Изготовление холодного асфальтобетона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний транспортний університет

Кафедра дорожньо-будівельних матеріалів і хімії

Курсовий проект

З дисципліни: ”фізико-хімічна механіка будівельних матеріалів ”

На тему: “Виготовлення холодного асфальтобетону”

Виконав: студент групи ТК-IV-1

Оверченко О.Ю.

Перевірив: викладач

Пархоменко Н.Г.

Київ - 2012



Вступление

Эффективность социально-экономического развития страны во многом определяется качеством автомобильных дорог. Состояние с их недоремонтом, а также включение наших дорог в Европейскую транспортную систему придают вопросу реабилитации автомобильных дорог особую значимость. Вхождение в систему Европейских грузоперевозок в ближайшее время невозможно ввиду наличия автомагистралей с сильно изношенным покрытием, ограниченными условиями безопасности движения и дорожного сервиса при недостаточных финансовых возможностях. Решить задачи по сохранению и восстановлению работоспособности автомобильных дорог в сложившихся условиях можно при внедрении технологий регенерации асфальтобетонных покрытий, которые начали активно внедряться в конце XX века в западноевропейских странах в условиях резкого роста цен на энергоресурсы.



1. Общие сведенья

Асфальтобетон -- распространённый строительный материал. Применяется для устройства автомобильно-дорожных и аэродромных покрытий, эксплуатируемых плоских кровель, в гидротехническом строительстве. Получается в результате затвердевания уплотнённой асфальтобетонной смеси. Асфальтобетон изготавливают на асфальтобетонном заводе.

Асфальтобетонная смесь

Смесь асфальтобетонная состоит из оптимально подобранных:

· минеральных материалов: щебня (либо гравия), песка (природного или дроблёного) с тонкодисперсным минеральным порошком (либо без него);

· органического вяжущего материала: битума (раньше также использовался дёготь, но был запрещён к использованию в черте города, а позже и вовсе исключён из производства).

Составляющие асфальтобетонной смеси перемешиваются в нагретом состоянии. Обычно асфальтобетон применяется для строительства покрытий автомобильных дорог и аэродромов или для устройства полов в промышленных зданиях.

Основные типы

Согласно ГОСТ 9128-2009, асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны по виду минеральной составляющей (каменного материала) разделяются на щебеночные (состав: щебень, песок, минеральный порошок, битум), гравийные (гравий, песок или песчано-гравийный материал, минеральный порошок и битум) и песчаные (песок, минеральный порошок, битум).

По вязкости битума, входящего в состав и допустимой температуре при укладке в покрытие смеси подразделяются на:

· горячие (связующее -- вязкие и жидкие нефтяные дорожные битумы), укладываются с температурой не менее 120°С;

· холодные (связующее -- жидкие нефтяные дорожные битумы), укладываются с температурой не менее 5°С.

ГОСТ 9128-84 в зависимости от вязкости битума подразделял смеси асфальтобетонные на: горячие, холодные и тёплые (с использованием и вязких, и жидких битумов и укладываемые при температуре не ниже 70 °С). В заменившем ГОСТ 9128-84 ГОСТе 9128-97 (введён в действие с 1 января 1999 г) определение тёплых асфальтобетонных смесей отсутствует. В отличие от литого асфальтобетона горячие и холодные смеси требуют при укладке в покрытие уплотнения.

По максимальному размеру зерна минеральной составляющей горячие асфальтобетонные смеси делятся на:

· крупнозернистые (размер зерен до 40 мм);

· мелкозернистые (размер зерен до 20 мм);

· песчаные (размер зерен до 5 мм).

Смеси холодные делятся на мелкозернистые и песчаные.

Асфальтобетоны из горячих смесей по величине остаточной пористости (выраженному в процентах к объему количеству пор в покрытии после уплотнения) делятся на следующие виды:

· высокоплотные (остаточная пористость от 1,0 до 2,5%);

· плотные (остаточная пористость св. 2,5 до 5,0%);

· пористые (остаточная пористость св. 5,0 до 10,0%);

· высокопористые (остаточная пористость св.10,0 до 18,0%).

Покрытия из холодных смесей должны иметь остаточную пористость от 6,0 до 10,0%.

Горячие смеси, щебеночные и гравийные, и плотные асфальтобетоны по содержанию в них щебня (гравия) делятся на типы:

· А (содержание щебня [гравия] св. 50 до 60%);

· Б (содержание щебня [гравия] св. 40 до 50%);

· В (содержание щебня [гравия] св. 30 до 40%).

Холодные щебеночные и гравийные смеси и соответствующие асфальтобетоны по содержанию щебня (гравия) делятся на типы Бх и Вх.

