CC BY
22УДК 625.855.31/32
С.Ю. АНДРОНОВ, канд. техн. наук,
Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина (СГТУ)
Энергосберегающая и экологически безопасная технология холодного композиционного вибролитого регенерированного асфальта
Самым распространенным материалом для создания усовершенствованных дорожных покрытий является асфальтобетон. Проблема повторного использования старого асфальтобетона возникла с момента появления первых асфальтобетонных покрытий и в настоящее время становится все более актуальной. Это вызвано тем, что по окончании срока службы в покрытии сохраняется до 90% полезной массы асфальтобетона, пригодной для дальнейшего использования. Объем ежегодно снимаемого старого асфальтобетона в нашей стране исчисляется миллионами тонн и в ближайшее время будет расти в связи с большими объемами предстоящих ремонтных работ, которые требуют предварительного снятия слоя старого покрытия. Наиболее эффективным способом повторного использования старого асфальтобетона является регенерация.
В настоящее время регенерация осуществляется главным образом горячим способом, обладающим рядом существенных недостатков: повышенный расход энергии, загрязнение окружающей среды, необходимость специального оборудования и др. Альтернативой горячей регенерации является холодная, основанная, в частности, на применении битумных эмульсий. Недостаток способа, существенно удорожающий производство асфальта, — необходимость заблаговременного производства битумных эмульсий, приготавливаемых с использованием дорогостоящих поверхностно-активных эмульгаторов и оборудования эмульсионных баз, нередко зарубежного производства.
В Саратовском государственном техническом университете разработана холодная технология производства регенерированного асфальта с дисперсным битумом, исключающая необходимость применения битумных эмульсий [1]. Проблемой данной технологии является длительное уплотнение смесей катками (легкими, средними, тяжелыми) по мере испарения воды, с увеличением уплотняющей нагрузки. В зависимости от погодных условий процесс уплотнения может продолжаться более суток, что вызывает большие организационные трудности и удорожание производства работ, так как катки длительное время простаивают в ожидании оптимальной влажности слоя.
Разработана и запатентована [2] эффективная холодная технология вибролитого регенерированного асфальта с дисперсным битумом, исключающая необходимость применения битумных эмульсий, позволяющая устраивать покрытия без применения катков. Первичное уплотнение выполняют вибрацией при распределении смеси в покрытие асфальтоукладчиком. Окончательное уплотнение осуществляется движением транспорта в ходе эксплуатации покрытия. Отличительной особенностью предложенного способа регенерации является образование в процессе перемешивания
в объеме асфальтовой смеси прямой медленнораспада-ющейся битумной эмульсии на твердом эмульгаторе, роль которого могут выполнять обычно применяемые минеральные порошки. В результате получается асфальт на битумной эмульсии, без ее заблаговременного производства и применения.
Технология имеет ряд значимых достоинств: энергосбережение, так как отпадает необходимость высушивания и нагрева минеральных составляющих и старого асфальтобетона, а также длительного уплотнения укаткой; ресурсосбережение за счет исключения из технологической линии асфальтобетонного завода сушильного барабана, форсунки, топочного хозяйства, пылеулови-тельной установки, грохота, необходимости их обслуживания, снижения металлоемкости завода, а также за счет отсутствия необходимости применения катков и др.; экологическая безопасность, так как благодаря холодному и влажному приготовлению смесей исключается выброс в атмосферу пыли, канцерогенных углеводородов и др. Выполненные расчеты показали, что общий народнохозяйственный эффект, складывающийся из экономического, экологического и социального, применения холодного вибролитого регенерированного асфальта с добавкой 50% старого асфальтобетона составляет около 63% по сравнению с литыми асфальтами горячего приготовления.
Разрабатываемое под руководством проф. Н.А. Гор-наева в СГТУ научное направление «Технология холодных органоминеральных материалов с дисперсными органическими вяжущими» и разработки его учеников позволили теоретически обосновать процессы структу-рообразования в холодном вибролитом регенерированном асфальте с привлечением представлений физической химии с позиций термодинамики.
