Чернов, С. А. Повышение качества асфальтобетонной смеси путем включения в ее состав стеклянных макроволокон / С. А. Чернов, С. А. Постол. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 6 (348). — С. 66-77. — URL: https://moluch.ru/archive/348/78401/ (дата обращения: 24.01.2025).
В статье авторы проводят эксперимент по введению макроволокон в состав асфальтобетонной смеси с целью повышения эксплуатационных характеристик.
Ключевые слова:
асфальтобетон, макроволокно, микроволокно, щебеночно-мастичный асфальтобетон, колееобразование, усталостное и никзотемпературное растрескивание асфальтобетона, повышение качества асфальтобетона.
– Использование макроволокон для армирования асфальтобетона.
– Определены показатели колееобразования и трещиностойкости.
– Макроволокна повышают устойчивость асфальтобетона к колееобразованию.
– Макроволокна улучшают прочностные характеристики асфальтобетона.
Трещинообразование — один из наиболее распространенных дефектов, встречающихся на автомобильных дорогах. Как правило, появляется из-за усталостной деформации дорожной конструкции и низких температур. На протяжении многих лет волокна использовались для армирования строительных материалов. Известно о широком применении волокон различной длины в составе бетона, с целью предупреждения растрескивания и повышения прочностных показателей. Говоря о покрытиях из нежесткой дорожной одежды, волокна обычно используются в смесях, таких как щебеночно-мастичные (ЩМА). Применение волокон в составе ЩМА обусловлено высоким процентом вяжущего и необходимостью предупреждения стекания вяжущего в процессе транспортирования смеси и укладки. С этой целью в составе ЩМА используются стабилизирующие волокна. Таким образом, существует много работ по теме изучения физико-механических показателей асфальтобетона с короткими волокнами в его составе. Существует недостаток информации о применении макроволокон. В данной работе проведено исследование по теме применения стеклянных волокон в составе асфальтобетонных смесей. В процессе исследования обнаружено повышение прочностных показателей. Кроме того, добавление волокон позволило снизить показатель остаточной деформации на 50 %.
В последние годы в Российской Федерации наблюдается высокий рост интенсивности движения транспортных средств на автомобильных дорогах. Вместе с тем, появляется острая необходимость улучшения строительных материалов, применяемых в дорожном строительстве, с учетом технико-экономической эффективности. В том числе, совершенствование строительных материалов и технологии строительства должно быть направлено на увеличение срока службы дорожной конструкции, а также, предупреждения появления преждевременных разрушений.
Одним из наиболее распространенных материалов, используемых в дорожном строительстве, является асфальтобетон. В связи с высоким трафиком на автомагистралях дорожная одежда не соответствует расчетному сроку службы и разрушается раньше. Асфальтобетон, в частности, претерпевает такие виды разрушений как: трещины, выбоины, образование колей, вышелушивание, выкрашивание, впадины, волны. С целью предупреждения преждевременных разрушений обоснована актуальность рассмотренной темы.
Махрез и др. [1] исследовали ЩМА со стеклянными микроволокнами, обнаружив улучшения в динамическом модуле и усталостном поведении; они также обнаружили улучшения в показателях устойчивости к колееобразованию. Преимущества волокон в повышении устойчивости к колееобразованию могут быть обусловлены увеличением консистенции мастики и механизма блокировки между агрегатами [2].
Интересный феномен наблюдали Kutay et al. [3] при проведении испытания ускоренного нагружения объекта. Асфальтобетоны с полиэфирными микроволокнами показали наличие микротрещин, но они не прогрессируют и не увеличиваются до уровня аллигаторных трещин. В этом случае волокна действуют как мост, передавая напряжения и ограничивая рост трещин.
