Аналитический контроль качества асфальтобетонных смесей физико-химические методы определение плотности и водонасыщения асфальтобетонных смесей

Актуальность работы. Надежность и долговечность готового асфальтобетонного покрытия – одна из основных характеристик в дорожном строительстве, которую дорожники стремятся совместить с невысокой себестоимостью строительства. Чтобы добиться высокого качества при минимальных трудовых и финансовых затратах, необходимо тщательно рассчитывать и улучшать физико-механические характеристики материалов еще на стадии проектирования дорожного покрытия. Прочность дорожного асфальтобетона – это комплексная характеристика, которая зависит от множества показателей: структуры строительной смеси, его устойчивости к растяжению и сжатию при механических и весовых нагрузках, влажности и температурных перепадов (последняя характеристика специфична для каждого конкретного региона). Регулируя эти характеристики, можно получать покрытия с разными возможностями и степенями прочности, а значит, и разной стоимостью. Там, где необходимо очень прочная дорога – строить дороже, но надежнее, а там, где в чрезмерной жесткости полотна нет необходимости, устанавливать менее дорогой «мягкий» асфальтобетон. Достичь этого можно только одним способом: внутрихимическими изменениями смеси, при которой выбирается оптимальная зернистость минеральных компонентов, и прочность их внутренних связей в смеси (особенно это касается связи битума с минеральными компонентами). Именно здесь и возникают дефективные «разрывы» единой структуры готового покрытия из-за механических и климатических нагрузок. Чтобы добиться высокой прочности физических связей смеси нужно: увеличить адгезию заполнителя смеси с вяжущим компонентом; повысить устойчивость к механическому растрескиванию структуры материала при высоких и низких температурах. Очень часто сделать это сложно, так как «рабочий» температурный диапазон битума очень невелик – они устойчивы только при плюсовой температуре, и становятся хрупкими при заморозках. В современном дорожном строительстве эта проблема решается с помощью модификационных добавок – в смеси добавляются зола, регенераторы резины, каучук, латекс, полимерные материалы. В последнее время в смеси асфальта и бетона добавляются также вторичные материалы переработки старых дорожных покрытий и промышленного производства, повышающие пластичность и адгезивную стойкость битумов. Заодно сокращаются и расходы на создание новых асфальтных покрытий. Наиболее доступными, экономически рациональными и практичными добавками отходов промышленного производства являются резиновая и резинотканевая крошка, латексные смеси (подвулканизированные и выпрессованные). Коэффициент сцепления асфальта при этих (с зернистостью 0.15-1.0 мм) добавках увеличивается примерно на четверть. Отмечено, что, чем меньше зерно добавок, тем выше трещиностойкость покрытия. Зерна размером до 0.1 мм во время перемешивания смеси вообще распадаются, распределяются по всей смеси и растворяются в битуме, обеспечивая покрытию новое качество, упругость и эластичность при отрицательных внешних температурах. Резиновая крошка, органически сходная с битумом, создает с ним однородный материал с совершенно новыми характеристиками. Полувулканизированный каучук можно эффективно использовать в качестве вяжущего компонента в асфальтобетонной смеси – он диффузно распространяется в смеси и формирует собственную решетку, укрепляя внутренние связи асфальтобетона. Резиновые и каучуковые добавки (до 20% от общего состава смеси) можно добавлять только в горячую смесь (+160+180С) – при таком температурном режиме резиновая крошка девулканизируется, и ее высвободившиеся молекулы смешиваются с молекулами битума в однородную массу. Минеральные модификаторы – зола, техническая сера, цемент, известняк, доломитовая крошка, доменные шлаки формируют композиционную основу с высоким пределом прочности на сжатие. Зернистость материалов не должна превышать 0.07 мм, а сама добавка может составлять до 70% общей массы смеси. Степень разработанности темы представлена трудами таких авторов, как А. В. Бернштейна, И.Б. Грудникова, Л.Б. Гезенцвой, Р. Б. Гуна, Р.А. Кемалова, А.С. Колбановской, Е. И. Маргайлика и др. Цель работы – исследовать контроль качества асфальтобетонных смесей физико-химические методы определение плотности и водонасыщения асфальтобетонных смесей. Задачи: - рассмотреть основные понятия асфальтобетонных смесей; - описать физико-химические методы определение плотности и водонасыщения асфальтобетонных смесей; - определить водонасыщение асфальтобетона; - описать стабилизирующую добавку для асфальтобетонной смеси. - представить экономическое обоснование проекта. Объект исследования – асфальтобетонная смесь. Предмет исследования – контроль качества асфальтобетонных смесей. Методы исследования – анализ, обобщение полученной информации. Теоретическая значимость работы заключается в исследовании физико-химических методов определения плотности и водонасыщения асфальтобетонных смесей. Практическая значимость работы заключается в применении полученных результатов в деятельности предприятий. Научная новизна исследования заключается в разработке стабилизирующей добавке для асфальтобетонной смеси. Структура работы состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы.

