EN    

Вы можете заказать консультацию нашего специалиста или приехать к нам на завод.

Укажите телефон или электронную почту, а также имя и организацию, чтобы мы могли с Вами связаться

Сообщение отправлено. Мы вам перезвоним.

Или позвоните нашим менеджерам по работе с корпоративными клиентами


ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ДОБАВОК ДЛЯ ТЕПЛОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА

INVESTIGATION OF THE PRINCIPLE OF OPERATION OF SURFACTANT ADDITIVES FOR WARM ASPHALT CONCRETE

Скачать статью

Шеховцова С.Ю., к.т.н., доцент каф. «Строительные материалы и материаловедение» НИУ МГСУ
Королев Е.В., д.т.н., профессор, проректор Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета
Михайлова О.А., Инженер химических технологий тугоплавких неметаллических и силикатных материалов

В работе рассмотрено новое технологичное направление приготовления современных асфальтобетонных смесей, которые снижают негативный прессинг на окружающую среду – теплые асфальтобетонные смеси. Подробно изучено влияние ряда химических поверхностно-активных добавок российского и зарубежного производства, представленных на российском рынке и используемых для приготовления теплых асфальтобетонных смесей. Установлены зависимости влияния химических добавок на физико-механические и технологические свойства битума и асфальтобетонов. Разработаны коэффициенты, учитывающие комплекс физико-механических, технологических и экономические свойств, а также обобщенный критерий технико-экономической эффективности химических добавок. Изучено влияние химических добавок на структуру битума. С помощью уравнения Аррениуса, рассчитывалось изменение энергии активации, необходимой для преодоления потенциального (кинетического) барьера битумного вяжущего с исследуемыми поверхностно-активными добавками. Предложен принцип действия химических добавок, на основе которого проведена их классификация.

A new technological direction for the preparation of modern warm asphalt concrete that reduce the negative pressure on the environment was considered. The influence of a number of chemical surfactants of Russian and foreign production, presented on the Russian market and used for the preparation of warm asphalt concrete was studied. The dependences of the influence of chemical additives on the physical, mechanical and technological properties of bitumen and asphalt concrete was established. Coefficients that take into account the complex of physical, mechanical, technological and economic properties, as well as a generalized criterion for the technical and economic efficiency of chemical additives was developed. The influence of chemical additives on the structure of bitumen was studied. Using the Arrhenius equation, the change in the activation energy required to overcome the potential (kinetic) barrier of the bitumen with the surfactants had been calculated. The workability of chemical additives had investigate, on the basis of which their classification was proposed.

Ключевые слова: теплый асфальтобетон, битум, поверхностно-активные вещества, физико-механические свойства, динамическая вязкость, прочность, энергия активации, технико-экономическая эффективность.
Key word: warm asphalt concrete, bitumen, surfactant, physical and mechanical properties, dynamic viscosity, strength, activation energy, technical and economic efficiency

