При строительстве дорожных покрытий и оснований в связи с дефицитом нефтяных вяжущих, в частности вязкого нефтяного битума, предлагается использовать составленные вяжущие на основе нефтяного битума или гудрона с использованием сухоперегонных древесных смол, всплывных смоляных масел, древесного и таллового пека и сланцевого битума.
В «Методических рекомендациях по применению составленных вяжущих в покрытии автомобильных дорог» изложены вопросы применения указанных местных материалов в качестве поверхностно-активных добавок, а также компонентов составленного вяжущего.
Настоящие «Методические рекомендации» разработаны на основе исследований, проведенных Ленинградским филиалом Союздорнии при участии Лесотехнической академии им. С. М. Кирова и лаборатории лигнина Всесоюзного научно-производственного объединения «Бумпром».
«Методические рекомендации» составили кандидаты технических наук В. А. Захаров, А. П. Архипова, И. В. Филиппов (Ленинградский филиал Союздорнии).
1 . Общие положения
1.1 . В результате проведенных исследований рекомендуется использовать в дорожном строительстве такие местные материалы, как всплывные смоляные масла, сухоперегонные древесные смолы, древесный и талловый пеки, вязкий сланцевый битум, в качестве компонентов составленного вяжущего, основой которого является нефтяной битум или нефтяной гудрон.
«Цементобетон и минеральные вяжущие. Новые возможности для дорожного строительства», СТФ — 2022
1.2 . Технико-экономическая целесообразность и эффективность использования составленных вяжущих обусловлена прежде всего дефицитом нефтяных вяжущих. Использование составленных вяжущих позволяет увеличить общий объем вяжущих для дорожного строительства. В ряде случаев составленное вяжущее получается более высокого качества по сравнению с нефтяными вяжущими.
Асфальтобетон на таком вяжущем обладает лучшей уплотняемостью, меньшей битумоемкостью и улучшенными показателями физико-механических свойств. Такие материалы, как древесный и талловый пеки, вязкий сланцевый битум, позволяют получить на основе нефтяного гудрона, минуя стадию его окисления, составленное вяжущее, обеспечивающее асфальтобетону показатели свойств, предусмотренные стандартом для теплого и даже для горячего асфальтобетона. И, наконец, некоторые компоненты составленного вяжущего дешевле вязкого нефтяного битума, что обеспечивает стоимость составленного вяжущего, не превышающую стоимость нефтяного битума.
1.3 . В тех случаях, когда по условиям строительства требуется применение маловязких битумов марок БНД 130/200, БНД 200/300, они могут быть приготовлены из более вязкого дорожного битума с добавлением к нему 30 — 50 % неокисленного нефтяного гудрона, причем стоимость такого составленного вяжущего будет на 15 — 20 % ниже стоимости дорожного битума, выпускаемого промышленностью.
1.4 . Составленные вяжущие можно рекомендовать для широкого применения при различных способах устройства дорожных покрытий и оснований.
1.5 . При строительстве асфальтобетонных и других видов покрытий и оснований с использованием составленных вяжущих следует руководствоваться ГОСТ 9128-76 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия», «Руководством по строительству дорожных асфальтобетонных покрытий» (М., «Транспорт», 1978) и «Инструкцией по устройству покрытий и оснований из щебеночных, гравийных и песчаных материалов, обработанных органическими вяжущими» ВСН 123-77 (Минтрансстрой. М., 1978).
Конференция «Органические вяжущие в дорожном строительстве
Настоящие «Методические рекомендации» дополняют перечисленные документы в вопросах использования составленных вяжущих.
2 . Краткая характеристика компонентов составленных вяжущих и их назначение
2.1 . Сухоперегонная древесная смола — маслянистая жидкость темно-коричневого цвета. Ее получают на лесохимических комбинатах в результате пиролиза древесины преимущественно лиственных пород, в том числе древесных отходов и коры. Комбинатами вырабатываются три вида смол: отстойная (ОСТ 81-55-72), обезвоженная и кондиционная (ТУ 81-05-36-73).
Отстойная смола наиболее жидкая, имеет вязкость по стандартному вискозиметру С порядка 10 с. Она содержит 7 — 15 % воды, 3 — 5 % низкомолекулярных кислот (типа уксусной) и легколетучие масла. Кондиционная смола имеет наибольшую вязкость — порядка 40 с; не содержит фракций, выкипающих до 125 °С. Обезвоженная смола по вязкости занимает промежуточное положение и содержит 3 — 5 % воды.
В сухоперегонных древесных смолах содержится от 40 до 70 % поверхностно-активных веществ анионного типа, в том числе 20 — 40 % высокомолекулярных жирных и смоляных кислот, 4 — 15 % карбоновых кислот, 7 — 30 % фенолов и 18 — 40 % нейтральных веществ.
2.3 . Древесный пек (ОСТ 81-37-72) — остаточный продукт перегонки древесных смол на лесохимических заводах. В его состав входят высокомолекулярные компоненты — смоляные, жирные кислоты, карбоиды и другие вещества. При нормальной температуре это твердое вещество с температурой плавления 40 — 100 ºС.
2.4 . Талловый (сульфатный) пек (ТУ ОП 81-05-84-79) — побочный продукт сульфатно-целлюлозной промышленности, получается как остаток при ректификации таллового масла. При нормальной температуре это твердый или пластичный материал темно-коричневого цвета. Его температура размягчения по КиШ 25 — 45 ºС. Кислотное число 30 — 45 мг/г, число омыления 80 — 100 мг/г. Талловый пек нерастворим в воде, стоек против действия кислот, растворов солей, омыляется щелочью, хорошо растворяется в ароматических углеводородах и других органических растворителях, хорошо смешивается с нефтяным битумом и гудроном.
