Введение к работе
Актуальность темы. Устройство асфальтобетонных покрытий является одной из наиболее капиталоемких отраслей дорожного строительства. Качество и долговечность асфальтобетонных покрытий определяются не только качеством входящих в их состав компонентов, но и не в меньшей степени тщательностью выполнения двух технологических операций: приготовление асфальтобетонных смесей и их уплотнение в конструктивном слое покрытия. Наряду с использованием большого объема строительных материалов требуются значительные затраты энергоресурсов на приготовление горячих асфальтобетонных смесей. Учитывая многотоннажность выпуска асфальтобетонных смесей (до 100 млн. тонн в год в России), снижение температур их приготовления позволяет экономить в значительных объемах топливно-энергетические ресурсы.
Практический опыт показывает, что при соблюдении стандартных режимов приготовления асфальтобетонных смесей требуемое качество асфальтобетона часто не достигается. Температуры приготовления горячих асфальтобетонных смесей согласно ГОСТ 9128-97 находятся в пределах 120-160 С и согласно ТУ 400-24-158-89 - 220-240 С - литых смесей. Сравнение температур перемешивания асфальтобетонных смесей на битумах одинаковой марки, рекомендуемых стандартами различных стран, показывает их значительное отличие. Отсутствует теоретическое обоснование высоких температур приготовления литых асфальтобетонных смесей. До настоящего времени совершенно не выяснено и не нашло какого-либо отражения в нормативной литературе влияние на температуру перемешивания асфальтобетонных смесей минеральных заполнителей, которые могут сильно различаться как по зерновому, так и минералогическому составу. Далеко не изучены и не исчерпаны возможности регулирования режимов приготовления асфальтобетонных смесей за счет введения добавок.
Уплотнение является заключительной стадией формирования структуры асфальтобетона. Температура асфальтобетонной смеси, при которой происходит уплотнение, является важным фактором качества приготавливаемого покрытия. Эта технологическая операция является объектом постоянного внимания многих исследователей, но до настоящего времени нет единого мнения по температурным режимам уплотнения асфальтобетонных смесей различного зернового состава. Отсутствует также удовлетворительное математическое описание процессов, происходящих во время уплотнения и теоретически обоснованные и приемлемые для практики уплотнения асфальтобетонных смесей методы оценки выполнения этой операции и ее регулирования с целью по-
лучения асфальтобетонов оптимального качества, что подтверждается большой неоднородностью плотности в покрытиях и преждевременного их разрушения.
В связи с изложенным весьма актуальным является теоретическое и экспериментальное изучение факторов, определяющих температуры перемешивания и уплотнения асфальтобетонных смесей, с целью оптимизации свойств асфальтобетонов и покрытий из них.
Целью работы является теоретическое и экспериментальное обоснование оптимальных температур перемешивания и уплотнения асфальтобетонных смесей и определение влияния на эти процессы зернового и минералогического состава минерального заполнителя, марки битума, а также разработка добавок, понижающих температуры перемешивания и уплотнения асфальтобетонных смесей и улучшающих качество асфальтобетона.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
теоретически обосновать и разработать методику определения температур перемешивания асфальтобетонных смесей, обеспечивающих оптимальное качество асфальтобетонов;
выявить закономерности влияния зернового и минералогического состава минеральных заполнителей, содержания минерального порошка, марки битума на процессы, происходящие во время перемешивания асфальтобетонных смесей, и обосновать оптимальные температурные режимы их приготовления;
изучить и обосновать оптимальные температурные режимы уплотнения асфальтобетонных смесей различного состава;
теоретически обосновать и разработать добавки, понижающие температуры перемешивания и уплотнения асфальтобетонных смесей;
разработать рекомендации по повышению качества асфальтобетонных покрытий за счет оптимизации температур перемешивания и уплотнения асфальтобетонных смесей.
