авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Технология производства асфальтобетонных сме­сей, оптимизированная по критерию прочностных свойств асфальтобетона

-- [ Страница 2 ] --

Первые сведения о применении дисперсной арматуры в составе асфаль­тобетонных смесей появились в 1953 г. Канадские специалисты использова­ли для этих целей асбестовые волокна. Было отмечено, что асфальтобето­ны из таких смесей обладают повышенной температурной устойчивостью и имеют лучшую пластичность при отрицательных температурах. В дальней­шем для дисперсного армирования асфальтобетонных смесей специалисты из различных стран использовали минеральные волокна, металлические волокна и большинство крупнотоннажных химических волокон (ацетатные, полиэфирные, полиамидные, полиолефиновые и др.) Проведенные исследо­вания показали, что дисперсное армирование существенно увеличивает ус-талостную прочность, прочность при растяжении при отрицательных темпе­ратурах, повышает прочность при сдвиге при положительных температурах. Анализ результатов этих исследований свидетельствует, что вопросы тех­нологии дисперсного армирования асфальтобетонных смесей недостаточно изучены. Следует отметить такие отрицательные моменты существующих технологий дисперсного армирования, как необходимость предварительной обработки дисперсной арматуры поверхностно - активными веществами для обеспечения хорошей адгезии нефтяного битума к поверхности воло­кон, невозможность использования многих видов отходов и побочных про­дуктов промышленности, содержащих полимерные материалы, для дисперс­ного армирования асфальтобетонных смесей, ограничения волокон дисперс­ной арматуры по длине, вызванные необходимостью обеспечения достаточ­ной однородности смеси. Многие технологии предусматривают введение коротких волокон дисперсной арматуры в нефтяной битум для улучшения условий их распределения в смеси; что может приводить к закупорке биту-мопроводов. Анализ существующих технологий улучшения свойств асфаль­тобетонов позволил установить также, что введение дисперсной арматуры в асфальтобетонные смеси не влияет на свойства битума в адсорбционном слое. Для улучшения свойств адсорбционных слоев битума в асфальтобе­тонную смесь целесообразно вводить материалы, содержащие высокомоле­кулярные смолы, например сланцевые фусы.

Анализ существующего опыта использования сланцевых вяжущих в до­рожном строительстве показывает, что до настоящего времени еще не опре­делены достаточно эффективные методы применения сланцевых фусов. Что касается минеральных составляющих, то они обычно рассматриваются как нежелательная часть сланцевого вяжущего, несмотря на то, что по зерново­му составу соответствуют требованиям ГОСТ 9128 к отходам промышлен­ности, используемым в качестве минерального порошка для приготовления асфальтобетонных смесей.

Содержание в фусах большого количества высокоактивных сланцевых смол тяжелых фракций и тонкодисперсных минеральных примесей создает реальные предпосылки их многоцелевого.использования при приготовлении асфальтобетонных смесей. Наличие в составе сланцевой смолы таких высо­коактивных компонентов как фенолы, карбоновые кислоты, может обеспе­чивать повышение адгезии органического вяжущего к поверхности мине­ральных материалов, а минеральные примеси способны полностью или час­тично заменить известняковый минеральный порошок.

Таким образом, в первой главе выполнен анализ существующих техноло­гий улучшения свойств асфальтобетонов, позволивший обосновать исполь­зование достигнутого уровня знаний, в том числе в смежных отраслях, при­менительно к технологии дисперсного армирования асфальтобетонных сме­сей и улучшению процессов структурообразования асфальтобетонных сме­сей путем использования отходов производства,.содержащих полимерные материалы и высокомолекулярные смолы. Критический анализ достигнуто­го, с учетом современных тенденций регулирования процессов структурооб-разования асфальтобетонов, позволил поставить цель и определить задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены вопросы структурообразования асфальто­
бетонных смесей, дисперсно армированных введением волокнообразующе-
го полимера в виде расплава или раствора, а также смесей, приготовленных
при двухстадийном введении органических вяжущих.

При дисперсном армировании асфальтобетонных смесей повышение прочностных характеристик и улучшение реологических параметров проис­ходит в результате формирования из волокон дисперсной арматуры объем­ных структур. Размеры и форма таких структур.(кластеров) определяют ха­рактеристики армируемых материалов. Поэтому вопрос о том, как зависят размер и форма прочностных структур от размеров, формы, ориентации и концентрации элементов дисперсной арматуры, имеет принципиальное зна­чение для изучения процессов структурообразования дисперсно армирован­ных асфальтобетонов. Полученные к настоящему времени результаты дают основания полагать, что адекватное описание зависимости прочностных и реологических характеристик асфальтобетонов от размеров, формы, ориен­тации и концентрации элементов дисперсной арматуры возможно на. основе понятий физики фракталов и теории перколяции.

Для исследования процессов структурообразования асфальтобетонов ин­терес представляет тот факт,что возникновение фракталов обнаружено при формовании структур из случайно расположенных элементов. Поэтому сле­дует сделать вывод, что при дисперсном армировании асфальтобетонных смесей армирующие элементы связываются в кластеры, обладающие фрак­тальной геометрией. Размеры максимального кластера Рmax зависят от объ­емной концентрации элементов n. Очень важной особенностью процесса

кластеризации является то, что имеется критическая концентрация nc эле­ментов такая, что при n -> nc размер максимального кластера стремится к бесконечности. Таким образом, при концентраций армирующих элементов меньше критической (n < nc ), отдельные фрактальные кластеры не связаны между собой в единую структуру. При этом дисперсно армированный ас­фальтобетон характеризуется неравнопрочностью. На тех участка, где образовались прочностные кластеры, асфальтобетон обладает повышенными прочностными характеристиками и реологическими параметрами. Эффект при этом достигнут быть не может, так как при разрушении соседних мало­прочных участков покрытия снижаются транспортно-эксплуатационные по­казатели всей дороги.

При концентрации дисперсной арматуры n, приближающейся к критиче­ской nc, происходит формирование единого кластера, охватывающего все пространство армирования. В "ячейках" этого кластера располагаются ко­нечные изолированные кластеры. Дальнейшее возрастание концентрации армирующих элементов приводит к уменьшению среднего размера "ячеек". Наибольший кластер, присоединяя к себе мелкие кластеры, все более плотно заполняет армируемое пространство. Проведенный анализ фрактальных свойств дисперсно армирующих структур позволяет сделать вывод, что наи­более оптимальным с точки зрения эффективности является использование армирующих добавок с концентрацией, незначительно превышающей кри­тическую. В этом случае нагрузка на покрытие, благодаря пространственной решетке из дисперсной арматуры, будет распределяться на больший объем слоя покрытия.

Следует отметить, что преимущественная пространственная ориентация армирующих элементов приводит к зависимости величины nc от направле­ния. При уплотнении дисперсно армированных асфальтобетонных смесей происходит частичная переориентация армирующих волокон. Под воздейст­вием уплотняющей нагрузки армирующие волокна в той или иной степени стремятся расположиться параллельно плоскости уплотнения, в результате чего может возникнуть анизотропия свойств асфальтобетона. Однако/ значе­ния ее не могут быть столь существенными, чтобы заметно уменьшить спо­собности системы противостоять сдвиговым напряжениям.

Для исследования процесса структурообразования использована модель, описывающая армирование асфальтобетонных смесей как формирование объемной структуры из одномерных отрезков в трехмерном пространстве. Минеральный материал представляется сферами. Такое решение является оправданным, поскольку позволяет численно реализовать модель и прово­дить имитационные эксперименты на персональных компьютерах. Компью­терное моделирование процесса формирования структур из волокон дис­персной арматуры позволило установить закономерности распределения кластеров по размерам (рис. 1) и по числу отрезков (рис.2).

При низких концентрациях велико количество небольших кластеров,
(рис.1, а; рис.2, а). С увеличением концентрации небольшие кластеры объе­
диняются в более крупные, (рис.1, б; рис.2, б). По достижении пороговой
концентрации пс в области моделирования формируется перколяционный
кластер, (рис.1, в; рис.2, в). При концентрациях выше пороговой меньшие
кластеры поглощаются перколяционным, (рис.1, г; рис.2, г). Таким образом,
для создания равнопрочного асфальтобетонного покрытия необходимо ко­
личество дисперсной арматуры, обеспечивающее наличие перколяционного
эффекта, что требует учета ее суммарной протяженности, которая зависит от
диаметра волокна, плотности и расхода волокнообразующего полимера,
размеров образующихся кластеров.

Существующие в настоящее время технологии дисперсного армирования асфальтобетонных смесей характеризуются наличием ряда существенных недостатков, основными среди которых является сложность в обеспечении хорошей адгезии битума с поверхностью дисперсной арматуры, невозмож­ность использования многих полимерных материалов, сложности подачи и дозирования дисперсной арматуры.

Недостатком существующей технологии следует признать также то, что при использовании кондиционных волокон существенно возрастают трудо­затраты, так как химические волокна, предназначенные для швейной про­мышленности, подвергается ряду обработок, ненужных для задач дорожного строительства. При производстве химических волокон полимер расплавля­ют, пропускают через, напорный и дозирующий насосы, фильтруют, формуют из него нити, пропускают их через обдувочную и сопроводитель­ную шахты, прядильные диски, производят вытяжку и термофиксацию, кру­чение и замасливание. Выполняются также текстильные операции: гофриро­вание и текстурирование. В том же случае, когда волокнообразующий поли­мер имеет низкую температуру плавления, после введения дисперсной ар­матуры в мешалку асфальтосмесительной установки происходит его плавление. При этом большинство вышеперечисленных операций оказыва­ются проделанными напрасно (пропуск через обдувочную и сопроводитель­ную шахты, замасливание, пропуск через прядильные диски, вытягивание, термофиксация, кручение, резка, гофрирование и текстурирование). Следо­вательно, неэффективно использована электроэнергия (на рас­плавление полимера и работу станков), непроизводительны трудовые затра­ты, износ оборудования и сооружений. Чтобы исключить вышеуказанные сложности дисперсного армирования асфальтобетонных смесей, нами предложено вводить волокнообразующий полимер через фильеры непо-средственно в мешалку асфальтосмесительной установка (рис.З).

 Распределение кластеров по-1

Рис. 1. Распределение кластеров по размерам. Концентрация отрезков: а -0.2 см -3 ; б-0.6 см -3; в - 0.8 см -3 ; г -1.0 см -3. Размер наибольшего кластера, а-24 мм; б-108 мм; в-179мм; г-180 мм

 Распределение кластеров по числу-2

Рис.2. Распределение кластеров по числу отрезков. Концентрация отрезков: а -0.2 см -3 ; б - 0.6 см-3 ; в-0.8 см-3 ; г -1.0 см-3. Число отрезков наибольшего кластера: а - 5; 6-54; в-381; г -780

 Принципиальная технологическая-3

Рис.3. Принципиальная технологическая схема приготовления дис­персно армированных асфальтобетонных смесей с введением волокнооб-разующего полимера в виде расплава: 1 - склад каменных материалов; 2 - бункера; 3 - питатель;4 - конвейер; 5 - сушильный барабан; 6 - горячий элеватор; 7 - виброгрохот; 8 - бункера для щебня и песка; 9 - бункер нега­баритного щебня; 10 - конвейер подачи и бункер минерального порошка; 11 - дозаторы и собирательная воронка; 12 - мешалка; 13 - дозатор биту­ма; 14 - установка для приготовления органических вяжущих; 15 - бун­кер для термопластичных полимеров; 16 - плавильная головка; 17-на­порный насос; 18-дозирующий насос; 19-фильтр;20-фильеры

Технология дисперсного армирования асфальтобетонных смесей путем введения расплава полимера непосредственно в смесительную установку имеет следующие преимущества:

а) в процессах структурообразования:

1. Создание в асфальтобетоне более совершенной пространственной ар­
мирующей решетки..

2. Улучшение адгезионной связи между химическими волокнами и плен­кой нефтяного битума.

3. Повышение надежности работы асфальтобетонных покрытий за счет создания более совершенной пространственной решетки дисперсной арма­туры

б) в процессах приготовления асфальтобетонных смесей: 1. Отсутствие ненужных (текстильных) операций в процессе приготовле­ния дисперсной арматуры.

2.Упрощение технологии подачи и дозирования дисперсной арматуры, повышение точности дозирования дисперсной арматуры при приготовлении асфальтобетонных смесей.

3.Обеспечение возможности использования в качестве дисперсной арматуры любых отходов из термопластичных полимеров и полимеров, растворимых в органических растворителях, в том числе промышленных отходов, бытовых и пр.

4.Снижение экологической напряжённости за счёт утилизации полимер-содержащих бытовых и промышленных отходов и побочных продуктов.

Основным структурообразующим элементом асфальтобетона независимо от того, содержит он дисперсную арматуру или нет, является органическое вяжущее. Дисперсное армирование, существенно улучшая весь комплекс свойств асфальтобетонов, практически не влияет на свойства битумных пленок, характеристики которых имеют определяющее значение в процессах старения асфальтобетонов. Исследованиями Л.Б.Гезенцвея, В.М.Смирнова, И.М.Борща, Л.C.Терлецкой, установлено, что при взаимодействии битума с неактивированными тонкопористыми минеральными материалами имеет место явление избирательной фильтрации компонентов битума в поры и капилляры. В глубь минерального материала проникают наименее вязкие компоненты битума - масла. Мелкие поры заполняют смолы. На поверхности минерального материала адсорбируются асфальтены. Профессор Л.Б.Гезенцвей отмечал, что "...изменения компонентного состава приповерхностных слоев битума представляет собой одну из форм интенсивного старения битума, характерную для битумоминеральных композиций...".Следовательно, одним из путей снижения интенсивности старения асфальтобетонов является предотвращение избирательной фильтрации компонентов неф­тяного битума.

Процесс избирательной фильтрации компонентов нефтяного битума в поры и капилляры минеральных материалов может быть ограничен, или во­все прекращен при использовании двухстадийной технологии введения органических вяжущих в процессе приготовления асфальтобетонных смесей. Эта технология предполагает последовательную обработку минеральных материалов двумя типами вяжущих: на первой стадии вяжущим, имеющим высокую адгезию к поверхности минеральных материалов: на второй стадии - вяжущим, обеспечивающим хорошую когезию. На первой стадии необхо­димо использовать органические вяжущие, содержащие в своем составе вы­сокоактивные компоненты. Эти компоненты, вступая в химическое взаимо­действие с поверхностью минерального материала, обеспечивают наличие хемосорбционных связей с образованием водонерастворимьгх соединений на поверхности минерального материала. Кроме того, в процессе избиратель­ной фильтрации активные компоненты проникают по порам и капиллярам внутрь минерального материала, взаимодействуя с поверхностью пор и ка-

пилляров. В результате этих процессов происходит кольматация пор и капилляров минерального материала компонентами вяжущего, используемого
на первой стадии. На второй стадии производится обработка полученной
органоминеральной смеси нефтяным битумом.. При этом процесс избирательной фильтрации компонентов нефтяного битума в поры и капилляры минерального материала не будет иметь места, так как поры и капилляры уже заполнены компонентами органического вяжущего на первой стадии. Следовательно, адсорбционные слои нефтяного битума на.поверхности минеральных материалов не будут обедняться низкомолекулярными фракциями, что положительно скажется на их эластичности при отрицательных температурах. За счет этого повысится трещиностойкость асфальтобетонных смесей и их долговечность, что особенно важно при эксплуатации покрытий в условиях Сибири. На этой стадии следует использовать нефтяной дорожный битум. На первой же стадии целесообразно использовать высокоактивные органические вяжущие, причем такие, которые позволили бы экономить дорогостоящий нефтяной битум. К таким материалам относятся высокотоннажные отходы и побочные продукты нефтеперерабатывающей, коксохимической и сланцеперерабатывающей промышленностей. Однако, в силу вышеуказанных причин, наибольший интерес представляют сланцевые фусы. Дополнительным аргументом в пользу использования сланцевых фусов на первой стадии является то, что они содержат в своем составе высокоактивную сланцевую смолу.

Анализ состава сланцевых фусов свидетельствует, что они состоят из
двух основных компонентов: высокоактивной сланцевой смолы и тонкодисперсных минеральных примесей.

В зависимости от зольности, сланцевые фусы содержат различное коли­чество минеральных примесей. Это позволяет предположить, что при ис­пользовании сланцевых фусов для приготовления асфальтобетонных смесей, минеральные примеси могут полностью или частично заменять минераль­ный порошок.

Состав сланцевых фусов позволяет сделать предположение о том, что их введение в асфальтобетонные смеси будет способствовать повышению каче­ства и снижению стоимости последних. Органическая часть фусов - сланцевая смола - за счёт высокоактивных компонентов будет обеспечивать увеличение адгезии вяжущего и улучшение структуры адсорбционно-сольватных оболочек нефтяного битума, а минеральная часть - выполнять роль активированного заполнителя. При этом предполагается возможным снизить расход основного вяжущего - вязкого нефтяного битума, а также исключить или существенно уменьшить расход минерального порошка.

Исследование состава минеральной части тяжелых сланцевых фусов по методу рассева в среде растворителя показывает, что они удовлетворяют требованиям Г ОСТ 9128, предъявляемым к порошкообразным отходам про-

мышленности, которые используются в качестве минерального порошка.
Это подтверждает правильность высказанного предположения о возможности использования твердой части сланцевых фусов в качестве минерального порошка для приготовления асфальтобетонных смесей. Чем больше содержится в фусах твердых частиц, тем лучше, поскольку будет уменьшаться потребность в заполнителе. Следует подчеркнуть, что минеральные частицы фусов пропитаны сланцевой смолой. Следовательно, они не требуют дополнительной активации.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.