2.7 . Основное назначение перечисленных материалов заключается в использовании их в качестве компонентов составленного вяжущего в целях замены части дефицитного нефтяного вяжущего, а в ряде случаев — и полной замены вязкого нефтяного битума. Кроме того, продукты переработки древесины — сухоперегонная древесная смола, всплывные смоляные масла, древесный и талловый пеки, богатые поверхностно-активными веществами, могут быть использованы для улучшения сцепления битума и гудрона с поверхностью каменных материалов, а широкий диапазон вязкости этих материалов позволяет использовать их в качестве пластификаторов и разжижителей в тех случаях, когда по условиям строительства предусмотрено применение маловязких битумов.
Высокая стабильность свойств нефтяного гудрона позволяет компенсировать недостаточную стабильность свойств вязкого сланцевого битума и на основе объединения этих материалов в определенном соотношении получать высококачественное вяжущее для дорожного строительства. Добавка древесного или таллового пека к нефтяному гудрону существенно улучшает свойства последнего и позволяет, минуя стадию окисления, использовать составленное вяжущее для приготовления теплого асфальтобетона, в то время как гудрон без добавки пеков не обеспечивает требуемых показателей свойств теплого асфальтобетона.
Содержание компонентов в общей массе составленного вяжущего, %
Назначение компонента составленного вяжущего
Сухоперегонные древесные смолы, всплывные смоляные масла, древесный пек, талловый пек
Введение в нефтяной битум или гудрон в целях экономии нефтяного вяжущего
Улучшение сцепления битума или гудрона с поверхностью каменных материалов
Сухоперегонные древесные смолы, всплывные смоляные масла, талловый пек
Пластификация вязкого нефтяного битума в целях получения требуемой марки
Сухоперегонные древесные смолы, всплывные смоляные масла
Разжижение нефтяного гудрона в целях получения медленно-густеющего жидкого битума требуемой марки
Древесный пек, талловый пек
Увеличение вязкости нефтяного гудрона в целях использования его без окисления
Вязкий сланцевый битум
3 . Область применения составленных вяжущих
3.1 . Составленные вяжущие могут быть использованы при устройстве покрытий и оснований на автомобильных дорогах всех категорий во всех дорожно-климатических зонах. Исключается только применение вяжущего из вязкого сланцевого битума и нефтяного гудрона в покрытиях в V дорожно-климатической зоне.
3.2 . Составленные вяжущие применяют при устройстве покрытий и оснований:
по способу смешения на дороге;
по способу пропитки;
из черного фракционированного щебня;
из горячего и теплого асфальтобетонов;
защитных слоев и покрытий по способу одиночной, двойной и тройной поверхностной обработки.
3.3 . Пригодность различных видов составленных вяжущих для устройства покрытий и оснований тем или иным способом определяется вязкостью составленного вяжущего, которая должна соответствовать требованиям действующих нормативных документов. Вязкость составленного вяжущего зависит от вязкости исходных компонентов и их соотношения (см. табл. 2.1 ).
3.4 . В IV дорожно-климатической зоне покрытия из асфальтобетонных смесей и из черного щебня на основе вяжущего из нефтяного гудрона и вязкого сланцевого битума сразу после окончания строительства должны быть закрыты защитным слоем по способу поверхностной обработки.
3.5 . Не допускается применять составленные вяжущие для устройства верхних и нижних слоев покрытий внутризаводских дорог и участков дорог, проходящих в пределах населенных пунктов, за исключением вяжущего, состоящего из нефтяных компонентов — битума и гудрона. Полностью исключается применение этих вяжущих на сельскохозяйственных объектах.
4 . Требования к исходным материалам и составленным вяжущим
4.1 . Сухоперегонные древесные смолы и всплывные смоляные масла должны удовлетворять требованиям по вязкости С и по содержанию воды, приведенным в табл. 4.1 . К древесному пеку особых требований не предъявляется. Свойства составленных вяжущих с этими материалами должны соответствовать требованиям стандарта применительно к той марке вязкого битума или медленногустеющего жидкого битума, с которой идентична вязкость составленного вяжущего (глубина проникания иглы при 25 ºС, или С ).
Источник: www.tehlit.ru
ВВЕДЕНИЕ
Отличная и качественная дорога — это целый комплекс мероприятий, которые включают в себя работы по возведению земляного полотна и строительству дорожной одежды основной и самой дорогой части дороги. Затраты на ее устройство порой составляют 60-70 % от общей стоимости строительства объекта.
Интенсивное развитие дорожно-транспортного комплекса, которое необходимо современному обществу, невозможно без применения новых инновационных дорожно-строительных материалов. Они значительно продлевают срок службы дорожного полотна, избавляя регионы от необходимости частых и дорогостоящих ремонтов. Поэтому проблема применения новых материалов в дорожном строительстве всегда будет оставаться актуальной.
По исследуемой проблеме в данном учебном пособии изучена литература и законодательные требования к материалам для автомобильных дорог; выявлены преимущества использования инновационных материалов для улучшения качества автомобильных дорог. Дорожные покрытия испытывают при эксплуатации на дорогах: на истирание, замораживание, оттаивание, увлажнение, высушивание, изгибающие нагрузки.
Учебное пособие состоит из трех частей. В первой части рассматриваются материалы и изделия для дорожного строительства на основе неорганических вяжущих. Во второй части предлагаются материалы и изделия на основе органических битумосодержащих вяжущих, в третьей части — на основе полимерных связующих.
