Введение к работе
Актуальность темы. Сеть автомобильных дорог нашей страны находится в стадии становления и ее развитие требует значительных материально-технических затрат. Поэтому очевидна актуальность задачи снижения ресурсоемкое дорожного строительства, так как даже незначительное продвижение в этом направлении обеспечит ощутимый экономический эффект. Одним из вариантов решения этой проблемы в условиях Западной Сибири является использование в дорожных конструкциях композиционных материалов на основе местных грунтов. Здесь находят применение различные виды вяжущих и способы укрепления грунтов, что позволяет сократить издержки на транспортировку традиционных каменных материалов из других регионов страны и компенсировать их дефицит.
Новые возможности в строительстве автомобильных дорог раскрывают композиционные материалы на основе местных грунтов и полимерных вяжущих. Из всего многообразия синтетических материалов наиболее часто грунты обрабатывают карбамидоформальдегидными смолами (КФС). Это обусловлено сравнительно низкой стоимостью, совместимостью с химико-минералогическими свойствами грунтов Западной Сибири, высокой адгезионной способностью и стойкостью к воздействию агрессивных сред КФС. Вместе с тем удельный вес композиционных материалов на основе КФС и грунтов в общем объеме производства незначителен. В какой-то мере сложившееся положение можно объяснить осторожным отношением практиков к новому материалу, но пожалуй решающее значение имеет сравнительно низкий уровень физико-механических свойств. Поэтому композиционные материалы на основе КФС и грунтов не всегда выдерживают сравнение с другими до-рожно-строительными материалами.
Диссертация посвящена разработке эффективной технологии, обеспечивающей реализацию потенциальных возможностей КФС в композиции с местными песчаными грунтами, и ее органичному сочетанию с современным дорожностроительным комплексом Западной Сибири. Работа выполне-
на в рамках комплексной программы "Нефть и газ Западной Сибири", проблема 07 "Автодорожные проблемы Тюменского нефтегазового комплекса".
Цель и задачи исследований: теоретически и экспериментально обосновать индустриальную технологию дорожного строительства в Западной Сибири с применением композиционных материалов на основе КФС и грунтов, при их термокаталитическом отверждении и поверхностной пропитке продуктами переработки нефти.
Поставленная цель достигается решением следующих задач:
разработать способ термокаталитического отверждения композиционных материалов на основе КФС и грунтов;
оценить долговечность композиционных материалов на основе КФС и грунтов при их термокаталитическом отверждении и поверхностной пропитке продуктами переработки нефти;
отработать технологию и проверить работоспособность технических решений, обеспечивающих трещиностойкость асфальтобетонных покрытий на сборных плитах из композиционных материалов на основе КФС и грунтов и снижение ресурсоемкое оснований сборных плит;
определить экономическую эффективность внедрения в производство результатов исследований и разработать практические рекомендации.
Основная научная гипотеза состоит в том, что тепловая обработка смеси КФС и грунта обеспечит концентрацию водородных ионов, необходимую для протекания реакции поликонденсации, за счет взаимодействия свободного формальдегида с едким натром по реакции Тищенко-Канницарро с образованием муравьиной кислоты и метилового спирта и ускорит процессы структурообразования в соответствии с уравнением Аррениуса. Так как повышенная температура смеси КФС и грунта выполняет функции катализатора,предлагаемый способ отверждения назван термокаталитическим. При этом кинетика отверждения будет определяться температурой смеси и концентрацией КФС, а степень поликонденсации полимерной матрицы периодом тепловой обработки. Термокаталитическое
отверждение в совокупности с поверхностной пропиткой продуктами переработки нефти композиционных материалов на основе КФС и грунтов повысят технологичность, однородность структуры, степень поликонденсации полимерной матрицы за счет вывода из смеси побочных продуктов реакции (вода, формальдегид), размерную точность и долговечность изделий в дорожных конструкциях.
Научная новизна работы заключается в том, что:
- разработан способ термокаталитического отверждения ком
позиционных материалов на основе КФС и грунтов и по
верхностной пропитки изделий из них продуктами перера
ботки нефти;
предложена модель процесса термокаталитического отвер-ждения,которая описана системой дифференциальных уравнений формальной кинетики химических реакций. В результате упрощений общего решения получена зависимость, раскрывающая влияние концентрации и расхода КФС, температуры и времени отверждения на кинетику набора и показатели прочности композиционных материалов на основе КФС и грунтов; '- '' '''
в лабораторных и производственных условиях исследован процесс термокаталитического отверждения композиционных материалов на основе КФС и грунтов и доказана адекватность результатов экспериментов разработанной зависимости;
обоснованы и определены рациональные параметры тепловой обработки изделий при термокаталитическом отверждении композиционных материалов на основе КФС и грунтов;
в течение 8 лет в открытом грунтовом лотке исследовано агрессивное влияние солнечной радиации, кислорода воздуха, влаги, перепада температур и других природно-климатических факторов на композиционные материалы на основе КФС и грунтов, и доказана эффективность поверхностной пропитки продуктами переработки нефти изделий из них для защиты полимерной матрицы от старения и деструкции.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждается соответствием результатов теоретических, лабораторных
и опытно-производственных работ, выполненных с использованием современных методов исследований. Степень достоверности экспериментальных исследований составляет 95%.
Практическая ценность работы. Внедрение результатов исследований в условиях Западной Сибири сократит дефицит дорожно-строительных материалов, снизит ресурсоемкость дорожного строительства и повысит транспортные и дорожно-эксплуатационные характеристики конструкций дорожной одежды. Перспективным направлением последующих исследований в этой области является сочетание синтеза полимерной матрицы из мономеров непосредственно в массиве грунта и термокаталитического отверждения.
Реализация результатов работы. Разработанные конструктивно-технологические решения прошли опытно-производственную проверку в дорожно-строительных организациях про-ектно-ремонтно-строительного объединения "Тюменьавтодор" и трестов:"Надымдорстрой"; "Уренгойгаздорремстрой" и " ЗапСибдор строй".
Апробация работы Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены: на всесоюзной научно-исследовательской конференции "Перспективные экономичные и долговечные конструкции автомобильных дорог и технология их сооружения" (г.Балашиха, 1987г.), на 44, 46 и 48 научных конференциях Ленинградского инженерно-строительного института (1987 - 1991 г.) и научно-технической конференции Тюменского инженерно-строительного института (1990г.),на международной научно-технической конференции "Нефть и газ Западной Сибири"(г.Тюмень 1996 г.),на республиканской научно-технической конференции "Проблемы дорожного строительства" (г.Суздаль 1996 г.)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано шесть печатных работ и получено три авторских свидетельства на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введе
ния, четырех глав, заключения и содержит 4j__ страниц ма
шинописного текста, включая 2_ї таблиц, tjj>_ рисунков, _
приложений. Список литературы включает ^j наименований.
