Дорожні асфальтополімерсіркобетони для регіональних умов Республіки Судан

ДОНБАСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

Аділь Ібрагім Мохамед Ель-Хаг Атіг

 

ДОРОЖНІ АСФАЛЬТОПОЛІМЕРСІРКОБЕТОНИ
ДЛЯ РЕГІОНАЛЬНИХ УМОВ РЕСПУБЛІКИ СУДАН

05.23.05 – Будівельні матеріали та вироби

 

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

 

 

Макіївка - 1998

 

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи.В Республіці Судан побудовано понад 16 тис. км автомобільних доріг з твердим покриттям, із них понад 7 тис. км - з асфальтобетонним. Розрахунковий термін служіння асфальтобетонних покриттів до середнього (4-5 років) і капітального (10-12 років) ремонтів в умовах жаркого (максимальна температура повітря і асфальтобетонного покриття складає 43°С і 76°С відповідно) і вологого клімату (відносна вологість повітря j=80%, середньорічна кількість опадів у вигляді дощу - 403 мм) не витримується. Асфальтобетонні покриття схильні до деформацій і руйнувань, із яких найбільш розповсюдженими є колійність та утворення хвиль і вибоїн. Після двох років експлуатації покриття вже потребують ремонту. Після чотирирічного строку експлуатації деформації автомобільної дороги такі, що проїзд транспортних засобів практично неможливий.

Таким чином, увагу слід приділяти підвищенню якості асфальтобетону, який використовується для верхніх шарів дорожнього одягу, що безпосередньо сприймають діяння транспортних засобів і погодно-кліматичних факторів.

Властивості асфальтобетону - композиційного матеріалу з коагуляційним типом контактів - обумовлюються, передусім, якістю органічного в’яжучого і процесами взаємодії на поверхні розділу фаз "органічне в’яжуче - мінеральний матеріал". Бітуми, що застосовуються в Республіці Судан (їх одержують із Аммана, Кувейту і Саудівської Аравії), марок БНД 40/60 і БНД 60/90 характеризуються невеликими температурами розм’якшення, відсутністю еластичності, а також незадовільними адгезійно-когезійними властивостями. Отже, необхідно розробляти такі засоби направленого регулювання якості нафтових бітумів і інтенсифікації процесів взаємодії на поверхні розділу фаз “бітум - мінеральний матеріал”, які б дозволили реалізувати властивості асфальтобетону в покритті.

Метою дослідженняє теоретичне і експериментальне обгрунтування одержання довговічних асфальтобетонів для улаштування покриттів автомобільних доріг в умовах жаркого і вологого клімату шляхом встановлення закономірностей формування в них комплексно модифікованої мікроструктури асфальтов’яжучої речовини.

Задачі досліджень:

1. Сформулювати теоретичні передумови передбачуваних закономірностей формування структури довговічного асфальтополімерсіркобетону з комплексно модифікованою мікроструктурою.

2. Дослідити структуроутворення в системі “бітум - бутадієнметилстирольний каучук - технічна сірка - модифікатор поверхні мінерального порошку”.

3. Встановити оптимальні температурні режими укладення і ущільнення асфальтополімерсіркобетонних сумішей.

4. Вивчити фізичні і деформаційно-міцнісні властивості асфальтополімерсіркобетону в умовах динамічного деформування в широкому діапазоні впливу температур, частот і амплітуд, а також їхню стабільність під дією кліматичних чинників.

5. Розробити рекомендації щодо виробництва і застосування модифікованого довговічного асфальтобетону. Дати економічне обгрунтування доцільності застосування асфальтобетонних сумішей з використанням комплексно модифікованої асфальтов’яжучої речовини, що підвищує довговічність асфальтобетону в умовах жаркого і вологого клімату Республіки Судан.

Наукова новизна отриманих результатівполягає в наступному:

- теоретично і експериментально доведена можливість одержання довговічного асфальтополімерсіркобетону для будівництва верхніх шарів дорожніх одягів автомобільних доріг в умовах жаркого і вологого клімату Республіки Судан;

- сформульовані вимоги до середовища, що модифікується, - нафтовим дорожнім бітумам, модифікаторам органічного в’яжучого та поверхні мінеральних порошків - полімерів і активних дисперсних наповнювачів;

- виявлено закономірності структуроутворення в системі "бутадієнметилстирольний каучук - технічна сірка - модифікатор поверхні мінерального порошку";

- визначені раціональні концентраційні співвідношення компонентів комплексно модифікованої мікроструктури асфальтополімерсіркобетону;

- показано, що у порівнянні з гарячим асфальтобетоном асфальтополімерсіркобетони відрізняються тріщиностійкістю, тривкістю до зсуву, до корозії та теплового старіння.

