CC BY
54
^ = 0,742 • ^ . (16)
к
Выводы
1. Разработана инженерная методика расчета подтопления дренирующих слоев дорожных конструкций при плоскопараллельной фильтрации воды с постоянным уровнем.
2. Длину языка подтопления можно прогнозировать по формуле (7). Фильтрационный расчет дренажа можно осуществить с использованием зависимости (12). Упомянутые зависимости авторов предназначены для случая постоянного уровня воды в источнике подтопления и в дрене.
3. Направлением дальнейших исследований может быть решение рассмотренных задач при переменном уровне воды.
Библиографический список
1. Крицкий М.Я., Шестаков В.Н. О классификации дефектов земляного полотна автомобильных дорог // Вестник СибАДИ. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2007. - Вып. 5. - С. 69-76.
2. Сологаев В.И. Совершенствование компьютерных технологий моделирования геофильтрации с помощью интерпретаторов // Вестник СибАДИ. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2007. -Вып. 5. - С. 129-132.
3. Полубаринова-Кочина П.Я. О
перемещении языка грунтовых вод при фильтрации из канала // Доклады Академии наук СССР. - М.: Изд-во АН СССР, 1952. - С. 853-855.
4. Маккавеев В.М. Частный случай неустановившегося движения грунтовых вод со свободной поверхностью (к вопросу о заболачивании поймы) // Труды государственного гидрологического института. - М., 1937. - Вып. 5. -С. 218-222.
5. Полубаринова-Кочина П.Я. Теория движения грунтовых вод. - М.: Наука, 1977. - 664 с.
About groundwater level rizing in the draining layers of the road constructions for plane-parallel filtration of water with constant level
V.I. Sologaev, N.V. Zolotarev
The engineering technique of calculating the groundwater level rizing in the draining layers of the road constructions for plane-parallel filtration of water with constant level is offered.
Сологаев Валерий Иванович - д-р техн. наук, профессор кафедры «Городское строительство и хозяйство» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - защита от подтопления в городском строительстве. Имеет 78 опубликованных работ. e-mail: [email protected]
Золотарев Николай Валерьевич - аспирант Омского государственного аграрного университета. Основное направление научных исследований - защита от подтопления в городском строительстве. Имеет 3 опубликованные работы. E-mail: [email protected]
Статья поступила 19.02.2009 г.
УДК 625.85
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ДЕФОРМАТИВНЫЕ СВОЙСТВА АСФАЛЬТОБЕТОНОВ НА ПОРИСТОМ ЗАПОЛНИТЕЛЕ
В.С. Прокопец, д-р техн. наук, проф., В.Д. Галдина, канд. техн. наук, доц., Г.И. Надыкто, канд. техн. наук, доц., Г.А. Подрез
Аннотация. Изложены результаты исследования физико-механических свойств асфальтобетонов с использованием в качестве заполнителей щебня и песка из пористого туфа. Установлена повышенная деформативная способность и трещино-стойкость асфальтобетонов на пористых заполнителях.
Ключевые слова: асфальтобетон, пористый заполнитель, трещиностойкость, деформативность.
Введение являются привозимыми и дорогостоящими. Тех-
Использование пористых каменных матери- ническая целесообразность производства и при-
алов в дорожных асфальтобетонах экономиче- менения дорожных асфальтобетонов на пори-
ски выгодно в районах, где плотные заполнители стых заполнителях обусловлена их высокой теп-
лоизолирующей способностью и низкотемпературной трещиностойкостью, что делает такой асфальтобетон эффективным дорожностроительным материалом для районов с резкоконтинентальным климатом [1 - 6]. Одним из возможных путей обеспечения объектов дорожного строительства и ремонта автомобильных дорог Республики Бурятия недорогими и эффективными материалами является производство и применение асфальтобетонных смесей на основе эффузивных горных пород - туфов.
Основные положения
Целью исследования явилась разработка составов, изучение физико-механических и дефор-мативных свойств асфальтобетонов на основе пористых заполнителей из туфа.
В Тункинском районе Республики Бурятия расположено несколько месторождений туфов, залегающих в виде песчано-щебеночных смесей. Туфы представляют собой окатанные, неправильной формы зерна темно-серого цвета размером от 0,071 до 40 мм. Раскол зерен непра-
Исследование дробимости зерен туфа в процессе уплотнения асфальтобетонных смесей типа В состава 3 показало, что значительное дробление зерен щебня происходит при Рупл = 20 МПа. Повышение уплотняющего давления при формовании образцов приводит к дополнительному измельчению зерен и увеличению содержания в смеси зерен песка и минерального порошка. Однако при увеличении Рупл с 20 до 40 МПа повышаются показатели плотности, прочности и водостойкости, снижаются показатели водонасыщения и во-допоглощения. Асфальтобетонные образцы, сформованные при Рупл = 40 МПа, обладают лучшими физико-механическими свойствами.
