зерен, дробленого песка из изверженных пород, минерального порошка - как правило, из карбонатных пород, вязкого вяжущего (нефтяного битума или полимерно-битумного вяжущего) и небольшого количества стабилизирующей добавки. В качестве последней обычно выступают волокнистые вещества на основе целлюлозного волокна (наиболее известные из них - Viatop-66, Topcel и т.д.). ЩМА в нашей стране готовят по трем маркам - ЩМА-10, ЩМА-15 и ЩМА-20 по ГОСТ 31015-2002 [1], а минеральную часть подбирают по принципу непрырывной гранулометрии. При приготовлении и укладке ЩМА в покрытие на поверхности зерен минеральных составляющих формируются пленки битума. При этом, вокруг зерен основных и содержащих щелочно-земельные металлы пород (карбонатных пород) пленки битума будут состоять из ориентированной и свободной (объемной) зон, а вокруг зерен кислых пород вся пленка, в основном, будет состоять только из объемной части. По толщине битумной пленки вокруг минеральных зерен четкую границу между ними провести трудно. Однако, по исследованиям многих исследователей [2, 3], толщина ориентированной части пленки на известняковых породах составляет 60...80 мкм и различие между ними существует: объемный битум при высоких температурах подвержен явлению синергизма, а ориентированный - нет. В классических асфальтобетонах с содержанием щебня до 60 % межзерновая пустотность заполняется асфальтовым вяжущим, битум в котором полностью структурируется. В ЩМА из-за большого содержания высокопрочного щебня (свыше 60 %) межзерновой пустотности получается больше. Поэтому, для обеспечения плотности, водонепроницаемости и водостойкости, как правило, потребность в вводимом количестве битума также повышается. Поэтому не весь имеющий в ЩМА битум структурируется. Во избежание расслоения и стекания битума при повышенных и высоких температурах предусматривается введение в структуру ЩМА специальной дорогостоящей волокнистой добавки. Действующим ГОСТ 31015-2002 одним из важных показателем качества ЩМА является стекаемость битума, численное значение которого не должно превышать 0,20 %. Поскольку к качеству исходных компонентов ЩМА предъявляются повышенные требования, то себестоимость ЩМА также выше, чем у классических асфальтобетонов. Поэтому была поставлена цель - поиск путей снижения себестоимости ЩМА. В данной работе решено проверить возможность замены дробленого песка из изверженных пород и известнякового минерального порошка отсевами дробления местных малопрочных известняков (ОДИ) Республики Марий Эл (М 400) фр. 0...20 мм при отказе от связующей добавки и одновременно не нарушая непрырывности гранулометрии и обеспечивая требования нормативов к данному материалу.

 Для теоретического анализа и экспериментальных исследований подобраны и рассмотрены следующие два составов ЩМА:

1-й состав: щебень гранитный фр. 5...20 мм М 1200 - 77,0 %; песок дробленый из изверженных пород - 12,2 %; известняковый минеральный порошок - 10,8 %; битум вязкий БНД 90/130 - 6,5 % (свыше 100 %); связующая добавка Viatop-66 - 0,6 %.

2-й состав: щебень гранитный фр. 5...20 мм М 1200 - 72,8 %; ОДИ - 27,2 % и битума БНД 90/130 - 6,0 % (свыше 100 %).

Проведем расчеты значений площади поверхностей разделов фаз между карбонатными частицами и битумом для двух составов из расчета объема ЩМА в 1 см3. При этом, с целью компенсации теплового расширения битумов при высоких температурах, степень заполнения межзерновых пустот принимается не выше 80...85 % от её объёма [4]. В ЩМА данное условие должно соблюдаться с большей тщательностью, так как в них пустотности и, соответственно и асфальтового вяжущего вещества оказывается больше. Кроме того, высокопрочный щебеночный заполнитель не способен создавать вокруг своих поверхностей слой ориентированной мальтеновой части битума, что чревато при повышении температуры возникновению явления седиментации, т.е. его расслоения .

а)для первого состава: в 1 см3 ЩМА минерального порошка содержится Qмп = 0,2525 г, битума Qбит = 0,1520 г. По [2] примем удельную площадь поверхностей зерен минерального порошка Sуд = 5000 см2/г. Тогда площадь поверхностей минерального порошка будет S1 = 1262,5 см2. При средней толщине ориентированной части пленки битума hор = 70 мкм [1, 2] объём ориентированной части битума Vор составит 0,0568...0,2146 см3. Масса ориентированной части битума при его плотности δбит = 0,995 г/см3 составит 0,0565...0,2136 г или 37,4...100,00 % от всей массы битума. Это говорит об устойчивости при высоких температурах не менее 37,4 % битума.

б) для второго состава: в 1 см3 ЩМА содержится QОДИ = 0,6445 г, битума Qбит = 0,1421 г.

