09.07.13 21:51

канд. техн. наук, ст. преподаватель С.А. Чернов,

канд. техн. наук, ст. преподаватель. Д.В. Чирва,

инженер В. Колев

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЛИЯНИЯ СТАБИЛИЗИРУЮЩИХ И ПОЛИМЕРНЫХ ДОБАВОК НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНЫХ СМЕСЕЙ

В статье представлен анализ эффективности влияния добавок на свойства щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси. На основании результатов экспериментальных исследований установлено, что щебеночно-мастичные асфальтобетонные смеси, содержащие модифицирующие добавки, на 30-40 % устойчивее к процессам накопления остаточных деформаций, чем смеси, приготовленные на основе стабилизирующих добавок.

Ключевые слова: щебеночно-мастичная смесь, модифицирующие добавки, полимерно-битумное вяжущее

На протяжении довольно длительного времени на территории РФ доминирующим типом покрытий автомобильных дорог являются асфальтобетоны. До середины 200-х годов на автомобильных дорогах I и II технических категорий покрытия устраивали с применением горячих мелкозернистых асфальтобетонных смесей типа А, преимущественно I марки.

С повышением скоростей движения транспортных средств, постоянным ростом интенсивности движения и грузоподъемности возникла необходимость поиска конструктивных решений с целью увеличения срока службы асфальтобетонных покрытий.

В связи с этим, в последние годы на территории РФ вместо горячих плотных мелкозернистых асфальтобетонных смесей, все большее распространение в качестве материала для верхнего слоя покрытия получают щебеночно-мастичные асфальтобетонные смеси (ЩМА). В отличие от горячих асфальтобетонных смесей по ГОСТ 9128-2009, щебеночно-мастичные асфальтобетонные смеси обладают повышенным содержанием щебня и битума (до 80 % и 7,5 % по массе соответственно). Для удержания на поверхности минерального материала такого количества свободного битума, в особенности на стадии производства работ, необходимо обязательное присутствие в смеси стабилизирующих волокнистых добавок на основе целлюлозы. Их добавляют в минеральную часть с целью исключить стекание вяжущего при хранении смеси в накопительных бункерах и при транспортировании, а также для повышения однородности и улучшения физико-механических свойств асфальтобетона.

В последние года на автомагистралях крупных городов Европейской России с высокой интенсивностью движения транспорта все чаще стала встречаться колейность в летний период времени, когда температура покрытия достигает 70-80 0С. Такую колею можно обнаружить чаще всего по полосам перемещения тяжелого грузового транспорта, хотя она возможна и на других полосах движения как часть общей колеи, возникающей также вследствие абразивного износа покрытия и пластических сдвигов и иных деформаций самого асфальтобетона.     Колейность крайне нежелательна с точки зрения безопасности дорожного движения, поэтому борьба с этим дефектом покрытия практически превратилась в очень серьезную проблему для дорожной отрасли многих стран мира, в том числе России.

С учётом этого весьма эффективным решением для борьбы с дефектами, возникающими на покрытиях автомобильных дорог, является введение дополнительных требований к минеральным материалам и асфальтобетонным смесям, применяемым при строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог государственной компании «Российские автомобильные дороги», где установлены жёсткие требования к асфальтобетонам для верхних и нижних слоёв покрытия. Согласно данному документу в качестве материала верхнего слоя могут быть использованы щебёночно-мастичные асфальтобетоны по ГОСТ 31015-2002, приготовленные с использованием битумов по СТО АВТОДОР 2.1-2011, модифицированных полимерными добавками или с использованием полимерно-битумных вяжущих по ГОСТ Р 52056 [12] без индустриального масла.

В настоящее время на рынке РФ имеется достаточно большое количество различных стабилизирующих и модифицирующих добавок, которые должны улучшать качество щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей.