Практичне значення отриманих результатів:

- розроблені рекомендації щодо виробництва і застосування модифікованого довговічного асфальтополімерсіркобетону, що Міністерством автомобільних доріг Республіки Судан запропоновано до впровадження;

- визначено економічну ефективність застосування довговічного модифікованого асфальтобетону для будівництва покриттів автомобільних доріг в Республіці Судан.

Особистий внесок співшукачаполягає в:

- формулюванні теоретичних передумов дослідження;

- вивченні закономірностей формування структури довговічного асфальтобетону;

- розробленні рекомендацій щодо виробництва і застосування модифікованого асфальтополімерсіркобетону в регіональних умовах Республіки Судан.

Апробація роботи.Основні положення дисертаційної роботи було повідомлено на міжнародній науково-технічній конференції "Ресурсозбереження і екологія промислового регіону" (м. Макіївка, 1995 р.); на міжнародній науково-технічній конференції "Розвиток технічної хімії в Україні" (м. Харків, 1997 р.); на ХХХVI міжнародному науково-технічному семінарі з проблем моделювання та оптимізації композитів (м. Одеса, 1997 р.); на міжнародній науково-технічній конференції "Сучасні проблеми будівництва" (м. Донецьк, 1997 р.).

Публікації.За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 7 статей (одна в журналі, 6 - в збірках наукових праць) і двоє тез доповідей.

Структура і обсяг роботи.Дисертаційна робота складається з вступу, п’яти глав, висновків, списку літератури з 183 найменувань на 16 сторінках. Містить 106 сторінок основноготексту, включаючи 20 рисунків (8 сторінок) і 15 таблиць (3 сторінки).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступіобгрунтовано актуальність роботи, сформульовані мета і задачі дисертаційного дослідження, наведені положення наукової новизни і практичної значущості отриманих результатів.

Перший розділприсвячено стану питання з підвищення довговічності асфальтобетону верхніх шарів покриттів автомобільних доріг в умовах жаркого і вологого клімату. Він включає наступні підрозділи: “Напружено-деформована поведінка асфальтобетону в умовах високої температури”, “Старіння асфальтобетонних покриттів”, “Вплив водонасичення і температури на довговічність асфальтобетону”, “Ефективні засоби удосконалення якості асфальтов’яжучого для підвищення довговічності асфальтобетону в умовах жаркого і вологого клімату”.

Аналіз робіт Н.Н. Іванова, Н.В. Горелишева, І.А. Риб’єва, Б.І. Ладигіна, Л.Б. Гезенцвея, І.В. Корольова, А.Н. Богуславського, В.Н. Кононова, В.О. Золотарьова, Б.С. Радовського, Я.Н. Ковальова, Г.А. Бонченко, І.К. Яцевича, Ж. Аррамбид, М. Дюрье, І.І. Баловневої, О. Каst, L. Helevеn, М. Livneh та інших дозволив розкрити механізм утворення основних дефектів зсуву покриття автомобільної дороги у вигляді хвиль і колій, розглянути критерії зсувостійкості і головні напрямки підвищення тривкості асфальтобетону до пластичних деформацій.

Дослідження С.І. Гельфанд, А.С. Колбановскої, Г.С. Бахраха, В.В. Бутової, В.Д. Шестьоркіна, Л.І. Базжина, О.І. Славуцького і інших показали, що старіння асфальтобетону зумовлене як зовнішніми чинниками (температура, кисень повітря, сонячна радіація, вологість тощо), так і внутрішніми (хімічний склад органічних в’яжучих, структурний тип бітуму, мінералогічний склад, структура і текстура мінеральних матеріалів та ін.).

Виявлено, що найменш інтенсивно старіють щільні асфальтобетони, які було виготовлено на бітумах IIструктурного типу, активних і щільних мінеральних порошках.

А.В. Руденський, Д.І. Гегелія, А.І. Лисихіна, О. Diвоzy, J. Porubszky ? інші дослідники на основі вивчення закономірностей зміни розрахункових параметрів асфальтобетону при тривалому впливі води і знакозмінних температур показали, що основні внутрішні чинники, які визначають водостійкість асфальтобетонного покриття, такі: структура і характер порового простору асфальтобетону, в’язкість і тип структури бітуму, адгезія бітуму до поверхні мінеральних матеріалів.