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА. МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ НА ИХ ОСНОВЕ ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
Неорганические вяжущие вещества
1.1.1. Общие сведения.
Общие сведения. Особенности неорганических вяжущих веществ
Вяжущими веществами называются такие материалы, которые на определенной стадии переработки обладают вязкопластичными свойствами, при этом способны связывать рыхлые сыпучие массы (минеральные порошки, мелко- и крупнозернистые материалы — песок, щебень, гравий и др.) и постепенно переходить в твердое состояние.
В определении вяжущих веществ можно выделить три ключевых момента:
- • эти материалы какое-то время способны находиться в вязкопластическом состоянии. Благодаря этому свойству смеси вяжущих материалов с наполнителями и заполнителями могут формоваться, т.с. принимать нужную форму (форму изделия, конструкции);
- • вяжущие вещества должны обладать способностью хорошо «сцепляться» с поверхностью наполнителей и заполнителей и на пластической стадии, и после отвердевания. Это свойство называют адгезией;
- • вяжущие материалы должны из пластической стадии переходить в твердое состояние, образуя «искусственный камень», имеющий определенную прочность и другие характерные свойства.
Роль вяжущих веществ главным образом заключается в создании тонких прослоек между частицами, зернами сыпучих материалов, соединяющих их «воедино». Отвердевшее вяжущее образует непрерывную матрицу в объеме материала.
Одновременное наличие всех трех ключевых особенностей вяжущих веществ присуще достаточно большой группе материалов.
Неорганические вяжущие вещества являются продуктами обжига соответствующего природного минерального сырья (т.е. относятся к группе обжиговых строительных материалов) и последующего тонкого измельчения (помола).
Неорганическими вяжущими веществами называют порошкообразные материалы, способные при смешивании с водой, образовывать пластично-вязкое тесто, которое со временем самопроизвольно затвердевает, превращаясь в камневидное тело в результате физико-химических процессов, и прочно соединяет отдельные зерна песка, гравия, щебня в монолит.
Для дорожного строительства применяют гидравлические вяжущие вещества, которые твердеют и длительно сохраняют прочность не только на воздухе, но и в воде.
По химическому составу гидравлические вяжущие вещества представляют систему, состоящую из соединений четырех оксидов: СаО — SiO2 — AI2O3 — Ре20з.
Эти соединения образуют:
- — силикатные цементы, состоящие преимущественно (на 75 %) из силикатов кальция; к ним относятся портландцемент и его разновидности;
- — алюминатные цементы, вяжущей основой которых являются алюминаты; к ним относятся глиноземистый цемент и его разновидности.
Особенности неорганических вяжущих веществ зависят от их состава (от состава сырья и способа получения — обжига), а вяжущие свойства связаны с химическими и физико-химическими процессами взаимодействия с водой.
Природное сырье для неорганических вяжущих веществ представляет собой достаточно стабильный (химически неактивный, например по отношению к воде) материал.
При обжиге изменяется химический и фазовый состав сырья, образуются новые минералы, способные вступать в химическое взаимодействие с водой.
Помол обожженного сырья многократно увеличивает поверхность материала, способную контактировать (и взаимодействовать) с водой.
В вязкопластическое состояние неорганические вяжущие вещества переходят при затворении водой (смешивании с водой).
Именно количеством воды в смеси (водовяжущим отношением) определяются реологические свойства теста, растворной или бетонной смеси: подвижность (способность растекаться) или жесткость, напряжение сдвига (характеризует структурную прочность), вязкость и т.д.
Схватывание (переход из пластического состояния в камнеподобное) и твердение (рост прочности) минеральных вяжущих веществ связаны с химическими и физико-химическими процессами взаимодействия минералов вяжущего вещества с водой.
Способность минеральных вяжущих склеивать зерна наполнителей и заполнителей на стадии вязкопластичного состояния связана главным образом с присутствием воды в смеси, т.е. действием сил поверхностного натяжения на границе раздела фаз «твердое тело — жидкость — газ»; а по мере твердения вяжущего -со способностью гидратных новообразований сцепляться друг с другом и с поверхностью зерен.
Химические процессы взаимодействия минералов вяжущего и воды (или водных растворов активаторов твердения) приводят к образованию новых фаз, содержащих химически связанную воду. Поэтому процесс твердения минеральных вяжущих называется гидратным твердением или гидратационным твердением, а образующиеся соединения называются гидратными новообразованиями.
Чем выше растворимость минералов вяжущего вещества в воде, тем выше скорость химической реакции.
Именно новообразования обеспечивают адгезию затвердевшего вяжущего к поверхности заполнителей. Чем выше химическое сродство новообразований и поверхности заполнителей, тем выше прочность сцепления между ними.
Прочность сцепления минеральных вяжущих с минеральными наполнителями и заполнителями обычно выше, чем с органическими заполнителями (древесными опилками, щепой).
Источник: bstudy.net
Что такое вяжущие в дорожном строительстве
ВВЕДЕНИЕ
Постоянное увеличение темпов развития автодорожной сети и реализация целого ряда масштабных проектов в дорожной сфере сформировали в нашей стране устойчивый спрос на качественные материалы для дорожного строительства, в том числе на битумные эмульсии. Одна из стратегических целей амбициозного национального проекта «Безопасные и качественные автомобильные дороги» — технологический рост дорожной отрасли за счет создания и внедрения инновационных битумных материалов. Обеспечить дорожников необходимыми объемами качественного и конкурентоспособного вяжущего материала — задача нефтяных компаний.
Транспортная инфраструктура – одна из основных составляющих экономического и социального развития государства.
Перспективными технологиями, которые обеспечивают экономию битума при одновременном получении высококачественных битумо-производных продуктов являются технологии, связанные с применением битумных эмульсий.