Смеси песчаные, горячие и холодные, и соответствующие асфальтобетоны по виду песка делятся на следующие типы:

· Г и Гх -- приготовленные на песках из отсевов дробления или на их смесях с природным песком при содержании последнего не более 30% по массе;

· Д и Дх -- приготовленные на природных песках или смесях природных песков с отсевами дробления при содержании последних менее 70% по массе.

В зависимости от применяемых материалов и физико-механических показателей асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны подразделяются на следующие марки:

· горячие высокоплотные -- МI;

· плотные типов:

o А -- МI, МII;

o Б,Г -- МI, МII, МIII;

o В,Д -- МII, МIII;

· пористые и высокопористые -- МI, МII;

· холодные типов:

o Бх,Вх -- МI, МII;

o Гх -- МI, МII;

o Дх -- МII

2. Преимущества и недостатки холодного асфальтобетона перед горячим асфальтобетоном

Плюсы

+ возможно применение при отрицательных температурах т.е. круглый год

+ срок хранения до 10 месяцев

+ не требует специальных средств для ремонта

+ возможность продавать в строительных магазинах

+ чуть ли не единственная возможноть содержать дороги в приличном состоянии в местах с суровым климатом и коротким летом таких как Якутия, Магадан, Норильск

Минусы

- цена холодного асфальта превышает цену горячего асфальта, но ремонт дешевле особенно в зимний период.

3. Преимущества холодного асфальтобетона на битумных эмульсиях перед асфальтобетоном на битумах

Уникальность холодного асфальта с использованием битумной эмульсии состоит в том, что в его состав входит битумная эмульсия, в то время как в традиционных смесях используют битум, содержащий специальные добавки-разжижители. Преимущества холодного асфальтобетона на битумных эмульсиях перед асфальтобетоном на битумах:

· практически исключается старение битума. Его температура при производстве битумных эмульсий значительно ниже, чем при производстве холодного асфальта на основе битума, что удлиняет межремонтный срок эксплуатации дорожного покрытия;

· только на основе битумной эмульсии возможно производство холодного асфальтобетона плотного зернового состава, что обеспечивает наилучшую гидроизоляцию ремонтируемой поверхности и предотвращает ее разрушение при эксплуатации под воздействием влаги;

· обеспечивается хорошая обволакиваемость поверхности щебня как за счет применения специально разработанной рецептуры эмульсии, так и благодаря двухстадийному процессу производства;

· практически исключается выпотевание излишков битума под воздействием транспортной нагрузки и высоких температур, так как только при использовании битумной эмульсии возможно формирование на поверхности минерального материала тонкой битумной пленки, что исключает избыток битума в готовом асфальтобетоне.

4. Технология производства холодного асфальта

Когда изготавливается холодный асфальт, то применяются специфические добавки обеспечивающие образование на поверхности битумной эмульсии, наносимого на каменные строительные материалы своеобразной пленки обладающей защитными свойствами. Образование пленки способствует предотвращению затвердевания битумной эмульсии при сохранении готовой смеси асфальта. При проведении работ, в требуемом объеме, образовавшаяся пленка разрушается при контакте с воздушной средой, чем обеспечивается необходимая пластичность материала.

Холодный асфальт производят, используя как инертный материал высокопрочный дробленый камень, чистый без каких либо примесей и хорошо высушенный.

Холодный асфальтобетон производится на асфальтобетонном заводе путем перемешивания в смесителе загружаемой туда щебенки и последующего ввода битума а также битумной эмульсии. Перемешивание этих компонентов, из которых и состоит холодный асфальтобетон, продолжается в течение 20...25 сек. Перед засыпкой в смеситель щебень нагревается, но его температура должна быть не более 100 0С. Вес добавленного в смесь битума составляет, как правило, от 4,2 до 4,5% от веса щебенки, а битумной эмульсии примерно в 1,5 раза больше. Для производства холодного асфальта в качестве инертного материала используется чистый и высушенный высокопрочный каменный материал, полученный дроблением.

Последней операцией является добавка в смеситель по окончании перемешивания щебенки и битума (битумной эмульсии) специальной добавки. Она добавляется в количестве 25...35 % от веса используемого битума (битумной эмульсии). От количества используемой добавки холодный асфальт сохраняет свои свойства, т.е. зависит время хранения смеси. Это надо учитывать при изготовлении, чем больше объем добавки тем дольше время хранения. Подачу и дозировку добавки в перемешанный холодный асфальтобетон можно осуществлять, используя те же дозирующие установки, которые используются для адгезивов. Подавать добавку непосредственно в битумную линию категорически запрещается. Подача должна проводиться непосредственно в смеситель по отдельному рукаву. Период времени перемешивания после внесения добавки составляет 20...25 сек.

