Головченко Д.А., Гончаренко В.В.
Автомобільно-дорожній інститут
ВИКОРИСТАННЯ
МІСЦЕВОГО ПІЩАНИКУ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА АСФАЛЬТОБЕТОНУ
В даний час постійно збільшується
вартість будівництва автомобільних доріг. При цьому виникає необхідність у
створенні складних композитних конструкцій дорожніх одягів поліфункціонального
значення, які забезпечували б підвищену комфортність, довговічність і високі
транспортно-експлуатаційні властивості автомобільних доріг. Такий якісний
стрибок можливий за рахунок реалізації концепції переходу на будівництво
укріплених конструкцій дорожніх одягів. Зниження матеріаломісткості і
собівартості будівництва дорогих інженерних споруд, до рівня традиційних
конструкцій можливо за рахунок застосування місцевих сировинних ресурсів [1].
Традиційною сировиною для
виробництва щебеню, який використовується в асфальтобетоні, є граніт. Однак,
для зниження вартості асфальтобетону та пошуку шляхів підвищення його якості
особлива увага уділяється використанню техногенної сировини. Мінеральні матеріали техногенного походження являються дешевою і найчастіше
вже підготовленою сировиною для будівництва, що призводить до зниження
енергетичних та матеріальних витрат.
На території Горлівки існують великі запаси мінералу кіновар – сировина для
отримання ртуті, а його відходи, у вигляді кам’яного матеріалу, накопичені у
відвалах гірської породи. Цей матеріал може бути використаний для виготовлення
асфальтобетону.
Дослідження фізико-механічних властивостей щебеню з піщанику виконували за
методами згідно [3].
Характеристики щебеню з піщанику
наведені в табл. 1. Вони свідчать про те, що фізико-механічні властивості
матеріалу відповідають технічним вимогам для виробництва асфальтобетону типу В.
Таблиця 1 – Властивості мінерального матеріалу
|
Показники властивостей |
Щебінь з піщанику |
|
Пустотність, % |
52,9 |
|
Вміст зерен лещадної форми, % |
22,4 |
|
Щільність, кг/м3 - середня - істина - насипна |
2430 2590 1150 |
|
Водопоглинання, % |
2,4 |
|
Пористість, % |
9,6 |
|
Дробимість, % |
14,7 |
|
Марка за дробимістю |
800 |
|
Морозостійкість, циклів |
більше 50 |
Показники міцності та
водостійкості асфальтобетону в значній мірі залежать від властивостей
мінеральних матеріалів, які були використані для виробництва суміші. При
змішуванні мінерального матеріалу з бітумом одразу за процесом змочування
поверхні мінерального матеріалу бітумом відбувається виборча адсорбція
компонентів бітуму. Активність взаємодії при цьому визначається не тільки
хімічних складом бітуму, але й природою мінерального матеріалу. В залежності
від природних сил, що діють на межі
розділу «мінеральний матеріал – органічне в’яжуче», можуть відбуватися як
фізична, так і хімічна адсорбція, причому сили хімічної адсорбції у межфазних контактах є найбільш стійкими [2].
Для експериментальних досліджень в якості в’яжучого використовувався бітум
нафтовий дорожній в’язкий марки БНД 60/90 виробництва Кременчужського НПЗ «УКРТАТНАФТА».
Гранулометричний склад мінеральної частини асфальтобетонної суміші,
прийнятої для дослідження, наведено на рис. 1.
Для підвищення фізико-механічних властивостей
асфальтобетонної суміші до її складу вводили полімерну домішку Kraton D 1101. Полімер Kraton D 1101 (стирол – бутадієн – стирол), який являє собою гранули
діаметром 0,5-1 мм темно-сірого кольору. Kraton D 1101 – основна марка СБС для
дорожніх покриттів, з вмістом полістиролу 31%. Основною особливістю Kraton D 1101 за
впливом на бітум є поява полістірольної сітки після розчинення бутадієну.
Дослідження фізико-механічних властивостей асфальтобетону виконували за методами
згідно [4].
Результати порівняльних досліджень фізико-механічних характеристик асфальтобетону без домішки та з домішкою Kraton D 1101 наведені в табл. 2.
Рисунок
1 – Склад мінеральної частини щільного дрібнозернистого асфальтобетону типу В непереривчастої
гранулометрії
Таблиця 2 – Властивості дрібнозернистого
асфальтобетону типу В непереривчастої гранулометрії
|
Назва показника |
БНД 60/90 5% |
БНД 60/90 6% |
БНД 60/90 6% +3% Kraton D 1101 |
БНД 60/90 6,2% + 3,2% Kraton D 1101 |
згідно з ДСТУ |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
Середня щільність, г/см3 |
2,24 |
2,30 |
2,36 |
2,38 |
- |
|
Водонасичення, % |
2,85 |
1,90 |
2,45 |
2,32 |
1,0-2,5 |
|
Набрякання, % |
0,70 |
0,35 |
0,11 |
0,09 |
0,85 |
|
Границя міцності при стиску, МПа, за температури, ○С 0
|
6,50 |
6,81 |
7,02 |
7,01 |
10,0 |
|
Продовження таблиці 2 |
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
20
50 |
2,31 1,02 |
2,58 1,25 |
2,68 1,38 |
2,61 1,29 |
2,4 1,2 |
|
Коефіцієнт тривалої водостійкості |
0,68 |
0,71 |
0,83 |
0,85 |
0,85 |
Наведені в таблиці 2 результати досліджень свідчать про те, що основні фізико-механічні властивості асфальтобетону на основі піщанику не відповідають вимогам ДСТУ Б В.2.7-119:2011. Але завдяки додаванню полімеру Kraton D 1101 в асфальтобетон спостерігається суттєве підвищення його основних фізико-механічних властивості. За результатами магістерської роботи виявлено, що оптимальна кількість бітуму – 6,2% від маси суміші, а полімеру Kraton D 1101 – 3,2% від маси бітуму. В суміші оптимального складу, порівняно з сумішшю асфальтобетону без вмісту полімеру, показники тривалої водостійкості збільшуються на 15-20%, міцність – 1-3%, в той час як показники водонасичення залишаються в допустимих межах.
Література
1. Лесовик Р.В. Пути снижения материалоемкости в
дорожном строительстве / Р.В. Лесовик // Наука и техника в дорожной отрасли. –
2012. – №4. – С. 6-7.
2. Колбановская А.С.
Дорожные битумы / А.С. Колбановская, В.В. Михайлов. – М.: Транспорт, 1973.
– 259с.
3. Щебінь і гравій із щільних гірських порід і відходів промислового виробництва для будівельних робіт. Методи фізико-хімічних випробувань: ДСТУ Б. В.2.7-71-98. – [Чинний від 1999-01-01]. – К.: Держбуд, 1999. – 47 с. – (Державний стандарт України).
4. Матеріали на основі органічних в’яжучих для дорожнього і аеродромного будівництва. Методи випробувань. ДСТУ Б В.2.7-89-99. – [Чинний від 1999-10-13]. – К.: Держбуд, 1998. – 17 с. – (Державний стандарт України).