Для анализа их эффективности в научно-исследовательском институте проблем дорожного хозяйства  Ростовского государственного строительного университета «ДорТрансНИИ РГСУ» были проведены экспериментальные исследования по оптимизации составов щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, содержащих  различного рода стабилизирующие и модифицирующие добавки, а также полимерно-битумные вяжущие. В качестве критерия, определяющего качество щебеночно-мастичного асфальтобетона при полном его соответствии требованиям ГОСТ 31015-2002, являлся показатель остаточной деформации, полученный на приборе динамического нагружения, кинематическая схема которого представлена на рисунке 1, общий вид прибора представлен на рисунке 2.

Рисунок 1. Кинематическая схема установки


Рисунок 2. Общий вид прибора для оценки устойчивости дорожно-строительных материалов на накопление остаточных деформаций под воздействием динамических нагрузок

Анализ мониторинга интенсивности и состава движения на нескольких участках автомагистрали М4 “ДОН” показал, что большая часть грузового потока движется в интервале скоростей от 70 до 100 км/ч. При данной скорости движения многоосевых транспортных средств средняя частота нагрузки, передаваемой на точку на поверхности конструкции составляет порядка 15 Гц при среднем времени воздействия нагрузки 0,016с, в связи с чем при исследовании асфальтобетонов на приборе динамических испытаний частота воздействия расчетной нагрузки была принята 15Гц.

С целью определения оптимальной температуры и количества приложений расчетной динамической нагрузки при проведении экспериментальных исследований дорожно-строительных материалов на устойчивость к накоплению остаточных деформаций был произведен анализ температурного режима работы конструктивных слоев дорожной одежды. Проведенный анализ показал, что для Южного Фдерального округа в максимальном температурном режиме (около 600С - наиболее неблагоприятном для верхних слоев асфальтобетонного покрытия) дорожная конструкция работает в летний период порядка 1-2 месяцев во временном интервале 5-6 часов в сутки, что составляет в абсолютном значении от 150 до 300 часов, т.е. 6,25-12,5 суток (в среднем 9,375 суток).

Исходя из вышеизложенного в соответствии с ОДН 218.046-01 “Проектирование нежестких дорожных одежд” можно вычислить суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки к точке на поверхности конструкции за срок службы по формуле:


где fпол - коэффициент, учитывающий число полос движения и распределения движения по ним;

n - число марок автомобилей;

N1m - суточная интенсивность движения автомобилей m-й марки;

Sm сум - суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства m-ой марки к расчетной нагрузке;

Тргд - расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции;

kn - коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого;

Кс - коэффициент суммирования.

Так, например для участков автомагистрали М4 «Дон» суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки к точке на поверхности конструкции по данным наблюдений составит за срок службы:

а)    участок а/м М4 «Дон» км982-км1000

Np=(0,35*1305*29,8*9,375*0,7*0,005*1,49)+

(0,35*858*29,8*9,375*0,7*0,2*1,49)+(0,35*1098*29,8*9,375*0,7*0,7*1,49)+

(0,35*3982*29,8*9,375*0,7*1,25*1,49)+(0,35*343*29,8*9,375*0,7*0,7*1,49)=

=628673

б)    участок а/м М4 «Дон» км1011-км1024

Np=(0,35*2492*29,8*9,375*0,7*0,005*1,49)+

(0,35*755*29,8*9,375*0,7*0,2*1,49)+(0,35*1018*29,8*9,375*0,7*0,7*1,49)+

(0,35*3874*29,8*9,375*0,7*1,25*1,49)+(0,35*788*29,8*9,375*0,7*0,7*1,49)=

=639467

Полученные с использованием испытательного стенда данные позволят адекватно оценивать устойчивость асфальтобетона к динамическому воздействию автотранспортных средств, приближенных к реальным условиям эксплуатации дороги с целью дальнейшего использования полученных результатов при разработке предложений по повышению требований к конструктивным слоям дорожной одежды, в частности к асфальтобетонам.

Для проведения экспериментальных исследований в лаборатории «ДорТрансНИИ РГСУ» были подобраны составы щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей ЩМАС-15 с различными стабилизирующими и полимерными добавками, приготовленных на вязком дорожном битуме марки БНД 60/90, так и на полимерно-битумном вяжущем.

