кенже статья. Прочностные характеристики дорожного покрытия на основе полимернобитумно вяжущих с использованием в качестве пластификатора смеси отработанных автомобильных масел
 Скачать 29.04 Kb.
|
|
Прочностные характеристики дорожного покрытия на основе полимерно-битумно вяжущих с использованием в качестве пластификатора смеси отработанных автомобильных масел Майханова К.О. – Утилизация отходов является одним из основных направлений в ресурсосберегающей технологии. Успешное решение вопросов утилизации приводит к тому, что взамен понятия «отходы производства» возникает более правильное – «вторичное сырье», имеющее отношение не только к основному производству, но и к системам регенерации, рекуперации и очистке промышленных выбросов. Характерной особенностью дорожно-строительных материалов является их работа при постоянном воздействии атмосферных факторов и движущихся транспортных нагрузок. При этом в зависимости от температурного режима материалы с применением органических вяжущих при одновременном воздействии вертикальных нагрузок работают в разных режимах деформаций. Характер деформирования во многом зависит от времени и интенсивности воздействия нагрузок. В отличие от нижних слоев дорожной одежды, верхние асфальтобетонные слои работают в самых неблагоприятных условиях. Особенностью разрушения асфальтобетонных покрытий является резко выраженная зависимость прочности от времени действия нагрузки, ее величины и температуры. Главным компонентом асфальтобетонной смеси является нефтяной битум. Нефтяной битум является сложной дисперсной системой, состоящей из высокомолекулярных углеводородов, и их гетеропроизводных содержащих кислород, серу и азот. Из основных компонентов битума выделяют масла, смолы и асфальтены. В незначительных количествах в битумах содержатся асфальтогеновые и карбоновые кислоты, и их ангидриды, парафин. При анализе литературы выявлено много способов улучшения свойств и структуры дорожных битумов, из которых можно выделить: введение наполнителей, таких как сера, резиновой крошки; добавок – поверхносто-активных веществ (ПАВ), полимеров различного строения (эластомеры, термопласты, реактопласты, термоэластопласты). Наиболее эффективными полимерами являются термопластичные резины – термоэластопласты – блоксополимеры бутадиена и стирола типа СБС, которые при введении в битум позволяют получать полимерно-битумные вяжущие с высоким уровнем физико-механических свойств. Термоэластопласты при совмещении с дорожными битумами создают трёхмерную пространственную эластичную структуру. Блоки полистирола трёхблочных молекул типа СБС расположены по краям и образуют физические связи между макромолекулами, которые обладают одновременно прочностью и эластичностью в диапазоне температур от +70 0С до -50 0С. Казахстанские нефтеперерабатывающие заводы производят окисленный битум, который характеризуется склонностью к интенсивному старению при высоких температурах. В этой связи, отечественное производство БВ предусматривает использование пластификатора, который позволяет обеспечить требуемый температурный режим, сократить процесс приготовления и снизить расход полимера. В качестве пластификаторов используют различные нефтепродукты, от выбора которых зависят физико-механические свойства, безопасность процесса приготовления и стоимость ПБВ. Целью научной работы является - разработка состава полимерно-битумного вяжущего, модифицированного пластификатором СОАМ (смесь отработанных автомобильных масел) Задачами исследования являются: -проведение анализа возможности и эффективности использования пластификатора СОАМ для приготовления ПБВ; -установление оптимального состава для приготовления БВ; -исследование физико-механических свойств полимерасфальтбетона на основе ПБВ в режиме эксплуатации. Для оценки влияния пластификатора на свойства БВ использовали смесь отработанных автомобильных масел (СОАМ). СОАМ использовался как альтернативный пластификатор, обладающий высокими растворяющими свойствами, хорошей совместимостью с битумом и низкой