Научная новизна:
установлено значительное влияние на температуры перемешивания асфальтобетонных смесей зернового состава, особенно содержания минерального порошка и природы минерального заполнителя;
установлена экстремальная зависимость показателей свойств асфальтобетонов: прочности при расколе, модуля деформации от температуры перемешивания асфальтобетонных смесей, которая положена в основу разработанного метода определения оптимальных температур перемешивания асфальтобетонных смесей;
- выявлены закономерности влияния на оптимальные температу
ры перемешивания асфальтобетонных смесей вида минерального по-
рошка, марки битума;
установлено влияние на температуры перемешивания асфальтобетонных смесей добавок ПАВ и дифенилсульфона и определены оптимальные температурные режимы приготовления асфальтобетонных смесей с их применением;
представлена теоретическая модель процесса уплотнения асфальтобетонных смесей, положенная в основу методики определения их уплотняемости;
изучена уплотняемость асфальтобетонных смесей различного зернового и минералогического состава заполнителей с добавкой ПАВ и дифенилсульфона. На основании установленных зависимостей определены оптимальные температуры уплотнения асфальтобетонных смесей, обеспечивающие повышение качества асфальтобетонов.
Автор защищает:
теоретическое и экспериментальное обоснование оптимальных температурных режимов перемешивания асфальтобетонних смесей и методику их определения;
характер влияния на оптимальные температуры перемешивания асфальтобетонных смесей зернового и минералогического состава минерального заполнителя, активированного и неактивированного минерального порошка, марки битума;
влияние добавок ПАВ и дифенилсульфона на оптимальные температуры перемешивания асфальтобетонных смесей и свойства асфальтобетонов;
теоретическое и экспериментальное обоснование методики определения уплотняемости асфальтобетонных смесей, способов понижения температур их уплотнения и повышения качества асфальтобетонов.
Практическая ценность работы:
предложена методика определения оптимальных температур перемешивания асфальтобетонных смесей, позволяющая создавать асфальтобетоны повышенного качества;
полученные зависимости оптимальных температур перемешивания асфальтобетонных смесей от зернового и минералогического состава минеральных заполнителей, разновидностей минерального порошка, марки битумов позволяют с учетом большого разнообразия по качественным характеристикам и происхождению составляющих компонентов асфальтобетонных смесей, имеющихся на различных АБЗ, создавать асфальтобетоны оптимального качества;
разработана методика определения уплотняемости асфальтобетонных смесей и оптимальных температурных режимов проведения этого процесса, позволяющая создавать асфальтобетонные покрытия оптимального качества;
- разработаны добавки, позволяющие понижать температуры пе
ремешивания и уплотнения асфальтобетонных смесей.
Реализация работы:
- в строительном управлении дорожных работ г. Ставрополя
(ОАО «СУДР») организовано производство асфальтобетонных смесей
при оптимальных температурах перемешивания согласно разработан
ным ТУ 5718-001-03234709-98. Начиная с 1998 г. осуществлено строи
тельство асфальтобетонных покрытий площадью 366 200 м2 из смесей,
приготовленных при оптимальных температурах перемешивания.
Ожидаемый экономический эффект за счет увеличения срока службы и сокращения объемов ремонтных работ составляет 4 211 300 руб.
- результаты исследований и методики определения оптималь
ных температур перемешивания и уплотнения асфальтобетонных сме
сей внедрены в учебный процесс при подготовке инженеров по специ
альностям 290300 и 290500.
Апробация работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований доложены и после обсуждений одобрены на XXVI научно-технической конференции по результатам НИР профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов (г. Ставрополь, 1996 г), на XVIII научно-технической конференции по результатам НИР профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов (г.Ставрополь, 1998 г), на втором международном конгрессе «Битумные эмульсии» (г. Бордо, Франция, 1997 г), на XXIX научно-технической конференции по результатам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов (г. Ставрополь, 1999 г), На Всероссийской конференции «Город XXI века» (г. Ставрополь, 1999 г), на Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы дорожно-транспортного комплекса России» (Краснодар, 1999 г), на втором международном конгрессе «Битумы и битумные композиции» (г. Букараманга, Колумбия, 2000 г).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, включающего 34 рисунка, 32 таблицы, списка литературы из 137 наименований, 6 приложений.
