16.10.11 11:48

УДК 625.85

Р.М. Черсков

ПРИМЕНЕНИЕ КАУЧУКО-ПОЛИОЛЕФИНОВОГО МОДИФИКАТОРА (КПМ) КАК СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ СДВИГО- И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ АСФАЛЬТОБЕТОНОВ

Для увеличения сдвиго- и трещиностойкости асфальтобетонов различных структурных типов разработан каучуко-полиолефиновый модификатор (КПМ). Помимо стандартных испытаний асфальтобетонов проведена оценка трещиностойкости по пределу прочности при динамическом изгибе и температуре перехода в хрупкое состояние, а сдвигоустойчивости — по вязкости при 60 °С в условии ограничения бокового расширения.

К л ю ч е в ы е с л о в а: асфальтобетон; модификаторы битума.

The rubber-polyolefin modificator (RPM) for increase of resistance to shear and formation of cracks asphalt concretes various structural types is developed. Besides standard tests asphalt concretes the technique of an estimation resistance to formation of cracks is offered on strength at a dynamic bending and temperature of transition in a fragile condition, and resistance to shear - on shear viscosity at 60 °С in a condition of restriction of side expansion.

K e y w o r d s: asphalt concrete; bitumen modifiers.

Наиболее эффективным решением проблемы повышения срока службы асфальтобетонов дорожных покрытий как за рубежом, так и в нашей стране, является модифицирование вяжущих полимерными модификаторами. Анализ имеющихся работ по применению различных полимеров для улучшения свойств битумов и ряд проведенных исследований позволил сотрудникам ДорТрансНИИ РГСУ разработать комплексный каучуко-полиолефиновый модификатор (КПМ) для непосредственного ввода в асфальтосмеситель. Исследование физико-механических свойств битумов и битумов, объединенных с разработанной добавкой, показали, что введение добавки способствует улучшению всего комплекса физико-механических свойств: увеличению температуры размягчения при одновременном уменьшении температуры хрупкости, увеличению растяжимости и пенетрации вяжущего при 0 °С, повышению адгезии к кислым каменным материалам (табл. 1).

Введение 6 % добавки КПМ от массы битума в смесь, как показали проведенные исследования на трех типах асфальтобетона А, Б и В, позволяет существенно снизить такие показатели, как водонасыщение и остаточная пористость, увеличить показатель водостойкости, характеризующий коррозионную устойчивость асфальтобетонных смесей. Такое влияние обусловлено высокой адгезией модифицированного вяжущего, созданием им прочных пленок, тяжело отслаиваемых водой.

Введение добавки ощутимо сказывается также на всех показателях связанных с вязкостью вяжущего и его когезионной прочностью (рис. 1, 2): на 40...50 % увеличивается прочность на сжатие при 50 °С и сцепление при сдвиге при одновременном уменьшении на 5.. .10 % прочности на сжатие при 0 °С, что говорит о его более высокой термостабильности. Однако следует отметить недостаточную информативность стандартных методов испытаний асфальтобетона при испытании модифицированных смесей. Поэтому в качестве метода оценки трещиностойкости проводилось испытание образцов-призм на динамический изгиб со скоростью 50 мм/мин [1].

Т а б л и ц а 1



Рис.1. Влияние количества битума, структуры асфальтобетона на прочность асфальтобетонов различных типов, при содержании КПМ от массы битума, %: а, в — 0; б, г — 6


Результаты  для  асфальтобетона  типа  Б,  полученные  и  обработанные  в программе STATISTICA 6.0 с построением изолиний (рис. 3) позволяют сделать вывод, что асфальтобетон на модифицированном вяжущем обладает более высокой прочностью при изгибе, большей деформативностью при низких температурах  и  граница  его  перехода  в  хрупкое  состояние  отодвигается  на 10 °С  в  область  более  низких  температур.  Такое  поведение  асфальтобетона связано  с  влиянием  эластичного  асфальтено-полимерного  каркаса,  образуемого после объединения добавки КПМ с битумом и обнаруженного методами ИК-спектроскопии и микроскопического исследования. Полимерный материал способен проявлять достаточную деформативность даже в застеклованном состоянии, что связано с подвижностью отдельных сегментов высокомолекулярных  полимерных  цепей  и  качественно  отличает  его  от  низкомолекулярных стекол [2].


