УДК 625.855.3

канд. техн. наук С.А. Чернов,

канд. техн. наук, доц. А.В. Каклюгин,

аспирант М.В. Максименко

ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНАЯ АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ С ПОВЫШЕННОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТЬЮ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕМ

В статье рассмотрены результаты исследований по разработке «теплой» щебеночно-мастичной смеси (ЩМА-15), используемой при строительстве дорожных покрытий с повышенной долговечностью и энергосбережением до 30 %. В этих целях в работе применяли комплексную полимерно-стабилизирующую добавку из резиносодержащего термоэластопласта РТЭП и химическую энергосберегающую добавку EVOTHERM®J-1.

Ключевые слова: щебеночно-мастичная смесь, дорожные покрытия, долговечность покрытий, энергосберегающая добавка, полимерно-стабилизирующая добавка

Одной из важных задач повышения эффективности строительства и ремонта автомобильных дорог с асфальтобетонными покрытиями является решение проблемы ресурсосбережения. К ним, в первую очередь, относятся: обеспечение повышенной долговечности качества выполняемых работ, экономное расходование дорожно-строительных материалов и энергетических ресурсов при их производстве и применении. Значительную долю материальных и энергетических затрат дорожных организаций при этом составляют процессы приготовления и укладки асфальтобетонных смесей.

Авторами работы [1] показано, что из общего объема энергозатрат при устройстве асфальтобетонного покрытия только при приготовлении асфальтобетонных смесей расходуется около 40-50 % (в среднем 425- 530 ГДж на 1 км). Для снижения таких энергозатрат особый интерес представляют внедряемые в последнее время так называемые  «теплые» смеси, позволяющие снизить на 40-50 ⁰С температуру приготовления и уплотнения асфальтобетонных смесей. Под термином «теплые» в данном случае рассматриваются смеси приготовляемые не в традиционном их понимании на вязких, жидких или разжиженных вяжущих по ГОСТ 9128-84 и укладываемые при температуре 50-80 °С. Смеси, получаемые таким способом после уплотнения и охлаждения, обычно не набирают проектную плотность, прочность и необходимую ровность покрытия и, как правило, не соответствует требованиям.

В настоящее время под «теплыми» принято рассматривать смеси на вязких битумах, соответствующие ГОСТ 9128-09, разрабатываемые с использованием новых технологий и химических энергосберегающих добавок. Данные технологии позволяют при необходимости понижать температуры производства, улучшать удобоукладываемость и уплотнение асфальтобетонных смесей при одновременном повышении их качественных показателей со значительным уменьшением энергозатрат и улучшением охраны окружающей среды.

К числу подобных добавок относятся наиболее распространенные EVOTHERM®J-1 (США), CECECABASE RT945 (Франция), REDISETTMWMX (Швеция) и др. Указанные добавки за счет временного понижения вязкости вяжущего обладают способностью сообщать нагретым вязким битумам повышенную способность обволакивать зерна каменного материала, что снижает затраты энергии на перемешивание при приготовлении, а также при уплотнении асфальтобетонной смеси, обеспечивая прочность и плотность покрытия.

В настоящей работе представлены результаты проведенных исследований по изучению влияния таких технологий на физико-механические свойства комплексно модифицированных полимерно-армированных щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей ЩМА-15 с использованием стабилизирующей полимерно-дисперсно-армирующей добавки резиносодержащиго термоэластопласта РТЭП [2] и энергосберегающего поверхностно-активного вещества способного временно понижать вязкость вяжущего – EVOTHERM®J-1.

РТЭП разработан в ДорТрансНИИ РГСУ и выпускается научно-производственным предприятием ООО «ДорНИИ» в соответствии с             ТУ 5718-001-7925941-2006. В его состав входят полиолефиновый модификатор, дробленая шинная резиновая крошка с размером зерен до 1 мм, битумное вяжущее и антиоксиданты, взятые в определенном соотношении. Такая композиция характеризуется наличием значительного количества ненасыщенных связей, свойственных резино-полиолефиновым соединениям [3, 4]. За счет потенциала этих связей происходит активное взаимодействие добавки, со структурообразующими частицами битума с образованием среды модифицированного вяжущего. Инновационная энергосберегающая добавка комплексного действия EVOTHERM®J1 разработана MeadWestvaco Corporation (США) специально для понижения температуры уплотнения асфальтобетонных смесей. Добавка представляет собой продукт реакции конденсации полиаминов жирных кислот таллового масла и модифицированного продукта реакции конденсации полиаминов жирных кислот таллового масла 2,2 – иминодиэтанола. EVOTHERM®J-1 характеризуется следующими показателями свойств:

− температура кипения                                         ≥ 200 °С;

− температура вспышки в закрытом тигле               143 °С;

− удельная плотность                                            0,99 г/см³;

− относительная интенсивность парообразования   ≤ 1;

− растворимость в воде                                         полная;

− вязкость, спз, при     30 °С                                 500;

                                 25 °С                                 1000;

                                 10 °С                                 3500;

− рН                                                                   10-12.

В качестве минеральных материалов при приготовлении смеси использовали гранитный щебень фракции 5-15 мм, отсев дробления гранитного щебня фракции 0-10 мм и минеральный порошок марки МП-1. Марка щебня по дробимости 1200. Зерновые составы указанных материалов, а также подобранный зерновой состав минеральной части асфальтобетонной смеси приведены в таблице 1.

В качестве вяжущего использовался вязкий нефтяной дорожный битум марки БНД 60/90, физико-механические показатели которого приведены в таблице 2.