Для производства холодных складируемых асфальтобетонных смесей используют смесительное оборудование периодического действия, оснащенное мешалками принудительного перемешивания, а также весовыми дозаторами минеральной части смесей и объемными дозаторами для битумной эмульсии и воды. Точность дозирования минерального материала должна быть не ниже ± 5 % по массе, эмульсии - ± 3 % по массе. Время цикла перемешивания в двухвальном смесителе периодического действия составляет 15 - 25 с, время подачи эмульсии в смеситель - 5 - 10 с.

Приготовленная холодная асфальтобетонная смесь по завершении цикла перемешивания должна быть отгружена в транспортное средство или фронтальный погрузчик и отправлена на склад или к месту производства ремонтных работ.

Показатели физико-механических свойств холодных складируемых асфальтобетонных смесей в зависимости от условий их применения должны соответствовать требованиям ГОСТ 9128-97.



5. Использование холодного асфальтобетона на основе битумных эмульсий

Холодные асфальтобетонные смеси применяют для устройства покрытий на дорогах местной сети с небольшой интенсивностью движения, а также при ремонте дорожных асфальтобетонных покрытий всех типов. Особенностью использования таких смесей является возможность проведения строительных и ремонтных работ при более низких температурах воздуха, чем это допускается при применении горячих асфальтобетонных смесей. Актуальной задачей в настоящее время считается обеспечение возможности круглогодичного проведения работ по строительству и ремонту дорожных асфальтобетонных покрытий и повышение их долговечности. Важность решения этой задачи определяется тем, что дорожные асфальтобетонные покрытия являются преобладающим типом покрытий автомобильных дорог, рассчитанных на современное скоростное движение. Такие дороги составляют основу дорожной сети страны и выдерживают основной объем автотранспортных перевозок. Значительные усилия дорожных организаций затрачиваются на поддержание сети дорог с асфальтобетонными покрытиями в состоянии, обеспечивающем требуемые показатели ровности и сцепления, поэтому необходимо проведение своевременного ремонта асфальтобетонных покрытий с целью устранения возникающих в процессе эксплуатации повреждений. К основным видам текущего ремонта асфальтобетонных покрытий относят устранение повреждений в виде выбоин, трещин, колей, обломов и неровностей кромок. При ремонте соблюдают общую технологическую последовательность, которая включает подготовку поврежденного участка, приготовление, укладку, разравнивание и уплотнение смеси (в случае необходимости).



6. Технология укладки холодного асфальтобетона на основе битумных эмульсий

Холодный асфальтобетон при производстве работ ремонтного характера с его использованием не нуждается в специальных подготовительных работах поверхности, которую надо отремонтировать. Все что необходимо сделать - это удалить грязь и избыточную влагу, а также удалить с ремонтируемой поверхности инородные частицы.

Холодный асфальт при производстве ремонтных работ можно использовать без проведения уплотнения, в данном случае уплотнение осуществляется при движении автотранспорта по отремонтированному участку дорожного полотна. Если холодный асфальтобетон укладывается с уплотнением, то необходимо использовать виброплиты массой от 60 кг. В целях увеличения адгезии холодного асфальта и имеющегося ремонтируемого покрытия можно осуществить подгрунтовку поверхности, которая ремонтируется.

7. Технология ямочного ремонта с использованием холодных асфальтобетонных смесей на основе битумов и битумных эмульсий

Ямочный ремонт асфальтобетонных покрытий осуществляется в следующей последовательности:

- ограждение места производства работ;

- очистка покрытия от пыли и грязи;

- определение зон разрушения покрытия и разметка мест ремонта;

- нарезка контуров «карт»;

- вырубка и их очистка;

- сушка «карты»;

- огрунтовка стенок и дна «карты»;

- укладка и разравнивание смеси;

- уплотнение смеси и отделка мест сопряжения;

- уборка и вывоз асфальтобетонного лома;

- контроль качества ремонтных работ;

- снятие ограждений.

Наиболее перспективными и экономически выгодными являются технологии, позволяющие проводить ремонт в течение года с использованием холодной асфальтобетонной смеси, которая содержит минеральный материал подобранного зернового состава, воду и жидкое органическое вяжущее. Ее приготавливают на асфальтобетонном заводе, складируют и укладывают в холодном состоянии. При ее приготовлении можно применять местные материалы, в том числе отходы камнедробления, пески. Лучшие результаты обеспечиваются при использовании карбонатных материалов с максимальной величиной зерен 20 мм.