Теоретичні і експериментальні дослідження А.С. Колбановської, Н.В. Михайлова, С.Н. Попченка, Л.Б. Гезенцвея, Л.М. Гохмана, Т.І. Горшеніної, В.А. Захарова, В.А. Веренько, Р.Н. Трекслера, J. Nоdak, G. Fiebach та інших свідчать про те, що найбільш перспективним засобом підвищення фізико-механічних властивостей асфальтов’яжучої речовини і забезпечення стабільності властивостей асфальтобетону є модифікація бітумів полімерами, сіркою і активація поверхні мінеральних порошків бітумами в поєднанні з поверхнево-активними речовинами, олігомерами і полімерами.

Як випливає з аналізу робіт, присвячених одержанню довговічного асфальтобетону для умов жаркого і вологого клімату Республіки Судан, найбільш доцільно сформувати таку структуру асфальтобетону, яка представлена оптимальними характеристиками макроструктури, мікроструктури та порового простору. В асфальтобетоні необхідно створити тривкий просторовий каркас, тривку деформаційно-релаксуючу з високими адгезійно-когезійними властивостями асфальтов’яжучу речовину, а об’єм залишкових пор в структурі асфальтобетону повинен бути мінімальним.

При цьому бітум IIструктурного типу слід модифікувати комплексною добавкою, яка складається з бутадієнметилстирольного каучуку і технічної сірки, а поверхню мінерального порошку активувати термоеластопластом. Однак до теперішнього часу теоретичні і технологічні основи одержання і застосування модифікованих асфальтобетонних сумішей таким чином не вивчені.

В другому розділісформульовані теоретичні передумови формування структури довговічного асфальтобетону на основі оптимального поєднання гранулометрії мінерального кістяка і комплексно модифікованої мікроструктури.

Для одержання зсувотривкого асфальтобетону слід проектувати IIтип макроструктури асфальтобетону, що дозволяє ефективно використовувати властивості як плівок бітуму, які поділяють мінеральні частки, так і просторового каркасу, утвореного зернами щебеню, що сприяє підвищенню зсувотривкості за рахунок збільшення довжини площин плину та їх жорсткості (досягаються максимальні значення модуля деформації, межі тривкості, внутрішнього тертя і зачеплення - сполуки професора В.О. Золотарьова).

Модифікацію бітуму бутадієнметилстирольним каучуком СКМС-30 слід вести з розчину у вуглеводневих фракціях. У цьому випадку при концентрації СКМС-30 2-3% мас. в органічному в’яжучому в області експлуатаційних температур сформується термофлуктуаційна просторова полімерна сітка (дослідження Л.М. Гохмана). Вузлами ланцюгів з макромолекул і надмолекулярних утворень СКМС-30 є a-метилстирольні блоки, що об’єднуються між собою зі зниженням температури до точки переходу полістиролу в склоподібний стан.

Міцність термофлуктуаційної просторової полімерної сітки буде визначатися кількістю вузлів і енергією взаємодії в них, а еластичність - кінетичною гнучкістю ланцюгів між вузлами сітки.

У міру підвищення концентрації елементарної сірки (температура об’єднання бітуму і сірки 180-190°С) відбудеться збільшення загальної структурованості системи – у результаті того, що незначна частина сірки прийме участь в вулканізації бутадієнметилстирольного каучуку (утворюються здебільшого моносульфідні і поперечні полісульфідні зв’язки типу. До 10% мас. сірки вступить в хімічну взаємодію з вуглеводами бітуму. Відбудеться -S-дегідрування і утворення асфальтеноподібних речовин. Частина сірки розчиниться (20-26% мас.). Інша диспергується в бітумі до колоїдного стану. Це приведе до підсилення коагуляційного структуроутворення в бітумополімерсірковому в’яжучому за рахунок взаємодії часток сірки через прошарки полімеру. В бітумополімерсірковому в’яжучому виникне тримірна спряжена сітка, вузлами якої є асфальтени, хімічно зв’язана сірка, кристали сірки і колоїдно-диспергована сірка.

Активація поверхні мінерального порошку СКМС-30 приведе до формування на поверхні порошку структурно-зміцненого шару полімеру, що підвищить адгезію бітумополімерсіркового в’яжучого до поверхні мінерального порошку внаслідок збільшення кількості контактів сегментів надмолекулярних утворень сополімера СКМС-30 з активними центрами олеофільної поверхні, аутогезії макромолекул СКМС-30. Це створить тривку і еластичну просторову матрицю асфальтополімерсіркобетону з високою адгезією і когезією, що і визначить довговічність модифікованого асфальтобетону в умовах вологого і жаркого клімату Республіки Судан.

