Помощь студентам в учебе
Разработка составов щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, модифицированных различными полимерами и пластификаторами
|
Введение
1 Литературный обзор
1.1 Состав и структурные особенности асфальтобетонных смесей
1.2 Классификация асфальтобетонных смесей
1.3 Роль минеральных материалов в составе асфальтобетонных смесей
1.4 Влияние органических вяжущих веществ на физико-механические характеристики асфальтобетона
1.5 Обеспечение сдвигоустойчивости и трещиностойкости современных асфальтобетонных покрытий
1.6 Снижение пластических напряжений в асфальтобетонных покрытиях за счет введения различных добавок в состав органического вяжущего
2 Объекты и методы исследований
2.1 Характеристика исходных материалов
2.2 Методы исследований
2.2.1 Определение характеристик сырьевых материалов
2.2.2 Определение физико-механических характеристик асфальтобетона
3. Исследование влияния модификаторов на свойства битума
3.1 Влияние различных пластификаторов на свойства битума
3.2 Влияние различных полимеров на свойства битума
3.3 Исследование комплексного влияния полимера и пластификатора на физико-механические свойства органического вяжущего
3.4 Исследование изменения свойств битума при совместном введении различных полимеров и пластификаторов
3.5 Исследование эластичности асфальтовяжущего на основе разработанных составов модифицированного битума
4. Проектирование состава и исследование физико-механических свойств асфальтобетона на модифицированном битуме
4.1 Проектирование состава асфальтобетонной смеси
4.2 Исследование влияния различных модификаторов в составе органического вяжущего на основные физико-механические характеристики асфальтобетона
5 Обеспечение качества приготовления и хранения асфальтобетонных смесей
6 Технико-экономическое обоснование результатов работы
Общие выводы
Список литературы
Приложение
1 Литературный обзор
1.1 Состав и структурные особенности асфальтобетонных смесей
1.2 Классификация асфальтобетонных смесей
1.3 Роль минеральных материалов в составе асфальтобетонных смесей
1.4 Влияние органических вяжущих веществ на физико-механические характеристики асфальтобетона
1.5 Обеспечение сдвигоустойчивости и трещиностойкости современных асфальтобетонных покрытий
1.6 Снижение пластических напряжений в асфальтобетонных покрытиях за счет введения различных добавок в состав органического вяжущего
2 Объекты и методы исследований
2.1 Характеристика исходных материалов
2.2 Методы исследований
2.2.1 Определение характеристик сырьевых материалов
2.2.2 Определение физико-механических характеристик асфальтобетона
3. Исследование влияния модификаторов на свойства битума
3.1 Влияние различных пластификаторов на свойства битума
3.2 Влияние различных полимеров на свойства битума
3.3 Исследование комплексного влияния полимера и пластификатора на физико-механические свойства органического вяжущего
3.4 Исследование изменения свойств битума при совместном введении различных полимеров и пластификаторов
3.5 Исследование эластичности асфальтовяжущего на основе разработанных составов модифицированного битума
4. Проектирование состава и исследование физико-механических свойств асфальтобетона на модифицированном битуме
4.1 Проектирование состава асфальтобетонной смеси
4.2 Исследование влияния различных модификаторов в составе органического вяжущего на основные физико-механические характеристики асфальтобетона
5 Обеспечение качества приготовления и хранения асфальтобетонных смесей
6 Технико-экономическое обоснование результатов работы
Общие выводы
Список литературы
Приложение
Увеличение объемов строительства дорог, повышение их технического
уровня предъявляют все более высокие требования к битумам, поэтому в ряде
стран проводится обширные исследования для улучшения их качества и повышение сроков службы дорожных покрытий.
Большое внимание уделяется установлению связи между химическим составом и свойствами битумов и поведением их в дорожных покрытиях.
Однако эти исследования не позволили ещё в полной мере установить
наиболее важные строительные, эксплуатационные, технологические свойства битума и то влияние, которые они оказывают на прочность и долговечность дорожного покрытия.
Трудности решения этой проблемы объясняются сложностью химического
состава битумов и отсутствием прямой зависимости прочности, деформативной
способности и водостойкости битумо-минерального материала в широком
интервале температур от химического состава и свойств битума.
Цель – исследования было изучение влияния различных полимеров и пластификаторов в комплексе на свойства битума и физико-механические характеристики асфальтобетона, а также получение эффективного органического вяжущего,
способного улучшить физико-механические характеристики битума и асфальтобетона на их основе. Варьируя различными модификаторами битума, в частности
пластифицирующими и полимеризирующими добавками, а также их концентрациями, можно получить битум необходимого качества. Получить асфальтобетонное
покрытие, удовлетворяющее требованиям нормативной документации, возможно
за счет использования качественного органического вяжущего, однако, на сегодняшний день, его физико-механические характеристики не соответствуют нормативным значениям или находятся границе предельно допустимых.
Задачи дипломной работы заключались в следующем:
– анализ влияния пластификаторов (индустриальное масло И-20, стеариновая кислота Т-18, масло Т) на физико-механические характеристики битума;
– исследование свойств битума при введении различных полимеров на
примере тэрмоэлатстапласта ДСТ-30-01 и эпоксидной смолы ЭД-20;
– оценка изменения физико-механических свойств органического вяжущего
при введении в его состав одного полимера и пластификатора;
– установление влияния нескольких полимеров и пластификаторов в комплексе на свойства исходного битума;
– исследование эластичности разработанных составов органического вяжущего по ГОСТ 52056-2003 и ОДМ 218.2.002-2007;
– анализ физико-механических характеристик и устойчивости к колееобразованию щебеночно-мастичного асфальтобетона на основе модифицированных органических вяжущих
уровня предъявляют все более высокие требования к битумам, поэтому в ряде
стран проводится обширные исследования для улучшения их качества и повышение сроков службы дорожных покрытий.
Большое внимание уделяется установлению связи между химическим составом и свойствами битумов и поведением их в дорожных покрытиях.
Однако эти исследования не позволили ещё в полной мере установить
наиболее важные строительные, эксплуатационные, технологические свойства битума и то влияние, которые они оказывают на прочность и долговечность дорожного покрытия.
Трудности решения этой проблемы объясняются сложностью химического
состава битумов и отсутствием прямой зависимости прочности, деформативной
способности и водостойкости битумо-минерального материала в широком
интервале температур от химического состава и свойств битума.
Цель – исследования было изучение влияния различных полимеров и пластификаторов в комплексе на свойства битума и физико-механические характеристики асфальтобетона, а также получение эффективного органического вяжущего,
способного улучшить физико-механические характеристики битума и асфальтобетона на их основе. Варьируя различными модификаторами битума, в частности
пластифицирующими и полимеризирующими добавками, а также их концентрациями, можно получить битум необходимого качества. Получить асфальтобетонное
покрытие, удовлетворяющее требованиям нормативной документации, возможно
за счет использования качественного органического вяжущего, однако, на сегодняшний день, его физико-механические характеристики не соответствуют нормативным значениям или находятся границе предельно допустимых.
Задачи дипломной работы заключались в следующем:
– анализ влияния пластификаторов (индустриальное масло И-20, стеариновая кислота Т-18, масло Т) на физико-механические характеристики битума;
– исследование свойств битума при введении различных полимеров на
примере тэрмоэлатстапласта ДСТ-30-01 и эпоксидной смолы ЭД-20;
– оценка изменения физико-механических свойств органического вяжущего
при введении в его состав одного полимера и пластификатора;
– установление влияния нескольких полимеров и пластификаторов в комплексе на свойства исходного битума;
– исследование эластичности разработанных составов органического вяжущего по ГОСТ 52056-2003 и ОДМ 218.2.002-2007;
– анализ физико-механических характеристик и устойчивости к колееобразованию щебеночно-мастичного асфальтобетона на основе модифицированных органических вяжущих
При введении пластификатора в битум происходит снижение его
вязкости, растяжимости и температуры хрупкости. Причем, наибольшей
разжижающей способностью обладает индустриальное масло, а минимальная
температура хрупкости наблюдалась при его использовании в количестве 8%.
Максимальная температура размягчения и интервал пластичности органического
вяжущего достигается при введении 3 % масла Т в исходный битум. Применение
стеариновой кислоты в качестве пластификатора является менее целесообразным,
т.к. ее введение привело к получению органического вяжущего обладающего
минимальной температурой размягчения, растяжимости при +25 оС и
максимальной температуры хрупкости.
2. Введение различных полимеров в состав исходного битума снижает его
вязкость, растяжимость и температуру хрупкости. При этом наибольшей разжижающей способностью и минимальной температурой хрупкости обладает органическое вяжущее, в состав которого вводили эпоксидную смолу в количестве 2 %.
Минимальной температурой размягчения и интервалом пластичности, а также эластичностью обладает битум, модифицированный ДСТ в количестве 4 %.
3. Минимальной вязкостью обладает композиция с использованием масла Т
и эпоксидной смолы в количестве 8 и 2 % соответственно, а также масла Т и ДСТ
при их введении – 8,5 и 3,5 % соответственно. Наибольшей температурой размягчения обладают композиции, включающие в качестве полимеров ДСТ (от 4 до 6 %)
и эпоксидную смолу в количестве 2 %, а пластификаторов - стеариновую кислоту
(3 %) и индустриальное масло в количестве (3-6 %). Наибольшая температура
хрупкости наблюдается при введении в качестве полимера эпоксидной смолы, а
максимальной эластичностью обладает вяжущее при использовании И-20 в количестве 5 – 6 % и ДСТ – от 3,5 до 4 %.
4. Введение стеариновой кислоты оказывает значительное влияние на вязкость и температуру хрупкости органического вяжущего, существенно снижая оба
показателя. На температуру размягчения композиционного вяжущего наибольшее влияние оказывает количество ДСТ в составе исходного битума, а на показатель
эластичности органического вяжущего положительное влияние оказывает ДСТ в
количестве до 4 %, дальнейшее увеличение которого способствует снижению данного показателя. Однако негативное влияние увеличения его количества можно
компенсировать за счет дополнительного введения стеариновой кислоты.
5. Увеличение количества индустриального масла в комплексе с полимером
ДСТ способствует росту эластичности образцов асфальтовяжущего, а использование масла Т придает композиту «минеральный порошок – ПБВ» более высокую
температурную устойчивость и эластичность. Значительное увеличение количества полимера ДСТ до 8 % в сочетании с эпоксидной смолой в составе исходного
битума не способствует росту эластичности. Однако дополнительное введение стеариновой кислоты придает модифицированному битуму в комплексе с минеральным порошком высокую эластичность, значение которой достигают 63 %.
6. Введение композиции № 26 привело к существенному увеличению предела прочности при сжатии и сдвигоустойчивости, что связано с более высокой
температурой размягчения данного состава, по сравнению с исходным битумом.
Увеличение трещиностойкости связано с более низкой температурой хрупкости
композиции, а существенное снижение водонасыщения связано с наличием в органическом вяжущем стеариновой кислоты.
7. Введение в асфальтобетонную смесь в качестве органического вяжущего
композиции № 13, т.е. состава близкого к традиционному ПБВ, привело к значительному росту предела прочности при 50 оС, а также к небольшому увеличению
сдвигоустойчивости асфальтобетонных образцов. Более того, у данного асфальтобетона наблюдается разное снижение водостойкости и увеличение водонасыщения, значения которого соответствуют минимальной границе предельно допустимых. Скорее всего, это связано с высоким показателем стекания органического вяжущего.
Таким образом, образцы, приготовленные с применением композиций №13
и 26, демонстрируют более плавное образование колеи, так при 20000 проходов
колеса, глубина колеи составила 14,4 и 9 мм соответственно. Введение в состав щебеночно-мастичного асфальтобетона комплексного вяжущего № 26 без стабилизирующей добавки приводит к получению композита, обладающего высокими физико-механическими характеристиками, в частности деформативными, как при высоких так и низких температурах, сопоставленных с различными традиционными
ЩМА на основе дорогостоящего импортного стабилизатора Viatop-66.
вязкости, растяжимости и температуры хрупкости. Причем, наибольшей
разжижающей способностью обладает индустриальное масло, а минимальная
температура хрупкости наблюдалась при его использовании в количестве 8%.
Максимальная температура размягчения и интервал пластичности органического
вяжущего достигается при введении 3 % масла Т в исходный битум. Применение
стеариновой кислоты в качестве пластификатора является менее целесообразным,
т.к. ее введение привело к получению органического вяжущего обладающего
минимальной температурой размягчения, растяжимости при +25 оС и
максимальной температуры хрупкости.
2. Введение различных полимеров в состав исходного битума снижает его
вязкость, растяжимость и температуру хрупкости. При этом наибольшей разжижающей способностью и минимальной температурой хрупкости обладает органическое вяжущее, в состав которого вводили эпоксидную смолу в количестве 2 %.
Минимальной температурой размягчения и интервалом пластичности, а также эластичностью обладает битум, модифицированный ДСТ в количестве 4 %.
3. Минимальной вязкостью обладает композиция с использованием масла Т
и эпоксидной смолы в количестве 8 и 2 % соответственно, а также масла Т и ДСТ
при их введении – 8,5 и 3,5 % соответственно. Наибольшей температурой размягчения обладают композиции, включающие в качестве полимеров ДСТ (от 4 до 6 %)
и эпоксидную смолу в количестве 2 %, а пластификаторов - стеариновую кислоту
(3 %) и индустриальное масло в количестве (3-6 %). Наибольшая температура
хрупкости наблюдается при введении в качестве полимера эпоксидной смолы, а
максимальной эластичностью обладает вяжущее при использовании И-20 в количестве 5 – 6 % и ДСТ – от 3,5 до 4 %.
4. Введение стеариновой кислоты оказывает значительное влияние на вязкость и температуру хрупкости органического вяжущего, существенно снижая оба
показателя. На температуру размягчения композиционного вяжущего наибольшее влияние оказывает количество ДСТ в составе исходного битума, а на показатель
эластичности органического вяжущего положительное влияние оказывает ДСТ в
количестве до 4 %, дальнейшее увеличение которого способствует снижению данного показателя. Однако негативное влияние увеличения его количества можно
компенсировать за счет дополнительного введения стеариновой кислоты.
5. Увеличение количества индустриального масла в комплексе с полимером
ДСТ способствует росту эластичности образцов асфальтовяжущего, а использование масла Т придает композиту «минеральный порошок – ПБВ» более высокую
температурную устойчивость и эластичность. Значительное увеличение количества полимера ДСТ до 8 % в сочетании с эпоксидной смолой в составе исходного
битума не способствует росту эластичности. Однако дополнительное введение стеариновой кислоты придает модифицированному битуму в комплексе с минеральным порошком высокую эластичность, значение которой достигают 63 %.
6. Введение композиции № 26 привело к существенному увеличению предела прочности при сжатии и сдвигоустойчивости, что связано с более высокой
температурой размягчения данного состава, по сравнению с исходным битумом.
Увеличение трещиностойкости связано с более низкой температурой хрупкости
композиции, а существенное снижение водонасыщения связано с наличием в органическом вяжущем стеариновой кислоты.
7. Введение в асфальтобетонную смесь в качестве органического вяжущего
композиции № 13, т.е. состава близкого к традиционному ПБВ, привело к значительному росту предела прочности при 50 оС, а также к небольшому увеличению
сдвигоустойчивости асфальтобетонных образцов. Более того, у данного асфальтобетона наблюдается разное снижение водостойкости и увеличение водонасыщения, значения которого соответствуют минимальной границе предельно допустимых. Скорее всего, это связано с высоким показателем стекания органического вяжущего.
Таким образом, образцы, приготовленные с применением композиций №13
и 26, демонстрируют более плавное образование колеи, так при 20000 проходов
колеса, глубина колеи составила 14,4 и 9 мм соответственно. Введение в состав щебеночно-мастичного асфальтобетона комплексного вяжущего № 26 без стабилизирующей добавки приводит к получению композита, обладающего высокими физико-механическими характеристиками, в частности деформативными, как при высоких так и низких температурах, сопоставленных с различными традиционными
ЩМА на основе дорогостоящего импортного стабилизатора Viatop-66.