В качестве жидких вяжущих применяют нефтяные остаточные битумы (гудроны) или разжиженные битумы. Вязкость вяжущих для проведения работ летом принимается в пределах C560 = 60 - 100 с, для работ весной или осенью - в пределах 20 - 60 с. Зерновые составы минеральной части смеси подбирают по принципу плотной смеси, при этом ориентировочное содержание частиц мельче 0,071 мм в смеси составляет 3 - 12 %. Оптимальное количество жидкой фазы в смеси, обеспечивающее максимальную плотность, определяют с помощью прибора стандартного уплотнения.

Ориентировочное содержание битумного вяжущего в смеси составляет 4 - 8 % (сверх 100 % по массе минеральной части). Состав уточняется в лаборатории. При применении кислых минеральных материалов в смесь вводят известь или цемент, а в битум следует добавлять адгезионные добавки.

Требования к уплотненной холодной асфальтобетонной смеси следующие: водонасыщение пористых смесей должно быть в пределах 5 - 12 %, плотных - не выше 5 %. Прочность при сжатии при температуре 20 °С сухих образцов должна быть не менее 1 МПа, коэффициент водостойкости - не менее 0,7.

Смесь готовят на асфальтобетонных установках, снабженных системой подачи и дозирования воды (например, с помощью дозировочного бачка или водомера, установленного на водопроводной трубе). Для равномерного распределения воды в смесителе в нем устанавливают трубу с отверстиями диаметром 10 - 15 мм, шагом 50 мм.

Предварительно отдозированные минеральные материалы (с влажностью, равной или ниже проектной) без подогрева и высушивания подают в смеситель. В случае если влажность материала превышает проектную, его следует подогреть в сушильном барабане до температуры 60 - 90 °С. При необходимости в смесь добавляют активатор, дозируя его после минеральных материалов. При влажности минеральных материалов ниже проектной в смеситель вводят необходимое количество воды и перемешивают в течение 5 - 10 с.

Вяжущее при рабочей температуре (70 - 90 °С) дозируют в смеситель за один прием. Время перемешивания смеси составляет 25 - 50 с. Готовую смесь выгружают в автомобиль-самосвал и вывозят к месту производства работ [1].

Одним из преимуществ этой технологии является возможность заготавливать смесь впрок, что позволяет проводить ремонтные работы зимой и ранней весной. Условная вязкость вяжущих (по вискозиметру с отверстием 5 мм при температуре 60 °С) при использовании карбонатных минеральных материалов должна быть в пределах 20 - 30 с, кислых материалов - 40 - 60 с. Количество вяжущего в этом случае должно быть минимально допустимым, обеспечивающим требуемые свойства смеси.

Согласно данным, приведенным в работе [1], допустимая температура смеси на карбонатных материалах при складировании ее в штабель для длительного хранения должна быть не выше 40 °С, при этом смесь может храниться в штабеле высотой не выше 2 м до шести месяцев. Смесь на гранитном песке допускается хранить в штабеле высотой до 4 м в течение 1 года. Смесь при хранении во избежание переувлажнения желательно накрыть любым водонепроницаемым материалом.

Ремонтные работы по устранению выбоин можно осуществлять с использованием традиционных составов холодных асфальтобетонных смесей при температуре воздуха не ниже -10 °С, при этом снег или мелкий несильный дождь не являются препятствием к проведению ремонта. На участках с интенсивностью движения до 1000 авт./сут необходимо применять смеси плотного типа, выше 1000 авт./сут допускается использование и пористых смесей. При глубине выбоины до 3 см ее необходимо углубить до 5 см с помощью перфоратора или мотобетонолома. При глубине выбоины более 10 см нижнюю ее часть заполняют необработанным щебнем или щебнем, обработанным органическим вяжущим, с уплотнением трамбовкой, дно и стенки выбоины перед укладкой смеси очищают от грязи, тщательно промывают водой, после чего воду удаляют метлами или с помощью мешковины и заполняют асфальтобетонной смесью. При этом огрунтовку дна и стенок выбоины не делают. Заполнение смесью ведут постепенно с трамбованием и с некоторым запасом по высоте, учитывая последующее доуплотнение движущимися транспортными средствами. Этот запас составляет ориентировочно 1,0 - 1,5 см на 5 см глубины выбоины. Окончательное уплотнение ремонтируемого участка проводят пневмокатком за 3 - 5 проходов по одному следу. Движение по дороге можно открывать сразу после проведения ремонтных работ.

Формирование структуры материала происходит в течение 3 - 30 сут в зависимости от погодных условий и интенсивности движения транспортных средств. Опыт эксплуатации показывает, что на участках, отремонтированных в неблагоприятные периоды года, «заплаты» имеют, как правило, срок службы не более 1 года. Более высокое качество работ достигается при использовании для ремонта холодных складируемых асфальтобетонных смесей, приготавливаемых на основе битумных эмульсий или битумов, содержащих растворители.