В третьому розділінаведено характеристики матеріалів, прийнятих для досліджень, і засоби досліджень. Бітум прийнято БНД 40/60 з такими показниками якості: глибина проходження голки пенетрометра при 25°С, П25=59 град; температура розм’якшення 51,5°С; розтяжність при 25°С, Д25>1 м; температура крихкості Ткр=-17°С; коефіцієнт стандартних властивостей 0,685 (IIструктурний тип). Як модифікатори компонентів асфальтов’яжучої речовини використані: каучук - бутадієнметилстирольний СКМС-30 АРКМ-15 ДСТ 11138-78; технічна сірка (ДСТ 127-76). Мінеральний порошок прийнято вапняковий (ДСТ 16557-78). Для приготування фракцій мінеральної частини дрібнозернистого асфальтобетону (тип Б) використовувався гранітний щебінь марки 1200 Караньського родовища.

В роботі, окрім стандартних, прийнято низку спеціальних засобів досліджень. Процеси, що відбуваються в системі “бітум - СКМС-30 - технічна сірка - мінеральний порошок, активований бутадієнметилстирольним каучуком”, вивчали дериватографічним засобом і ІЧ-спектроскопією. Визначення оптимальних температур ущільнення асфальтополімерсіркобетонних сумішей здійснювали як засобом, який моделював ущільнення асфальтобетонних сумішей катками з жорсткобарабанними вальцями, так і енергетичним засобом. Вивчення реологічних властивостей і процесів руйнування асфальтополімерсіркобетонів здійснено на установках, розроблених в Харківському державному автомобільно-дорожньому технічному університеті. Тривкість, умовну пластичність і умовну жорсткість асфальтобетону в області високих температур (60°С) визначали на випробній машині за Маршаллом.

В четвертому розділівиконано експериментальні дослідження, спрямовані на одержання довговічного асфальтополімерсіркобетону.

Дані, які наведено на рисунку 1, показують, що активація поверхні мінерального порошку бутадієнметилстирольним каучуком СКМС-30 із розчину в бензині приводить до значного зміцнення міжфазного контакту  “бітумополімерсіркове в’яжуче - поверхня мінерального порошку”.

Залежність межі міцності при стиску асфальтополімерсіркобетону має максимум при 0,5% мас. СКМС-30 на поверхні мінерального порошку. При даній концентрації термоеластопласту на поверхні мінерального порошку формується олеофільний структурований шар СКМС-30, що сприяє підсиленню коагуляційного структуроутворення в асфальтов’яжучій речовині.

Склади асфальтополімерсіркового в’яжучого оптимізовані. Чинники варіювання - масова концентрація в бітумі СКМС-30 Х1=1-5% і технічної сірки Х2=20-60%. Параметри оптимізації асфальтополімерсіркобетону, який приготовлено на вапняковому мінеральному порошку, активованому 0,5% мас. СКМС-30: межа міцності під час стиску при 0°С R0 (Y1) – не більш 12 МПа, при 75°С R75 (Y2) – не менше 1,2 МПА, а також коефіцієнт водостійкості при тривалому водонасиченні Квд (Y3) – не менше 0,8.

Коефіцієнт кореляції – 0,97, 0,98 і 0,94, коефіцієнт варіації – 0,034, 0,028 і 0,043 відповідно. Інформаційна спроможність моделей 1, 2, 3 перевірена за допомогою критерію Фішера. Визначено довірчі інтервали значень для функцій відгуку. Виділена область оптимальних значень чинників системи “бітум – дивінілстирольний каучук - технічна сірка”, що забезпечують задані параметри оптимізації модифікованої асфальтов’яжучої речовини (рис.2, Optimal).

Таким чином, концентрацію СКМС-30 в бітумі слід призначати 2-3% мас, а технічної сірки - 30-40% мас. Більш високі концентрації бутадієнметилстирольного каучуку і технічної сірки стимулюють зростання когезії бітумополімерсіркового в’яжучого, що в умовах тривалого водонасичення призведе до відриву плівок модифікованого бітуму від поверхні мінеральних матеріалів і зниженню водостійкості модифікованого асфальтополімерсіркобетону.

Термограми ДТА, як і дані ІЧ-спектроскопії, свідчать про те, що хімічна взаємодія на поверхні розподілу фаз “бітумополімерсіркове в’яжуче - активований СКМС-30 мінеральний порошок” відсутня. В той же час, в системі “бітумополімерсіркове в’яжуче - мінеральний порошок, активований 0,5% СКМС-30”, смуги адсорбції бітуму (ароматика, метильні групи) виявляються більш чітко, ніж в системі “бітумополімерсіркове в’яжуче - не активований мінеральний порошок”. Це свідчить про те, що шар структурованого бутадієнметилстирольного каучуку покращує змочування його в’яжучим і забезпечує на поверхні розподілу фаз більш сильну міжмолекулярну взаємодію.