Введение

Применение технологий теплого асфальтобетона, основанных на изначально более низкой температуре приготовления, позволяет обеспечить как достижение экономического эффекта, так и уменьшение экологического прессинга на окружающую среду в процессе изготовления дорожного покрытия. Кроме этого, при применении теплых асфальтобетонных смесей возможна транспортировка на более длительные расстояния ввиду того, что смесь при более низкой температуре сохраняет свою технологичность более длительный срок [1]. Современная технология получения теплых асфальтобетонов основывается на применении технологических, физических и химических методов, обеспечивающих достижение требуемой вязкости битума при пониженных температурах изготовления дорожного асфальтобетонного покрытия [2,3].
Различают несколько возможных вариантов получения теплых асфальтобетонных смесей: вспенивание битума посредством вспенивающих добавок (цеолиты) или системы механического вспенивания; органические пластифицирующие добавки, содержащие воск и/или парафин; химические добавки (поверхностно-активные вещества (ПАВ)), комбинированные технологии, включающие одновременное использование нескольких из перечисленных выше методов [4-12].
Технологии вспенивания битума, в которых в качестве вспенивающего компонента используется вода, в настоящее время, считаются экономически эффективными. Однако они связаны с высокими первоначальными затратами на оборудование, ограничены нижней границей температурного режима работы, обусловленной температурой конденсации водяного пара. Кроме того, возможно попадание остаточной влаги в укладываемый асфальтобетон, что будет способствовать разрушению дорожного покрытия [4, 5].
Использование органических добавок или восков приводит к снижению температуры плавления битумов, что позволяет производить смеси при более низких температурах [6, 7]. Однако, использование воска в составе битума, снижает трещиностойкость как вяжущего, так и асфальтобетона на его основе, и может быть не эффективным в районах с высокими отрицательными температурами [8].
Использование химических добавок не требует дополнительных затрат на модернизацию оборудования и, как правило, добавки смешиваются с битумом в резервуарах смесительной установки или вводятся посредством уже имеющегося автоматического оборудования для ввода обычных адгезионных добавок [13-20]. Это предопределяет распространенность такого технологического решения в строительной мировой индустрии, что подтверждается зарубежными научно-исследовательскими работами. Так авторами [13, 14] было проведено исследование и установлено, что для приготовления образов теплого асфальтобетона больше подходит гираторный уплотнитель. В исследовании [16] было изучено влияние химических добавок на коэффициент прочности на растяжение (TSR) – показатель, характеризующий влияние влаги на свойства асфальтобетона. Авторами [17] было изучено все ли типы асфальтобетонных смесей подходят для приготовления теплых асфальтобетонных смесей. Было установлено, что асфальтобетонные смеси, с большим содержанием вяжущего, например, такие как не AR-AC-13, не походят для приготовления теплых асфальтобетонных смесей. В исследовании [18] было изучено влияние температуры уплотнения на объемные свойства асфальтобетона. Установлено, что в диапазоне температур 122-135 °С наблюдается улучшение объемных свойств асфальтобетона. Авторами [19, 20] было исследовано влияние химических добавок на физико-механические свойства асфальтобетона, содержащего RAP. Установлено, что добавки для теплых асфальтобетонов, содержащих RAP не позволяют улучшить влагостойкость (TSR).
Анализ существующей в открытом доступе научной литературы позволил сделать вывод о том, что работы в основном направлены на изучение влияния химических добавок на свойства теплых асфальтобетонных смесей, и отсутствуют работы, направленные на изучение их влияния на свойства и структуру битума, основного структурообразующего компонента битума, предопределяющего его свойства. Что делает данную работу, направленную на некоторое уменьшение этого пробела и посвященную оценке влияния различных химических добавок зарубежного и российского производства на свойства и структур вязкого дорожного битума БНД 70/100, установления принципа их действия и влияния, актуальной, и представляющей интерес для научного общества.

Материалы и методы испытаний

Изучение действия химических добавок на битум производилось на химических добавках, представленных на российском рынке и рекомендованных для производства теплых асфальтобетонных смесей: Адгезол 3-ТД – органическая композиция, полученная на основе продуктов взаимодействия талового масла с полиалкилполиаминными соединениями, производства ООО «Базис», Азол 1007 – поверхностно-активное вещество амфолитного типа с комплексом пластифицирующих добавок, производства ООО «Котласский химический завод», Cecabase RT 945 – информация о составе отсутствует в открытом доступе, производство Arkema (Франция), ДАД-ТА – высокоактивная жидкая композиция поверхностно-активных веществ на основе полиаминов и ДАД-ТА2 – специально модифицированное поверхностно-активное вещество амфотерного типа, производства ООО «Селена», Дорос-Т – информация о составе отсутствует в открытом доступе, производство ООО «Дорос», Амдор ТС-1 – смесь катиноактивных поверхностно-активных веществ, производства ООО «Уралхимпласт-Амдор.
В качестве битумного вяжущего был рассмотрен битум нефтяной дорожный БНД 70/100, производства Московского НПЗ, свойства которого представлены в таблице 1.

Таблица 1. Физико-механические свойства битумного вяжущего БНД 70/100

Наименование показателяТребование
ГОСТ 33133
Фактическое
значение
Глубина проникания иглы,
при температуре 25°С, мм–1
71-10072
Глубина проникания иглы, при температуре 0°С, мм–1, не менее2124
Температура размягчения по кольцу и шару, °С, не ниже+47+50
Температура хрупкости по Фраасу, °С, не выше-18-19

В качестве минеральных материалов для приготовления асфальтобетона типа Б использовался минеральный порошок МП-1, представляющий собой неактивированную карбонатную горную породу доломит, щебень гранитный фр. 5-20 мм и отсевы дробления гранитного щебня фр. 0-5 мм.
Основным свойством, характеризующим технологичность теплой асфальтобетонной смеси при пониженных температурах, является ее способность с минимальными усилиями достигать необходимой плотности в процессе уплотнения. Максимально смоделировать процесс уплотнения асфальтобетонных смесей в покрытии автомобильной дороги в лабораторных условиях позволяет методика уплотнения образцов асфальтобетонной смеси (АБС) с применением прибора вращательного (гиратационного) уплотнения, которое достигается за счет сочетания усилия сдвига при вращении и вертикальной результирующей силы. Прибор «Laboratory gyratory compactor Cooper CRT-GYR» (далее – гиратор) обеспечивает фиксацию количества вращений (оборотов), необходимых для достижения заданной плотности асфальтобетона.
В исследованиях рассмотрен асфальтобетон типа Б с заданной плотностью – 2380 ± 10 кг/м3, расход химических добавок соответствовал рекомендациям производителей. Приготовление асфальтобетонной смеси осуществлялось при температуре 150 °С, после чего смесь выдерживали в сушильном шкафу при температуре 110 °С в течение 2 часов для стабилизации температуры смеси по объему. Уплотнение смесей с различными химическими добавками производили при температуре 110 °С до достижения заданной плотности асфальтобетона. При этом для АБС, содержащих исследуемую химическую добавку, фиксировали количество оборотов Гиратора, необходимых для достижения заданной плотности асфальтобетона при высоте образца 115 мм.

При оценке эффективности применяемых химических добавок изучалось также их влияние на физико-механические и технологические свойства битумного вяжущего, как основного структурообразующего компонента асфальтобетона. Оценку производили по следующим свойствам:

  • глубина проникания иглы, мм-1, при температуре 0 и 25 °С (по методу ГОСТ 33136);
  • температура размягчения по кольцу и шару, °С (по методу ГОСТ 33142);
  • температура хрупкости по Фраасу, °С (по методу ГОСТ 33143);
  • динамическая вязкость при скорости сдвига 100 с-1 (по методу ГОСТ 33137), при скорости сдвига 100 с-1, на приборе Anton Paar Modular Compact Rheometer Physica MCR 101.

Эффективность добавки оценивали по обобщенному критерию технико-экономической эффективности (Fk), учитывающему как совокупность эксплуатационных свойств, так и экономические показатели, вычисляемому по формуле(1):

Коэффициент экономической эффективности (Кес) определяли по формуле(2):

где Pcd и  Chd  ‒ расход, кг/т, и стоимость, руб./т, химической добавки, соответственно; Cb‒ стоимость нефтяного битума, руб./т.
Эксплуатационные свойства оценивали по обобщенному коэффициенту качества Кq, учитывающего комплекс физико-механических и технологических свойств битума и асфальтобетонной смеси (3):

где

– критерий, учитывающий влияние химической добавки на уплотняемость асфальтобетонной смеси, равный отношению количества оборотов, необходимых для уплотнения асфальтобетонной смеси без химической добавки к количеству оборотов, необходимых для уплотнения асфальтобетонной смеси с химической добавкой;

– критерий, учитывающий влияние химической добавки на условную вязкость, равный отношению глубины проникания иглы при 25 °С в битум без химической добавки к глубине проникания иглы при 25 °С в битум с химической добавкой;

– критерий, учитывающий влияние химической добавки на условную вязкость, равный отношению глубины проникания иглы при 0 °С в битум с химической добавкой к глубине проникания иглы при 0 °С в битум без химической добавкой;

– критерий, учитывающий влияние химической добавки на трещиностойкость битума, равный отношению температуры хрупкости битума с химической добавкой к температуре хрупкости битума без химической добавки;

– критерий, учитывающий влияние химической добавки на начальную динамическую вязкость битума при температуре 70 °С, при скорости сдвига 100 с-1, равный отношению динамической вязкости битума с химической добавкой к динамической вязкости битума без химической добавки.

На этапе изучения влияния химических добавок на свойства битума и уплотняемость асфальтобетонной смеси отбираются наиболее рациональные добавки, для дальнейшего изучения их влияния на свойства асфальтобетона, которые оценивались по следующим свойствам:

  • средняя плотность, кг/м³;
  • водонасыщение, % (ГОСТ 9128);
  • предел прочности при сжатии, МПа, при 20 и 50 °С (ГОСТ 9128);
  • водостойкость (ГОСТ 9128);
  • водостойкость при длительном водонасыщении (ГОСТ 9128).

Оценку влияния температуры на вязкость исследуемых материалов проводили по параметрам a и U зависимости η=f(T), описываемой функцией(4):

где η – вязкость битума, Па·с; а – константа, единица измерения которой аналогична единице измерения вязкости; U – энергия активации процесса течения, Дж/моль; R – универсальная газовая постоянная (R = 8,314 Дж/(моль·K)); T – абсолютная температура, К.
Энергия активации U важный параметр, равный количеству энергии, которую необходимо подвести извне для начала течения, то есть для преодоления физического барьера, который для рассматриваемых систем характеризует параметры структуры расплава. Таким образом, U характеризует избыток энергии по отношению к средней энергии частиц при данной температуре. Очевидно, что изменение U при введении добавок будет характеризовать структурные изменения, которые произошли вследствие их введения.
Физический смысл параметра a становится очевидным только при:

Это равенство выполняется при T→∞:

Таким образом, параметр a также является структурным параметром, характеризующим влияние добавок при отсутствии влияния температуры.

 

Основная часть

Для установления эффективности химических добавок на первом этапе изучалось их влияние на технологичность теплой асфальтобетонной смеси (ТАБС), уплотняемой при пониженных температуре – 110 °С, полученные результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2. Влияние различных добавок на гиратационное уплотнение ТАБС

Наименование добавкиРасход добавки, % от массы битумаТемпература уплотнения ТАБС, °СКоличество оборотов вращательного уплотнителя, ед
Без добавки -15053
110110
Адгезол 3-ТД
1,011065
ДАД-ТА21,011066
Азол 1007 1,011065
Cecabase RT 9450,311050
ДАД-ТА0,311050
Дорос - Т0,611069
Амдор ТС-10,311062

Анализ результатов, представленных в таблице 2, позволил установить, что все рассматриваемые добавки снижают необходимое количество оборотов гиратора на 38…55 %, для достижения заданной плотности асфальтобетона при пониженной температуре. Применение добавки Cecabase RT 945 и ДАД-ТА позволяет снизить температуру уплотнения асфальтобетонной смеси на 40 °С без ухудшения ее технологичности, полученной при стандартных условиях – температура уплотнения 150 °С.
На втором этапе оценки эффективности исследуемых химических добавок, изучалось их влияние на физико-механические и технологические свойства битума. Основными показателями, отражающими его поведение в эксплуатационных условиях, являются: условная вязкостная характеристика – глубина проникновения иглы (пенетрация при 25 и 0°С) и интервал пластичности (температура размягчения и температура хрупкости). К показателю, определяющему технологические характеристики вяжущего, относится динамическая вязкость. Результаты определения физико-механических и технологических свойств представлены в таблице 3 и на рисунках 1 и 2.

Таблица 3. Влияние различных добавок на пенетрацию битума БНД 70/100

Наименование добавкиРасход добавки, % от массы битумаГлубина проникания иглы, мм-1, при температуре, °С
025
Без добавки -2472
Адгезол 3-ТД
1,02682
ДАД-ТА21,02880
Азол 1007 1,02889
Cecabase RT 9450,32976
ДАД-ТА0,32876
Дорос - Т0,62881
Амдор ТС-10,32873

Как видно из таблицы 3, все исследуемые добавки оказывают пластифицирующее воздействие на битум, но не изменяют его марку, в соответствии с ГОСТ 33133. Модифицированный битум находится в диапазоне условной вязкости 70/100 мм-1. Необходимо отметить, что наибольший пластифицирующий эффект наблюдается у добавок с рекомендованной концентрацией 1 % – в среднем 20 %, тогда как у добавок с концентрацией пластифицирующий эффект находится на уровне 0,3% – 6 %.

 

Рис. 1 – Влияние добавок на температуру хрупкости и размягчения битума

При изучении влияния добавок на интервал пластичности битума совокупность (температуры размягчения и хрупкости), рисунок 1, было установлено, что добавки Дорос ТС-1, Азол 1007 и ДАД-ТА2 с концентрацией 0,6-1 % не прошли испытания по температуре размягчения вяжущих, полученные показатели находятся на границе допуска. Также важно отметить, что добавки Азол 1007 и Адгезол 3-ТД не оказали влияния на температуру хрупкости. При этом все добавки с рекомендованным расходом 0,3% – Cecabase RT 945, ДАД-ТА и Амдор ТС-1 по температуре размягчения показали результаты близкие к битуму, что свидетельствует об отсутствии разжижающего эффекта в битуме в диапазоне эксплуатационных температур. Вместе с этим, у битумов с добавками наблюдается улучшение низкотемпературных характеристик, здесь, лучше проявили добавки Cecabase RT945 и ДАД-ТА – улучшение составило до 16%.

Рис. 2 – Динамическая вязкость битума с ПАВ, при скорости сдвига 100 с-1

Анализ результатов динамической вязкости модифицированных битумов, рисунок 2, свидетельствует о том, что Адгезол 3-ТД, ДАД-ТА2, Дорос-Т и Азол 1007 снижают вязкость битума ДО 30 % во всем измеряемом температурном диапазоне (Т = 70-140 °С), что коррелирует с данными по температуре размягчения, рисунок 1, и окажет негативное влияние на деформативные показатели асфальтобетона, приготовленного с их использованием. Добавки ДАД-ТА, Cecabase RT 945 и Амдор ТС-1, не значительно влияют на начальную вязкость битума, сохраняя во всем температурном диапазоне технологичность вяжущего в процессе приготовления асфальтобетонной смеси и, в соответствии с таблицей 1, в процессе ее уплотнения.

Для определения обобщенного критерия технико-экономической эффективности (Fk) рассматриваемых добавок для теплых асфальтобетонных смесей были рассчитаны по формуле (2) коэффициенты экономической эффективности и коэффициенты эксплуатационной эффективности по формуле (3), результаты расчета представлены в таблице 4.

Таблица 4. Критерии и коэффициенты экономической и эксплуатационной эффективности химических добавок

Наименование добавкиЧастные критерии качестваОбобщенный коэффициент качества
Kq
kуплkP25kP0kTхрkТрkη
Адгезол 3-ТД
1,690,85261,001,050,81,04
ДАД-ТА21,670,90281,051,060,81,08
Азол 1007 1,690,79281,001,060,81,04
Cecabase RT 9452,200,90291,160,981,01,19
ДАД-ТА2,080,92281,160,981,11,19
Дорос - Т1,590,86281,000,940,71,02
Амдор ТС-11,770,86281,110,980,71,08

Коэффициент Kэс показывает на сколько увеличилась стоимость битума при введении в него химической добавки с учетом ее расхода, коэффициент Kкач показывает вклад химической добавки в улучшение комплекса физико-механических и технологических свойств битума и асфальтобетонной смеси.
На основании полученных результатов по расчетам коэфициентов экономической и эксплуатационной эффективности (таблица 4) был рассчитан обобщенный критерий технико-экономической эффективности применения рассматриваемых химических добавок, рисунок 3.

Рис. 3 – Обобщенный критерий технико-экономической эффективности применения химических добавок, Fk

Анализ величин критерия рациональности применения химических добавок (рисунок 3) позволяет предложить разделение добавок на две группы: добавки, которые улучшают эффективность битума на 5% (Fk≥1,05) и более, а также добавки, которые не позволяют улучшить эффективность битума более чем на 5% (Fk≤1,05), то есть не вносят значимого эффекта в изменение свойств.

Для установления влияния добавок поверхностно-активных веществ в составе битума на свойства асфальтобетона были отобраны добавки из двух различных групп по эффективности. Из первой группы – ДАД-ТА и Cecabase RT945, из второй группы – Азол 1007 и Адгезол 3-ТД. Полученные результаты свойств представлены в табл. 5.

Таблица 5. Физико-механические свойства асфальтобетонов, уплотненных при температуре 110°С

Наименование добавкиТребования ГОСТ 9128-2013Фактические показатели асфальтобетона, приготовленного с использованием
-ДАД-ТАCecabase RT945Азол 1007Адгезол 3-ТД
Средняя плотность, г/см3-2,312,382,382,342,33
Водонасыщение, %1.5…4.03,461,681,722,532,55
Предел прочности при сжатии, МПа при температуре
- 20 °Сне менее 2,53,184,834,624,284,30
- 50 °Сне менее 1,21,181,751,631,151,15
Водостойкостьне менее 0,90,800,980,970,800,80
Водостойкость при длительном водонасыщениине менее 0,850,780,970,950,780,78

Изучение физико-механических свойств асфальтобетонов, приготовленных на битумах, модифицированных добавками с рекомендованной концентрацией 0.3 %, показало, что негативного влияния на его свойства они не оказывают. Образцы асфальтобетонов, уплотненные при температуре 110 °С, соответствуют требованиям ГОСТ 9128-2013 для традиционных горячих асфальтобетонных смесей, таблица 5.
Асфальтобетон, приготовленный без добавок и с использованием добавок Азол 1007 и Адгезол 3ТД, с рекомендованной концентрацией 1 % недостаточно уплотнился, о чем свидетельствует более низкий показатель средней плотности. Это закономерно способствовало увеличению водонасыщения и не удовлетворительному значению показателя водостойкости образцов <12 % от требований ГОСТ, и предел прочности при сжатии при 50 °С < 5 % от требований ГОСТ. Указанное негативно отразится на работе дорожного покрытия, выполненного с его использованием. Асфальтобетоны, приготовленные с использованием добавок – ДАД-ТА и Cecabase RT945 превышают требования ГОСТ. Так, предел прочности при сжатии при 20 °С ˃ 93 % от требований ГОСТ, предел прочности при сжатии при 50 °С ˃ 45 % от требований ГОСТ, водостойкость ˃ 9 % от требований ГОСТ.
Для объяснения полученных результатов, по изучению влияния различных добавок ПАВ на структуру битума, используя уравнение Аррениуса, рассчитывалось изменение энергии активации, необходимой для преодоления потенциального (кинетического) барьера битумного вяжущего с исследуемыми поверхностно-активными добавками (формула 4) относительно битума, таблица 6.

Таблица 6. Влияние поверхностно-активных добавок на энергию активации и константу вязкости

Наименование добавкиСодержание добавкиПараметр U Параметр a
U/R(U/R)/(U/R)baa⁄ab
Без добавки -117361,009,39·10-1472
Адгезол 3-ТД
1,0152721,303,14·10-1882
ДАД-ТА21,0154521,321,89·10-1880
Азол 1007 1,0157451,347,8·10-1989
Cecabase RT 9450,3121431,033,13·10-1476
ДАД-ТА0,3121461,033,08·10-1476
Дорос - Т0,6166091,426,01·10-2081
Амдор ТС-10,3120981,033,58·10-1473
Примечание: индекс «b» указывает на битум.

Данные, представленные в таблице 6, демонстрируют, что все используемые добавки вносят изменение в структуру расплава битума. Однако исследуемые добавки можно классифицировать на две группы:

  1. Группа добавок, введение которых приводит к незначительному изменению параметров структуры расплава битума. Для таких добавок потенциальный барьер увеличивается незначительно, а после прекращения структурирующего фактора ‒ температуры ‒ снижение вязкости не превышает 2 раз.
  2. Группа добавок, введение которых приводит к существенному росту энергии активации (до 40 %) и существенному снижению вязкости после прекращения влияния температуры (до 10+7 раз).

Оценка влияния структурирующего фактора на поведение битумов, модифицированных представленными добавками, требует дополнительных исследований и установления зависимостей вязкости расплавов от скорости сдвига. При получении данных, подтверждающих представленную классификацию добавок, при исследовании влияния скорости сдвига на вязкость расплавов битумов можно построить структурную модель влияния добавок на реологические свойства расплавов.

Выводы

Установлено, что рассматриваемые добавки позволяют снизить необходимое количество оборотов гиратора на 38…55 %, для достижения заданной плотности асфальтобетона при высоте образца 115 мм и пониженной температуре, равной 110 оС. Это позволяет снизить температуру производства и укладки асфальтобетонной смеси на 40 оС. Указанное имеет благоприятное влияние на затраты и экологию региона, в котором проводится производство асфальтобетона и строительство автомобильной дороги.

Установлено, что все исследуемые добавки оказывают пластифицирующее воздействие на битум, но не изменяют его марку, в соответствии с ГОСТ 33133. Битум с ПАВ находится в диапазоне условной вязкости 70/100 мм-1. Показано, что наибольший пластифицирующий – разжижающий эффект наблюдается у добавок с рекомендованной концентрацией 0,6-1 % – в среднем 20 %, тогда как у добавок с концентрацией 0,3 % пластифицирующий эффект находится на уровне – 6 %.

Установлено, что Адгезол 3-ТД, ДАД-ТА2, Дорос-Т и Азол 1007 снижают динамическую вязкость битума до 30 % во всем измеряемом температурном диапазоне (Т = 70-140 оС), что коррелирует с данными по температуре размягчения. Добавки ДАД-ТА, Cecabase RT 945 и Амдор ТС-1, незначительно влияют на начальную вязкость битума, сохраняя во всем температурном диапазоне технологичность вяжущего в процессе приготовления асфальтобетонной смеси, а также улучшают температуру хрупкости битума до 16 %.

Для определения комплексного технико-экономического критерия эффективности Fk исследованных добавок для теплых асфальтобетонных смесей были разработаны и предложены коэффициенты: экономической эффективности Kec, показывающий на сколько увеличилась стоимость битумного вяжущего при введении в него химической добавки с учетом ее расхода; коэффициент качества Kq, показывающий вклад химической добавки в улучшение комплекса физико-механических и технологических свойств битума и асфальтобетонной смеси.

На основании полученных результатов по расчетам критерия Fk, предложено разделение добавок на две группы: первая группа – добавки Cecabase RT945, ДАД-ТА и Амдор ТС-1, улучшающие эффективность битума на 5 % – Fk ≥ 1,05 и более; вторая группа – добавки Адгезол 3-ТД, ДАД-ТА2, Азол 1007, Дорос-Т, которые не позволяют улучшить эффективность битума более чем на 5 % – Fk ≤ 1,05, то есть не вносят значимого эффекта в изменение свойств.

Установлено, что применение добавок второй группы в составе асфальтобетона, уплотненного при пониженной температуре 110 оС, приводит к увеличенному значению водонасыщения и неудовлетворительному значению по водостойкости и длительной водостойкости образцов асфальтобетона – ниже на 12 % от требований ГОСТ и по пределу прочности при сжатии при 50 оС – ниже на 5 % от требований ГОСТ. Применение добавок первой группы в составе асфальтобетона, уплотненного при пониженной температуре 110 оС, позволяет обеспечить увеличение предела прочности при сжатии при 20 оС на 93 % от требований ГОСТ, предела прочности при сжатии при 50 оС на 45 % от требований ГОСТ, водостойкость на 9 % от требований ГОСТ.