Для приготовления щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси использовались: гранитный щебень фр. 5-15 мм, песок из отсевов дробления гранитного щебня, минеральный порошок (активированный), вязкий дорожный битум марки БНД 60/90 или ПБВ, а также стабилизирующие или полимерные (модифицирующие) добавки. Зерновой состав минеральной части щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси используемый в работе представлен в таблице 1.

В качестве стабилизирующих добавок применялись «Viatop», ГБЦ «СД-1», «ДЦГ» и «Хризотоп», а в качестве полимерных использовались: «Унирем», «Vialux», «РТЭП» и «Полимерная фибра». При применении полимерно-битумного вяжущего в составе щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси использовалась продукция компаний «Полигум», «Альфабит» и «Лукойл». Содержание добавок в составе щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей устанавливалось опытным путем и находилось в пределах 0,40-0,45 % и 0,30-0,40 % от массы минеральной части для стабилизирующих и полимерных добавок соответственно.

На первоначальном этапе исследований экспериментальным путем подбиралось оптимальное содержание органического вяжущего таким образом, чтобы получить щебеночно-мастичную асфальтобетонную смесь соответствующую требованиям ГОСТ 31015-2002 и обладающую наилучшими физико-механическими показателями.

По результатам экспериментальных исследований были построены графики зависимости основных физико-механических показателей смеси от вида добавки и ее процентного содержания, которые представлены на рисунках 3-5. При использовании в качестве органического вяжущего ПБВ для обеспечения показателя «стекания» в щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси применялась стабилизирующая добавка «Viatop» в количестве 0,40 % от массы минеральной части.

Скачать таблицы: применяемые материалы, зерновой состав асафльтобетонной смеси

Анализ результатов испытания щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, содержащих различного рода добавки, показал, что значительных отличий в физико-механических показателях смесей приготовленных на ПБВ и смесей, содержащих модифицирующие или стабилизирующие добавки, не наблюдается. Однако, следует отметить положительное влияние полимерной фибры и добавки «РТЭП» на предел прочности при сжатии при температуре 50 0С. Значения данного показателя возросли в среднем  на 15-20 % по сравнению со значениями характерными для смесей, приготовленных с применением стабилизирующих добавок и ПБВ.

Для более детального анализа влияния исследуемых добавок на качество ЩМАс были проведены исследования на приборе динамического нагружения для оценки их устойчивости на накопление остаточных деформаций под воздействием динамических нагрузок.

Результаты проведенных испытаний представлены на рисунках 6-8.

Исходя из анализа полученных результатов можно сделать вывод о том, что применением модифицирующих добавок, выполняющих функции как полимеров, так и стабилизаторов в составе щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, оказывает такой же эффект, а иногда и лучше, как и полимерно-битумные вяжущие известных в России производителей.

Таким образом, применение ПБВ или модифицирующих добавок в щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесях, применяемых при устройстве верхних слоев покрытий, позволяют уменьшить процессы накопления остаточных деформаций при эксплуатации автомобильных дорог на 30-40 % по сравнению с щебеночно-мастичными смесями, приготовленными только с использованием стабилизирующих добавок (Viatop, ДЦГ, Хризотоп и т.д.), не смотря на достаточно близкие значения их физико-механических показателей по ГОСТ 31015-2002.

Рисунок 6. Результаты испытания щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, содержащих стабилизирующие добавки, на накопление остаточных деформаций


Рисунок 7. Результаты испытания щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, содержащих полимерные добавки, на накопление остаточных деформаций


Рисунок 8. Результаты испытания щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, приготовленных на различных полимерно-битумных вяжущих марки ПБВ 60


В заключении следует отметить и низкие требования ГОСТ 31015-2002 по ряду физико-механических показателей, что не соответствует фактическим испытаниям щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, приготовленных даже только с применением стабилизирующих добавок. Таким образом, в ближайшее время требуется детальнейшая проработка действующего нормативного документа с ужесточением действующего перечня физико-механических показателей ЩМА, а возможно и добавлением новых, гармонизированных с европейскими нормативными документами.