Формули переходу від факторів, значення яких кодувалися, до натурних:

Х11×2+3                                                                                                                        (4)

Х22×20+40                                                                                                                    (5)

 

Модифіковані асфальтобетонні суміші більш технологічні, ніж традиційні гарячі асфальтобетонні (табл.1). Оптимальний інтервал температур ущільнення асфальтобетонних сумішей з комплексно модифікованою мікроструктурою – 60-130°С, а для гарячих асфальтобетонних сумішей, приготовлених на бітумі БНД 40/60, – 90-130°С. Це дозволяє продовжити будівельний сезон і збільшити далекість транспортування асфальтобетонних сумішей, збільшити ефективний час ущільнення.

Таблиця 1

Властивості асфальтобетонних сумішей при ущільненні

Індекс бетону

Склад асфальтобетонної суміші

Коефіцієнт
ущільнення, Ку,

Приріст середньої щільності бетону,

1.

Дрібнозерниста (тип Б), яку приготовано на бітумі БНД 40/60 (П25=59 град.); мінеральний порошок не активований

1.27

509

2.

Дрібнозерниста (тип Б), яку приготовано на бітумополімерсірковому в’яжучому (бітум П25=59 град з 2% СКМС-30 і 40% технічної сірки.); мінеральний порошок активований 0,5% мас СКМС-30

0.81

620

 

Асфальтобетони з комплексно модифікованою мікроструктурою оптимальних складів характеризуються наступними показниками якості: межа міцності під час стиску, МПа, при 0°С R0=8-10, при 20°С R20=5,0-6,5, при 75°С R75=1,2-1,4; набухання, % від об’єму - 0; водонасичення, % від об’єму 1,5-2,0.

Дані, наведені в табл.2, показують, що кут нахилу залежності Rвиг=f(t) в інтервалі температур 0-60°С для модифікованого асфальтобетону більш пологий, ніж для гарячого асфальтобетону.

Таблиця 2

Значення межі міцності асфальтобетону на згинання при розтязі, Rвиг, МПа

Індекс бетону

Склад асфальтов’яжучого в дрібнозернистому асфальтобетоні (тип Б)

Температура, °С

 

 

0

20

40

60

1

В’яжуче бітум, П25=59 град. шкали пенетрометра; мінеральний порошок не активований

7,47

0,45

0,24

0,039

2

В’яжуче - бітум, П25=59 град. шкали пенетрометра, модифікований 2% мас. СКМС-30 і 40% технічної сірки; мінеральний порошок активований 0,5% мас. СКМС-30

3,48

1,58

0,68

0,164

При цьому межа міцності при згинанні в області позитивних температур для асфальтобетону з комплексно модифікованою асфальтов’яжучою речовиною характеризується більш високим значенням, ніж для традиційного гарячого асфальтобетону. Це забезпечить більш високу спроможність асфальтобетонного покриття при застосуванні модифікованих асфальтобетонів.

Асфальтополімерсіркобетони характеризуються більшими критичними напруженнями (sкр=0,095 МПа), ніж гарячий асфальтобетон (0,045 МПа) (рис.3).

Отже, покриття, споруджені з використанням модифікованого асфальтобетону, під дією транспортних навантажень будуть більш довговічними, ніж традиційні асфальтобетонні покриття.

Температура механічного скловання для них складає мінус 32,5°С, для гарячого асфальтобетону - мінус 17,5°С, а температура переходу у в’язкотекучий стан для асфальтополімерсіркобетону дорівнює 75°С, для гарячого асфальтобетону Твп=40°С. Отже, температурний інтервал в’язкопружного стану модифікованого асфальтобетону складає 107,5°С, що на 50°С більше, ніж у гарячих асфальтобетонів за ДСТ 9128-84. Характерно, що модуль пружності модифікованого асфальтобетону при 50°С значно вище, ніж асфальтобетону, приготованого на бітумі БНД40/60 (рис.4). Отже, покриття, побудовані з застосуванням модифікованих асфальтобетонних сумішей, менш схильні до накопичування пластичних деформацій. Коефіцієнт температурної чутливості в інтервалі температур мінус 20°С...50°С  для асфальтополімерсіркобетону при частотах деформування=0,5 Гц дорівнює 0,011, а для традиційного асфальтобетону КТ=0,025.

Дані, наведені в табл. 3, свідчать про те, що асфальтополімерсіркобетони більш зсуво­тривкі, ніж традиційні гарячі асфальтобетони.

Таблиця 3

Значення показників, що характеризують зсувотривкість асфальтобетонів за Маршаллом
(температура випробування – 60Сº)

Індекс бетону

Склад асфальтов’яжучого в дрібнозернистому асфальтобетоні (тип Б)

Умовна пластичність, 1/10 мм

Показник умовної жорсткості, А, Н/мм

Тривкість, Р, Н

1

В’яжуче бітум, П25=59 град. шкали пенетрометра; мінеральний порошок не активований

46

3316

15256

2

В’яжуче - бітум, П25=59 град. шкали пенетрометра, модифікований 2% мас. СКМС-30 і 40% технічної сірки; мінеральний порошок активований 0,5% мас. СКМС-30

39

5892

22981

 

Модифіковані асфальтобетони – більш довговічні. Так, коефіцієнт старіння (теплове прогрівання виконано при температурі 75°С і ультрафіолетовому опромінюванні в кліматичній камері ШП-1) після 1200 годин прогрівання Кст=1,25, а для гарячого асфальтобетону Кст=1,5. Коефіцієнт водостійкості при водонасичуванні протягом 90 діб для асфальтополімерсіркобетону складає Квд=0,75, а для традиційного асфальтобетону - Квд=0,57.

П’ятий розділприсвячено практичній реалізації результатів досліджень.

Розроблені рекомендації щодо виробництва і застосування модифікованого асфальтополімерсіркобетону. Асфальтобетонний завод додатково оснащують технологічними лініями по виробництву активованого СКМС-30 мінерального порошку і бітумополімерсіркового в’яжучого.

Рекомендації були розглянуті на технічній раді Міністерства автомобільних доріг Республіки Судан і запропоновані до впровадження. Теоретичні і експериментальні дослідження дисертаційної роботи впроваджені в учбовий процес.

Економічний ефект від впровадження асфальтополімерсіркобетонних сумішей (при річному обсязі виробництва 50 тис. т.) складе біля 500 тис. американських доларів і сприятиме зниженню собівартості виробництва і значному підвищенню довговічності покриттів автомобільних доріг.

Асфальтополімерсіркобетонні суміші необхідно застосовувати для улаштування верхніх шарів дорожніх одягів І і ІІ категорій в умовах жаркого і вологого клімату Республіки Судан.

ВИСНОВКИ

1. Теоретично і експериментально доведено, що ефективним засобом підвищення довговічності асфальтобетонних покриттів в регіональних умовах Республіки Судан є оптимальне поєднання гранулометрії мінерального кістяка асфальтобетону (ІІ структурний тип макроструктури) і комплексно модифікованої мікроструктури асфальтов’яжучої речовини модифікацією бітуму комплексною добавкою, що складається з бутадієнметилстирольного каучуку СКМС-30 і технічної сірки з одночасною активацією поверхні мінерального порошку СКМС-30.

2. Експериментально-статистичним моделюванням встановлено, що раціональна масова концентрація бутадієнметилстирольного каучуку СКМС-30 в бітумі ІІ структурного типу БНД 40/60 повинна складати 2-3% мас., а технічної сірки - 20-40% мас.

3. Доведено, що ефективним засобом підвищення адгезії і когезії бітумополімерсіркового в’яжучого, який забезпечує еластичність асфальтов’яжучої речовини і тривкий зв’язок на поверхні розділення фаз “модифікований бітум - мінеральний матеріал”, є активація поверхні мінерального порошку бутадієнметилстирольним каучуком СКМС-30. При концентрації 0,5-1,0% мас. СКМС-30 на поверхні мінерального порошку формується структурований шар модифікатора, який приводить до підсилення міжмолекулярної взаємодії на поверхні розділу фаз "бітумополімерсіркове в’яжуче - мінеральний порошок".

4. Асфальтополімерсіркобетонні суміші з комплексно модифікованою мікроструктурою відрізняються підвищеною легкоукладальністю і ущільнювальністю в більш широкому діапазоні температур (60-130°С) у порівнянні з традиційними гарячими асфальтобетонними сумішами (90-130°С). Цьому сприяють тиксотропні властивості модифікованої асфальтов’яжучої речовини і більш розвинені адсорбційно-сольватні шари бітумополімерсіркового в’яжучого на поверхні мінеральних матеріалів. Все це дозволяє збільшити далекість транспортування асфальтополімерсіркобетонних сумішей і поширити будівельний сезон.