Холодные складируемые асфальтобетонные смеси, приготавливаемые с применением битумных эмульсий, предназначены для круглогодичного ямочного ремонта асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог III - V категорий при температуре воздуха не ниже -5 °С. Они представляют собой смесь щебня, песка из отсевов дробления и катионной битумной эмульсии, взятых в определенных соотношениях, приготовленную в установке и укладываемую в холодном состоянии в подготовленные «карты». Эти смеси могут упаковываться в герметичную тару и храниться на складе в открытых штабелях. Срок хранения в герметичной таре - до шести месяцев, в штабелях - до трех месяцев.

По зерновому составу эти смеси подразделяются на мелкозернистые с наибольшим размером зерен 5 или 6 мм и среднезернистые с наибольшим размером зерен 10 - 12 мм или 15 - 16 мм в зависимости от используемых производителем размеров сит. Зерновой состав минеральной части смесей должен соответствовать требованиям, приведенным в табл. 7.

Таблица 7

Зерновой состав минеральной части холодной асфальтобетонной смеси

Сита с размером отверстий, мм	Количество частиц минеральной части мельче данного размера зерен, % по массе
	0 - 5 мм	0 - 10 мм	0 - 15 мм
15	-	-	95 - 100
10	-	95 - 100	45 - 70
5	95 - 100	25 - 50	20 - 70
2,5	5 - 25	5 - 25	5 - 25
1,25	5 - 15	5 - 15	5 - 15
0,63	4 - 10	4 - 10	4 - 10
0,315	3 - 6	5 - 6	3 - 6
0,14	2 - 5	2 - 5	2 - 5
0,071	0 - 4	0 - 4	0 - 4

Для производства холодных складируемых смесей используют катионные битумные эмульсии на пластифицированном битуме со средней скоростью распада.

Ориентировочное содержание вяжущего в холодных складируемых асфальтобетонных смесях назначается для смесей с размером зерен минеральной части 0 - 15 мм 4,5 - 5,5 %, 0 - 10 мм - 5,0 - 5,5 %, 0 - 5 мм - 5,5 - 6,0 %. Уточненное содержание вяжущего устанавливают в лаборатории по результатам испытаний образцов на прочность. Содержание пластификатора в нефтяном битуме для этого типа смесей назначается в соответствии с необходимой продолжительностью хранения и температурным режимом планируемого периода укладки смеси.

Как правило, проведение работ по ямочному ремонту проводится в теплое время года. Это обстоятельство не позволяет своевременно устранять повреждения, возникающие в осенне-зимний период, что приводит к ускоренному их развитию и отражается не только на состоянии поверхности покрытий, но и снижает срок службы всей дорожной конструкции и влияет на безопасность движения.

Несвоевременность проведения работ по устранению выбоин в неблагоприятные периоды года объясняется погодными факторами. В условиях пониженных температур и высокой влажности воздуха затрудняется обеспечение качественного сцепления асфальтобетонной смеси, используемой для ремонта, с ремонтируемым покрытием. Проведение работ по устранению выбоин в асфальтобетонных покрытиях холодной асфальтобетонной смесью, содержащей каучук, возможно ранней весной, зимой, поздней осенью при температуре окружающего воздуха не ниже -10°С. На разрушенных участках асфальтобетонного покрытия устраиваются карты с вертикальными стенками методом холодного фрезерования или с помощью отбойных молотков. Поверхность карты очищается от грязи, пыли сжатым воздухом. В зависимости от температуры воздуха и влажности покрытия рекомендуется устройство подгрунтовки.

При температуре воздуха от 0 до +10°С при сухом покрытии целесообразно устраивать подгрунтовку жидким битумно-каучуковым вяжущим с расходом 100-200 г/м. Температура при этом ЖБКВ должна быть в пределах 70-80°С. При температуре воздуха 0 - 10°С подгрунтовку производить нецелесообразно. Укладка холодной смеси в карты проводится с учетом запаса на уплотнение. По границе карты подбивается смесь, чтобы она не попадала на существующее покрытие. При ремонте большими картами уплотнение производится самоходными катками. Подкатка производится легкими катками, а уплотнение тяжелыми. Количество проходов определяется перед началом работ опытным путем. Определяется объемная масса образца, уплотненного в лаборатории, и объемная масса образцов кернов, взятых из покрытия карты при различных проходах тяжелого катка. Строится зависимость объемной массы образцов, взятых из покрытия карты, от количества проходов тяжелого катка. Максимальная объемная масса образца, взятого из покрытия карты, будет соответствовать оптимальному количеству проходов тяжелого катка при уплотнении. При ликвидации выбоин малой площади для уплотнения применяют виброплиты, трамбовки, двухвальцевые ручные катки. Продолжительность уплотняющих воздействий определяется опытным путем. Обнаруженные на поверхности покрытия дефекты обрабатываются вручную, с помощью трамбовок и при необходимости с подсыпкой холодной асфальтобетонной смеси.