Во многих исследованиях сообщалось об улучшении поведения армированных волокнами асфальтобетонов [4–14]. Однако все упомянутые работы относятся к коротким волокнам (длина <25 мм). Анализируя научные источники, исследований, включающих макроволокна (длина >35 мм), не существует. Кроме того, было отмечено, что для этого типа фракционной смеси не существует никакого метода проектирования. Волокна обычно используются в строительных растворах и портландцементных бетонах для контроля растрескивания и получения остаточной несущей способности в растрескавшихся состояниях. Механизм действия и усовершенствования микроволокон в области асфальтобетонных смесей до сих пор очень мало неизвестны. В данной работе анализируется влияние включения волокон на характеристики асфальтобетонных смесей в отношении реакции разрушения при низких температурах и образования колей при высоких температурах эксплуатации дорожного покрытия. Результаты исследования асфальтобетонных смесей, содержащих как микро -, так и макро-стекловолокна, сравниваются с результатами, полученными на контрольных асфальтобетонах без волокон.
Экспериментальная часть
Во-первых, в качестве предварительного исследования в обычные асфальтобетоны были включены стекловолокна и полиэфирные микроволокна и изучено их влияние на колееобразование (при температуре 60 ° С) и трещиностойкость (при температуре <10 ° С). При новом подходе на втором этапе те же свойства были проанализированы на аналогичных асфальтобетонах, где были включены различные дозировки стеклянных макроволокон (длиной 54 мм); кроме того, были изучены объемные и механические свойства волокнистого армированного асфальтобетона.
1.1. Материалы и смеси
Волокнистый армированный асфальтобетон, используемый в этом исследовании, был разработан из обычного плотного асфальтобетона. Базовая асфальтобетонная смесь была изготовлена с использованием двух фракций крупных заполнителей (8–16 мм и 16–31,5 мм), дробленого песка (0–8 мм) и асфальтобетонного вяжущего (PG 64–16). В таблице 1 приведены пропорции смеси и характеристики асфальтобетонного вяжущего. На рисунке 1 показаны различные волокна, используемые в данной работе, а в таблице 2 — их основные свойства.
Рис. 1. Микро- и макроволокна
Таблица 1
Основные характеристики асфальтобетона
Состав смеси:
Крупный заполнитель
8–16 мм
Крупный заполнитель 16–31,5 мм
Отсев дробления
0–8 мм
Вяжущее
Масса. %
23,8
10,5
60,9
4,8
Вязкость при 60
0
С [Па*с]
Пенетрация, [мм]
Температура размягчения, [
0
С]
Характеристики вяжущего
PG 64–16 по ГОСТ Р 58400.1–2019 [17]
335
47
54,8
Таблица 2
Свойства волокон
Волокна
Микростекло
mG
Микрополиэфир
mP
Макростекло
MG
Длина
[мм]
12
25
36
Пропорции
[l/
⌀
]
58
1250
67
Плотность
[г/см
3
]
2,68
1,34
2,68
Предел прочности
[МПа]
1700
300–500
1700
Модуль упругости
[ГПа]
72
10
72
Температура размягчения
[
0
С]
860
250
860
Разница между микро- и макроволокнами связана с максимальным размером заполнителя и взаимодействием внутри асфальтобетонной смеси. Стеклянные микроволокна имеют длину, меньшую, чем максимальный размер заполнителя асфальтобетонной смеси. Его основное влияние заключается в изменении поведения мастики. Однако длина стеклянных макроволокон превышает максимальный размер агрегата и, как ожидается, будет влиять на поведение разрушения и распространение трещин. Волокна действуют как мостик в трещинах и передают напряжение. Полиэфирные микроволокна имеют длину, аналогичную максимальному размеру заполнителя, но из-за своей формы и жесткости они, как предполагается, повлияют на поведение мастики без уменьшения характера разрушения. Кроме того, эти номенклатуры являются способом, которым производители классифицируют волокна.
В предварительном исследовании микростекло и полиэфирные волокна (mG и mP) были включены в состав 0,4 % от массы смеси. Для основной программы включали макро-стекловолокна (MG) в различных дозировках (0,2, 0,4 и 0,6 % от массы смеси).
Во всех случаях волокна смешивали с горячими заполнителями в течение минимум 30 с для повышения дисперсности волокон, а затем добавляли асфальтовое вяжущее, продолжая перемешивать еще почти 2 минуты. Например, на рис. 2 показано распределение макроволокон (MG) в процессе смешивания.
Рис. 2. Распределение макроволокон в процессе смешивания
Для сравнения эффективности различных исследуемых волокнистых армированных асфальтобетонов был приготовлен контрольный замес (С). Изготовленные замесы были помечены в соответствии с типом волокна (mG, mP или MG) и дозировкой волокна (02, 04 или 06).
Асфальтобетонные плиты (300 х 300 х 50 мм) были изготовлены в каждом случае для проведения испытаний на колееобразование и изгиб балки, как описано в следующем разделе. Они были уплотнены роликовым уплотнителем в соответствии с DIN EN 12697–33–2019. Были также изготовлены образцы асфальтобетона по Маршаллу с макроволокнами для сравнения объемных и механических свойств с контрольным замесом.
1.2. Проведение испытаний
1.2.1. Маршалл тест
Образцы по Маршаллу были изготовлены в соответствии с ГОСТ Р 58406.9–2019 [18] (MG02, MG04 и MG06) для анализа влияния макроволокон на объемные и механические свойства. Были определены такие физико-механические показатели как: плотность (ГОСТ Р 58401.16–2019) [19], содержание воздушных пустот (ГОСТ Р 58401.8–2019) [20], сопротивление пластическому течению (ГОСТ Р 58406.8–2019) [21].
1.2.2. Испытание на колееобразование
Испытание на колееобразование проводили в лаборатории с помощью испытательной установки для измерения глубины колееобразования. Образец термостатируется в камере, рис. 3, для поддержания требуемой температуры испытания, которая представляет собой высокую температуру дорожного покрытия. В этой работе температура составляла 60 ° С, и для каждого асфальтобетона было испытано не менее двух образцов.
Рис. 3. Установка для испытаний на колееобразование
Глубина колеи измерялась на образце с интервалом в одну минуту. Каждая точка данных представляла собой среднее значение из 25 измерений, выполненных на центральной 100 — миллиметровой пробной траектории колеса. Собранные данные были использованы для получения кривой постоянной деформации в зависимости от циклов и снабжены потенциальной моделью, уравнением (1).
Dn = a * n
b
(1)
Dn — постоянная деформация; n — количество циклов; a и b — постоянные значения
Угол наклона кривой колееобразования (WTS) и пропорциональная глубина колеи (PRD), соответственно были рассчитаны по результатам, полученным на испытательной установке для измерения глубины колееобразования:
[
Основные термины(генерируются автоматически): PRD, WTS, результат испытаний, армированный асфальтобетон, волокно, смесь, таблица, асфальтобетон, ГОСТ Р, испытание.
Ключевые слова
асфальтобетон,
щебеночно-мастичный асфальтобетон,
макроволокно,
микроволокно,
колееобразование,
усталостное и никзотемпературное растрескивание асфальтобетона,
повышение качества асфальтобетона
асфальтобетон, макроволокно, микроволокно, щебеночно-мастичный асфальтобетон, колееобразование, усталостное и никзотемпературное растрескивание асфальтобетона, повышение качества асфальтобетона
В статье рассмотрено явление сегрегации, оказывающее неблагоприятное воздействие на качество покрытия. В результате экспериментальных исследований был найден эффективный способ устранения сегрегации, как фракционной, так и температурной — метод беспр...
В статье представлены результаты исследований влияния комплексных добавок с пластифицирующим эффектом на основе поликарбоксилатов на свойства бетонной смеси и бетона. Дана сравнительная оценка эффективности различных добавок-модификаторов на поликарб...
В статье кратко рассматривается проблема повышения эффективности и качества дорожных покрытий, а так же актуальность проблемы обеспечения высоких эксплуатационных характеристик покрытия, которая подтолкнула учёных к разработке и внедрению современных...
Приводятся результаты исследования деформативно-прочностных характеристик бетона, изготовленного с применением геополимерного вяжущего на основе измельченного гранита с добавкой шлака. Установлено, что исследованный бетон может быть использован для п...
В работе приводятся результаты сравнительных исследований эффективности добавок для снижения воздухововлечения в тонкозернистых самоуплотняющихся бетонных смесях. Показано, что наиболее эффективна для снижения воздухосодержания добавка Пропанол Б 400...
В статье рассматривается устройство и методика испытаний силовых и энергетических характеристик трещиностойкости фиброцемента. Испытаниям подвергались образцы-балки, изготовленные из цементного теста нормальной густоты, армированные стальной проволоч...
В статье изложены причины и характер появления износа верхних слоев дорожного полотна на мостовых переходах. Раскрыто понятие «дорожная одежда», а также освещены основные составы для нанесения асфальтобетонных смесей на мостовые переходы. Сделан выво...
Исследовано влияние параметров состава бетонной смеси на ее удобоукладываемость, прочность бетонов, уплотненных под действием собственного веса и при виброуплотнении в различные сроки испытания. Установлены математические модели, описывающие влияние ...
В статье представлен химический анализ адгезивных материалов, используемых в производстве картона и гофрокартона. Рассмотрены способы модификации адгезивов, за счет введения различных видов добавок. Представлен механизм гидрофобизации адгезивов на ос...
Представлены результаты исследования механических свойств и трещиностойкости бетона на основе геополимерного вяжущего на базе измельченного отхода дробления гранитного щебня с добавкой гранулированного шлака. Показано, что увеличение в вяжущем добавк...
В статье рассмотрено явление сегрегации, оказывающее неблагоприятное воздействие на качество покрытия. В результате экспериментальных исследований был найден эффективный способ устранения сегрегации, как фракционной, так и температурной — метод беспр...
В статье представлены результаты исследований влияния комплексных добавок с пластифицирующим эффектом на основе поликарбоксилатов на свойства бетонной смеси и бетона. Дана сравнительная оценка эффективности различных добавок-модификаторов на поликарб...
В статье кратко рассматривается проблема повышения эффективности и качества дорожных покрытий, а так же актуальность проблемы обеспечения высоких эксплуатационных характеристик покрытия, которая подтолкнула учёных к разработке и внедрению современных...
Приводятся результаты исследования деформативно-прочностных характеристик бетона, изготовленного с применением геополимерного вяжущего на основе измельченного гранита с добавкой шлака. Установлено, что исследованный бетон может быть использован для п...
В работе приводятся результаты сравнительных исследований эффективности добавок для снижения воздухововлечения в тонкозернистых самоуплотняющихся бетонных смесях. Показано, что наиболее эффективна для снижения воздухосодержания добавка Пропанол Б 400...
В статье рассматривается устройство и методика испытаний силовых и энергетических характеристик трещиностойкости фиброцемента. Испытаниям подвергались образцы-балки, изготовленные из цементного теста нормальной густоты, армированные стальной проволоч...
В статье изложены причины и характер появления износа верхних слоев дорожного полотна на мостовых переходах. Раскрыто понятие «дорожная одежда», а также освещены основные составы для нанесения асфальтобетонных смесей на мостовые переходы. Сделан выво...
Исследовано влияние параметров состава бетонной смеси на ее удобоукладываемость, прочность бетонов, уплотненных под действием собственного веса и при виброуплотнении в различные сроки испытания. Установлены математические модели, описывающие влияние ...
В статье представлен химический анализ адгезивных материалов, используемых в производстве картона и гофрокартона. Рассмотрены способы модификации адгезивов, за счет введения различных видов добавок. Представлен механизм гидрофобизации адгезивов на ос...
Представлены результаты исследования механических свойств и трещиностойкости бетона на основе геополимерного вяжущего на базе измельченного отхода дробления гранитного щебня с добавкой гранулированного шлака. Показано, что увеличение в вяжущем добавк...