стоимостью. СОАМ состоит из минеральных, синтетических и трансмиссионных масел. Отработанные масла имеются в больших количествах в пунктах по их замене. Большие объемы этих нефтепродуктов практически не утилизируются и представляют серьезную экологическую опасность. Нефтяной битум является сложной дисперсной системой, состоящей из высокомолекулярных углеводородов, и их гетеропроизводных содержащих кислород, серу и азот. Из основных компонентов битума выделяют масла, смолы и асфальтены. В незначительных количествах в битума содержатся асфальтогеновые и карбоновые кислоты, и их ангидриды, парафин. При анализе литературы выявлено много способов улучшения свойств и структуры дорожных битумов, из которых можно выделить: введение наполнителей, таких как сера, резиновой крошки; добавок – поверхносто-активных веществ (ПАВ), полимеров различного строения (эластомеры, термопласты, реактопласты, термоэластопласты). Наиболее эффективными полимерами являются термопластичные резины – термоэластопласты – блоксополимеры бутадиена и стирола типа СБС, которые при введении в битум позволяют получать полимерно-битумные вяжущие с высоким уровнем физико-механических свойств. Значительный вклад в разработку и изучение свойств битумных вяжущих внесли А.С.Колбановская, Л.М.Гохман, Б.С.Радовский, Е.М.Гурарий, А.Р.Давыдова, Д.С.Шемонаева, К.И.Давыдова, И.И.Канадзе, Надиров Н.К., Бишимбаев В.К. и ряд других исследователей. Термоэластопласты при совмещении с дорожными битумами создают трёхмерную пространственную эластичную структуру. Блоки полистирола трёхблочных молекул расположены по краям и образуют физические связи между макромолекулами, которые обладают одновременно прочностью и эластичностью в диапазоне температур от +700С до -500С. Нефтеперерабатывающие заводы производят окисленный битум, который характеризуется склонностью к интенсивному старению при высоких температурах. В этой связи производство БВ предусматривает использование пластификатора, который позволяет обеспечить требуемый температурный режим, сократить процесс приготовления. В качестве пластификаторов используют различные нефтепродукты, от выбора которых зависят физико-механические свойства, безопасность процесса приготовления и стоимость БВ. При проведении исследований свойств битума и БВ были использованы стандартные методы испытаний в соответствии с ГОСТ 11501-78, ГОСТ 11505-75, ГОСТ 11506-73, ГОСТ 1107-78, ГОСТ 11508-74, ГОСТ 18180-72, ОСТ 218.010-98, ГОСТ Р 52056-2003. В качестве минеральных материалов для приготовления асфальтобетонных смесей использовали щебень фракции 5-15мм ГОСТ 8267-93, песок дробленый ГОСТ 8736-93 и минеральный порошок ГОСТ Р 52129-2003. При исследовании свойств асфальтобетонных смесей использованы методы в соответствии с требованиями ГОСТ 12801-98. Для оценки влияния пластификатора на свойства БВ были использованы следующие нефтепродукты: индустриальное масло И-40А и смесь отработанных автомобильных масел (СОАМ). Пластификатор – индустриально масло И-40А, в отличие от легких нефтепродуктов отвечает требованиям пожаробезопасности, его использование позволяет получать однородные БВ со стабильными свойствами. Важным показателем, характеризующим качество масел, является вязкость и изменение её с температурной. Она определяется структурной углеводородов, входящих в состав масляных фракций: с увеличением длины боковой алкильной цепи в нафтеновых и ароматических углеводородов, при сохранении неизменными числа колец в молекуле, индекс вязкость их повышается; при увеличении числа колец и разветвленности боковых цепей индекс вязкости уменьшается. Для снижения вязкости СОАМ подвергали очистке от асфальтобетонных веществ и твердых остатков. СОАМ и И-40А имеют низкую вязкость, поэтому для приготовления БВ их вводили в количестве от 4 до 30% по массе. Во всех составах количество полимера – 3,5% и было выбрано, как оптимальное, что согласуется с данными приведенными в литературе. Таблица 1 Физико-механические свойства БВ
При получении БВ необходимо создать условия для максимального растворения ДСТ в битуме, иначе его модифицирующие свойства не реализуются в полном объеме. Для приготовления БВ в лабораторных условиях был использован планетарный смеситель снабженный термостатированной емкостью с мешалками. В обезвоженный и нагретый до температуры 150-1600С и перемешивали в течение 1,5 ч до однородной массы. Раствор ДСТ в масле приготавливали в течение суток при комнатной температуре, в результате чего происходило набухание ДСТ. Характеристики физико-механических свойств полученных БВ с гудроном, И-40А и СОАМ приведены в табл.1 с учетом всех норм и требований. Для изучения свойств асфальтобетонных смесей на основе БВ были приготовлены образцы, пластифицированные маслом И-40А и СОАМ. Пластифицированные гудроном БВ не использовали для приготовления требованиям ОСТ 218.010-98 по показателю температуры хрупкости. В соответствии с требованиями ГОСТ 9128-97 были приготовлены асфальтобетонные смеси типов А и Б, как наиболее отвечающие по требованиям сдвигоустройчивости и шероховатости покрытий. Установлено, что количеством пластификатора, можно получать требуемые марки БВ и регулировать их свойства. Анализ полученных данных, показывает, что БВ приготовленные с использованием пластификаторов И-40А и СОАМ соответствуют всем требованиям ОСТ 218.010-98. СОАМ после многократного воздействия высоких температур в двигателях автомобилей обладает устойчивой стабилизированной структурой, которая менее подвержена испарению легких фракций при нагреве, чем масло И-40А. Поэтому для проведения исследований изменения физико-механических свойств ПБВ при длительном хранении были выбраны вяжущие пластифицированные И-40А. Результаты представленные в табл. 2 показали, что наибольшей степени, по сравнению с исходными значениями, изменились следующие показатели:
На основании полученных результатов можно сделать следующие рекомендации: • хранить БВ при температуре не более 1600; • при хранении БВ более одной рабочей смены (8 ч) осуществлять периодическое перемешивание во избежание расслоения; • при длительном хранении снижать рабочую температуру до значений, соответствующих пластичному состоянию БВ, для создания более «щадящего» режима хранения; • после длительного хранения провести контроль качества БВ; содержание пластификатора в БВ не должно быть ниже 20% и не более 30%. Полученные БВ изучались методом инфракрасной спектроскопии, который показал, что по химическому составу, эти БВ мало отличаются друг от друга, что и подтверждается их физико-механическими свойствами. Первым признаком получения качественного БВ является однородность. Исследования проб приготовленных по первому и второму способу показали, что на однородность вяжущего существенное влияние оказывает способ, время и температурный режим приготовления ПБВ. Так, время приготовления БВ по второму способу составляет на 40% меньше, чем по первому. Анализируя физико-механические свойство полимерасфальтобетона, следует отметить, что механические свойства смесей типа А при содержании пластификатора в ПБВ более 12%, а у смесей типа Б более 20%, несколько ниже нормативных значений. Таким образом, в случае применения этих вяжущих в состов полимерасфальтобетонной смеси необходимо вводить большее количествво минерального порошка, который структурирует пленки вяжущего, тем самым, повышая прочностные характеристики полимерасфальтобетона. Список литературы 1. Нарманова Р.А. Асфальтовые покрытия из нефтебитуминозных пород и отходов промышленности. Автореферат на соискание ученой степени канд.техн.наук., -Москва, 1991г. 16стр. 2. Пат. 2110496 РФ, МКИ С04В 26/26. Способ приготовления асфальтобетонной смеси. 10.05.1998. 3. Балабанов В.Б., Коновалов Н.П., Самбаров Н.Н. Изменение свойств полимербитумных вяжущих при длительном хранении // Строительные материалы. – 2004.- №8. – с45-47. 4. Степаненко А.А. Влияние пластификатора на свойства полимерно-битумных вяжущих // Объединенный научный журнал. – 2006. - №2.–с.66-72. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||