холодный асфальтобетон битумный эмульсия

8 Разработка состава холодного асфальтобетона с использованием каучуко-полиолефиновой и адгезионной добавок на основе битумных эмульсий и битумов

В лабораторных условиях каучуко-полиолефиновая добавка приготавливалась с использованием экструдера, позволяющего перемешивать компоненты в условиях повышенного давления, сдвигающих усилий и высокой температуры. Прибор оборудован дополнительным бункером для приема смеси агломерата полиэтилена и дробленого каучука в заданном соотношении и отдельным вводом для подачи битума. Кроме того, для производства гранул использовался гранулятор с водяным охлаждением, установленный на выходе из экструдера.

Наличие в составе холодного асфальтобетона каучука может повысить его деформативную способность при низких и деформационную устойчивость при высоких температурах [2]. Так как разжижитель оказывает негативное влияние на адгезионные свойства вязкого битума, то значительный интерес представляет использование в составе разжиженных битумов, наряду с полимерно-каучуковыми добавками, поверхностно-активных веществ, обеспечивающих вяжущему повышенное сцепление с минеральными материалами кислых и основных пород.

Для изучения влияния основных свойств компонентов смеси на качество холодного асфальтобетона и. для оптимизации результатов экспериментальных исследований был применен метод трехфакторного планирования, позволяющий при ограниченном количестве опытов получить достаточный для анализа и обоснования выводов объем информации и математическую модель процессов структурообразования, происходящих в холодном асфальтобетоне [3].

При приготовлении всех смесей использовались минеральные материалы одного гранулометрического состава, соответствующие по физико-механическим показателям требованиям ГОСТ 9128-09 и ГОСТ 12801-98 [4,5]. Гранулометрический состав холодной асфальтобетонной смеси представлен в таблице 8.

В качестве варьируемых параметров при проведении трех факторного эксперимента были выбраны: каучуко-полиолефиновая добавка, количество вяжущего и поверхностно-активная присадка КАДЭМ-ВТ. Исследуемые факторы и интервалы их варьирования представлены в таблице 8.1.



Таблица 8 - Рецепт комплексно-модифицированной холодной асфальтобетонной смеси с использованием каучуко-полиолефиновой добавки и ПАВ-КАДЭМ-ВТ

Наименование	Содержание материала	Размер зерен, мм.
		20	15	10	5	2,5	1,25	0,63	0,315	0,16	0,071
Исходные материалы
Гранитный щебень фр. 5-10 мм	100	100	100	95,3	17,3	5,7	3,1	2,6	2,3	2,1	0
Отсев дробления фр. 0-5 мм	100	100	100	100	94,6	78	53	37,8	26,8	13,4	12,2
Минеральный порошок	100	100	100	100	100	100	100	99,7	99,5	97,4	81
Состав смеси
Гранитный щебень фр. 5-10 мм	50	50	50	47,7	8,7	2,9	1,6	1,3	1,2	1,1	0
Отсев дробления фр. 0-5 мм	45	45	45	45	42,6	35,1	23,9	17	12,1	6	5,5
Минеральный порошок	5	5	5	5	5	5	5	5	5	4,9	4,1
Полимерно-битумное вяжущее	4-5
Готовая смесь		100	100	97,7	56,3	43	30,5	23,3	18,3	12	9,6
ГОСТ 9128-09 Бх (непр.зер.сост)	100	90-100	85-100	70-100	50-60	33-46	21-38	15-30	10-22	9-16	8-12

Таблица 8.1 - Исследуемые факторы и интервалы варьирования в плане эксперимента

Характеристика	Значе- ние кода	Исследуемые факторы
		расход вяжущего, %	каучуко-полиолефиновая добавка, %	адгезионная присадка Кадэм-ВТ, %
Основной уровень ()	0	4,75	2,0	0,4
Интервал варьирования ()	Х	0,25	2,0	0,4
Верхний уровень ()	Хi = +1	5,0	4,0	0,8
Нижний уровень ()	Хi = -1	4,5	0,0	0,0



Холодные асфальтобетонные смеси были испытаны в соответствии с ГОСТ 9128-09 на прочностные характеристики до прогрева, а так же на показатель слеживаемости, характеризующий способность смеси находиться в рыхлом состоянии. Кроме этого, был проведен анализ поведения асфальтобетона при исследовании не нормируемых характеристик, таких как предел прочности при сжатии при температуре 50 єС. При проведении эксперимента было изготовлено по девять образцов-цилиндров высотой и диаметром 7,14 см для каждой точки плана.

В качестве определяемых физико-механическим свойств выделены водонасыщение (w, %), предел прочности при сжатии при температуре 20 єС сухих образцов (R20, МПа), предел прочности при сжатии при температуре 20 єС образцов после длительного водонасыщения (R20 вод. длит., МПа), предел прочности при сжатии при температуре 50 єС (R50, МПа), изменение показателя слеживаемости смеси..

Экспериментально-статические модели основных физико-механических свойств холодных асфальтобетонных смесей представлены на рисунках 8.1-8.5.

Рисунок.8.1. Изоповерхности водонасыщения модифицированной холодной а/б смеси



Рисунок 8.2. Изоповерхности предела прочности при сжатии при 20 0С модифицированной холодной а/б смеси

Рисунок 8.3 Изоповерхности предела прочности при сжатии при 20 0С образцов после длительного водонасыщения модифицированной холодной а/б смеси



Рисунок8.4 Изоповерхности предела прочности при сжатии при 50 °С модифицированной холодной а/б смеси

Рисунок 8.5 Изоповерхности показателя слеживаемости модифицированной холодной а/б смеси

Уменьшению водонасыщения сформованных образцов способствуют все три фактора, то есть вяжущее, каучуко-полиолефиновая добавка и адгезионная присадка КАДЭМ-ВТ. Из данных рисунка 8.1 следует, что в большей степени на уменьшение водонасыщения влияет увеличение процентного содержания полимерного модификатора и вяжущего.

На рисунке 8.2 представлены изоповерхности экспериментально-статистической модели предела прочности при сжатии при температуре 20 єС для исследуемой холодной асфальтобетонной смеси. Анализ этих изоповерхностей показал, что все три параметра оказывают положительный эффект на повышение прочностных характеристик смеси. Однако, наибольшее влияние оказывает второй фактор Х2 (каучуко-полиолефиновая добавка) при оптимальном значении параметра Х1 (вяжущее). Значительный прирост прочности происходит при количестве каучуко-полиолефиновой добавки в пределах 2-4 % и вяжущего 4,75 %. При выдерживании всех этих параметров в пределах границы варьирования наблюдался рост прочностных характеристик с улучшением других физико-механических показателей.

Изоповерхности предела прочности при сжатии образцов после длительного водонасыщения (рис. 8.3) во многом зависят от адгезионных свойств вяжущего. Анализ изоповерхностей на рисунке 8.3 показал, что сочетание факторов Х2 и Х3 позволяют повысить прочность образцов после воздействия воды, что улучшает водостойкость смеси.

Прочность при сжатии при 50 0С (рис. 8.4) - это функция отклика, определяющая работоспособность модифицированных холодных асфальтобетонных смесей при повышенных температурах, то есть его теплостойкость и сдвигоустойчивость. Анализ изоповерхностей на рисунке 8.4 показывает, что на показатель прочности при сжатии при температуре 50 0С исследуемые факторы влияют следующим образом:

- увеличение процентного содержания вяжущего в составе смеси до определенного предела повышает прочность при 50 0С, а при дальнейшем увеличении понижает;

- увеличение содержания каучуко-полиолефиновой добавки в наибольшей степени повышает прочность;

- изменение процентного содержания адгезионной присадки КАДЭМ-ВТ в сторону ее увеличения незначительно сказывается на прочности при 50 0С

Наибольший эффект достигается при соблюдении всех факторов в следующих границах варьирования: вяжущего в пределах 4,5-4,75 %, каучуко-полиолефиновой добавки более 2 % и адгезионной присадки КАДЭМ-ВТ более 0,4 %.

На рисунке 8.5 представлены изоповерхности экспериментально-статической модели показателя слеживаемости. Под слеживаемостью холодных асфальтобетонных смесей понимается их способность к самопроизвольному образованию сравнительно прочных связей между частицами или их агрегатами в процессе хранения и транспортирования. Таким образом, соблюдение этого параметра является практически определяющим при приготовлении холодных смесей. Оптимальное содержание трех факторов (вяжущего, каучуко-полиолефиновой добавки и адгезионной присадки) позволяют получать модифицированные холодные смеси, обладающие повышенными физико-механическими свойствами. При более детальном рассмотрении изоповерхностей показателя слеживаемости (рис. 8.5) видно, что наибольшее влияние на увеличение этого параметра оказывает содержание вяжущего и каучуко-полиолефиновой добавки. При увеличении процентного содержания вяжущего (более 4,875 %) и полимерного модификатора (более 2 %) происходит резкое возрастание слеживаемости. Для правильного приготовления модифицированной холодной асфальтобетонной смеси необходимо ограничить вяжущее 4,875 %, каучуко-полиолефиновую добавку 2 %, при содержании поверхностно-активной присадки КАДЭМ-ВТ 0,4-0,8 %.

