Повышение сдвигоустойчивости и износостойкости дорожных покрытий при использовании высокодисперсных отсевов дробления керамзита в асфальтобетонных смесях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.11, кандидат технических наук Солдатов, Алексей Александрович

• Солдатов, Алексей Александрович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Солдатов, Алексей Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ ОТСЕВОВ ДРОБЛЕНИЯ КЕРАМЗИТА В КАЧЕСТВЕ НАПОЛНИТЕЛЯ В СОСТАВАХ ПЛОТНЫХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ.,.

1.1 Минеральный порошок. Опыт применения некондиционных порошкообразных материалов промышленности в качестве минерального порошка для дорожных асфальтобетонов.

1.2 Влияние содержания и физико-механических свойств минерального порошка на структуру и свойства битумов и асфальтобетонов.

1.3 Асфальтовые бетоны. Состояние вопроса и перспективы использования пористых материалов в составах асфальтобетонов.

1.4 Выводы.

2 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОРОШКОВЫХ ОТСЕВОВ ДРОБЛЕНИЯ КЕРАМЗИТА В СОСТАВЕ НАПОЛНИТЕЛЯ С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОНОВ С ПОВЫШЕННЫМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ.

2.1 Физико-химические процессы, происходящие при взаимодействии органического вяжущего и пористых минеральных порошковых материалов в горячих асфальтобетонных смесях.

2.2 Направления повышения и регулирования температурной устойчивости, трещиностойкости и эксплуатационных показателей асфальтобетонов

2.3Выводы.

3 МАТЕРИАЛЫ ПРИНЯТЫЕ К ИССЛЕДОВАНИЯМ. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Характеристика материалов, принятых к исследованиям.

3.2 Методика исследований.

3.2.1 Методики исследования свойств исходных материалов.

3.2.2 Методики исследования свойств асфальтобетона.

4 ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОРИСТЫХ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ ОТСЕВОВ ДРОБЛЕНИЯ КЕРАМЗИТА С БИТУМОМ.

4.1 Особенности структуры, размера, формы частиц и зернового состава высоко дисперсных отсевов дробления керамзита.

4.2 Исследование адсорбционной активности высокодисперсных отсевов дробления керамзита.

4.3 Выводы.

5 РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОНОВ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫМИ ОТСЕВАМИ ДРОБЛЕНИЯ КЕРАМЗИТА.

5.1 Составы асфальтобетонных смесей, принятые к исследованиям.

5.2 Планирование эксперимента.

5.3 Влияние количества и содержания отсевов дробления керамзита в составе наполнителя на свойства горячих асфальтобетонов.

5.4 Исследование водостойкости асфальтобетонов, модифицированных отсевами дробления керамзита.

5.5 Исследование морозостойкости асфальтобетонов, модифицированных отсевами дробления керамзита.

5.6 Исследование сдвигоустойчивости асфальтобетонов, модифицированных отсевами дробления керамзита.

5.7 Исследование термостабильности асфальтобетонов, модифицированных отсевами дробления керамзита.

5.8 Влияние содержания отсевов дробления керамзита в наполнителе на трещиностойкость асфальтобетонов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение сдвигоустойчивости и износостойкости дорожных покрытий при использовании высокодисперсных отсевов дробления керамзита в асфальтобетонных смесях»

Актуальность работы. В настоящее время автомобильные дороги в России подвержены все увеличивающимся нагрузкам из-за резкого повышения скорости и интенсивности движения в первую очередь большегрузных транспортных средств, в том числе тяжелых грузовых автомобилей, что не может не отражаться на их техническом состоянии. Первоначально запроектированные и построенные с учетом значительно меньших нагрузок дорожные одежды в современных условиях эксплуатации стремительно снижают такие качества дороги как ровность, износ, перестают удовлетворять требованиям безопасного и комфортного движения, что выражается в появлении различных дефектов покрытия, приводит к резкому сокращению межремонтных сроков и, в конечном счете, к их разрушению. Немалую роль в снижении сроков службы дорожных покрытий играют невысокое качество и низкие эксплуатационные показатели дорожно-строительных материалов. Поэтому одной из актуальных и приоритетных задач в дорожном строительстве является повышение физико-механических и эксплуатационных характеристик материалов для дорожных покрытий, особенно на битумных вяжущих.