5. Асфальтополімерсіркобетони відрізняються широким інтервалом в’язкопружної поведінки в покритті дорожнього одягу (температура механічного скловання – мінус 32,5°С, а температура переходу в в’язкотекучий стан – 75°С) і підвищеним опором зсуву, а також динамічним модулем пружності в області позитивних температур. Вони характеризуються меншим показником температурної чутливості (КТ=0,011) у порівнянні з гарячим асфальтобетоном (КТ=0,025). Вони значно більш стійкі до старіння і більш водотривкі, ніж традиційні гарячі асфальтобетони, що застосовуються в Республіці Судан.

6. Для умов жаркого і вологого клімату Республіки Судан розроблені “Рекомендації щодо виробництва і застосування модифікованого асфальтополімерсіркобетону”.

 

Основний зміст дисертаційної роботи викладений в наступних публікаціях:

1.      Эль-Хаг Адиль Ибрагим. К выбору критериев старения асфальтобетонов в региональных условиях Республики Судан // Вестник ДГАСА, 1995 - №1 - С.116-120.

2.      Эль-Хаг Адиль Ибрагим. Способ получения сдвигоустойчивого асфальтобетона // Ресурсосберегающие технологии в производстве строительных материалов. - Академия строительства Украины, 1995г. - Макеевка - т.1 - С.153.

3.      Эль-Хаг Адиль Ибрагим. Об условиях работы автомобильных дорог с асфальтобетонными покрытиями в Республике Судан //Вестник ДГАСА, 1996.- №3 (4). - С.105-106.

4.      Братчун В.И., Эль-Хаг Адиль Ибрагим, Поливцев С.С., Полищук А.В. Модифицированные асфальтобетоны повышенной долговечности //Сборник трудов по технической химии. - К.: Украинское химическое общество, 1997. - С.390-391.

5.      Братчун В.И., Эль-Хаг Адиль Ибрагим, Фарбитник М.П. Асфальтобетоны повышенной долговечности // Материалы XXXVI международного семинара по проблемам моделирования и оптимизации композитов. - Одесса: 1997. - С.123.

6.      Братчун В.И., Эль-Хаг Адиль Ибрагим, Доля А.Г. Асфальтополимербетоны повышенной долговечности // Современные проблемы строительства. - Донецк: Украинская государственная строительная корпорация «Укрстрой», 1997.- С.110-111.

7.      Эль-Хаг Адиль Ибрагим. Асфальтополимерсеробетоны повышенной сдвигоустойчивости и долговечности // Вестник ДГАСА. - 1998.- №1 (9).-С. 17-20.

8.              Братчун В.И., Эль-Хаг Адиль Ибрагим. Модифицированные асфальтобетоны повышенной сдвигоустойчивости и долговечности //Автошляховик України.– 1998. - №2. – С. 51-52.

9.              Братчун В.И., Эль-Хаг Адиль Ибрагим. Дорожные асфальтополимерсеробетоны для устройства покрытий дорожных одежд с высокой интенсивностью и грузонапряжённостью движения // Автодорожній комплекс України в сучасних умовах: Проблеми і шляхи розвитку. – К.: ПВКП “Укртиппроект”, 1998. – С.163-166.

 

Особиста участь автора.Всі основні результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. В публікаціях особисто автором виконано: аналіз експлуатації асфальтобетонних покриттів автомобільних доріг в умовах Республіки Судан[4]; експериментально-статистична модель системи "бітумополімерсіркове в’яжуче - активований мінеральний порошок"[5]; дослідження реологічних властивостей асфальтополімерсіркобетону[6]; визначення деформаційно-міцнісних характеристик асфальтополімерсіркобетону [8]; дослідження корозійної стійкості асфальтополімерсіркобетону [9].

 

АНОТАЦІЯ

Аділь Ібрагім Мохамед Ель-Хаг Атіг. Дорожні асфальтополімерсіркобетони для регіональних умов Республіки Судан. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 – Будівельні матеріали і вироби. – Донбаська державна академія будівництва і архітектури, Макіївка, 1998.

Дисертацію присвячено розробці технології виробництва асфальтополімерсіркобетонних сумішей з поліпшеними фізико-механічними властивостями і призначених для улаштування верхніх шарів дорожнього одягу автомобільних доріг для роботи в умовах жаркого і вологого клімату Республіки Судан. Визначено концентраційні співвідносини у системі “бітум – бутадієнметилстирольний каучук – технічна сірка – модифікатор поверхні мінерального порошку”. Вивчені технологічні властивості асфальтополімерсіркобетонних сумішей. Визначені деформаційно-міцнісні характеристики та корозійна стійкість модифікованого асфальтобетону. Прискореним методом доведено, що асфальтополімерсіркобетон у 3-4 рази довговічний, ніж традиційний гарячий асфальтобетон.