Битумная эмульсия – искусственный строительный материал, получаемый путем диспергирования в специальных установках дисперсной битумной фазы и дисперсионной водной среды. Битумные эмульсии обладают клеящей способностью, легко наносятся на различные поверхности, вследствие невысокой вязкости частицы эмульсии проникают в самые мелкие неровности материала, смешиваются с минеральными материалами, тесно связывая их друг с другом. За счет данных свойств битумная эмульсия зарекомендовала себя как хороший связующий материал в дорожном строительстве.
Можно сказать, что битумная эмульсий – это достаточно «молодой» строительный материал. Начало его активного внедрения в дорожную отрасль приходится лишь на начало 20-го столетия. Научные исследования в данной отрасли дорожного строительства лишь набирают обороты: разрабатываются новые составы эмульсионных вяжущих, внедряются новые и совершенствуются существующие технологии их производства. Уже на данном этапе битумные эмульсии зарекомендовали себя как высококачественные и экологичные продукты. Может быть именно за ними стоит будущее дорожного строительства?
Применение битумных эмульсий возможно во многих технологических направлениях дорожно-строительной отрасли:
- Поверхностная обработка. Состоит в распределение вяжущего сверху щебня, вплоть до того пока никак не случится затвердевания вяжущего. Поверхностную обработку проводят даже для дорог с интенсивным движением, используя полимербитум, что гарантирует надежность покрытия. Применяя катионные быстрораспадающиеся эмульсии, возможно достигнуть лучших результатов в поверхностной обработке дорожного полотна.
- Покрытие типа сларри. Мелкоразмолотый неподвижный использованный материал перемешивается с эмульсией и водой, создавая смесь сларри, которая распределяется по поверхности дорожного покрытия. Этот процесс осуществляется с помощью специального агрегата, смесителя-укладчика. Оптимальный итог добивается в таком случае, если реакционная способность эмульсии отвечает реакционной способности неподвижного использованного материала. С целью регулировки периода разрушения эмульсии в укладчик могут добавляться специализированные химикаты.
- Укрепление грунта. Для укрепления грунта обычно используются катионные медленнораспадающиеся эмульсии.
- Подгрунтовка. Подгрунтовка предотвращает попадания воды, потерю мелких частиц вследствие ветровой и водной эрозии, а также для обеспечения передвижения строительных машин без захвата материала шинами.
- Соединительные слои. Соединительные слои устраиваются путем применения некоторого количества битума между слоями горячей смеси для предотвращения скольжения.
- Герметизирующий состав тонкого распыления. Легкое распределение разбавленной эмульсии восстанавливает битум состарившихся поверхностей и продлевает срок службы покрытия при низких расходах.
На сегодняшний день основным конкурентом битумных эмульсий является дорожный битум, разогретый до высоких температур. Но использование такого битума в дорожном строительстве и ремонте не позволяет достигать достаточного качества ввиду низкой сцепляемости битума с поверхностью основания и плохого и неравномерного распределения по поверхности. Помимо этого использование битума требует полного отсутствия влаги на очищенной поверхности минерального материала и характеризуется высокой энергоемкостью и повышенной опасностью производства, обусловленной поддержанием высоких температур.
Одной из наиболее остро стоящих «мировых» вопросов на сегодняшний день и на ближайшие 25 лет являются вопросы экологии. Как говорил советский писатель Виталий Бианки: «Человек может развиваться только в контакте с природой, а не вопреки ей». Но к сожалению, люди начали забывать, что с природа – это друг человека, что ее нужно беречь…
Каждый день с экранов телевизоров доносятся призывы к спасению природы, заголовки газет кричат о чудовищных последствиях уничтожения окружающей среды. И это не может не пугать…
К сожалению, и дорожная отрасль имеет непосредственное отношение к данной проблеме, в частности и природа используемого для дорожного строительства вяжущего материала. Наиболее применяемый на данный момент вяжущий компонент – классический битум, разогревается при эксплуатации до достаточно высоких температур.
В результате чего происходит испарение легкокипящих составляющих. Все эти вредные компоненты поступают непосредственно в атмосферу. Мы дышим этим воздухом, этим воздухом дышат наши дети, наше будущее поколение! Разве такое наследство мы должны оставить своим детям? Я считаю, что нет.
Если есть возможность сделать что-то эффективное здесь и сейчас – то нужно это делать!
Поэтому в данном проекте предлагается разработать составы эмульсионных вяжущих, являющихся перспективными продуктами дорожной промышленности в первую очередь с точки зрения экологии, а затем и экономики. Водо-битумные эмульсии при нормальных температурных условиях являются жидкими материалами, что не требует их разогрева до высоких температур. Следовательно, нет и выбросов от испарения, отсутствует вредное воздействие на природу. Помимо этого битумные эмульсии почти что не имеют запаха, не опасны и не горючи , что увеличивает безопасность его использования
Все это говорит в пользу того, что использование водо-битумных эмульсий в качестве связующего материала более эффективно по сравнению с классическими битумами. Применение ВБЭ сопряжено с рядом положительных сторон: снижение расхода битума из-за извлечения наиболее тонкой пленки вяжущего на поверхности каменного материала; экономичность и защищенность применения; увеличение сезона строительства и ремонта дорог.
Именно поэтому, исследования, связанные с разработкой составов водо-битумных эмульсий, актуальны на сегодняшний день и будут актуальны в будущем.
Целью научно-исследовательской работы является разработка составов водо – битумных эмульсий на основе нефтяных дорожных битумов и исследовании их свойств, а также разработка технологии производства ВБЭ и 3Д – модели установки производства ВБЭ.