Применение новых конструкционных материалов на органических связующих повышенного качества для покрытий мостовых переходов, тротуаров, многоярусных стоянок, плоских кровель зданий, гидроизоляции трубопроводов и других инженерных сетей является также не менее актуальной проблемой.

Получение высококачественных и эффективных асфальтобетонов, удовлетворяющих современным жестким требованиям и обладающих высокими прочностными характеристиками, сдвигоустойчивостью, теплостойкостью, морозостойкостью, термостабильностью, трещиностойкостью, износостойкостью является одним из прогрессивных путей решения данной проблемы.

Перспективным направлением в развитии дорожных и строительных материалов, отвечающих вышеизложенным требованиям, является по нашему термостабильностью, морозостойкостью, трещиностойкостью, износостойкостью (истираемостью);

- разработать промышленную технологию приготовления отсевов дробления керамзита и применения их в качестве минерального порошка для асфальтобетонных смесей;

- провести опытное внедрение результатов исследования и определить технико-экономическую эффективность применения асфальтобетонов с минеральным порошком на основе высокодисперсных тонкопористых отсевов дробления керамзита, используемого для повышения сдвигоустойчивости и износостойкости дорожного покрытия.

Научная новизна:

- выявлен на микроуровне механизм взаимодействия высокодисперсных тонкопористых отсевов дробления керамзита по отношению к битумному вяжущему, обусловленный высокой удельной поверхностью и шероховатостью частиц, а так же наличием активных адсорбционных центров на их поверхности;

- обоснована возможность получения горячих плотных асфальтобетонов с повышенными сдвигоустойчивостью и износостойкостью за счет применения в их составах высокодисперсных отсевов дробления керамзита;

- определены зависимости физико-механических и эксплуатационных свойств горячих плотных асфальтобетонных смесей от содержания высокодисперсных отсевов дробления керамзита в наполнителе Ск;

- установлено закономерное повышение показателей сдвигоустойчивости горячих асфальтобетонных смесей с увеличением содержания отсевов дробления керамзита в составе наполнителя, которые максимальны при полной замене известнякового минерального порошка на высокодисперсные отсевы (при Ск равном 100 % по объему);

- разработана технология приготовления горячих плотных асфальтобетонных смесей на минеральном порошке из отсевов дробления керамзита, отличающаяся введением операции предварительной сушки отсевов дробления перед подачей материала в смеситель.

Практическая значимость. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны оптимальные составы и технология приготовления горячих асфальтобетонных смесей на плотном заполнителе и минеральном порошке из высокодисперсных отсевов дробления керамзита с повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

На АБЗ МУП «ДРСУ г. Михайловска» (г. Михайловск, Ставропольский край) была выпущена опытно-промышленная партия дорожной горячей плотной асфальтобетонной смеси на битуме марки БНД 60/90 с наполнителем из высокодисперсных отсевов дробления керамзита (содержание отсевов в наполнителе - 100 % по объему).

Опытно-промышленная партия горячей асфальтобетонной смеси была использована ДРСУ на автомобильной дороге в г. Михайловске Ставропольского края по ул. Войкова на участке между пер. Ростовский и пер. Михайловский.

Расчетный экономический эффект от снижения себестоимости укладки 100 м покрытия из асфальтобетонной смеси с наполнителем из высокодисперсных отсевов дробления керамзита в сравнении с традиционными асфальтобетонными смесями на плотном заполнителе в ценах 2009 года составил 970,00 руб. Ожидаемый годовой экономический эффект от изменения себестоимости укладки покрытия (при годовом объеме 42,0 тыс. м ) составил 407,00 тыс. руб.

Результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО СевКавГТУ в лекционных курсах, на лабораторных и практических занятиях по дисциплинам: «Материаловедение. Технология конструкционных материалов», «Покрытия и кровли», «Тенденции развития строительных материалов и изделий», для специальностей 270102, 270105, 270115.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на следующих конференциях:

- ХХХУ1-Й научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2006 год. (Ставрополь, 2006);

- Х1-й региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2007 г.);

- П-й всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Теория и практика повышения эффективности строительных материалов» (Пенза, 2007);

- Ежегодной научной сессии «66-я научно-методическая конференция МАДИ (ГТУ) в 2008 г.» (Москва, 2008);

- ХХХУШ-й научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2008 год (Ставрополь, 2009);

- Первом Всероссийском дорожном конгрессе (Москва, 2009);

- 1-й международной научно-практической конференции «Аспекты ноо-сферной безопасности в приоритетных направлениях деятельности человека» (Тамбов, 2010);

- Х1У-Й региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2010 г. );

- ХЬ-й научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2010 год (Ставрополь, 2011);

- Материалы международной научной конференции «Актуальные проблемы и инновации в экономике, управлении, образовании, информационных технологиях» (Ставрополь, 2011)

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 21 опубликованной работе, имеется положительное решение на выдачу патента на изобретение. Пять статей опубликованы в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ: «Строительные материалы» и «Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура».

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы, содержащего 155 источников и 2 приложения. Работа изложена на 162 страницах, содержит 116 страниц машинописного текста, 30 таблиц, 33 рисунка.

Заключение диссертации по теме «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей», Солдатов, Алексей Александрович

ОБЩИЕ ВЫВОДВЫ

1. Обоснована и экспериментально подтверждена возможность повышения сдвигоустойчивости и износостойкости горячих асфальтобетонов на плотном заполнителе путем модификации наполнителя высокодисперсными отсевами дробления керамзита фракций менее 0,16 мм. На основании экспериментальных исследований физико-механических и эксплуатационных свойств асфальтобетонов выявлены направления повышения их качества путем управления процессами структурообразования асфальтовяжущих на основе применения в их составах высокодисперсных тонкопористых отсевов дробления керамзита, обладающих высокими удельной поверхностью и адсорбционной способностью.

2. В результате экспериментальных исследований высоко дисперсных отсевов дробления керамзита выявлены на микроуровне особенности их зернового состава, структуры, размера и формы частиц; установлены высокая адсорбционная активность и структурирующая способность по отношению к битумному вяжущему, обусловленные высокими удельной поверхностью и шероховатостью поверхности частиц, а также возможным наличием активных адсорбционных центров на их поверхности.

3. Установлено закономерное увеличение деформативной способности при низких температурах (7?0) с увеличением содержания отсевов дробления керамзита в смеси Ск. Зависимости прочностей при сжатии при 20 и 50 °С (Яго, К50) от Ск имеют экстремальный характер.

4. Исследования на сопротивление температурным воздействиям показали высокую термостабильность предложенных асфальтобетонов, модифицированных высокодисперсными отсевами керамзита. Термостабильность композиций оценивали по коэффициенту термостабильности: ктс = Я0 /

5. Выявлена повышенная сдвигоустойчивость асфальтобетонов с наполнителем, модифицированным высокодисперсными отсевами дробления керамзита, в сравнении с асфальтобетонами-прототипами. С увеличением Ск и с переходом от песчаных смесей к мелкозернистым коэффициенты внутреннего трения tg(p и показатели сцепления Ся устойчиво возрастают. Установлено устойчивое повышение пределов прочности при растяжении при расколе Яр асфальтобетонов с повышением содержания отсевов дробления керамзита в наполнителе Ск.

6. Выявлена повышенная износостойкость предложенных композиций, оцениваемая по показателю истираемости (?. Установлено устойчивое понижение О асфальтобетонов, модифицированных отсевами дробления керамзита, с увеличением содержания отсевов в наполнителе Ск и при переходе от мелкозернистых смесей к песчаным. Наибольшей устойчивостью к истиранию обладают асфальтобетоны с наполнителем только из высокодисперсных отсевов дробления керамзита (при Ск, равном 100 % об.).

7. Расчетный экономический эффект от снижения себестоимости на производство и укладку 100 м дорожного покрытия из асфальтобетонной смеси типа Б за счет применения в качестве минерального порошка высокодисперсных отсевов дробления керамзита составил в ценах 2009 года 970,00 руб., а ожидаемый годовой экономический эффект при годовом объеме 42,0 тыс. м составил 407,00 тыс. руб.