В соответствии с предварительно установленным зерновым составом ОДИ разобьем по узким стандартным фракциям, мм - менее 0,071; 0,071...0,16; 0,16...0,315; 0,315...0,63; 0,63...1,25; 1,25...2,5; 2,5...5,0; 5,0...10,0; 10,0...20,0. Далее по [2] устанавливаем удельные и рассчитаем фактические площади поверхностей зерен каждой фракции и, суммируя, находим их общую площадь S2 = 1136,49 см2. При средней толщине пленки hор = 70 мкм, объём ориентированной части Vор = 0,0511...0,1932 см3. Тогда, при δ бит = 0,995 г/см3 битума в 1 см3 ЩМА содержится 0,0565...0,2136 г, что составляет 35,9...100,0 %. Это говорит о том, что в ЩМА при высоких температурах удержится не менее 35,9 % битума.

Таким образом, можно заключить об удовлетворительной устойчивости при высоких температурах ЩМА с использованием отсевов дробления карбонатных пород.

С другой стороны, возникает опасение того, что при увеличении доли относительно слабых дисперсных частиц могут повыситься жесткость смеси и значения водонасыщения и уменьшиться водостойкость, прочность и долговечность дорожных покрытий из них. Для проверки этих представлений были проведены сравнительные испытания стандартных цилиндрических образцов по действующим методикам ГОСТ 12801-98 [5]. Некоторые результаты этих испытаний представлены в таблице.

Таблица 1. Некоторые показатели физико-механических свойств ЩМА

№ составов

Количество битума, %

Средняя плотность, г/см3

Водонасыщение, %

Предел прочности при сжатии образцов, МПа, при

Коэффициент водостойкости

сухих, при +20

водонасыщенных, при +20

сухих при +50

1

6,0

2,36

2,30

2,50

2,40

0,97

0,96

2

6,0

2,51

1,80

2,94

2,60

1,40

0,94

По ГОСТ 31015-2002

5,5...6,0

не нормируется

1,0...4,0

не менее 2,2

не менее 2,2

не менее 0,65

не менее 0,85

Анализ данных, приведенных в таблице показывает, что ЩМА с использованием ОДИ без связующей добавки по своим показателям не хуже, чем на основе классических добавок и полностью отвечают требованиям ГОСТ 31015-2002. Для принятия окончательного решения в дальнейшем следует проверить предел прочности при сжатии при 0 0С (т.е. его трещиностойкость) и сдвигоустойчивость.

По выполненному исследованию можно сделать следующие выводы:

  1. В ЩМА дробленый песок изверженных пород и известняковый минеральный порошок возможно заменить отсевами дробления местных малопрочных карбонатных пород (известняков). При этом основные физико - механические свойства ЩМА остаются в пределах требований ГОСТ 31015-2002. В то же время возможность отказа от связующей добавки следует исследовать дополнительно.
  2. Замена дробленого песка из изверженных пород и известнякового минерального порошка в ЩМА-20 на ОДИ позволяют получить экономический эффект в размере 407 рублей на 1 тонну приготовляемой смеси.

 

Список литературы:

  1. ГОСТ 31015-2002. Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия. Принят Межгосударственной НТК по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МНТКС) 17.10.2002 г. Введен впервые с 0103.2003 г.- М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2003.- 24 с.
  2. Королев И.В., Фоменко Г.Р. Удельная поверхность компонентов плотных минеральных смесей//Новые методы переработки и применения каменных материалов и отходов промышленности в дорожном строительстве.- М.: Союздорнии, 1982.- С. 88-98.
  3. Мурзаков Р.М.. Галлямова Э.А., Сюняев З.И. Механические свойства нефтяных остатков в граничных слоях//Химия и технология топдив и смазок.- 1980.- № 3.- С. 32-34.
  4. Дорожный асфальтобетон/Л.Б.Гезенцвей, Н.В.Горелышев, А.М.Богуславский, И.В.Королев. Под ред. Л.Б.Гезенцвея.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Транспорт, 1985.- С. 106.
  5. ГОСТ 12801-98. Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний. Введен в действие Постановлением Госстроя Росс от 24.11.1998 г., № 16 с 01.01.1998 г. (Взамен ГОСТ 12801-84).- М.: ГУП ЦПП, 1999.- 39 с.

Библиографическая ссылка

Салихов М.Г., Вайнштейн В.М., Вайнштейн Е.В. ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ В ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНЫХ АСФАЛЬТОБЕТОНАХ ОТСЕВОВ ДРОБЛЕНИЯ МАЛОПРОЧНЫХ ИЗВЕСТНЯКОВ // Современные наукоемкие технологии. – 2008. – № 4. – С. 88-90;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=23763 (дата обращения: 27.05.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074