Асфальтобетонные смеси готовили при режимах, указанных в ГОСТ 12801. Образцы - цилиндры размером d = h = 71,4 мм и образцы-балочки размером 40-40-160 мм формовали при Рупл = 40 МПа.
вильный с матовой слабошероховатой поверхностью, структура - порфировая, однородная, текстура - пористая, неоднородная. По химическому составу туфы относятся к кислым вулканическим породам с содержанием кремнезема 65 - 75%.
Щебень из туфа (в зависимости от фракции) имеет насыпную плотность 730 - 830 кг/м3, пористость 33 - 35%, марку по прочности П 250 - П 350.
На основе щебня из туфа фракции 5 - 15 мм, песчано-щебеночной смеси из туфа, плотных каменных материалов и битума марки БНД 60/90 были подобраны составы плотных асфальтобетонных смесей типа В (таблица 1). В качестве эталонной была принята подобранная в соответствии с требованиями ГОСТ 9128, асфальтобетонная смесь типа В из плотных горных пород следующего состава (контрольный состав): щебень из гранита фракции 5 - 15 мм - 36%; песок природный с Мк = 1,79 - 54%; минеральный порошок активированный - 10%; битум БНД 60/90 - 6%.
Физико-механические свойства асфальтобетонов приведены в таблице 2. Асфальтобетоны с использованием в качестве заполнителя минеральных материалов из туфа имеют высокие показатели прочности при 20 и 50 ОС, значительно более низкие прочности при 0 и -10 ОС и коэффициенты теплоустойчивости R0/R50 по сравнению с требованиями ГОСТа 9128 и асфальтобетоном контрольного состава. Это указывает на их меньшую жесткость при отрицательных температурах и повышенную термостабильность.
Асфальтобетоны составов 2 и 3 не соответствуют требованиям ГОСТа 9128 к плотному асфальтобетону по показателям остаточной пористости и водонасыщения. Асфальтобетоны составов 1 - 3 не удовлетворяют требованиям стандарта по коэффициенту длительной водостойкости, коэффициенту трения и пористости минеральной части.
Таблица 1 - Составы асфальтобетонных смесей
Компонент Содержание компонента, % по массе, в составе
1 2 3
Щебень из туфа фракции 5 - 15 мм 30 - -
Щебеночно-песчаная смесь из туфа фракции 0 - 15 мм 50 100
Щебень гранитный фракции 5 - 20 мм - 20 -
Отсев от дробления гранита на щебень фракции 0 - 10 мм 40 15
Песок природный с МК = 1,1 30 15 -
Битум марки БНД 60/90.(сверх 100%) 7 8 10
Таблица 2 - Физико-механические свойства асфальтобетонов
Показатель Значение показателя для асфальтобетона состава Требования ГОСТ 9128 к асфальтобетону типа В марки III для II, III дорожно - клима-тичесих зон
1 2 3 контрольный
1 2 3 4 5 6
Остаточная пористость, % 4,50 7,93 12,10 2,7 2,5 - 5,0
Водонасыщение, % 3,47 5,75 7,75 1,86 1,5 - 4,0
Водопоглощение, % 2,06 1,98 1,72 0,84 Не норм.
Предел прочности при сжатии, МПа при: а) 50 ОС 1,25 1,28 1,33 1,45 Не менее 1,0
б) 20 ОС 3,18 3,50 3,00 3,65 Не менее 2,0
в) 0 ОС 4,25 5,70 4,78 9,50 Не более 10,0
г) - 0 О О 8,65 8,55 9,25 13,50 Не норм.
Коэффициент водостойкости: после водонасыщения после водопоглощения 1,0 1,0 1,0 1,0 0,97 1,0 0,99 1,0 Не ниже 0,85 Не норм.
Коэффициент длительной водостойкости: после водонасыщения после водопоглощения 0,66 0,83 0,69 0,81 0,70 0,78 0,75 0,92 Не ниже 0,75 Не норм.
Коэффициент морозостойкости после 60 циклов 0,71 0,75 0,89 0,93 Не норм.
Предел прочности на растяжение при расколе при 0 ОС, МПа 2,65 3,18 2,62 4,67 2,0 - 6,5
Характеристики сдвигоустойчивости:
коэффициент трения сцепление 0,68 0,43 0,71 0,46 0,66 0,48 0,72 0,51 Не менее 0,73 Не менее 0,36
Коэффициент теплоустойчивости: ^0^50 R0/R50 2,54 3,4 2,73 4,45 2,25 3,59 2,51 6,55 -
Средняя плотность, кг/м3 2187 2228 2085 2365 Не норм.