В результате проделанной работы решены следующие задачи: рассмотрены основные понятия асфальтобетонных смесей; описаны физико-химические методы определения плотности и водонасыщения асфальтобетонных смесей; определено водонасыщение асфальтобетона; описана стабилизирующая добавка для асфальтобетонной смеси; представлено экономическое обоснование проекта. Асфальт – строительный материал, состоящий из смеси битумов и минеральных наполнителей, соединенных в определенной пропорции. В природной разновидности содержится от 60 до 75% битумной составляющей. В искусственно синтезированных аналогах - от 13 до 60%. Асфальтобетон является материалом искусственного происхождения, от асфальта его отличает в первую очередь наличие щебня, поэтому плотность асфальта значительно меньше плотности асфальтобетона. Плотность обоих материалов зависит от совокупности факторов, но в любом случае – от используемых в составе материалов, для асфальта она находится в диапазоне 1300 – 1700 кг/м3, для асфальтобетона – в диапазоне 2100 – 2700 кг/м3. Когда говорят о плотности асфальтобетона, то в первую очередь имеют в виду коэффициент его уплотнения при укладке дорог. Требования к плотности асфальта регламентированы в Инструкции ВСН 14-95. Плотность асфальтобетона измеряется по его остаточной пористости и делится на следующие категории: высокопористая (с показателями остаточной пористости свыше 10%); пористые - с остаточной пористостью от 5 до 10%; плотные, у которых пористость достигает от 2,5 до 5%; с высокой плотностью - с объемом пористости не выше 2,5%. Как и любой другой пористый материал, асфальт и асфальтобетон меняют свои эксплуатационные свойства в зависимости от показателей плотности. В частности, этот аспект влияет на прочность, долговечность и устойчивость материала к различным нагрузкам. Чем более пористым будет асфальтобетон или асфальт, тем меньше будет его удельный вес (при равном объеме) и меньше прочность. Именно поэтому асфальтобетоны классифицируют согласно их составу и плотности, определяя назначение готовой смеси для дальнейшего ее применения в дорожном строительстве. Плотность асфальтобетона – одного из самых популярных искусственных дорожных покрытий, измеряется при помощи специального оборудования. Важно отметить, что параметры эти будут различаться для горячих и холодных асфальтобетонных смесей. А вот методы проведения испытаний в этом случае будут одинаковыми. В частности, используются: Разрушающие методы. В этом случае из толщи материала после его укладки и уплотнения вырезается контрольный образец установленного размера. Забор покрытия производится на трех участках на площади в 700 м2, на расстоянии более чем 1 метр от кромки дорожного полотна. Для холодной смеси установлен норматив забора образцов спустя от 15 до 30 суток после укладки состава. Для горячей этот срок сокращается до 1 - 3 суток. Испытания плотности в этом случае проводятся с применением гидравлического пресса. Методы неразрушающего воздействия. К ним относится метод радиоизотопного контроля, электромагнитные и ультразвуковые способы испытаний. В этом случае проверка производится без повреждения толщи асфальтового покрытия и отличается оперативностью получения данных. В итоге работы установлены закономерности взаимодействия битума с минеральными материалами при температурах производства асфальтобетонных смесей: влияние