На основании полученных данных можно с большой достоверностью и точностью прогнозировать воздействие исследованных факторов на свойства модифицированных холодных асфальтобетонных смесей. Исходя из приведенных исследований, можно сформировать следующие основные принципы подбора компонентного состава холодных смесей и регулирования их свойств:

· изменяя количество вяжущего можно регулировать водонасыщение, остаточную пористость, в некоторой степени прочность и водостойкость;

· варьированием количества каучуко-полиолефиновой добавки можно регулировать структуру вяжущего, его прочность, а так же прочность его пленок в структуре смеси. Это происходит за счет улучшения адгезионной и когезионной прочности битумного вяжущего. Данный аспект положительно отражается на всех прочностных показателях;

· адгезионная присадка повышает водостойкость модифицированной асфальтобетонной смеси.

По результатам анализа изоповерхностей экспериментально- статистической модели основных физико-механических показателей можно сделать вывод, что оптимальным содержанием всех трех компонентов является: вяжущего 4,75 %, каучука - 2,6 - 3,0 % от массы вяжущего и количество адгезионной присадки КАДЭМ-ВТ около 0,4 %.

Таким образом, был получен альтернативный материал горячим и литым смесям, позволяющий проводить круглогодичный ремонт покрытий автомобильных дорог и обладающий повышенными физико-механическими показателями.

9. Защитные слои для дорожного покрытия из холодного асфальтобетона

Если на ремонтируемом покрытии образовалась колея, то рекомендуется устраивать защитные слои из холодного асфальтобетона.

Холодная асфальтобетонная смесь приготавливается в специальных машинах, которые производят и укладку асфальтобетона. Эти машины снабжены контейнерами для минеральной части, битумной эмульсии, воды и добавок (цемента).

Дозирование заполнителей осуществляется по объему. Процесс приготовления смеси непрерывный. Из смесителя холодный асфальтобетон подается в распределительный отсек, в котором перемешивается и разравнивается по ремонтируемому покрытию на нужную толщину слоя. После распада и схватывания битумной эмульсии отремонтированное покрытие готово к эксплуатации.

В технологической цепочке по устройству покрытия из холодного асфальтобетона используются три машины:

1) поливомоечная машина для очистки основания;

2) специальная машина для приготовления и укладки холодного асфальтобетона;

3) погрузчик для загрузки каменных материалов.

Отдельная операция по уплотнению слоя холодного асфальтобетона, как правило, не производится, доуплотнение слоя происходит от транспортной нагрузки. Для приготовления холодного асфальтобетона используются минеральные материалы фракции 0-3 мм или 0-11 мм. Применение каменного материала такого размера позволяет устраивать защитные слои от 5 до 20 мм.

Доля битумной эмульсии в холодном асфальтобетоне составляет 7-8%. Для регулирования времени схватывания эмульсии рекомендуется добавлять до 2% цемента.

10. Хранение

Хранить холодный асфальт можно в мешках из полиэтилена в течение года. Возможно хранение и без тары, в этом случае происходит твердение верхнего слоя под которым холодный асфальтобетон сохраняет все свои свойства и удалив образовавшуюся корку его можно использовать в полной мере.



Рис. 10. Упаковки для хранения холодных асфальтобетонных смесей.

Холодная складируемая асфальтобетонная смесь при хранении на складе проходит активный процесс «вызревания», обеспечивающий повышение ее структурно-механических свойств. Для ускорения этого процесса она должна находиться на складе в штабелях высотой не более 2 м. При этом допускается образование на поверхности штабеля корки повышенной прочности, которая легко разрушается при работе погрузочных средств. Смесь, подлежащая затариванию в герметичную тару, должна пройти на складе период «вызревания» в течение 7 - 8 сут.



Литература

1. Мардиросова И.В., Чернов С.А. Комплексное модифицированное вяжущее для холодных асфальтобетонных смесей / И.В.Мардиросова, С.А.Чернов // научно-технический сборник «Дороги и мосты», выпуск 23/1.- Москва, 2010. - С. 228-237.

2. Калгин Ю. И. Дорожные битумоминеральные материалы на основе модифицированных битумов: монография / Ю.И. Калгин; Воронеж. гос. архит. -строит. ун-т.- Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 2006. - 272 с.

3. Вознесенский В.А., Выровой В.Н. и др. Современные методы оптимизации композиционных материалов. / Под ред. В.А. Вознесенского.- Киев: Будiвельник, 1983г. - 144 с.

4. ГОСТ 9128 - 09 Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2010. - 18 с.

5. ГОСТ 12801 - 98 (с изм. 1. 2002) Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний. - М.: Издательство стандартов, 2003. - 32 с.

Размещено на Allbest.ru