В процессе приготовления смеси, ее формирования в асфальт создаются и исчезают границы раздела фаз, что сопровождается изменением поверхностной энергии системы. Имеют место сложные физико-химические явления: смачивание зерен старого асфальтобетона и минеральных материалов водой, битумом, эмульгирование и стабилизация битума, формирование битумной пленки, адгезия битума и др. При этом решающее значение имеют поверхностная энергия составляющих материалов, состояние окружающей среды (температура и влажность воздуха, солнечная инсоляция, скорость ветра и др.), определяющие направление, скорость и пределы протекания процессов структурообразования. Холодная вибролитая регенерированная смесь с дисперсным битумом является системой открытого типа; процессы структурообразо-вания необратимы, в соответствии со вторым началом термодинамики они происходят в направлении увеличения энтропии системы, уменьшения поверхностной
май 2013
27
энергии системы. Равновесию системы отвечает минимум ее свободной поверхностной энергии:
^пв °1Т ^тг + 0тж 5тж + ожг 5жг,
где отг, отж, ожг — удельные свободные поверхностные энергии на границах раздела фаз (т — твердое тело; г — газ; ж — жидкость); 5тг, 5тж, 5жг — площади соответствующих поверхностей раздела фаз.
Обязательной, незаменимой составляющей холодной вибролитой регенерированной асфальтовой смеси является вода, определяющая характер всех процессов структурообразования и участвующая в них. При смешивании составляющих асфальтовой смеси с водой кинетическое смачивание происходит натеканием объемного слоя воды под действием гравитации и рабочего органа мешалки. Холодная вибролитая регенерированная асфальтовая смесь имеет объемную гидрофобно-гидрофильную (дифильную) мозаичную структуру из гидрофильных частиц песка и минерального порошка и гидрофобных зерен старого асфальтобетона, что обусловливает различный характер смачивания водой твердых составляющих смеси. Поверхность абсолютно гидрофобного битума, покрывающего минеральные составляющие старого асфальтобетона, гладкая, нивелированная слоем битума, без пор. Поэтому при перемешивании под действием гравитации и механического воздействия рабочего органа мешалки легко происходит скатывание воды с гидрофобных поверхностей старого асфальтобетона и аккумулирование ее в минеральном порошке и части песка, образующих суспензию необходимого состава и консистенции, способной эмульгировать битум. Явление взаимодействия гидрофобной части смеси с водой способствует снижению минимально необходимого для диспергирования количества воды, времени смешивания составляющих и ускорению формирования структуры асфальта в покрытии.
Смачивание и растекание воды по поверхности гидрофильных песка и минерального порошка определяется, помимо энергетических потенциалов и кристалло-химических особенностей, состоянием их поверхности. Шероховатость, пористость, различные виды загрязнения поверхности создают энергетические барьеры, сопротивление смачиванию, особенно в динамических условиях, в процессе перемешивания. Это обусловливает проявление кинетического гистерезиса смачивания, вызываемого сопротивлением, действующим на единицу длины линии смачивания. На смачивание гидрофильных составляющих оказывает влияние толщина водной пленки на их поверхности. При толщине 10-5— 10-6 см образуется слой с ориентированной структурой (по академику Б.В. Дерягину), поверхностная энергия которого ниже, чем у свободной воды, что ухудшает смачиваемость [3]. При наличии же пленки свободной воды смачивание резко улучшается.
Основополагающим фактором технологии холодного вибролитого регенерированного асфальта с дисперсным битумом является его эмульгирование. Степень дисперсности битума оказывает существенное влияние на скорость формирования битумной пленки, ее толщину, сплошность и конечные свойства асфальта. Нефтяные битумы обладают способностью к прядомо-сти, о чем свидетельствует методика определения одного из главных показателей свойств битумов — растяжимости (дуктильности). Из нее следует, что прядомость битума зависит от скорости деформирования, характера среды, температуры системы, марочной вязкости битума. В реальных условиях приготовления холодных вибролитых регенерированных асфальтовых смесей диспергирование горячего битума (140—160оС) происходит в объеме увлажненной холодной (~20оС) смеси старого
асфальтобетона и минеральных материалов. В результате теплообмена диспергирование происходит в интервале значений температуры, когда битум находится в состоянии высоковязкой структурированной жидкости, способной к вытягиванию в нити. Очевидно, что степень прядомости, характеризуемая длиной нити до момента разрыва, зависит от относительного содержания и свойств составляющих материалов асфальтовой смеси, конструкции и режимов работы мешалки. Все эти факторы определяют предельное значение толщин и длин битумных нитей в момент их распада на глобулы.