Пористость минеральной части, % 25,13 23,3 32,05 16,7 Не более 22
Пористость минеральной части асфальтобетонной смеси на пористых материалах складывается из межзерновых пустот и собственной пористости заполнителя. Оптимальный расход битума в асфальтобетоне рассчитывается на основании пористости минеральной части и требуемой величины остаточной пористости. При обработке пористого каменного материала битумом происходит смачивание и обволакивание поверхности каменного материала, а также фильтрация битума в его поры. Поэтому пористые заполнители значительно увеличивают расход битума в асфальтобетонной смеси.
Известно, что испытание асфальтобетона на водонасыщение под вакуумом по ГОСТу 12801 не соответствует реальным условиям его работы в дорожной конструкции. При таком испытании
воздух, откачиваемый из пор образца, пробивает битумные пленки на зернах заполнителей, выбивает битумные пробки из устьев пор, разрушает диафрагмы между порами и превращает закрытые поры в открытые. Поэтому водостойкость асфальтобетона на пористом заполнителе следует определять в условиях водопоглощения после длительного пребывания образцов в воде при атмосферном давлении, что ближе к реальным условиям [1].
Стандартные показатели прочности не гарантируют достаточной сдвигоустойчивости и трещиностойкости асфальтобетонов. Определяющим показателем сдвиго-устойчивости и трещиностойкости асфальто-бетонов является скорость развития деформаций. По А.М. Богуславскому [5, 7] кинетическая характери-
стика, обозначаемая индексом Р/Р2, представляет собой совокупность основных показателей реологических свойств асфальтобетонов. Р1 характеризует скорость убывания относительной жесткости. Р2 характеризует скорость роста упруго-вязкой деформации.
Размер общей деформации и ее характер зависят от параметров реологических свойств асфальтобетона: коэффициента вязкости цм, времени релаксации в, времени ретардации т, и в конечном счете от отношения Р1/Р2. Чтобы асфальтобетон при отрицательных температурах был трещиностойким, он должен быть максимально вязкоупругим, а показатель Рі/Р2 должен стремиться к максимальному значению (более 0,0003 при температуре -10 ОС). Чтобы асфальтобетон был сдвигоустойчивым при по-
Таблица 3 - Реологические характеристики асфальтобетонов
ложительной температуре, он должен стать максимально жестким и иметь значение Р1/Р2, стремящееся к минимуму (менее 0,005 при температуре 50 ОС).
Значения кинетических характеристик при температурах 50 и -10 ОС показывают, что условию сдвигоустойчивости и трещино-стойкости отвечают асфальтобетоны всех составов (таблица 3). Коэффициенты вязкости и время релаксации асфальто-бетонов на пористом заполнителе при отрицательной температуре значительно ниже, а время ретардации и кинетические характеристики де-формативности выше. Асфальтобетон контрольного состава обладает большей жесткостью и меньшей трещиностойкостью.
Состав асфальтобетона Температура, ОС Значения реологических характеристик
Пм, МПа-с в, с т, с Р1/Р2
1 50 8,33-104 1428 30 0,0036
-10 7,99-10° 12480 12,7 0,00075
2 50 12,75-104 1614 34,6 0,0027
-10 9,80-10° 11240 13,9 0,00088
3 50 7,76-104 1313 38,5 0,0041
-10 10,02-10° 9533 15,6 0,00093
контрольный 50 9,7-104 1980 33,5 0,0022
-10 12,42-10° 23100 11,4 0,00036
Трещиностойкость асфальтобетонов оценивали также мерой хрупкости [8]. Идеально хрупкому состоянию асфальтобетона соответствует значение меры хрупкости X = 1. Для
всех промежуточных значений Х < 1, и чем меньше Х, тем меньше хрупкость материала.
Результаты определения деформативных свойств асфальтобетонов при температуре 20 ОС и меры хрупкости приведены в таблице 4.
Таблица 4 - Деформативные характеристики асфальтобетонов при 20 С
Состав асфальто- бетона Значения деформативных характеристик и меры хрупкости
Предел прочности при изгибе, МПа Прогиб, І мм Модуль деформации, Е, МПа Предельная относи-тельная деформация, епр Модуль упругости, Еупр, МПа Мера хрупкости, Х, при температуре -10 ОС
1 1,29 2,2 262 0,043 655 0,795
2 1,42 2,6 239 0,052 600 0,657
3 1,21 2,9 224 0,058 570 0,550
контрольный 2,06 1,9 315 0,041 1065 0,897
При увеличении содержания в асфальтобетонной смеси минеральных материалов из туфа понижается модуль деформации Е, увеличивается предельная относительная деформация при изгибе епр., понижается мера хрупкости Х. Модуль упругости Еупр асфальтобетонов на основе туфа также значительно
ниже, чем у асфальтобетона на плотном заполнителе. Значения деформативных характеристик и меры хрупкости указывают на более высокую трещиностойкость асфальтобетонов на пористых заполнителях по сравнению с асфальтобетоном на плотных минеральных материалах. Это подтверждается
также более низкими значениями пределов прочности при сжатии и меньшей жесткостью асфальтобетонов на основе туфа при отрицательных температурах (см. таблицы 2 и 3).