Задачи научно-исследовательской работы:
1. Оценка эмульгируемости битумов с использованием катионных ПАВ;
2. Исследование основных свойств, полученных ВБЭ;
3. Исследование битумных вяжущих, выделенных после распада катионных эмульсий;
4. Оценка эмульгируемости битумов с использованием ПАВ различных классов;
5. Исследование основных свойств, полученных ВБЭ;
6. Выбор оптимальных составов ВБЭ;
7. Исследование битумных вяжущих, выделенных после распада ВБЭ;
8. Оценка старения битумных вяжущих, выделенных после распада ВБЭ;
9. Выбор технологии производства.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Для решения поставленных задач были приготовлены водо-битумные эмульсии на основе битумов нефтяных окисленных дорожных марок БНД 60/90, БНД 90/130 и эмульгаторов различного класса.
Первым этапом данной работы является определение эмульгируемости битумов с использованием катионных ПАВ. Для приготовления ВБЭ использовали вышеперечисленные марки битумов и катионные эмульгаторы ДОРОС – ЭМ (производитель ООО «Предприятие ДОРОС», г. Ярославль) и МД-4 (аналог Redicote EM44).
Рабочая концентрация применяемых эмульгаторов была выбрана исходя из технических документов самих эмульгаторов.
Рецептура исходных смесей и эмульгируемость битумов, в зависимости от количественного содержания ПАВ, представлена в таблице 1.
На основе представленных в таблице 1 данных можно сделать следующий вывод, что с эмульгаторами катионного типа (МД – 4 и Дорос ЭМ) битумы марок БНД 60/90 и БНД 90/130 эмульгируются при всех концентрациях эмульгатора. Эмульгаторы катионного типа являются универсальными для приготовления водо-битумных эмульсий, применяемых в дорожном строительстве.
Источник: www.futurible.space
Органическое вяжущее в дорожном строительстве
Качество битумов в значительной степени определяет показатели прочности и деформативности асфальтобетона и долговечность дорожных асфальтобетонных покрытий.
Продление сроков службы асфальтобетонных покрытий позволяет существенно сократить затраты материальных и финансовых ресурсов, расходуемых на периодическое проведение ремонтных работ по поддержанию состояния покрытий в требуемом транспортно-эксплуатационном состоянии. Автомобильные дороги с асфальтобетонными покрытиями являются основой дорожной сети страны, они выдерживают основной объем автотранспортных перевозок. Протяженность дорог с асфальтобетонными покрытиями составляет более 90 % общей протяженности дорог с покрытиями других типов.
Состояние асфальтобетонных покрытий оказывает существенное влияние на эффективность работы автомобильного транспорта. Наличие на поверхности дорожного покрытия разного рода повреждений и неровностей приводит к перерасходу топлива при движении автотранспортных средств, возникновение повышенного уровня вибраций – к ускоренному износу как самого дорожного покрытия, так и движущихся автомобилей. Вследствие этого стоимость перевозок автомобильным транспортом в стране в 1,5 раза, а расход горючего на 30 % превышают аналогичные показатели развитых зарубежных стран.
Расчеты показывают, что увеличение общей площади повреждений покрытия на 1 % приводит в среднем к увеличению расхода топлива при движении по дороге также на 1 %.
Рост требований к транспортно-эксплуатационным характеристикам асфальтобетонных покрытий, связанный с ростом скоростей движения и увеличением количества тяжелых и сверхтяжелых грузовиков в составе движения на ряде магистральных дорог, отчетливо выявляет недостаточность существующего в настоящее время уровня качества дорожных битумов. Это является, в свою очередь, одной из причин сокращения сроков службы дорожных асфальтобетонных покрытий, преждевременного выхода асфальтобетонных покрытий из строя вследствие интенсивного развития повреждений в виде колей, пластических деформаций, трещин, выбоин и др.
Реальные сроки службы асфальтобетонных покрытий в условиях интенсивного движения автотранспорта составляют во многих случаях не более 4–5 лет, а нередко и 2–3 года. Столь малые сроки службы покрытий вынуждают дорожные организации проводить многократные ремонтные работы в процессе эксплуатации дороги, тратить значительные материальные, трудовые и финансовые ресурсы не на развитие дорожной сети и строительство новых дорог, а на поддержание требуемых транспортно-эксплуатационных показателей уже существующей сети автомобильных дорог.
Продление сроков службы асфальтобетонных покрытий за счет повышения качества битумов позволит существенно снизить затраты на ремонтные работы и высвободить сотни миллионов рублей на улучшение состояния дорожной сети в целом [1, 2].
Качество битума в значительной степени определяет качество и сроки службы дорожных асфальтобетонных покрытий, поскольку все характерные особенности свойств асфальтобетона как термопластичного материала определяются свойствами битума.
Дорогам ХХI века нужны высококачественные битумы третьего поколения!
В битумных вяжущих третьего поколения непосредственно нефтяной битум выполняет роль базового компонента, на основе которого формируются модифицированные, комплексные или композиционные битумные вяжущие, отвечающие повышенным требованиям, соответствующим конкретным условиям эксплуатации. В качестве модифицирующих компонентов в битум могут вводиться разного рода полимерные или эластомерные добавки, резиновая крошка, поверхностно-активные вещества, тонкодисперсные минеральные наполнители, минеральные или органические волокна.
Модифицированные битумные вяжущие получают путем введения в битум специальных добавок (модификаторов), улучшающих те или иные свойства битума. К модифицированным битумным вяжущим относятся битумы (или другие органические вяжущие), содержащие до 10 % (по массе) добавок модификатора. В качестве модифицированных битумов широко известны разнообразные полимербитумные вяжущие, резинобитумные вяжущие, битумы, модифицированные добавками поверхностно-активных веществ, природных битумов, а также продуктов нефтехимии, коксохимических и лесохимических производств.
К композиционным вяжущим относятся КОВ, содержащие более трех компонентов, включая различные модифицирующие добавки, пластификаторы, структурирующие и стабилизирующие добавки (например, тонкодисперсные порошки и волокнистые наполнители).
Наиболее известным компонентом комплексных органических вяжущих из числа природных битуминозных материалов является тринидатский озерный асфальт, а также составы на основе природных тугоплавких битумов типа асфальтитов или гильсонитов. К числу битумных вяжущих относятся также асфальтовые вяжущие, состоящие из смеси битума с минеральным порошком.
Естественно, выбор типа модифицирующих компонентов должен отвечать конкретным требованиям условий эксплуатации дорог. Так, например, в районах с влажным климатом первоочередной задачей является повышение адгезионных свойств битумов, в районах с континентальным климатом – расширение интервала пластичности битумов.
Основные требования, предъявляемые к битумным вяжущим, следующие:
- Битумные вяжущие должны обладать высокими адгезионными свойствами. Основная функция битумных вяжущих – связывать в монолит минеральные материалы (щебень, песок, минеральный порошок), используемые при приготовлении асфальтобетона. Недостаточная адгезионная способность приводит к ускоренной дезинтеграции асфальтобетона в процессе эксплуатации дорожных покрытий, образованию выбоин, шелушению и износу поверхности, низкой водостойкости покрытий. К сожалению, действующий ГОСТ 22245-90 на вязкие дорожные битумы не предусматривает контроля адгезионных свойств битумов, хотя методика контроля адгезионных свойств битумов предусмотрена действующим ГОСТ 11508-74.
- Битумные вяжущие должны обладать требуемым комплексом прочностных и деформативных характеристик во всем диапазоне эксплуатационных температур. Следует отметить, что годовой диапазон температур в верхнем слое асфальтобетонного покрытия может достигать в процессе эксплуатации 100° С и более, поскольку поверхность покрытия в жаркие летние дни может нагреваться до 60–65° С и более, зимние же температуры в ночное время могут опускаться до –30–40° С, а в ряде регионов нередко и ниже. Если действующий ГОСТ 22245-90 допускает применение битума с температурой хрупкости –6 оС (марка БН 60/90), то очевидно, что такой битум не в состоянии обеспечить трещиностойкость асфальтобетонного покрытия. Соответственно, если нормируемая ГОСТом температура размягчения битумов вязких марок допускается на уровне 35–51° С (в зависимости от марки), то при нагреве асфальтобетона на поверхности дорожного покрытия до 60° С и более устойчивость такого покрытия к образованию пластических деформаций является недостаточной, что приводит к ускоренному образованию колей, волн, сдвигов и пр. Интервал пластичности применяемых битумов должен составлять для центральных регионов европейской части страны не менее 72–75° С, а для районов с континентальным климатом – не менее 80° С.
- Битумные вяжущие должны обладать необходимой стабильностью свойств во времени, т. е. устойчивостью к старению под воздействием технологических и эксплуатационных факторов и устойчивости к расслоению (однородностью).
Действующий ГОСТ 22245-90 нормирует большинство показателей без учета старения битума (за исключением показателя температуры размягчения), т. е. контролирует свойства битума, находящегося на складе, а не свойства битума, работающего в составе дорожного покрытия.
Другим важным условием качества битумных вяжущих является их однородность, поскольку применение неоднородных (гетерогенных) вяжущих не позволяет обеспечить требуемую ГОСТ 9128 однородность асфальтобетона и, соответственно, однородность качества дорожного асфальтобетонного покрытия.
В связи с вышеуказанным представляется целесообразной переработка действующего ГОСТ 22245-90 с введением подразделения битумных вяжущих на три сорта: высший, первый и второй. К битумным вяжущим высшего сорта следует относить вяжущие, имеющие интервал пластичности не менее 75° С, отличное сцепление с применяемым каменным материалом (определяемое по модифицированной методике ГОСТ 12801), а также обладающие стабильной однородностью и устойчивостью к старению.
К битумам первого сорта следует относить битумы, соответствующие требованиям ГОСТ 22245 к маркам БНД, а к битумам второго сорта – битумы, соответствующие требованиям ГОСТ 22245 к маркам БН.
Параллельно к действующему ГОСТ 22245-90 был разработан АНО «НИИ ТСК» ГОСТ 33133-2014 на битумы нефтяные дорожные вязкие, который, однако, не был согласован с нефтеперерабатывающей промышленностью, не содержит требований к однородности битумных вяжущих, их сцеплению и интервалу пластичности. Кроме того, ГОСТ 33133-2014 допускает использование битумов марок БНД 35-50 и БНД 20-35, которые не могут быть допущены к применению при приготовлении дорожных асфальтобетонных смесей в соответствии с ГОСТ 9128-09, ГОСТ 31015-2002 и ГОСТ Р 5440-2011. К тому же ГОСТ 33133-2014 перегружен необязательными (дополнительными) показателями, определение которых не влияет на оценку качества битумов.
Учитывая важность влияния качества битумов на качество и долговечность дорожных асфальтобетонных покрытий, необходима согласованная с производителями нефтяных дорожных битумов, т. е. с нефтеперерабатывающей промышленностью, переработка действующего ГОСТ 22245-90 на битумы нефтяные дорожные вязкие с привлечением ведущих специалистов в области дорожных битумов как от нефтеперерабатывающей, так и дорожной отраслей. Кроме того, качество битумов обязательно должно учитываться при установлении марки асфальтобетонов в действующих ГОСТах на смеси асфальтобетонные дорожные.
Обеспечение качества дорожных битумов, отвечающего современным требованиям дорожного строительства, является одним из важнейших факторов эффективного расходования материальных и финансовых ресурсов при строительстве и ремонте дорожных асфальтобетонных покрытий. Продление сроков службы дорожных асфальтобетонных покрытий позволит существенно сократить затраты материальных и финансовых ресурсов, расходуемых в настоящее время на периодическое проведение ремонтных работ, высвободить средства на повышение транспортно-эксплуатационных характеристик значительной сети дорог более низких технических категорий, повысить эффективность работы автомобильного транспорта в целом по стране.
- Руденский А. В. Дорожные асфальтобетонные покрытия // Актуальные проблемы ресурсосбережения и качество: сб. трудов 4-й Всероссийский дорожный конгресс. М., 2015. С. 178–186.
- Руденский А. В. Ресурсосберегающие технологии – актуальное направление экономии материальных, энергетических и финансовых затрат в дорожном строительстве // Дорожники. 2014. № 2. С. 30–32.
А. В. Руденский,д–р техн. наук, профессор, академик Академии военных наук, лауреат Премии Правительства РФ в области науки и техники, зам. руководителя Исследовательского Центра по дорожному строительству ОАО «НИИМосстрой».
Источник: dorogniki.com
Предисловие
При строительстве дорожных покрытий и оснований в связи с дефицитом нефтяных вяжущих, в частности вязкого нефтяного битума, предлагается использовать составленные вяжущие на основе нефтяного битума или гудрона с использованием сухоперегонных древесных смол, всплывных смоляных масел, древесного и таллового пека и сланцевого битума.
В «Методических рекомендациях по применению составленных вяжущих в покрытии автомобильных дорог» изложены вопросы применения указанных местных материалов в качестве поверхностно-активных добавок, а также компонентов составленного вяжущего.
Настоящие «Методические рекомендации» разработаны на основе исследований, проведенных Ленинградским филиалом Союздорнии при участии Лесотехнической академии им. С. М. Кирова и лаборатории лигнина Всесоюзного научно-производственного объединения «Бумпром».
«Методические рекомендации» составили кандидаты технических наук В. А. Захаров, А. П. Архипова, И. В. Филиппов (Ленинградский филиал Союздорнии).
1 . Общие положения
1.1 . В результате проведенных исследований рекомендуется использовать в дорожном строительстве такие местные материалы, как всплывные смоляные масла, сухоперегонные древесные смолы, древесный и талловый пеки, вязкий сланцевый битум, в качестве компонентов составленного вяжущего, основой которого является нефтяной битум или нефтяной гудрон.
1.2 . Технико-экономическая целесообразность и эффективность использования составленных вяжущих обусловлена прежде всего дефицитом нефтяных вяжущих. Использование составленных вяжущих позволяет увеличить общий объем вяжущих для дорожного строительства. В ряде случаев составленное вяжущее получается более высокого качества по сравнению с нефтяными вяжущими.
Асфальтобетон на таком вяжущем обладает лучшей уплотняемостью, меньшей битумоемкостью и улучшенными показателями физико-механических свойств. Такие материалы, как древесный и талловый пеки, вязкий сланцевый битум, позволяют получить на основе нефтяного гудрона, минуя стадию его окисления, составленное вяжущее, обеспечивающее асфальтобетону показатели свойств, предусмотренные стандартом для теплого и даже для горячего асфальтобетона. И, наконец, некоторые компоненты составленного вяжущего дешевле вязкого нефтяного битума, что обеспечивает стоимость составленного вяжущего, не превышающую стоимость нефтяного битума.
1.3 . В тех случаях, когда по условиям строительства требуется применение маловязких битумов марок БНД 130/200, БНД 200/300, они могут быть приготовлены из более вязкого дорожного битума с добавлением к нему 30 — 50 % неокисленного нефтяного гудрона, причем стоимость такого составленного вяжущего будет на 15 — 20 % ниже стоимости дорожного битума, выпускаемого промышленностью.
1.4 . Составленные вяжущие можно рекомендовать для широкого применения при различных способах устройства дорожных покрытий и оснований.
1.5 . При строительстве асфальтобетонных и других видов покрытий и оснований с использованием составленных вяжущих следует руководствоваться ГОСТ 9128-76 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия», «Руководством по строительству дорожных асфальтобетонных покрытий» (М., «Транспорт», 1978) и «Инструкцией по устройству покрытий и оснований из щебеночных, гравийных и песчаных материалов, обработанных органическими вяжущими» ВСН 123-77 (Минтрансстрой. М., 1978).
Настоящие «Методические рекомендации» дополняют перечисленные документы в вопросах использования составленных вяжущих.
2 . Краткая характеристика компонентов составленных вяжущих и их назначение
2.1 . Сухоперегонная древесная смола — маслянистая жидкость темно-коричневого цвета. Ее получают на лесохимических комбинатах в результате пиролиза древесины преимущественно лиственных пород, в том числе древесных отходов и коры. Комбинатами вырабатываются три вида смол: отстойная (ОСТ 81-55-72), обезвоженная и кондиционная (ТУ 81-05-36-73).
Отстойная смола наиболее жидкая, имеет вязкость по стандартному вискозиметру С порядка 10 с. Она содержит 7 — 15 % воды, 3 — 5 % низкомолекулярных кислот (типа уксусной) и легколетучие масла. Кондиционная смола имеет наибольшую вязкость — порядка 40 с; не содержит фракций, выкипающих до 125 °С. Обезвоженная смола по вязкости занимает промежуточное положение и содержит 3 — 5 % воды.
В сухоперегонных древесных смолах содержится от 40 до 70 % поверхностно-активных веществ анионного типа, в том числе 20 — 40 % высокомолекулярных жирных и смоляных кислот, 4 — 15 % карбоновых кислот, 7 — 30 % фенолов и 18 — 40 % нейтральных веществ.
2.3 . Древесный пек (ОСТ 81-37-72) — остаточный продукт перегонки древесных смол на лесохимических заводах. В его состав входят высокомолекулярные компоненты — смоляные, жирные кислоты, карбоиды и другие вещества. При нормальной температуре это твердое вещество с температурой плавления 40 — 100 ºС.
2.4 . Талловый (сульфатный) пек (ТУ ОП 81-05-84-79) — побочный продукт сульфатно-целлюлозной промышленности, получается как остаток при ректификации таллового масла. При нормальной температуре это твердый или пластичный материал темно-коричневого цвета. Его температура размягчения по КиШ 25 — 45 ºС. Кислотное число 30 — 45 мг/г, число омыления 80 — 100 мг/г. Талловый пек нерастворим в воде, стоек против действия кислот, растворов солей, омыляется щелочью, хорошо растворяется в ароматических углеводородах и других органических растворителях, хорошо смешивается с нефтяным битумом и гудроном.
2.7 . Основное назначение перечисленных материалов заключается в использовании их в качестве компонентов составленного вяжущего в целях замены части дефицитного нефтяного вяжущего, а в ряде случаев — и полной замены вязкого нефтяного битума. Кроме того, продукты переработки древесины — сухоперегонная древесная смола, всплывные смоляные масла, древесный и талловый пеки, богатые поверхностно-активными веществами, могут быть использованы для улучшения сцепления битума и гудрона с поверхностью каменных материалов, а широкий диапазон вязкости этих материалов позволяет использовать их в качестве пластификаторов и разжижителей в тех случаях, когда по условиям строительства предусмотрено применение маловязких битумов.
Высокая стабильность свойств нефтяного гудрона позволяет компенсировать недостаточную стабильность свойств вязкого сланцевого битума и на основе объединения этих материалов в определенном соотношении получать высококачественное вяжущее для дорожного строительства. Добавка древесного или таллового пека к нефтяному гудрону существенно улучшает свойства последнего и позволяет, минуя стадию окисления, использовать составленное вяжущее для приготовления теплого асфальтобетона, в то время как гудрон без добавки пеков не обеспечивает требуемых показателей свойств теплого асфальтобетона.
Содержание компонентов в общей массе составленного вяжущего, %
Назначение компонента составленного вяжущего
Сухоперегонные древесные смолы, всплывные смоляные масла, древесный пек, талловый пек
Введение в нефтяной битум или гудрон в целях экономии нефтяного вяжущего
Улучшение сцепления битума или гудрона с поверхностью каменных материалов
Сухоперегонные древесные смолы, всплывные смоляные масла, талловый пек
Пластификация вязкого нефтяного битума в целях получения требуемой марки
Сухоперегонные древесные смолы, всплывные смоляные масла
Разжижение нефтяного гудрона в целях получения медленно-густеющего жидкого битума требуемой марки
Древесный пек, талловый пек
Увеличение вязкости нефтяного гудрона в целях использования его без окисления
Вязкий сланцевый битум
3 . Область применения составленных вяжущих
3.1 . Составленные вяжущие могут быть использованы при устройстве покрытий и оснований на автомобильных дорогах всех категорий во всех дорожно-климатических зонах. Исключается только применение вяжущего из вязкого сланцевого битума и нефтяного гудрона в покрытиях в V дорожно-климатической зоне.
3.2 . Составленные вяжущие применяют при устройстве покрытий и оснований:
по способу смешения на дороге;
по способу пропитки;
из черного фракционированного щебня;
из горячего и теплого асфальтобетонов;
защитных слоев и покрытий по способу одиночной, двойной и тройной поверхностной обработки.
3.3 . Пригодность различных видов составленных вяжущих для устройства покрытий и оснований тем или иным способом определяется вязкостью составленного вяжущего, которая должна соответствовать требованиям действующих нормативных документов. Вязкость составленного вяжущего зависит от вязкости исходных компонентов и их соотношения (см. табл. 2.1 ).
3.4 . В IV дорожно-климатической зоне покрытия из асфальтобетонных смесей и из черного щебня на основе вяжущего из нефтяного гудрона и вязкого сланцевого битума сразу после окончания строительства должны быть закрыты защитным слоем по способу поверхностной обработки.
3.5 . Не допускается применять составленные вяжущие для устройства верхних и нижних слоев покрытий внутризаводских дорог и участков дорог, проходящих в пределах населенных пунктов, за исключением вяжущего, состоящего из нефтяных компонентов — битума и гудрона. Полностью исключается применение этих вяжущих на сельскохозяйственных объектах.
4 . Требования к исходным материалам и составленным вяжущим
4.1 . Сухоперегонные древесные смолы и всплывные смоляные масла должны удовлетворять требованиям по вязкости С и по содержанию воды, приведенным в табл. 4.1 . К древесному пеку особых требований не предъявляется. Свойства составленных вяжущих с этими материалами должны соответствовать требованиям стандарта применительно к той марке вязкого битума или медленногустеющего жидкого битума, с которой идентична вязкость составленного вяжущего (глубина проникания иглы при 25 ºС, или С ).
Источник: gostrf.com