Таблица 2. - Физико-механические показатели вязкого дорожного битума используемого для приготовления асфальтобетонной смеси

С целью исследования влияния комплексной добавки из резинового термоэластопласта РТЭП и ПАВ EVOTHERM®J-1 на свойства щебеночно-мастичных смесей были приготовлены и сформованы образцы с использованием этого модификатора при различных температурах: 165, 130 и 90 °С. Резиновый термоэластопласт вводили в асфальтобетонную смесь на разогретые минеральные материалы в количестве 0,3 % от их массы. Добавку EVOTHERM®J-1 вводили в битум в количестве 0,4 % от его массы. Содержание модифицированного вяжущего в смесях составляло 5,3 % сверх 100 % минеральной части.

Смесь «ЩМА-15» без добавки EVOTHERM®J1 формовалась при температуре 165 °С в соответствии с нормативными требованиями, а смеси с комплексной добавкой из РТЭП и добавки EVOTHERM®J при температурах 165, 130 и 90 °С.

В таблице 3 представлены результаты испытаний физико-механических свойств указанных выше смесей, из которых следует, что все смеси полученные с комплексной добавкой, включая и смесь полученную при температуре 90 °С, по показателям свойств не уступают смесям  уплотненным при 165 °С, без использования добавки EVOTHERM®J-1 и соответствуют необходимым требованиям ГОСТ 31015. Наилучшие результаты показателей свойств с добавкой EVOTHERM®J-1 получены при этом для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси, сформованной при температуре 165 °С. Эта смесь отличается несколько более повышенными  прочностными показателями при 20 и 50 °С соответственно на 15 % и на 46 % по сравнению со смесью без добавки EVOTHERM®J-1.

Физико-механические свойства образцов, отформованных при температурах 130 и 90 °С из асфальтобетонных смесей, модифицированных комплексной добавкой состоящей из РТЭП и EVOTHERM®J-1, оказалась не ниже, по сравнению с образцами, изготовленными из аналогичных составов, но при температуре 165 °С. Однако, ни одна из этих смесей не уступает по свойствам смеси приготовленной при температуре 165 °С с использованием только полимерно-стабилизирующей добавки РТЭП. Все смеси с комплексной добавкой, даже при температуре уплотнения образцов равной 90 °С, соответствуют требованиям ГОСТ 31015-2002 и в ряде случаев превышают их, обеспечивая продление долговечности покрытий. Так показатель прочности при сжатии при 50 °С превышает требования на 170-175 %, а коэффициент длительной водостойкости увеличивается до 10 %.

Технология приготовления модифицированных асфальтобетонных смесей с добавками EVOTHERM®J1 не требует применения специального оборудования и не отличается от схемы применения жидких адгезионных присадок при приготовлении асфальтобетонной смеси.

Проведенные исследования выявили, что предлагаемый модифицированный «теплый» асфальтобетон по своим физико-механическим и структурным характеристикам не уступает традиционному горячему асфальтобетону. При этом модификация щебеночно-мастичного асфальтобетона комплексной добавкой состоящей из РТЭП и EVOTHERM®J1 дает ряд важных преимуществ:

− повышает предел прочности асфальтобетона при осевом сжатии при температурах 20 и 50 °C, соответственно на 15 и 46 %;

− понижает температуру приготовления и укладки асфальтобетонной смеси примерно на 40-50 °C, что обеспечивает экономию энергоресурсов примерно на 30 %, а также способствует уменьшению выбросов вредных веществ в атмосферу;

− позволяет расширить сезон дорожно-строительных работ за счет возможности укладывать предлагаемые смеси при пониженных температурах окружающего воздуха, и снижения при этом рабочей температуры смеси на 30-50 ^оС;

− повышает продолжительность сохранения пластичности и однородности асфальтобетонной смеси при транспортировке, что позволяет увеличить дальность ее доставки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Доценко А.И., Руденский А.В. Разработка и внедрение комплекса ресурсосберегающих технологий строительства дорожно-транспортных сооружений повышенной долгоаечномти. –М.:, сб. Дороги и мосты. 2011, в.2011/1. – С. 38-45.

2.  Патент РФ на изобретение № 2266934. Идиополов С.К., Мардиросова И.В., Щеглов А.Г., Чубенко Е.Н., Черсков Р.М., Хаддад Л.Н. Зарегистрирован в Государственном реестре 27 .12. 2005.

3. Руденский А.В., Смирнов Н.В. Для всех климатических зон. Композиционные резинобитумные материалы широкого применения/ А.В.Руденский, Н.В. Смирнов // Дороги России ХХ1 века . – 2002. - № 3. – С.86-88.

4.  Илиополов С.К., Балабанов О.А. Модифицированное вяжущее для шероховатых тонкослойных покрытий / С.К. Илиополов, О.А.Балабанов //Вестник Харьковского национального автомобильного университета = Харьков: ХНАДУ, 226. – 243 с.

Stone-mastiphic asphalt mixture with increased durability and energy - saving

Ph. D.(tech) S.A. Chernov,

Ph.D.(tech)A.V. Kaklugin

Post – graduate student M.V. Maksimenko.

The article covers the research results of the development of a “warm” stone-mastiphic asphalt mixture (SMA-15), used in the construction of road surfaces with increased durability and energy-saving up to 30 %.

For this purpose, we used in this work a complex polymer-stabilizing additive of rubber-containing thermoelastolayer (RTEL) and chemical energy-saving additive EVOTHERM®J-1.

Key words: stone-mastiphic mixture, road surfaces, surface durability, energy-saving additive, polymer-stabilizing additive.

Скачать таблицы: Состав щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси «ЩМА-15, Результаты  испытаний щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси «щма-15» с использованием полимерного модификатора «ртэп» и добавки «evotherm j-1» при различных температурах формовки