Ключові слова: асфальтополімерсіркобетон, модифікація, властивості, довговічність.

АННОТАЦИЯ

Адиль Ибрагим Мохамед Эль-Хаг Атиг. Дорожные асфальтополимерсеробетоны для региональных условий Республики Судан. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05. - Строительные материалы и изделия. Донбасская государственная академия строительства и архитектуры, Макеевка,1998.

Диссертация посвящена разработке технологии производства асфальтополимерсеробетонных смесей с улучшенными физико-механическими свойствами и предназначенных для устройства верхних слоев дорожных одежд автомобильных дорог для работы в условиях жаркого и влажного климата Республики Судан. Показано, что для получения сдвигоустойчивого асфальтобетона следует проектировать II тип макроструктуры асфальтобетона, который позволит эффективно использовать как свойства пленок битума, разделяющих минеральные частицы, так и пространственного каркаса, образованного зернами щебня, способствующего повышению сдвигоустойчивости за счет увеличения протяженности плоскостей скольжения и их шероховатости (достигаются максимальные значения модуля деформации, предела прочности, внутреннего трения и зацепления). Установлено, что рациональная массовая концентрация бутадиенметилстирольного каучука СКМС-30 в битуме второго структурного типа должна составлять 2-3% мас., технической серы 20-40% мас., а оптимальная концентрация на поверхности минерального порошка термоэластопласта СКМС-30 0,5-1,0% мас. Термограммы ДТА, как и данные ИК-спектроскопии, свидетельствуют о том, что химическое взаимодействие на поверхности раздела фаз битумополимерное вяжущее – активированный СКМС-30 минеральный порошок отсутствует. Адсорбционно-сольватный слой бутадиенметилстирольного каучука улучшает смачивание активированного минерального порошка битумополимерсерным вяжущим

Асфальтополимерсеробетонные смеси отличаются повышенной технологичностью. Оптимальный температурный интервал уплотнения асфальтополимерсеробетонных смесей 60-130°С. Асфальтосерополимербетоны с комплексно модифицированной микроструктурой оптимальных составов имеют следующие показатели качества: предел прочности при сжатии, МПа, при 0°С R0=8-10, при 20°С R20=5,0-6,5, при 75°С R75=1,2-1,4; набухание, % от объема – 0; водонасыщение, % от объема – 1,5-2,0. Для асфальтополимерсеробетонов критические напряжения sкр=0,095 МПа. Модифицированные асфальтобетоны характеризуются широким интервалом вязкоупругого поведения – 107,5°С. Следовательно, покрытия, построенные с использованием асфальтополимерсеробетона, будут более долговечны под действием транспортных нагрузок. Коэффициент температурной чувствительности асфальтополимерсеробетона в интервале температур минус 20°С…50°С . Коэффициент теплового старения (температура прогрева 75°С в течение 1200 часов) Кст=1,25. Коэффициент водостойкости при водонасыщении в течение 90 суток для асфальтополимерсеробетона равен Квд=0,75. Разработаны рекомендации по производству и применению асфальтополимерсеробетонных смесей, которые необходимо применять для устройства верхних слоев дорожных одежд I и II категорий в условиях жаркого и влажного климата Республики Судан.

Ключевые слова: асфальтополимерсеробетон, модификация, свойства, долговечность.

 

THE SUMMARY

Adil Ibrahim Mohamed Elhag Atig.Asphalt-concrete from bitumen, polymer and sulfurfor road for the regional conditions of Sudan Republic. - Manuscript.

The thesis for competing the candidates degree on the  specialty 05.23.05. “ Building materials and units” ,the Donbass State Academy of Civil Engineering and Architecture, Маkeevka, 1998.

The  thesis  is devoted to development  the  mixes of asphalt-concrete from bitumen, polymer and sulfur with the improved physicals and mechanical properties, intended for the building the top layers of the highways for work in a hot and damp climate of republic Sudan. Are certain the optimum concentration parities  in system bitumen - butadiene methyl styrene rubber - technical sulfur - modifier  a surface of a mineral powder . The technological properties of mixes asphalt-concrete are investigated. Are certain deformational and strangles of the characteristic and corrosion stability modified asphalt-concrete. The accelerated method is proved, that asphalt-concrete from bitumen, polymer and sulfur in 3-4 times is more durable, than traditional hot asphalt-concrete .

Key words: asphalt-concrete from bitumen, polymer and sulfur, updating, properties, durability.

загрузка...
Top