Заключение
Выполненные исследования выявили существенные особенности асфальтобетонов на основе пористых каменных материалов из туфа.
Асфальтобетоны с пористыми заполнителями обладают достаточно высокой прочностью при 50 и 20 ОС, низкой прочностью при отрицательных температурах, повышенной термостабильностью.
Водостойкость асфальтобетонов с пористыми заполнителями следует определять в условиях водопоглощения после длительного пребывания образцов в воде при атмосферном давлении, что ближе к реальным условиям.
Асфальтобетоны с пористыми заполнителями обладают пониженной жесткостью и хрупкостью, повышенной трещиностойкостью при отрицательных температурах по сравнению с асфальтобетоном на плотных заполнителях.
Показатели физических свойств асфальтобетонов с пористыми заполнителями - пористость минеральной части, остаточная пористость и коэффициенты водостойкости отличаются от норм стандарта ГОСТ 9128 для плотных асфальтобетонов. Это потребовало разработки технических условий на асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны на пористом заполнителе и рекомендаций по проектированию составов, технологии приготовления и строительству дорожных покрытий из горячих асфальтобетонных смесей на пористых заполнителях:
Применение малопрочных пористых заполнителей из туфа в асфальтобетонных смесях позволит увеличить срок эксплуатации дорог в суровых климатических условиях и использовать местные материалы для дорожного строительства.
Библиографический список
1. Соколов Ю.В. Дорожные покрытия из керам-зитоасфальтобетона / Ю.В.Соколов, Г.М. Погре-бинский. // Информ. листок № 93 - 40. - Омск: Омский ЦНТИ, 1993. - 4 с.
2. Погребинский Г.М. Керамзит как заполнитель для асфальтобетонов / Г.М. Погребинский, Ю.В. Соколов, С.Г. Пономарева // Повышение качества пористых заполнителей: Сб. науч. тр. - М.: ВНИИСТРОМ, 1984. - С.92 - 99.
3. Сухоруков Ю.М. Пористые каменные дорожностроительные материалы / Ю.М.Сухоруков. - М.: Транспорт, 1984. - 143 с.
4. Печеный Б.Г. Битумы и битумные композиции / Б.Г. Печеный. - М.: Химия, 1990. - 256 с.
5. Дорожный асфальтобетон / Под ред. Л.Б. Ге-зенцвея. - М.: Транспорт, 1985. - 350 с.
6. Борисенко Ю.Г. Использование керамзитовой пыли в составе легких бетонов / Ю.Г. Борисенко, О.А. Борисенко // Строительные материалы. -2007. - № 9. - С.48 - 49.
7. Богуславский А.М. Основы реологии асфальтобетона / А.М. Богуславский, Л.А. Богуславский-М.: Изд-во Высшая школа, 1972. - 200 с.
8. Пономарева С.Г. Способ определения меры хрупкости строительных материалов / С.Г. Пономарева // Информ. листок № 27-87. - Омск: Омский ЦНТИ, 1987. - 3 с.
Physicomechanical and deformation properties aspalt concrete on the porous filler
V.S. Prokopets, V.D. Galdina,
G.I. Nadykto, G.A. Podrez
Results of research of physicomechanical properties asphalt concrete with use as fillers of rubble and sand from porous tuf are stated. It is established raised ability deformity аnd the crack of resistances.
Прокопец Валерий Сергеевич - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Строительные материалы и специальные технологии» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - повышение эффективности дорожных и строительных материалов и изделий применением наноструктурных веществ механохимического способа получения. Имеет 178 опубликованных работ. e-mail: [email protected]
Галдина Вера Дмитриевна - канд техн. наук, доцент кафедры «Строительные материалы и специальные технологии» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - органические вяжущие материалы и бетоны на их основе. Имеет 107 опубликованных работ. e-mail: galdin_ns@sibadi. org
Надыкто Гоигорий Иванович - канд техн. наук, доцент кафедры ««Строительные материалы и специальные технологии» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - заполнители и наполнители для асфальтобетонов, проектирование составов асфальтобетонных смесей. Имеет 71 опубликованную работу. e-mail: [email protected]
Подрез Галина Алексеевна - ведущий эксперт дорожного хозяйства, инженер ФГУ ««Управление Федеральных автомобильных дорог на территории Республики Бурятия» (Упрдор «Южный Байкал»). Основное направление научных исследований - эффективные асфальтобетоны на основе эффузивных горных пород. Имеет 6 опубликованных работ. e-mail: galina_podrez@mail .ru
Статья поступила 03.04.2009 г.