Список литературы

  1. Арутюнов В., Кирюхин Г., Юмашев В. Первый опыт строительства покрытий из щебеночно – мастичного асфальтобетона в России // Дороги России XXI века. – 2002. – No 3. – С. 58-61
  2. Методические рекомендации по устройству верхних слоев дорожных покрытий из щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА)  / ФГУП «Союздорнии». – М., 2002. – С. 36

Чернов С. А., Чирва Д. В., Леконцев Е. В. Влияние полимерно-битумного вяжущего на процессы колееобразования в верхних слоях покрытий автомобильных дорог //Интернет-журнал «Науковедение». 2012 №4 (6) [Электронный ресурс].-М. 2012- Ид. номер ФГУП НТЦ "Информрегистр" 0421100136\0008. – Режим доступа: http://naukovedenie.ru/sbornik12-120.pdf, свободный – Загл. с экрана.

ФИО

Чернов Сергей Анатольевич, Чирва Дмитрий Владимирович, Колев Веселин

Chernov Sergey., Chirva Dmitriy., Kolev Veselin.

Место работы

Ростовский государственный строительный университет

Rostov State University of Civil Engineering

Должность

старший преподаватель, старший преподаватель, инженер


Специальность по которой ведется исследование

Дорожно-строительные материалы

road materials

Электронная почта

Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.


EFFECTIVENESS ANALYSIS OF INFLUENCE OF STABILIZING AND POLYMER ADDITIVES ON PHYSICAL AND MECHANICAL STONE MASTIC MIXES

Candidate. tehn. Science, art. SA teacher Chernov,
Candidate. tehn. Sciences, Assoc. DV Chirva,
engineer V. Kolev


The paper presents an analysis of the efficiency effects of additives on the properties of stone mastic asphalt mix. Based on the results of experimental studies found that the stone mastic asphalt mixture containing builders is 30-40% more resistant to the processes of accumulation of residual strains than the mixtures prepared on the basis of stabilizing additives.

Keywords: stone mastic mixture, builders, polymer-bitumen binder

 

Комментарии  

 
0 #186 Bennyclota 26.09.2017 06:27
cephalexin
Цитировать
 
 
0 #185 Kennethbex 26.09.2017 00:09
doxycycline price
Цитировать
 
 
0 #184 Aaroncoula 25.09.2017 22:08
hydrochlorothia zide
Цитировать
 
 
0 #183 Charlesdaype 24.09.2017 22:02
Indocin Online CIALIS PILLS cephalexin antibiotics
Цитировать
 
 
0 #182 BrettFlisk 24.09.2017 18:50
order cialis
Цитировать
 
 
0 #181 Alfredgeoth 24.09.2017 12:41
buy doxycycline trazodone fluoxetine 40 mg
Цитировать
 
 
0 #180 Bennyclota 24.09.2017 10:10
FLUOXETINE 20 MG cialis online
Цитировать
 
 
0 #179 Kennethbex 24.09.2017 04:01
order fluoxetine
Цитировать
 
 
0 #178 Charlesdaype 23.09.2017 07:07
Doxycycline Hyclate
Цитировать
 
 
0 #177 Charlesdaype 23.09.2017 01:28
effexor xr order cialis
Цитировать
 
 
0 #176 Kennethbex 22.09.2017 23:51
cymbalta 40 mg buy cipro
Цитировать
 
 
0 #175 Charlesdaype 22.09.2017 22:53
buy fluoxetine erythromycin online EFFEXOR
Цитировать
 
 
0 #174 MichaelScubs 22.09.2017 21:31
augmentin and breastfeeding doxycycline strep coverage risks associated with triamcinolone acetonide ointment kentucky laws pseudoephedrine systemic lupus erythematosus methotrexate purinethol and candida mail order tylenol cheap sarafem
Цитировать
 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить