СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ДОБАВКИ ДЛЯ ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНЫХ АСФАЛЬТОБЕТОНОВ

В России в последние годы при устройстве покрытий дорог с высокой грузонапряженностью все более широкое применение находит щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА). Популярность этого материала обусловлена его специфическими транспортно-эксплуатационными показателями, включая комфортные и безопасные условия движения, сопротивляемость внешним нагрузкам, стабильность и долговечность слоев покрытий и пр.

Основой рецептуры ЩМА, определяющей его структурно-реологические свойства является наличие в составе стабилизирующей добавки. Для производства стабилизирующих добавок применяется целлюлозное волокно. производство добавок в основном импортное. Наиболее известны добавки под торговой маркой VIATOP-66.

Пополнение дорожно-строительной отрасли России и Республики Татарстан эффективными материально-техническими ресурсами является актуальной задачей. В этой связи,  в нашей работе рассматривается возможность применения в ссотаве асфальтобетонных смесей марки ЩМА-15 базальтового волокна, асбеста хризотилового и резиновой крошки

В результате проведенных исследований было установлено, что введение базальтового волокна в количестве 0,3...0,5 масс. % способствует увеличению прочности асфальтобетонов при 20 ⁰С с 4,8 ПМа, характерной для контрольного состава, до 5,15 и 5, 26 МПа соответственно (рисунок 1).

Рисунок 1. Концентрационная зависимость прочности при сжатии ЩМА-15

Обусловлено это, вероятно, сравнительно высокой адгезией на границе раздела фаз битумное вяжущее - волокно. В большинстве случаев природа базальта такова, что минеральный состав классифицирует его как породу основного характера, однако в структуре минерала имеются о включения кислых пород. В первом случае степень физико-химического адгезионного взаимодействия волокна, имеющего анионный заряд поверхности с битумным вяжущим, имеющим кислую среду, будет максимальным. Во втором случае для повышения адгезии требуется введение соответствующих адгезионных ПАВ.

В нашей работе применялось базальтовое волокно, модифицированное полипропиленовой дисперсией. Поверхность такого волокна имеет "сродство" к битуму, поскольку содержит макромолекулы углеводородов, способных образовывать с битумной матрицей прочные физические и химические связи.

Прочность асфальтобетонов при 50 ⁰ С также увеличивается,  достигая максимума при содержании базальтового волокна в количестве 0,5 масс. %, что соответствует пределу прочности, равному 1,25 МПа, что на 80 % выше в сравнении с контрольным составом, предел прочности которого равен 0,75 МПа (рисунок 2).

Рисунок 2. Концентрационная зависимость прочности при сжатии ЩМА-15.

Также установлено положительное влияние базальтового волокна на показатель трещиностойкости асфальтобетонов. В сравнении с контрольными составами он увеличивается в среднем на 20 % и достигает максимума - 5,88, МПа при содержании волокна в количестве 0,5% в сравнении с аналогичным показателем для контрольного состава, равным 5,0 МПа.

Водостойкие характеристика щебеночно-мастичного асфальтобетона, модифицированного базальным волокном существенно не изменяются. Так показатель водонасыщения лежит в пределах 2,5 %. Введение волокна в количестве 0,8 % способствует некоторому увеличению показателя водонасыщения до 2,79 %, что вероятно связано  с нарушением целостности битумных пленок в процессе структурообразобания асфальтобетона ввиду повышенного объемного содержания волокна.   

Введение асбеста хризотилового в количестве 0,3...0,5 масс. % способствует небольшому снижению прочности асфальтобетонов при 20 ⁰С с 4,8 ПМа, характерной для контрольного состава, до 4,40 и 4,43 МПа соответственно. Увеличение содержания асбеста до 0,8 масс. % способствует некоторому увеличению показателя прочности до 4,57 МПа (рисунок 1). Не смотря на сравнительно-низкие показатели прочности асфальтобетонов, значения их лежат в пределах ГОСТ 31015.

Высокие сорбционные свойства асбестового волокна обуславливают эффективное взаимодействие его поверхности с битумом. Вместе с тем, в ходе эксперимента было установлено, что само волокно склонно к самоагрегированию, что в процессе приготовления ЩМАС определяло технологические сложности в равномерном его распределении в объеме минеральной части смеси.

Считаем, что в последующих научных работах необходимо производить предварительную обработку поверхности волокон веществами из класса ПАВ, с целью повышения степени его дисперсности и снижению самоагрегации.

Прочность асфальтобетонов при 50 ⁰ С увеличивается,  достигая максимума при содержании асбестового волокна в количестве 0,8 масс. %, что соответствует пределу прочности, равному 1,10 МПа, что на 40 % выше в сравнении с контрольным составом, предел прочности которого равен 0,75 МПа (рисунок 2).

Снижение показателя водонасыщения обусловлено вероятно, структурирующим действием асбеста на битум, что является не достаточным для обеспечения максимально-возможных значений прочности, но достаточным для повышения водостойких характеристик.

Показатель трещиностойкости асфальтобетонов, в сравнении с контрольным составом, увеличивается в среднем на 15 % и достигает максимума - 5,31 МПа при содержании волокна в количестве 0,8.

Введение резиновой крошки в количестве 0,3...0,8 масс. % способствует небольшому снижению прочности асфальтобетонов при 20 ⁰С с 4,8 ПМа, характерной для контрольного состава, до 4.28...3,65 МПа соответственно (рисунок 1). Обусловлено это  высокими эластическими и демпфирующими свойствами резины. Развитая поверхность ее частиц способна образовывать прочные физические связи с битумной матрицей. При этом модуль упругости вяжущего и асфальтобетона снижаются, при этом повышаются сжимаемость и величина обратимых деформаций.    Не смотря на сравнительно-низкие показатели прочности асфальтобетонов, значения их лежат в пределах ГОСТ 31015.

Прочность асфальтобетонов при 50 ⁰ С увеличивается,  достигая максимума при содержании резиновой крошки в количестве 0,8 масс. %, что соответствует пределу прочности, равному 0,98 МПа, что на 25 % выше в сравнении с контрольным составом, предел прочности которого равен 0,75 МПа (рисунок 2).

Показатель водонасыщения щебеночно-мастичного асфальтобетона, модифицированного резиновой крошкой значительно ниже аналогичного показателя для контрольного состава, а также всех экспериментальных составов ЩМА. Так, во всем диапазоне концентраций крошки показатель водонасыщения монотонно снижается с 2,47 до 1.19 %. Наименьший показатель имеет состав, содержащий 0,8 масс. % крошки.

Снижение показателя водонасыщения обусловлено высокими гидрофобными и гидроизоляционными свойствами самой резины, так и битумного вяжущего. Полученный результат обусловлен синергетичеким эффектом взаимодействия битума и резины на границе раздела фаз.

Показатель трещиностойкости асфальтобетонов, в сравнении с контрольным составом, снижается в среднем на 15-25 % и достигает минимума - 3,80 МПа при содержании крошки в количестве 0,8%. Полученные данные коррелируют с показателями прочности при сжатии асфальтобетонов при 20 ⁰ С. 

Список литературы:

1. Стебаков А.П. Щебеночно-мастичный асфальтобетон - бедующее дорожных покрытий/ А.П. Стебаков, Г.И. Кирюхин, О.Б. Гонин // Строительная техника и технологии: - № 3. - 2002 г. - С. 25-29.
2. Смирнов В.Е. Щебеночно-мастичный асфальтобетон, три года в России. Итоги. / В.Е. Смирнов // Автомобильные дороги. - 2003. № 1  - С.13.