Оптимизация свойств и состава композиций для ремонта дорожных покрытий органической добавкой эмульбит

Оптимизация свойств и состава композиций для ремонта дорожных покрытий органической добавкой эмульбит

Строительство и архитектура /

3. Современные технологии строительства,

реконструкции и реставрации

К.т.н. Иванова Л. А., к.т.н. Шевченко В. А., к.т.н. Клиндух Н. Ю.

Сибирский федеральный университет, Россия

Для создания научных основ получения органо-минеральных композиций для ремонта асфальтобетонных покрытий проведены исследования с использованием сухих строительных смесей и предложена технология приготовления ремонтного раствора из предварительно полученной сухой строительной смеси непосредственно на месте проведения работ.

В последнее время среди ученых – материаловедов возник интерес к новому строительному материалу - бетону на органогидравлических вяжущих – искусственному строительному материалу, сочетающему в своей структуре свойства на первый взгляд термодинамически несовместимых органических (битумы, гудроны, дегти) и неорганических гидравлических вяжущих. Это вызвано появлением новых технологий ремонта и реконструкции дорожных покрытий, а также недостаточной надежностью и долговечностью традиционного асфальтобетона при действии современных транспортных нагрузок. Согласно представлениям [1], при введении в состав асфальтобетонов и других органоминеральных смесей гидравлических вяжущих усиливается взаимодействие на границе раздела фаз, увеличивается прочность и деформационная устойчивость бетонов. Такие композиционные материалы на органо-гидравлическом вяжущем имеют преимущества как перед цементобетонами, так и перед асфальтобетонами за счет снижения температурных напряжений и ветвления трещин на кластерах гидратных новообразований.

В Сибирском федеральном университете проведены исследования по разработке органо-минеральных композиций в виде сухих строительных смесей для ремонта асфальтобетонных покрытий и получены положительные результаты, защищенные патентами [2, 3].

Кроме составов ремонтных композиций для восстановления дорожного покрытия, авторами предложена оригинальная технология приготовления ремонтного раствора из предварительно полученной сухой строительной смеси непосредственно на месте проведения работ. Особенность технологии заключается в том, что смесь затворяется водой в сочетании с комплексной добавкой эмульбит, поскольку при эксплуатации отремонтированных участков дорожного полотна актуальной является проблема совместимости ремонтного и ремонтируемого материалов, достижения максимального уровня циклической долговечности при постоянной деформации.

Для улучшения деформативных свойств и достижения высоких эксплуатационных качеств ремонтной композиции, в состав ремонтной смеси вводилась добавки эмульбит в количестве 0,5%-3% от массы вяжущего с частичной заменой воды.

Эффективность добавки и выбор оптимальной дозировки оценивались по прочности при сжатии и изгибе, прочности сцепления, водопоглощению и морозостойкости.

Анализ результатов изменения прочности в разные сроки твердения показал, что при содержании добавки от 1,0 до 1,5% в составе композиции наблюдается максимальное (до 20%) увеличение прочности затвердевшего раствора. Это можно объяснить тем, что после образования минерального каркаса материала в сочетании с водной эмульсией битума возникают особые условия для гидратации гидравлического вяжущего. Битумная пленка, в некоторых местах не полностью покрывает зерна цементного клинкера, в других местах из-за своей доступности (малая толщина, наличие пор как в мембранах) способствует равномерному протеканию гидратационных процессов в цементе. Экспериментальные исследования pH смесей, кинетики сорбции паров воды, прочности системы «цемент-битум-вода» различного состава, рентгеноструктурный и термографический анализ [1] подтверждают наличие указанных процессов гидратации при приготовлении бетонов на органо-гидравлических вяжущих.

Увеличение расхода добавки эмульбит до 3% приводит к снижению прочности ремонтного состава. При таком содержании органическая добавка препятствует доступу воды к гидратирующимся зернам вяжущего и образованию контактов между зернами минерального заполнителя.

Одним из основных требований к ремонтному составу является прочность сцепления к ремонтируемой поверхности. При содержании эмульбита в композиции в количестве 1,0…1,5% масс. от расхода вяжущего, прочность сцепления возрастает в логарифмической зависимости от прочности состава композиции. При более высоком содержании эмульбита прочность сцепления начинает снижаться, за счет создания на поверхности контактирующих фаз пленки битума значительной толщины. Битум переходит из пленочного в объемное состояние, и разрыв происходит по массе битума, в котором когезионные силы менее значительны, чем в минеральном материале.

Влияние расхода добавки эмульбит на водопоглощение ремонтного состава показывает наличие в ремонтной смеси гидрофобного органического ингредиента - битума, способного образовывать различные по толщине пленки, обволакивающие поверхность неорганической части материала и кольматируя открытые поры, способствует значительному снижению водопоглощения.

Результаты исследований морозостойкости ремонтной композиции (цемент М 400-10%; зола-унос- 40%; песок- 50%; шлам-5%; Виннапас RE 524 Z - 4%; Бермокол E 230 - 2,5%; эмульбит 1% ) находится в пределах 75-150 табл.1.

Таблица 1

Влияние расхода добавки эмульбит на морозостойкость ремонтной композиции

№ состава	Расход эмульбита, % от массы вяжущего	Число циклов заморажива-ния, оттаи-вания	Прочность при сжатии Rсж, МПа, образцов		Марка по морозо-стойкости
№ состава	Расход эмульбита, % от массы вяжущего	Число циклов заморажива-ния, оттаи-вания	контрольных	основных	Марка по морозо-стойкости
1	-	75	5,23	5,20	F 75
2	0,5	75	5,75	5,50	F 75
3	1	100	6,42	6,0	F 100
4	1,5	100	6,0	5,40	F 100
5	2	150	5,52	5,10	F 150
6	3	150	4,84	4,60	F 150

Следует отметить, что наиболее высокая морозостойкость (марка F 150) наблюдается в ремонтном составе с добавкой эмульбит в количестве 2 - 3 % масс., что обусловлено, как уже отмечалось выше, образованием структуры с меньшими размерами пор. Однако при таком содержании эмульбита снижаются прочностные характеристики композиции.

Введение в ремонтную композицию добавки эмульбит в количестве 1% масс. способствует выравниванию деформативных свойств системы ремонтный материал–асфальтобетон, что обусловлено одинаковым органическим происхождением контактируемых материалов, поэтому такое количество рекомендовано для практического применения.

По совокупности исследуемых свойств в качестве ремонтного материала для заделки трещин и выбоин в асфальтобетонном покрытии предложена композиция на основе сухой строительной смеси, затворенной водой в сочетании с добавкой эмульбит, табл. 2.

Таблица 2

Состав и свойства композиций для ремонта асфальтобетонных

дорожных покрытий

Наименование показателей

Вид ремонта

Заделка трещин

Заделка выбоин

Состав композиции, г на 1 кг готовой сухой смеси:

Портландцемент М400

Песок (М_кр.)

Зола-унос

Шлам

Микрокремнезем

Виннапас RE 524 Z

Бермоколл Е 230

Реламикс

Добавка воды в растворную смесь, мл

Добавка эмульбит в воду затворения, % от вяжущего / мл

407,5 (1,68)

450

2,5

230

1,0 / 100

250

713,5 (2,38)

1,5

270

1,1 / 59,4

Свойства композиций:

Водоудерживающая способность, %

Прочность при сжатии, МПа

Прочность при изгибе, МПа

Трещиностойкость, R_изг/ R_сж.

Адгезия к основанию, МПа

Водопоглощение, %

Коэффициент водостойкости

Марка по морозостойкости, F

99,7

6,42

2,26

0,35

1,0

6,8

0,81

100

98,8

19,6

6,42

0,33

0,83

7,34

0,79

100

Литература:

1. Веренько В.А. Новые материалы в дорожном строительстве: учеб. Пособие / В.А.Веренько. – Минск, Техпроект, 2004.- 170 с.

2. Патент 2329283 Российская федерация, МПК⁵¹ С08L 95/00 Ремонтный состав для асфальтобетонных покрытий. Шевченко В.А., Иванова Л.А., Ширай Л.А., Богданов И.Я. Опубл. 20.07.2008, бюл. № 20.

3. Патент 2352599 Российская федерация, МПК⁵¹ С08L 95/00, С04В 28/04 Композиции для ремонта асфальтобетонных покрытий. Шевченко В.А., Иванова Л.А., Ширай Л.А., Богданов И.Я. Опубл . 20.04.2009, бюл. № 11.