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:   || 2 | 3 |

Технология долговечных композиционных разметочных материалов на полимерной основе

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ВОЗНЫЙ Сергей Иванович

ТЕХНОЛОГИЯ ДОЛГОВЕЧНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ РАЗМЕТОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ПОЛИМЕРНОЙ ОСНОВЕ

05.17.06 – Технология и переработка полимеров и композитов

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов – 2012

Работа выполнена на кафедре «Материаловедение» Энгельсского технологического института (филиал) в ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Артеменко Александр Александрович

Официальные оппоненты - Решетов Вячеслав Александрович,

доктор технических наук, профессор,

ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный

университет имени Н.Г.Чернышевского»,

профессор кафедры физической химии

Арзамасцев Сергей Владимирович,

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный техниче-ский университет имени Гагарина Ю.А.»,

доцент кафедры химической технологии

Ведущая организация - Федеральное государственное унитарное предприятие «Российский дорожный научно-исследовательский институт «РОСДОРНИИ»,

г. Москва

Защита состоится «6» апреля 2012 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д212.242.09 при ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77., ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.».

Автореферат разослан «____» марта 2012 г.

Автореферат размещен на сайте ВАК «____» марта 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета В.В. Ефанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В настоящее время дорожная разметка является эффективным средством организации движения транспортных средств, способствующим повышению безопасности дорожного движения, снижению количества дорожно-транспортных происшествий и уменьшению их последствий, увеличению скоростей движения и пропускной способности автомобильных дорог. По данным ООН, наличие разметки на дорожном покрытии позволяет снизить количество дорожно-транспортных происшествий почти на 20%.

Одним из приоритетных направлений развития химии и технологических процессов в области дорожно-строительных материалов является производство разметочных материалов на основе полимеров.

Свойства разметки и срок ее службы во многом определяются качеством используемых разметочных материалов и технологией их нанесения. Применяемые материалы во многих случаях не обладают требуемыми функционально-эксплуатационными свойствами, вследствие этого они либо плохо видны в темное время суток, либо быстро изнашиваются, в результате чего разметка на автомобильной дороге практически отсутствует в течение нормативного срока эксплуатации. Необходимо, чтобы разметка не только была нанесена на дорожное покрытие, но и обладала качествами, позволяю-щими сохранять ее свойства в самых различных условиях эксплуатации.

Такая задача может быть решена на основе составления и управления рецептурами и технологическими процессами производства разметочных мате-риалов. Применение полимеров обеспечивает требуемые показатели одно-родности и долговечности разметки как композиционного материала, соот-ветствие требованиям нормативных документов. Поэтому задача выбора и управления рецептурами материалов для разметки, обеспечивающих высокие эксплуатационные качества и снижение аварийности на автомобильных дорогах, разработка методов научного сопровождения их производства являются актуальными.

Работа выполнялась в рамках Подпрограммы «Автомобильные дороги» Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России на 2002-2010 годы».

Цель работы: разработка технологии долговечных полимерных композиционных материалов на основе термопластов для дорожной разметки, адаптированных к условиям применения.

Для достижения поставленной цели в задачи исследований входило:

- изучение процессов физико-химического взаимодействия между термопластом и поверхностью асфальтобетона с различной степенью износа;

- определение основных факторов, влияющих на срок службы дорожной разметки из термопластов;

- установление зависимости эксплуатационных свойств термопласта от природы и количества модифицирующих добавок - синтетических восков, присутствующих на рынке Российской Федерации; выбор из их числа наиболее эффективных и экономически выгодных марок;

- разработка рекомендаций по оптимизации рецептур разметочных термопластов.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

Проведен анализ механизма взаимодействия в термодинамической системе «композиционный термопластичный материал разметки – асфаль-тобетонное покрытие», рассмотрены особенности процессов смачивания, химического и физического взаимодействия в динамических условиях.

Установлено, что состояние поверхности, гранулометрический состав асфальтобетона, шероховатость и пористость его гидрофильных компонентов оказывают существенное влияние на адгезию термопласта к асфальтобетону. Доказано наличие адсорбции расплава термопласта в поры и микротрещины минеральных материалов, образование химических связей между полимерной частью термопласта и близкими по строению компонентами битума.

Установлено доминирующее влияние характеристик ингредиентов на функциональную устойчивость дорожной разметки.

Показано, что регулирование концентрации технического воска и гранулометрического состава наполнителей в композиции позволяет обеспечить повышение технологичности и срока службы дорожной разметки.

Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты исследований процессов взаимодействия термопласта и асфальтобетона с различной топографией поверхности дорожного покрытия;

- методы направленного регулирования рецептуры и режимов нанесения термопласта на асфальтобетонное покрытие в зависимости от состояния поверхности последнего;

- результаты модификации термопластов добавками синтетических восков, обеспечивающие повышение функциональных характеристик дорожной разметки;

- новые рецептуры долговечных разметочных термопластов, позволяющие формировать их функционально-эксплуатационные характеристики в зависи-мости от дорожно-климатических условий автомобильной дороги, состава и интенсивности движения.

Практическая значимость работы: В результате работы определены требования к долговечным термопластам для дорожной разметки; выполнен подбор ингредиентов композиций (связующих, технологических добавок); проведены комплексные испытания экспериментальных составов. На осно-вании полученных результатов разработана нормативно-техническая докумен-тация (технические условия, технологические регламенты).

Выпущены опытные партии долговечных термопластов, которые испытаны в натурных условиях и внедрены на федеральной и территориальной сети автомобильных дорог.

Достоверность научных положений и результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается хорошим согласованием результатов теоретических исследований с результатами практических и эксперименталь-ных работ, соответствием методических подходов в близких и смежных отрас-лях науки и техники. Работа выполнена с применением комплекса современ-ных взаимодополняющих независимых методов исследований, а также стан-дартных методов испытаний.

Апробация результатов работы. Основные научные положения и результаты работ докладывались и получили одобрение на Всероссийском научно-техническом семинаре «Совершенствование конструктивно-технологи-ческих решений при строительстве мостовых сооружений» (Саратов, 2005), Международной научно-практической конференции «Разметка автомобильных дорог: инновации, техника, оборудование и материалы» (Саратов, 2007), на круглом столе «Применение инноваций в строительстве, ремонте и содержании конструкционных элементов мостовых сооружений (Санкт-Петербург, 2009), Всероссийской научно-практической конференции «Приме-нение прогрессивных технических решений при строительстве автомобильных дорог» (Саратов, 2010), научно-технических конференциях Саратовского государственного технического университета, заседаниях научно-технического совета Саратовского комплексного дорожного отдела ФГУП «РОСДОРНИИ», кафедр «Мосты и транспортные сооружения» и «Строительство дорог и организация движения», кафедры «Материаловедение» Энгельсского технологического института СГТУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 монография, получено 2 патента на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методической части и четырех глав с результатами эксперимента, общих выводов и списка использованной литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель исследований, приведены основные положения, выносимые на защиту, дан краткий обзор содержания диссертации по главам.

В первой главе проведен аналитический обзор состояния производства и применения композиционных материалов для дорожной разметки.

Рассмотрены приоритетные технологии получения долговечных разметоч-ных материалов на полимерной основе.

Во второй главе приведены результаты изучения объектов, методов и методик исследования. Объектами исследования служили: термопластичный материал для разметки типа «Кратер-1»; канифольные смолы на основе пентаэритритового глицеринового эфиров канифоли; синтетические воски марок ПВ-200, FA-1, BS-100, РР-230, РЕ-520, AR-504, РЕ-890; битум марки БНД 60/90, минеральные ингредиенты, пластификаторы.

Свойства образцов термопласта оценивались по основным эксплуатацион-ным и технологическим показателям: адгезии к асфальтобетону, прочности при сжатии, температуре размягчения, скорости течения расплава, липкости при повышенной температуре.

В третьей главе изучены процессы взаимодействия термопластичного разметочного материала с поверхностью асфальтобетона.

Процессы, происходящие на границе между асфальтобетоном и термопластом при нанесении разметки, изучались в рамках трех моделей взаимодействия, характерных для реальных условий эксплуатации дорожного покрытия (рис.1).

Рис.1. Варианты нанесения дорожной разметки на асфальтобетонное дорожное покрытие с различной степенью износа

Эксплуатационное состояние А – дорожная разметка наносится на свежеуложенное асфальтобетонное дорожное покрытие, при этом термопласт взаимодействует в основном с битумом, который покрывает сплошной пленкой минеральные компоненты покрытия. Параметр макрошероховатости поверхности, определяемый как среднеквадратическое отклонение разноглубинности, оценивается как Rср 2 мм.

Эксплуатационное состояние Б – дорожная разметка наносится на асфальтобетонное покрытие, которое под воздействием климатических и эксплуатационных факторов частично состарилось. В этом случае поверхностный слой битума отчасти утрачен, и термопласт разметки взаимодействует уже с системой «битум – минеральный наполнитель», Rср 3 мм.

Эксплуатационное состояние В – дорожная разметка наносится на сильно изношенное асфальтобетонное покрытие, которое в поверхностном слое характеризуется практически полным отсутствием битума, а термопласт взаимодействует в основном с минеральными компонентами, Rср 5 мм.

Базовый состав термопласта для исследований представляет собой композиционный материал, состоящий из нескольких компонентов, обеспечивающих функциональные характеристики (табл.1).

Таблица 1

Базовый состав термопласта для дорожной разметки типа «Кратер-1»

Компонент % масс Назначение
Углеводородная смола или канифольная смола «Пентанокс» 22-25 Связующее
Диоктилфталат (ДОФ) 2,5-3 Пластификатор
Стирол-изопрен-стирол блоксополимер (SIS) 1-1,5 Модификатор адгезии к асфальтобетону
Воск полиэтиленовый ПВ-200 0,5-2 Модификатор
TiO2 8-10 Пигмент-наполнитель
Стеариновая кислота C18H36O2 1,2-1,5 Мягчитель
Стеклянные микрошарики 25-30 Световозвращающий эффект
Кварцевый песок, мел, кальцит Остальное Наполнитель

При нанесении термопласта на поверхность асфальтобетона смачивание осуществляется натеканием объемного слоя (фронта) термопласта под действием рабочего органа маркировочной машины. Шероховатость, пористость, различные виды загрязнения создают энергетические барьеры сопротивления смачиванию и растеканию. На эффективность смачивания оказывает влияние и процесс быстрого повышения вязкости термопласта () при охлаждении на воздухе (рис.2).

Рис. 2. Зависимость вязкости расплава термопласта от температуры

Кроме того, при смачивании неоднородных, пористых или шероховатых поверхностей происходит запирание пузырьков воздуха в неровностях. По этим причинам наблюдается различная прочность адгезионного соединения термопласта с асфальтобетонным покрытием в зависимости от характеристик поверхности последнего (табл.2).

Отмечено, что наиболее прочное сцепление термопласта с асфальтобе-тонным покрытием происходит при нанесении разметки на частично состаренный асфальтобетон.

Таблица 2

Прочность адгезионного соединения термопласта с асфальтобетонным дорожным покрытием

Характеристика поверхности асфальтобетонного дорожного покрытия Прочность на отрыв, МПа
Эксплуатационное состояние А 8-10
Эксплуатационное состояние Б 9-12
Эксплуатационное состояние В 5-8

Поверхность асфальтобетонного покрытия в этом случае представляет собой мозаичную дифильную структуру, состоящую из гидрофильных (минеральных материалов) и гидрофобных (битум) участков. Соответственно можно выделить два механизма адгезии термопласта к асфальтобетону.

Смещение одного из пиков дуплекса связи С=O при 1731 см-1 циклических соединениях пентаэритритового и глицеринового эфиров канифоли до 1738 см-1 позволяет сделать предположение о взаимодействии поляризованного атома кислорода сложных ароматических эфиров с атомом водорода ОН-группы асфальтеновых кислот с образованием водородной связи. Это, в частности, подтверждается, смещением пика колебаний связанных OH-групп с 3433 см-1 в битуме до 3415 см-1 в композиционном материале (рис.3).

 Данные ИКС: 1 – термопластичный-0

Рис. 3. Данные ИКС: 1 – термопластичный материал «Кратер - 1»; 2 – битум;

3 – композиционный материал на их основе.

Адгезии на границе раздела «минеральная поверхность – термопласт» способствует проникновение расплава термопласта в поры и микротрещины минеральных материалов в процессе нанесения разметки. Адсорбированный термопласт подобно анкерам удерживает пленку на поверхности зерен минеральных материалов.

Таким образом, благодаря физико-химическим взаимодействиям расплавов термопласта и битума, а также термопласта с поверхностью минерального наполнителя образуется прочный контакт на поверхности раздела «термопласт – асфальтобетон». Отрыв сформировавшейся пленки термопласта на границе раздела с поверхностью асфальтобетона имеет когезионный характер, что подтверждается данными оптической микроскопии (рис.4).

 а - Вид поверхности-1  а - Вид поверхности асфальтобетона-2
Рис.4.а - Вид поверхности асфальтобетона после отрыва термопласта; Рис.4.б - Вид внутренней поверхности термопласта после отрыва от асфальтобетона


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 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.