Рис. 2 Влияние количества битума, структуры асфальтобетона на коэффициент внутреннего трения и сцепление при сдвиге асфальтобетонов различных типов, при содержании КПМ от массы битума, %: а, в — 0; б, г — 6

Оценку  сдвигоустойчивости  асфальтобетонов  выполняли  стандартным определением коэффициента внутреннего трения и сцепления при сдвиге, а также  дополнительно  определялась  вязкость  асфальтобетонов  при  постоянном  сдвигающем  напряжении 0,307 МПа (соответствующее  суммарному сдвигающему  напряжению  для  участка  с  транзитным  движением  от  вертикальной и горизонтальной нагрузок, определяемые на расчетной глубине асфальтобетонного слоя [3]) и ограничении бокового расширения при температуре 60 °С. Стандартные испытания, проведенные на приборе Маршалла, показали, что введение 6% добавки КПМ от массы битума в смесь позволяет при сохранении коэффициента внутреннего трения на прежнем уровне значительно увеличить сцепление при сдвиге, что отражается также в повышении вязкости асфальтобетона при высоких температурах.


Рис. 3 Влияние количества битума и температуры на прочность при динамическом изгибе (МПа) для типа Б: а — без добавок; б — с 6 % КПМ от массы битума

В качестве испытательного оборудования использовался прибор для определения  глубины  вдавливания  штампа  диаметром 25,2 мм (площадью 5 см2). Вязкость асфальтобетона определялась по формуле


где τ= Р/S, Па; Р — нагрузка, Н; S — площадь поверхности нагружения, м2, которая, как показали многочисленные эксперименты, с большой долей вероятности может быть принята равной площади боковой поверхности усеченного конуса ABCD, диаметр основания которого в нашем случае равен среднеарифметическому  значению  между  диаметром  штампа  и  кольца CD=(25,2+59)/2=42,1 мм; dε/dt — относительная скорость деформации сдвига,  условно принимаемая  равной  скорости  перемещения  двух  плоскопараллельных пластин с площадью поверхности S, между которыми находится испытываемый  материал  толщиной,  равной  отрезку  МК,  проходящему  через середины отрезков ВС и ВL и равному CL/2: , где ν — скорости деформации сдвига по линии ВС, м/с (рис. 4). Отличие  данного  метода  от  стандартных  заключается  в  возможности прогнозирования накопления остаточных деформаций во времени при высоких положительных температурах.


Рис. 4 Схема  нагружения  асфальтобетонных  образцов  при  испытании  на  определение вязкости асфальтобетона: 1 — форма; 2 — упорное кольцо; 3 — испытуемый образец; 4 — нагрузочный штамп; АD и BC — образующие поверхности сдвига

Полученные данные показывают,  что  в  условиях  ограничения бокового расширения, характерного  для  состояния асфальтобетона  в  покрытии, значительный  вклад  в  показатель  вязкости  вносит  образование  щебеночного  каркаса  и наибольший  эффект  модифицирования  добавкой  КПМ достигается на асфальтобетоне типа А, в котором сопротивление  сдвигу  щебеночного  каркаса  подкрепляется  высокой вязкостью  межзеренных  пленок  вяжущего,  модифицированного добавкой (табл. 2).

Т а б л и ц а  2



Таким образом, проведенные исследования показали, что введение разработанной добавки КПМ в количестве 6 % от массы битума способствует созданию  сопряженной  полимерно-битумной  структуры,  способствующей увеличению сдвиго- и трещиностойкости асфальтобетона.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.  Кирюхин  Г.Н.  Проектирование  состава  асфальтобетона  и  методы  его  испытаний [Текст] // Автомоб.  дороги  и  мосты : обзорн.  информ. / ФГУП «ИНФОРМАВТОДОР».  М., 2005. Вып. 6. 96 с.

2.  Гуль  В.Е.,  Кулезнев  В.Н.  Структура  и  механические  свойства  полимеров [Текст].  М. Высшая школа, 1966. 311 с.

3. Методические рекомендации по оценке сдвигоустойчивости асфальтобетона : введены в действие распоряжением Росавтодора от 04.02.2002 № ИС-42-р.

© Черсков Р.М., 2008