элементного и минерального составов, условий подготовки поверхности минеральных материалов на их сцепление с битумом, влияние породообразующих минералов на окислительное старение битума. Установленные закономерности были получены с использованием оригинальной разработанной методики оценки сцепления битума с минеральными материалами, которая позволяет получать результаты c минимальным влиянием субъективных факторов и относительной погрешностью не более 15 %. Увеличение суммарного содержания CaO, MgO, Fe2 O3 и Al2 O3 в минеральном материале приводит к увеличению его сцепления с битумом. С ростом суммарного содержания SiO2, Na2O, K2O, CO2 в минеральном материале его сцепление с битумом уменьшается. Шероховатость поверхности минеральных материалов в интервале Rz = 5-25 мкм не оказывает существенного влияния на их сцепление с битумом; При увеличении температуры термостатирования с 90 до 150 ○С сцепление битума с минеральными материалами в среднем возрастает на 10-20 процентных пунктов. После кипячения битумоминеральных образцов в воде оставшийся битум концентрируется на зёрнах определённых минералов. В гранитах и гнейсах такими минералами являются биотит, в габброидах – пироксены, в диоритах – биотит и роговая обманка. Косвенным подтверждением этого являются установленная тенденция увеличения сцепления при увеличении содержания в минеральном материале CaO, MgO, Fe2O3 и Al2O3, так как перечисленные минералы характеризуются относительно высоким содержанием кальция, магния, железа и алюминия. Таким образом, доказана практическая значимость работы.

1. Трудовой кодекс Российской Федерации» от 30.12.2001 № 197-ФЗ (ред. от 01.04.2019). СПС Консультант Плюс. 2. СП 78.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85 (с Изменением N 1). СПС Консультант Плюс. 3. Бернштейн А. В. Физико-химическая механика дисперсных структур / А. В. Бернштейн, Е. М. Нашиванко, М. И. Кучма. – М.: Наука, 2016. – 150 с. 4. Грудников И.Б. Производство нефтяных битумов / И.Б. Грудников. – М.: Химия, 2016. – 192 с. 5. Гезенцвой Л.Б. Дорожный асфальтобетон. – 2-е изд-е, перераб. и доп. / Л.Б. Гезенцвой, Н.А. Горелышева. – М.: Транспорт, 2017. – 350 с. 6. Гун Р.Б. Нефтяные битумы / Р. Б. Гун. – М.: Химия, 2019. – 432 с. 7. Кемалов Р.А. Модифицированные специальные битумы и лакокрасочные материалы на их основе: дис. … канд. тех. наук / Р.А. Кемалов.- Казань, 2017.-192 с. 8. Колбановская, А.С. Дорожные битумы / А.С. Колбановская, В.В. Михайлов. – М.: Транспорт, 2015. – 264 с. 9. Маргайлик Е. И. Модифицированные дорожные вяжущие, применяемые во Франции / Е. И. Маргайлик // Строительство и недвижимость. – 2017. – №3. – С. 18 – 101. 10. Полякова С. В. Применение модифицированных битумов в дорожном строительстве / С. В. Полякова // Наука и техника в дорожной отрасли. – 2019. – №1. – С. 15-108. 11. Полякова С. В. Применение модифицированных битумов в дорожном строительстве / С. В. Полякова // Стройпрофиль. – 2017. – №10. – С. 12-103. 12. Печеный, Б.Г. Битумы и битумные композиции / Б.Г. Печеный. – М.: Химия, 2016. – 257 с. 13. Смирнов Н. А. Новая жизнь «выжатых» битумов / Н. А. Смирнов // Дороги России XXI века. – 2018. – №6. – С. 20-108. 14. Худякова Т. С. Особенности структуры и свойств битумов, модифицированных полимерами / Т. С. Худякова, А. Ф. Масюк, В. В. Калинин // Дорожная техника. – 2017. - №5. – С. 23 – 101.