Стабилизация битумных глобул частицами твердого эмульгатора осуществляется в результате прилипания битума через граничный ориентированный слой воды, что соответствует минимуму поверхностной энергии системы. Стабилизация осуществляется слоем эмульгатора в одну частицу. Непосредственный контакт невозможен в связи с проявлением избирательного смачивания в системе вода — твердое — битум и расклинивающего давления [3, 4].
Важнейшим процессом формирования структуры холодного вибролитого регенерированного асфальта является образование на твердых минеральных частицах сплошных битумных пленок из глобул диспергированного битума. Теоретически в холодной вибролитой регенерированной смеси по мере испарения из нее воды растекание битумных глобул может происходить в водной среде, по поверхности воды, по минеральной или битумированной поверхности старого асфальтобетона. Энергетический анализ указанных схем показал, что формирование сплошной битумной пленки в холодном вибролитом регенерированном асфальте с дисперсным битумом происходит приемущественно за счет растекания битума по воде по мере высвобождения от нее пор. При этом кинетическое сопротивление равно нулю, так как растекается жидкость по жидкости. Смачивание твердых поверхностей происходит значительно медленнее. После испарения воды образуется бинарная система битум — твердое, обладающая меньшей суммарной поверхностной энергией.
Завершающей стадией формирования битумных пленок является адгезия битума к составляющим асфальтовой смеси. В холодной вибролитой регенерированной смеси характер адгезии битума и ее величина зависят от толщины водной пленки на поверхности минеральных составляющих и ее поверхностной энергии. При содержании в смеси свободной воды битум смачивается ею, что практически не влияет на связность системы. В процессе испарения воды до формирования на поверхности минеральных материалов граничного слоя ориентированной воды; энергия системы резко снижается за счет пониженной поверхностной энергии слоя ориентированной воды, связность системы возрастает за счет прорыва водной пленки и проявления непосредственного точечного контакта битума с твердым наполнителем в местах остроугольных неровностей под действием виброуплотнения. Непосредственный контакт битума с наполнителем происходит во времени в результате испарения воды за счет миграции поверхностно-активных составляющих битума к границе раздела и вытеснения воды. Происходит абсорбция битума в поры и микротрещины минеральных материалов. Система достигает максимальной прочности.
Заключительной технологической операцией устройства покрытия является уплотнение асфальтовой смеси, достижение максимальной плотности, определяющей все дорожно-эксплуатационные свойства покрытия. Наиболее благоприятный для уплотнения момент соответствует укладке смеси. Когда водные пленки имеют максимальную толщину, а битумные глобулы блокированы суспензией твердого эмульгатора и не проявля-
28
май 2013
ют клеящего действия, смесь обладает высокой подвижностью. На этой стадии эффективным является уплотнение вибрацией, поскольку происходит значительное уменьшение сопротивления смеси деформированию при минимальных энергозатратах. Вибрационное воздействие вызывает тиксотропное снижение структурной вязкости смеси; под действием вибрации происходит более плотная упаковка. При заполнении пор смеси, вода, являясь практически несжимаемой, препятствует дальнейшему уплотнению, поэтому холодный вибролитой регенерированный асфальт обычно имеет остаточную пористость около 10—12%. Окончательная плотность холодного вибролитого регенерированного асфальта зависит от неизменяемой плотности старого асфальтобетона. При виброуплотнении холодной литой регенерированной смеси, в состав которой входит старый асфальтобетон, происходит компактное расположение минеральных зерен, более равномерное распределение пастовой ее части в объеме. Это практически полностью исключает дробимость слабых зерен старого асфальтобетона в ходе первичного уплотнения асфальтоукладчиком и доуплотнения в процессе эксплуатации под действием транспортной нагрузки.
Уплотнению способствуют особенности взаимодействия воды с гидрофобными и гидрофильными составляющими смеси. Вода, попадая между двумя абсолютно гидрофобными поверхностями старого асфальтобетона, благодаря лапласовскому давлению выполняет роль подшипников качения (по академику Я.И. Френкелю), препятствует их контакту, облегчая взаимное перемещение [5]. По мере испарения воды за счет песка и минерального порошка в смеси образуется большое количество заполненных водой тонких капилляров; возникающее при этом лапласовское давление, достигающее 1 атм при диаметре капилляра 1 мкм, способствует сближению минеральных зерен. Вода за счет капиллярных сил проявляет свойства, подобные связующим.
Экспериментальные исследования проводили главным образом на смесях с содержанием 50—60% фрезерованного старого асфальтобетона типа В; 10—20% известнякового или гранитного щебня и 10—20% полученных из них искусственных песков; 16—18% неактивированного известнякового минерального порошка марки МП-1 в пересчете на частицы мельче 0,071 мм; 6—8% нефтяного битума марки БНД 90/130; 6—9% воды. Содержание зерен щебеночной фракции в смесях составляло 40—50% (тип Б) и 30—40% (тип В). Смеси готовились в двухвальной лабораторной мешалке, сконструированной по типу серийно выпускаемых мешалок для асфальтобетонных заводов.
Для исследования свойств асфальта на лабораторной виброплощадке приготавливали стандартные цилиндрические образцы диаметром 50,5 и 71,4 мм. Образцы уплотняли вибрированием под пригрузом при параметрах вибрационного процесса, соответствующих параметрам работы виброплиты асфальтоукладчика: удельное давление 0,03 МПа; частота колебаний 3000 об/мин; амплитуда 0,5 мм. Виброуплотнение образцов длилось 20 с, что соответствует скорости движения асфальтоукладчика 3 м/мин. Исследованиями установлено, что более длительное виброуплотнение нецелесообразно, так как дальнейшего увеличения плотности образцов практически не происходит из-за заполняющей все поры воды.
При подготовке к испытаниям образцы высушивали 12 ч при 100оС. Такая методика в определенной степени воспроизводит условия формирования асфальта в покрытии и позволяет получать образцы со свойствами, близкими к свойствам образцов, формировавшихся в естественных условиях. Образцы испытывали по методике, принятой для горячего асфальтобетона в соответствии с ГОСТ 12801-98.
Исследование динамики изменения свойств (плотности и прочности) асфальта осуществляли методом вдавливания конуса [6]. Достоинством метода является возможность испытания асфальта на образцах и в покрытии, высокая скорость проведения испытаний (менее 3 мин), простота конструкции и низкая стоимость прибора для определения глубины вдавливания конуса. Согласно этому методу, плотность и предел прочности асфальта находят по заранее установленной в лаборатории корреляционной связи с предельным сопротивлением вдавливанию, определяемым для конуса с углом при вершине 30о из выражения:
Р = 0,959 • F/h2,
где P — предельное сопротивление вдавливанию конуса, Па; F— нагрузка на конус, Н; h — глубина погружения конуса в асфальт, м.
Степень дисперсности битума в смеси оценивали по среднему диаметру глобул и определяли на биологическом микроскопе с применением расчетного метода дисперсионного анализа. Диспергирование битума в холодной вибролитой регенерированной смеси происходит через вытягивание битума в нити длиной до 30 мм с последующим распадом на глобулы средним диаметром до 80 мкм. Установлено, что для обеспечения достаточной степени дисперсности битума и свойств холодного вибролитого регенерированного асфальта в составе смеси должно содержаться 16—18% минеральных частиц мельче 0,071 (что далее принято как минеральный порошок), 6—8% вязкого нефтяного битума. Влажность смеси должна составлять 7 и 9% при содержании минерального порошка 16 и 18% соответственно. Максимальное содержание старого асфальтобетона не должно превышать 80%, что необходимо для введения в смесь достаточного количества минерального порошка и образования прямой битумной эмульсии, обеспечивающей необходимую подвижность, удобоукладываемость, технологичность. В смесях с известняковым щебнем и искусственным песком степень дисперсности битума на 7—12% выше, чем со щебнем гранитных пород, и повышается с уменьшением вязкости битума и содержания зерен щебеночной фракции.
Установлено, что свойства образцов холодного вибролитого регенерированного асфальта практически соответствуют (в интервале ±5%) свойствам асфальтовых образцов того же состава уплотнявшихся прессованием по методике ГОСТ 12801—98. Для количественного описания процесса уплотнения холодной вибролитой регенерированной смеси применяли метод математического планирования эксперимента. За параметры оптимизации был принят коэффициент уплотнения Ку (отношение плотности холодного вибролитого регенерированного асфальта к плотности горячего асфальта того же состава). В результате обработки экспериментальных данных выбраны следующие факторы с учетом их значимости: X1 — влажность смеси (6—12%); X2 — содержание минерального порошка (16—20%); Х3 — вязкость битума (100—260 дмм). C помощью компьютерной программы STATISTICA 6.0 был смоделирован трехфакторный эксперимент, рассчитаны коэффициенты регрессии, получено полиноминальное и графическое описание (рис. 1, 2) влияния исследуемых факторов на коэффициент уплотнения.
Ку = 2,537532 + 0,161945 Х1 - 0,268754 Х2 +
+ 0,000125 Х3 - 0,008997 Х2 + 0,007743 Х|.
Из анализа коэффициентов полинома факторы по степени влияния на коэффициент уплотнения можно
ï-A ®
май 2013
29
При вязкости битума 180 дмм
Л
0,98
При содержании минерального порошка 18%
Хч 17,517
ЧХ 17
-е--е-
16 6
100 6
Рис. 1. Зависимость коэффициента уплотнения от содержания минерального порошка и влажности смеси: 1 - 0,95; 2 - 0,92; 3 - 0,9; 4 - 0,88; 5 - 0,86
расположить в ряд: содержание минерального порошка, влажность смеси, вязкость битума. Коэффициент уплотнения достигает 0,95 при оптимальной влажности смеси 9% и содержании минерального порошка 18% (рис. 1). С уменьшением вязкости битума коэффициент уплотнения увеличивается (рис. 2).
По основным показателям холодные вибролитые регенерированные асфальты удовлетворяют требованиям к II марке горячего плотного асфальтобетона по ГОСТ 9128—2009 для II—V дорожно-климатических зон (ДКЗ). В табл. 1 приведены физико-механические свойства вибролитого регенерированного асфальта. Водо-насыщение соответствует пористым асфальтобетонам, приближаясь к верхнему пределу показателя для горяче-
Рис. 2. Зависимость коэффициента уплотнения от влажности смеси и вязкости битума: 1 - 0,95; 2 - 0,93; 3 - 0,9; 4 - 0,88; 5 - 0,86
го плотного асфальтобетона. Остаточная пористость на 1,5—4% больше водонасыщения, что объясняется закрытой тонкопористой структурой асфальта.
Разработан и запатентован [2] способ холодной регенерации асфальта с добавлением цемента. Замена части минерального порошка портландцементом способствует улучшению дорожно-технических свойств холодного вибролитого регенерированного асфальта и ускорению его структурообразования. В среднем на 30% увеличиваются предельное сопротивление вдавливанию конуса и предел прочности при сжатии (при 20 и 50оС) окончательно сформировавшегося асфальта. Водостойкость достигает 1, а при длительном водона-сыщении — 1,2.
Рис. 3. Ремонт асфальтобетонного покрытия холодной вибролитой регенерированной смесью типа Б на объекте № 1: а - ремонтируемая выбоина; б - виброуплотнение; в - поверхность свежеуложенного участка; г - определение динамики формирования асфальта методом вдавливания конуса; д - отремонтированный участок после двух лет эксплуатации
научно-технический и производственный журнал ■Q'j'pyyrj'SjJ.yj-liyJS "30 май 2013 ЬШУЩ|С'
Таблица 1
Тип асфальта Объемная масса, г/см3 Водона-сыщение, об. % Остаточная пористость, % Набухание, об. % Предел прочности при сжатии, МПа, при температуре, оС Водостойкость Водостойкость при длительном водонасыщении Предельное сопротивление вдавливанию конуса при 20оС, МПа
20 50
Асфальт с известняковой минеральной частью
Б 2,17 8,8 11,3 0 2,5 1,3 0,91 0,86 1,84
В 2,15 9,8 12 0 2,5 1,3 0,93 0,88 1,82
Асфальт с гранитной минеральной частью
Б 2,19 8,4 10,6 0,01 2,4 1,3 0,9 0,8 1,58
В 2,18 9,5 11 0,03 2,2 1,2 0,89 0,75 1,29
Разработан и запатентован [2] способ холодной регенерации с применением комплексных дисперсных органических вяжущих, исключающий необходимость их заблаговременного приготовления горячим способом. Два варианта органических вяжущих с рабочими значениями температуры раздельно вводят в увлажненные составляющие асфальтовой смеси, перемешивают. В объеме асфальтовой смеси получаются медлен-нораспадающиеся битумные эмульсии обоих органических вяжущих, стабилизированные минеральным порошком.
Исследования динамики формирования холодного вибролитого регенерированного асфальта на образцах и в покрытии по показателям предельного сопротивления вдавливанию конуса и предела прочности показали, что в сравнении с асфальтом на вяжущем из нефтяного битума применение вяжущего из нефтяного битума с добавлением каменноугольного дегтя Д-3 (20% массы вяжущего) и из нефтяного битума с добавлением жидкой сланцевой смолы С-2 (5% массы вяжущего) ускоряет структурообразование в 1,4 и 1,25 раза соответственно. Прочностные свойства асфальта на дегтебитумном вяжущем и на вяжущем с добавлением сланцевой смолы отвечают требованиям к горячему плотному асфальтобетону II марки для I—III ДКЗ, водостойкость и водостойкость при длительном водонасыщении отвечают требованиям к I марке для II—V ДКЗ.
Предложен способ устройства защитных слоев дорожных покрытий термообработкой поверхности све-жеуложенных холодных органоминеральных смесей с дисперсными органическими вяжущими. Разработана и запатентована установка для термической обработки дорожных покрытий [7]. Устройство защитных слоев позволяет открывать движение транспорта сразу после завершения работ, расширить строительный сезон, устраивать покрытия из холодных органоминеральных смесей с дисперсными органическими вяжущими во второй ДКЗ. Установлена высокая эффективность термообработки открытым пламенем газовой горелки. С повышением температуры в верхнем слое асфальта происходит быстрое формирование сплошных битумных пленок. Чтобы исключить выгорание битума, температура в защитном слое асфальта (на вязком битуме) не должна превышать 180оС. Выгоранию вяжущего препятствует интенсивное испарение воды. Методом вдавливания конуса в лабораторных условиях на образцах и в покрытии установлено, что защитный слой имеет те же значения предельного сопротивления вдавливанию конуса, предела прочности при сжатии и плотность, что и окончательно сформировавшийся асфальт того же состава [8].
Исследования процесса термической обработки, выполненные в лабораторных условиях на образцах с применением метода математического планирования эксперимента, показали, что получению большей толщины защитного слоя способствует главным образом повы-
шение тепловой нагрузки, величина которой определяется из выражения:
т = Р . г / с
1 * гор *обр / °пов'
где: Т — тепловая нагрузка, кВт-с/см2; Ргор — мощность горелки, кВт; Спов — площадь прогреваемой поверхности, см2; ?обр — время термообработки, с.
При максимальной тепловой нагрузке 2,4 кВт-с/см2 (во избежание перегрева верхнего слоя асфальта свыше 180оС) толщина защитного слоя из холодного вибролитого регенерированного асфальта составляет около 15 мм [8].
В июне 2009 г. был осуществлен ямочный ремонт асфальтобетонных покрытий Саратова холодными вибролитыми регенерированными смесями на вязком нефтяном битуме (объекты № 1, 4, 5) с составленными органическими вяжущими из нефтяного битума и сланцевой смолы (объект № 2) и добавлением портландцемента взамен части минерального порошка (объект № 3). Составы смесей приведены в табл. 2.
Для приготовления смесей использовали старый фрезерованный асфальтобетон с максимальным размером зерен 20 мм; щебень известняковый марки М800 фракции 5—10 мм; высевки известняковые с модулем крупности 3,18; неактивированный известняковый минеральный порошок марки МП-1; дорожный портландцемент марки М500; битум нефтяной марки БНД 90/130; сланцевую смолу марки С-2. Свойства полученных ас-фальтов приведены в табл. 3.
Для ремонта использовали ямы и выбоины, оставшиеся после взятия вырубок на проезжей части автомобильных дорог. Для улучшения сцепления старого слоя покрытия с холодной вибролитой регенерированной смесью проводили очистку ям и выбоин от пыли и грязи; края и дно смачивали водой (рис. 3, а). Подгрунтовку ремонтных карт битумом не производили.
Таблица 2
№ объекта | Тип смеси | Содержание щебеночной фракции Состав смеси, мас. %
Старый асфальтобетон Щебень Искусственный песок Минеральный порошок Вода Портландцемент Общее количество органического вяжущего, % по массе Количество вяжущего, %, от общего его количества
БНД 90/130 Сланц. смола С-2
1 Б 44 50 10 22 18 9 - 7 100 -
2 В 36 40 20 22 18 9 - 8 95 5
3 Б 44 50 10 21 10 9 9 7 100 -
4 Б 44 50 10 22 18 9 - 7 100 -
5 В 36 40 20 22 18 9 - 8 100 -
май 2013
31
Таблица 3
СП о CD Предел прочности _Q ^ 5 i тои
СП СП Ф CD при сжатии, МПа,
ф гД сс 2 ü!* S * при температуре, оС то
CD ^ 1С Ф гД о ™ о о ^ О О о СП ^ 20 50 ст о l=i О со ст ли ас одн ^ ^ £ CQ^O
О CQ
1 2,17 9 0,01 2,5 1,3 0,91 0,85
2 2,15 9,8 0,01 2,3 1,2 0,93 0,88
3 2,17 8,9 0 2,9 1,8 1 1,19
4 2,17 8,8 0 2,5 1,3 0,91 0,86
5 2,15 9,8 0,01 2,4 1,3 0,93 0,88
Смеси распределяли и уплотняли послойно. Распределение смесей осуществляли с помощью совка. Их уплотнение на объектах № 2, 3 и 5, где размер ремонтных карт составлял в среднем 0,25x0,35 м, производили вручную металлической трамбовкой массой 5 кг. Для уплотнения смесей на объектах № 1 и 4, где размер ремонтных карт составлял в среднем 0,7x0,5 м, применяли виброплиту VP 1135А с удельным давлением 0,032 кг/см2 (рис. 3, б). Уплотнение продолжали до появления на поверхности слоя воды. Толщина уложенного слоя асфальта в среднем составляла 4 см. Поверхность свежеуложенных участков (рис. 3, в) выравнивали гладилкой. Для контроля ровности получаемого покрытия применяли деревянную рейку. На отремонтированных участках с помощью метода вдавливания конуса определяли динамику формирования асфальта (рис. 3, г).
На объектах № 1, 2, 3 движение транспорта открывали сразу после завершения работ. На каждом из этих объектов интенсивность движения транспорта составляла до 3 тыс. авт./сут.
Опыт ямочного ремонта холодными вибролитыми регенерированными смесями показал, что на автомобильных дорогах с интенсивностью движения 3—7 тыс. авт./сут необходимо выдерживание отремонтированных участков перед открытием движения не менее 2 ч. Это делается во избежание образования мелких раковин на поверхности отремонтированных участков из-за вырывания отдельных агрегатов несформировав-шейся смеси при движении грузовых автомобилей.
Для открытия движения сразу после завершения работ на объектах № 4 и 5 с интенсивностью движения 3—7 тыс. авт./сут выполняли термообработку поверхности свежеуложенного покрытия. Для термообработки применяли газовую эжекционную горелку ГВП-246 мощностью 1 кВт, подключенную шлангом через газовый счетчик и регулятор давления к баллону со сжиженным пропаном. На объекте № 4 при прогреве каждой точки свежеуложенного покрытия в течение 60 с сформировался защитный слой толщиной 1,2 см. На объекте № 5 при прогреве каждой точки свежеуложенного покрытия в течение 80 с сформировался защитный слой толщиной 1,4 см. При этом удельный расход газа составил 0,1 и 0,12 м3/м2 соответственно, что в среднем на 50% меньше в сравнении с наиболее часто применяемыми в настоящее время инфракрасными асфальторазо-гревателями [9]. Движение транспорта открывали после остывания отремонтированных участков до температуры окружающего воздуха через 20 мин. Установлено, что во избежание вырывания отдельных агрегатов защитного слоя при интенсивности движения 3—7 тыс. авт./сут его толщина должна составлять не менее 1,2 см.
Все отремонтированные объекты в течение трех лет находятся в хорошем состоянии, признаков разрушения не обнаружено (рис. 3, д). В пределах отремонтированных участков обеспечивается необходимая ровность.
Содержащаяся в смеси пластичная пастовая часть (вода, минеральный порошок и дисперсный битум) способствует формированию монолитного шва сопряжения со старым асфальтобетоном и нижним слоем покрытия, поэтому не требуется предварительной обработки битумом дна и стенок ремонтных карт. Учитывая простоту инструментов для укладки и несложную технологию, все работы могут выполняться одним человеком. Это позволяет осуществлять профилактический ремонт дефектов покрытия в начале их образования, что обычно не делается горячими асфальтобетонными смесями. Участки, отремонтированные холодным вибролитым регенерированным асфальтом, практически не отличаются по цвету от основной площади покрытия, что способствует эстетическому восприятию поверхности покрытия и позволяет рекомендовать данный материал для косметического ремонта асфальтовых покрытий на автомобильных дорогах, тротуарах, парковых дорожках, набережных, местах отдыха и др.
Выводы
Разработана эффективная холодная технология производства и применения вибролитого регенерированного асфальта с дисперсным битумом, исключающая необходимость применения битумных эмульсий и позволяющая устраивать покрытия без применения катков. Технология обладает рядом социально значимых достоинств: энергосбережение, ресурсосбережение, экологическая безопасность и др. Общий народнохозяйственный эффект применения холодного вибролитого регенерированного асфальта с добавлением 50% старого асфальтобетона составляет около 63% по сравнению с литыми асфальтами горячего приготовления.
Ключевые слова: вибролитой асфальт, композит, холодная регенерация асфальта, экология, энергосбережение, ресурсосбережение.
Список литературы
1. Горнаев Н.А., Никишин В.Е. Технология холодной регенерации асфальтобетона // Наука и техника в дорожной отрасли. 2005. № 3. С. 43-44.
2. Пат. 2351703 РФ / Способ приготовления холодной органоминеральной смеси для дорожных покрытий / Н.А. Горнаев, В.Е. Никишин, С.М. Евтеева, С.Ю. Андронов, А.С. Пыжов. Заявл. 15.02.08. Опубл. 10.04.09. Бюл. № 10. 10 с.
3. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физико-химическая механика. М.: Наука, 1979. 384 с.
4. Дерягин Б.В., Щербаков А.М. О влиянии поверхностных сил на фазовые равновесия полимолекулярных слоев и краевой угол смачивания // Коллоидный журнал. 1961. № 1. С. 65-69.
5. Гегузин Я.А. М.: Наука, 1973. 160 с.
6. Ребиндер П.А, Семененко Н.А. О методе погружения конуса для характеристики структурно-механических свойств пластично-вязких тел // ДАН СССР. 1949. Т. 64. С. 6.
7. Пат. 92025 РФ / Установка для термической обработки дорожных покрытий / Н.А. Горнаев, С.Ю. Андронов, А.С. Пыжов, С.М. Евтеева. Заявл. 16.11.09. Опубл. 10.03.10. Бюл. № 7. 3 с.
8. Андронов С.Ю. Устройство защитных слоев дорожных покрытий термообработкой // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. Томск. 2010. № 3 (28). С. 252-260.
9. Сюньи Г.К., Усманов К.Х., Файнберг Э.С. Регенерированный дорожный асфальтобетон. М.: Транспорт, 1984. 118 с.
32
май 2013
jVJ ®