 

Библиографический список

  1. Saad, I.S. Behavior of Warm Mix Asphalt Concrete under Moisture Damage. International Journal of Engineering Papers. 2018. 3 (1). Pp. 21–28.
  2. Huang, W., He, P., Long, X., Tian, J., Yu Z., Ma, H., Hu, S. Design of a skeleton-stabilized warm mix asphalt mixture and investigation of its fatigue and fracture performance. Construction and Building Materials. 2020. 248(10). 118618. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.121781.
  3. Shekhovtsova. S. Yu. Features of the formation of properties of stone-mastic asphalt concrete based on a warm polymer modified binder. Materials Science Forum. 2020. 992. Pp. 200-205. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.992.200.
  4. Iwański, M. M. Chomicz-Kowalska, A., Maciejewski, K. Resistance to Moisture-Induced Damage of Half-Warm-Mix Asphalt Concrete with Foamed Bitumen. Materials. 2020. 13(3). 654 p. DOI: 10.3390/ma13030654.
  5. Harrison, T., Christodulaki, L. Innovative process in asphalt production and application – strengthening asphalt’s position in helping build a better world / First International Conference of Asphalt Pavements. Sydney. 2000.
  6. Silva, H. M. R. D., Oliveira, J. R. M., Peralta, J., Zoorob, S. E., Optimization of warm mix asphalts using different blends of binders and synthetic paraffin wax contents, Construction Building Materials. 2010. 24 (9). Pp. 1621–1631. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2010.02.030.
  7. Carlina, S., Subagio, B.S., Kusumawati, A. The Performance of Warm Mix for the Asphalt Concrete–Wearing Course (AC-WC) Using the Asphalt Pen 60/70 and the Sasobit Additives. Civil Engineering Journal ITB. 2019. 26 (1). DOI:.org/10.5614/jts.2019.26.1.2.
  8. Diefenderfer, K.K. McGhee, B.M. Donaldson. Installation of warm mix asphalt projects in virginia. Final report. 2007. Pp .1 – 34.
  9. Wang, H., Liu, X., Apostolidis, P., Scarpas, T. Review of warm mix rubberized asphalt concrete: Towards a sustainable paving technology. Journal of Cleaner Production. 2018. 177 (10). Pp. 302-314. DOI:10.1016/j.jclepro.2017.12.245.
  10. Oliveira, J.R., Silva, H.M., Abreu, L.P., Fernandes, S.R. Use of a warm mix asphalt additive to reduce the production temperatures and to improve the performance of asphalt rubber mixtures. Journal of Cleaner Production. 2013. 41. Pp. 15-22. DOI: 10.1016/j.jclepro.2012.09.047.
  11. Rodríguez-Alloza, A.M., Gallego, J. Mechanical performance of asphalt rubber mixtures with warm mix asphalt additives. Materials. Structures. 2017. 50 (2). DOI: 10.1617/s11527-017-1020-z.
  12. Pasquini, E., Canestrari, F., Cardone, F., Santagata, F.A. Performance evaluation of gap graded Asphalt Rubber mixtures. Construction Building Materials. 2011. 25 (4). Pp. 2014-2022. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2010.11.048.
  13. Cucalon, L. G., Yin, F., Martin, A. E., Arambula, E., Estakhri, C., Park, E. S., Evaluation of moisture susceptibility minimization strategies for warm-mix asphalt: Case study, J. Mater. Civ. Eng. 2015. 28 (2). 05015002. DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001383.
  14. Rodríguez-Alloza A.M., Saiz-Rodríguez L. Evaluation of Warm Rubberized Stone Mastic Asphalt Mixtures through the Marshall and Gyratory Compactors. Materials. 2020. 13(2). 265. DOI: 10.3390/ma13020265.
  15. Khedmati, M., Khodaii, A., Haghshenas, H. F. A study on moisture susceptibility of stone matrix warm mix asphalt. Construction and Building Materials. 2017. 144. Pp. 42-49. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.03.121.
Тип документа Статья
Технологии Теплый асфальтобетон
Продукция ДАД-ТА, ДАД-ТА2
Фотоотчет Есть
Релевантность ★★★★★
дата создания 18.08.2021
Поделиться
Отправить
Класснуть
Вотсапнуть

Ваш комментарий

Войти с помощью: