авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< 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

Цветные полимербетоны на модифицированной каучуком и вторичным полиэтиленом нефтеполимерной смоле

На правах рукописи

Черных Дмитрий Сергеевич ЦВЕТНЫЕ ПОЛИМЕРБЕТОНЫ НА МОДИФИЦИРОВАННОЙ КАУЧУКОМ И ВТОРИЧНЫМ ПОЛИЭТИЛЕНОМ НЕФТЕПОЛИМЕРНОЙ СМОЛЕ Специальность 05.23.05 – Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону 2013 2

Работа выполнена на кафедре «Автомобильные дороги» в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный строительный университет».

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Илиополов Сергей Константинович

Официальные оппоненты: Ядыкина Валентина Васильевна, доктор технических наук, профессор, Белгородский государственный техноло гический университет им. В.Г. Шухова, профессор каф. «Автомобильные и же лезные дороги» Юндин Александр Николаевич, кандидат технических наук, профессор, Ростовский государственный строитель ный университет, профессор каф.

«Строительные материалы»

Ведущая организация: ОАО Дорожный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт «ГИПРОДОРНИИ» (Северо-Кавказский филиал)

Защита диссертации состоится «23» мая 2013 г. в 10 часов в ауд. 232 на заседании диссертационного совета Д 212.207.02 в Ростовском государст венном строительном университете по адресу: 344022, г. Ростов-на-Дону, ул.Социалистическая,162,т/ф 8(863)201-91-65,E-mail: dis_sovet_rgsu@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Рос товский государственный строительный университет».

Автореферат разослан «22» апреля 2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета Налимова А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Цветной полимер- или пластбетон находит все более широкое применение в мировом градостроительстве и при сооружении автомагистралей не только благодаря своим внешне весьма привлекательным характеристикам, но и в результате ценных потребитель ских и функциональных качеств. В первую очередь это вымощенные цвет ным полимербетоном площади и улицы, которые делают выразительнее кра соту памятников архитектуры (дворцов, музеев, скульптурных композиций), кроме того, такие покрытия являются действенным инструментом для обес печения безопасности дорожного движения. Цветные покрытия используют для зонирования территорий промышленных предприятий, устройства спор тивных площадок, полов в складских и заводских помещениях. Такие по крытия не дают «потеряться» остановкам общественного транспорта, пар ковкам, велосипедным дорожкам, пешеходным зонам, помогают ориентиро ваться на современных многоуровневых с множеством развязок автостра дах, структурируют площадки автозаправочных станций. Этот материал де лает более эффективным освещение в тоннелях и на эстакадах, позволяет легче «читать» дорожную разметку. Цветной полимербетон облегчает нави гацию по рулежным дорожкам и взлетно-посадочным полосам аэродромов, территориям морских портов и грузовых терминалов.

В нашей стране созданию цветных покрытий ранее не уделялось долж ного внимания, оно имело эпизодический характер и на сегодняшний день ограничивается применением дорогостоящих зарубежных материалов и технологий.

В настоящее время среди материалов, используемых для цветных покрытий, лидирующее положение занимают цементобетоны. Это обусловлено быстрым освоением технологий производства тротуарной плитки и относительной просто той придания цементобетону нужного цвета. Однако цементобетон имеет ряд существенных недостатков, таких как низкая морозостойкость, неоднородность окраски, скользкость, большая трудоемкость, преимущественное использова ние ручного труда, также его использование приводит к тому, что покрытие из асфальтобетона прерывается небольшими, плохо сочетающимися с ним участка ми из цветной тротуарной плитки.

Широкое и многоцелевое применение цветных покрытий возможно лишь на основе использования материалов, отвечающим требованиям, предъявляемым к нежестким покрытиям, т.е. к асфальтобетонам. Такие ма териалы могут быть получены за счёт применения в них термопластичных вяжущих, близких по своим свойствам к битумам, но обладающих светлой окраской дающей возможностью окрашивать их в различные цвета за счет введения пигментов.

Поэтому разработка такого полезного и практичного материала, как цветной полимербетон, является задачей важной и актуальной.

Цель диссертационной работы: разработка комплексного полимерно го вяжущего на основе нефтеполимерной смолы, модифицированной каучу ком и вторичным полиэтиленом, с требуемыми реологическими свойствами и долговечных, трещиностойких цветных полимербетонов, с требуемыми физико-механическими характеристиками.

Для достижения поставленной в работе цели были решены следующие задачи:

- теоретически обоснован и экспериментально подтвержден выбор компонентов комплексного полимерного вяжущего (КПВ) для получения цветного полимербетона;

- выявлены механизмы воздействия на свойства разработанного вя жущего;

- исследованы процессы структурообразования в комплексном поли мерном вяжущем и полимербетоне на его основе, а также динамика их ста рения;

-разработаны составы цветных полимербетонов и исследованы их те пло-, морозо-, водо- и трещиностойкость;

- установлена экономическая целесообразность использования цвет ных полимербетонов на основе КПВ;



- проведена опытно-производственная проверка полученных полимер бетонных смесей;

- разработаны технические рекомендации по приготовлению цветных полимербетонных смесей на основе комплексного полимерного вяжущего и устройству цветного покрытия.

Объект исследования – комплексное полимерное вяжущее (КПВ) и цветные полимербетоны на его основе.

Предмет исследования – получение комплексного полимерного вя жущего и цветных полимербетонов с требуемыми физико-механическими, технологическими и эксплуатационными свойствами.

Научная новизна:

- теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возмож ность получения вяжущего для цветных полимербетонов, обладающего тре буемым комплексом реологических свойств, с использованием каучуко полиолефиновых компонентов, нефтеполимерной смолы и пластифици рующего компонента;

- выявлен механизм воздействия каучука и вторичного полиэтилена на процессы структурообразования и физико-механические свойства разрабо танного вяжущего и полимербетонов на его основе;

- получен новый цветной полимербетон для устройства покрытий с вы сокой прочностью, трещиностойкостью, устойчивый к колееобразованию и процессам старения;

- установлено усиливающее влияние полиэтилена и пигмента на физи ко-механические свойства цветных полимербетонов, а также положительное влияние каучука на трещиностойкость полимербетона;

- исследованиями установлена ингибирующая роль каучука и полиэти лена в процессе старения разработанного вяжущего и цветных полимербе тонов.

На защиту выносятся:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований по раз работке комплексного полимерного вяжущего (КПВ) и цветных полимербе тонов на его основе;

- полученные зависимости свойств комплексного полимерного вяжу щего от количественного содержания его компонентов;

- результаты моделирования и прогнозирования физико-механических свойств цветного полимербетона в зависимости от содержания каучука и полиэтилена в составе комплексного полимерного вяжущего;

- экономическая целесообразность использования разработанного вя жущего в производстве цветных полимербетонов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и ре комендаций, содержащихся в работе, подтверждена сходимостью результа тов параллельных испытаний, соответствием результатов лабораторных и опытно-производственных работ, выполненных с использованием совре менных поверенных приборов, оборудования и методов испытаний, в том числе экспериментально-статистических методов математического плани рования эксперимента и теории математической статистики.

Практическое значение работы:

- разработан состав и технология получения комплексного полимерно го вяжущего (КПВ), а также показана возможность направленного регули рования его свойств путем варьирования содержания исходных компонен тов;

- теоретически обоснована и экспериментально подтверждена воз можность получения цветных полимербетонов на основе КПВ с показателя ми физико-механических свойств, не уступающих традиционным асфальто бетонам;

- получены экспериментально-статистические модели изменений свойств полимербетона в зависимости от состава вяжущего;

- установлены технологические режимы приготовления и требования к показателям качества цветного полимербетона на основе КПВ;

- по результатам проведенных исследований получены патенты РФ: № 2340641 от 10 декабря 2008г., № 2426754 от 20 августа 2011 г., № от 10 мая 2011 г., № 2447035 от 10 апреля 2012г.





Апробация результатов исследования. Основные положения диссер тационной работы доложены и обсуждались на международных научно практических конференциях Ростовского государственного строительного университета (Строительство 2007 – 2012 гг.).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отраже ны в 22 публикациях, включая 4 в ведущих рецензируемых научных журна лах рекомендуемых ВАК, и 4 патента.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка используемой литературы из 172 наименований, в том числе на иностранных языках, 4 приложений.

Работа изложена на 173 страницах машинописного текста, содержит 41 таб лицу и 25 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели, научная новизна, практическая значимость работы, а также приведены сведения об апробации.

В первой главе проведен анализ опыта применения цветных асфаль то- и полимербетонов в отечественной и мировой практике дорожного строительства. Показаны достоинства и недостатки различных видов поли мербетонов. Наибольшую известность в этой области получили работы Г.К.

Сюньи, В.Д. Ставицкого, О.В. Хозинской, С.М. Багдасарова, Р.Б. Гуна, Р.К.

Мулладжанова, Д.В. Золотарева и др.

На основании анализа литературных сведений показано, что высокая долговечность полимербетонов может быть обеспечена в случае, если они по физико-механическим свойствам будут подобны традиционным асфальтобето нам;

придание цветному полимербетону насыщенной окраски может быть обес печено за счет использования каменных материалов близких по цвету к приме няемым минеральным пигментам;

лучшими вяжущими для цветных полимербе тонов являются осветленные битумы, высокие показатели свойств которых мо гут быть обеспечены модификацией полимерами.

Рассмотрено влияние полимерных модификаторов на структуру и свойства асфальтобетонов и битумов. Установлен характер воздействия на битум и асфальтобетон полимеров различных групп. Отмечается, что высо кая сдвигоустойчивость достигается при применении термопластов, в то время как эластомеры и термоэластопласты значительно повышают трещи ностойкость. Показано, что улучшение важнейших свойств битумных вя жущих при минимальных затратах можно достичь за счет комплексного применения термопластов и эластомеров с максимальным использованием вторичного сырья.

Вышеизложенное позволило сформулировать рабочую гипотезу: по лучение цветных полимербетонов с физико-механическими свойствами, аналогичными традиционным асфальтобетонам, возможно за счет примене ния комплексного полимерного вяжущего, сочетающего в себе преимуще ства термопластов и эластомеров.

Во второй главе рассмотрены теоретические предпосылки получения комплексного полимерного вяжущего (КПВ) путем компаундирования его исходных компонентов. Определен наиболее рациональный компонентный состав разрабатываемого вяжущего для цветных полимербетонов из числа возможных и доступных вариантов полимерных соединений, имеющих светлую окраску. Такой состав включает полибутадиеновый каучук СКД и вторичный полиэтилен (ПЭ) совместно с нефтеполимерной смолой пиро пласт-2К (НПС) и пластификатором - индустриальным маслом (ИМ).

Рассмотренные особенности состава, структуры и свойств выбранных компонентов для КПВ позволяют считать, что вяжущее, приготовленное на их основе, благодаря образованию свойственной полимерам пространствен ной структурной сетки, будет отличаться технологичностью, необходимыми реологическими свойствами (вязкостью, теплоустойчивостью и трещино стойкостью) и когезией. Использование пиропласт-2К в составе вяжущего должно способствовать повышению его адгезионных свойств по отношению к минеральным материалам, а также технологичности при объединении с каучуком и полиэтиленом.

Установлена усиливающая и структурирующая роль минеральных пиг ментов в цветных полимербетонах.

В третьей главе представлены характеристики применяемых материа лов, изложены методы экспериментальных исследований, приведены ре зультаты экспериментальных исследований по разработке составов и техно логии приготовления КПВ и цветных полимербетонов на его основе.

В работе использовались минеральные материалы кислого характера:

красный гранитный щебень фр. 5-10 мм, соответствующий марке по проч ности 1200, отсев дробления, активированный минеральный порошок, ок рашивающие минеральные пигменты (окись хрома -зеленый, железо оксидный красный, железооксидный желтый FeO(OH)) и КПВ, пред ставляющее собой термопластичное полимерное вещество светлого цвета, прозрачное в тонкой пленке, приготовленное путем механического смеше ния НПС пиропласт – 2К, индустриального масла марки И-40, вторичного полиэтилена и полибутадиенового каучука СКД (марка II).

В соответствии с целью работы, важнейшей задачей является разра ботка светлого вяжущего для цветного полимербетона. Для получения дол говечного бетона необходимо, чтобы свойства КПВ были близки к требова ниям для дорожных битумов.

Приготовление комплексного полимерного вяжущего (КПВ) в лабора торных условиях производилось путем механического перемешивания ис ходных компонентов в лабораторной лопастной мешалке для приготовления полимерно-битумных вяжущих, со скоростью вращения вала 1490 об/мин.

Приготовление КПВ в среднем занимает 80 минут, этого достаточно, чтобы добиться необходимой однородности для всех вариантов состава вяжущего.

Для установления влияния компонентов КПВ на его свойства и выбо ра оптимальных соотношений компонентов при разработке вяжущего со держание каучука и полиолефина находилось в пределах 0 – 12 % каждого из них сверх 100 % от суммарного содержания нефтеполимерной смолы и индустриального масла, при постоянном соотношении между которыми НПС: ИМ как 70: 30;

такое соотношение было определено опытным путем и связано с технологическими причинами производства КПВ. Каучук вводил ся в смесь в количестве 0, 6, 9 и 12 %, а полиэтилен - 0, 3, 6, 9 и 12 %. На ри сунке 1 представлены зависимости показателей свойств полученных соста вов вяжущего от содержания каучука и полиэтилена.

В результате проведенных исследований установлено, что благодаря добавке полиэтилена повышается температура размягчения КПВ, чего не удалось добиться увеличением содержания пиропласт-2К и каучука. Также полиэтилен положительно влияет на устойчивость полимербетона к воздей ствию высоких летних температур и, как следствие, улучшаются такие ха рактеристики полимербетона, как сдвигоустойчивость и пределы прочности при 50С и 20С.

Полученные вяжущие для цветных полимербетонов обладают эла стичностью. Этот показатель в исследуемых составах повышается с ростом концентрации каучука, за счет его способности формировать в вяжущем по лимерную структурную сетку. Ввиду высоких температур размягчения и пониженных температур хрупкости полученное вяжущее имеет повышен ный интервал пластичности (рис. 1 е).

По показателям свойств разработанных составов для дальнейшего ис следования и приготовления цветного полимербетона был выбран вариант вяжущего, соответствующего, в основном, по физико-механическим показа телям битумному вяжущему марки БНД 90/130 (см. рис. 1 а - е).

а б Растяжимость при 25С, см Глубина проникания иглы 270 250 0,1мм, при 25С 200 242 167 150 135 124 149 100 99 48 120 50 85 0 0 5 10 0 5 10 Содержание полиэтилена, % Содержание полиэтилена, % 0%каучука 6%каучука 9%каучука 0%каучука 6%каучука 9%каучука в г Температура размягчения, 140 117 120 -5 -8 - - Температура хрупкости, С 86 -10 - - 100 -15 - 80 -20 - 72 64 - С 63 58 - 60 36 - 53 49 -30 - 45 40 - 60 - 34 30 53 - - 20 42 - - - - 0 28 0 5 10 0 5 10 Содержание полиэтилена % Содержание полиэтилена, % 0%каучука 6%каучука 0%каучука 6%каучука 9%каучука 12%каучука 9%каучука д е Интервал пластичности 75 Эластичность, % 70 70 80 65 65 60 60 61 55 56 40 63 50 51 50 20 40 46 0 5 10 15 0 5 10 Содержание полиэтилена, % Содержание полиэтилена, % 6%каучука 9%каучука 12%каучука 0%каучука 6%каучука 9%каучука Рисунок 1. Зависимость физико-механических показателей КПВ для цветных полимербетонов от содержания каучука и полиэтилена:

а – глубины проникания иглы;

б – растяжимости;

в – температуры размягчения;

г температуры хрупкости;

д – эластичности;

е – интервала пластичности.

Этот состав содержал 6% полиэтилена и 9 % каучуковой добавки сверх % нефтеполимерной смолы и индустриального масла (70 % НПС и 30 % ИМ). Глубина проникания иглы выбранного состава составила 1200,1 мм при 25°С, растяжимость - 61 см при 25 °С, температура размягчения - 53 0С и хрупкости минус 40 0С, эластичность – 61% и интервал пластичности - С.

Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что варьиро вание составом КПВ позволяет направленно регулировать свойства вяжуще го, задавая их в зависимости от условий применения и климатических усло вий района строительства.

Влияние процесса старения на свойства разработанного КПВ исследо вали по американской методике TFOT (Thin Film Oven Test) согласно стан дарту ASTM D 1754. Эксперимент проводился в течение 6 часов при темпе ратуре 1620С на КПВ и битуме БНД 90/130. Проведенные исследования по зволили выявить изменения свойств КПВ и битума БНД 90/130 в результате процессов старения. Для более объективной оценки влияния процесса ста рения на свойства КПВ использовались коэффициенты, введенные в работе Н.Б. Урьева при исследовании процессов старения модифицированных би тумных вяжущих.

Значения приведенных коэффициентов старения КПВ и БНД 90/130 го ворит о том, что выбранный состав вяжущего с содержанием каучука 9% и полиэтилена 6% устойчив к термоокислительному воздействию и не уступа ет дорожному битуму, а увеличение каучука и полиэтилена приводит к за медлению процесса старения, происходящего в КПВ, но полностью не ис ключает его.

С целью установления фазового состава и процессов структурообра зования, происходящих при приготовлении комплексного полимерного вя жущего, в настоящей работе были проведены исследования ИК-спектров исходных компонентов и конечного продукта. Образование каких-либо но вых полос поглощения в ИК - спектре разработанного вяжущего, соответст вующих новообразованиям между компонентами смеси, не наблюдается, а просматриваются частоты валентных колебаний исходных компонентов.

Разработанное вяжущее с участием полибутадиенового каучука, полиэтиле на, «Пиропласт – 2» и пластифицирующего компонента индустриального масла представляет собой однородную вязкую смесь исходных веществ. На основании проведенных ранее исследований и результатов анализа вяжуще го методом ИК-спектроскопии можно говорить о том, что каждый компо нент, входящий в состав вяжущего, выполняет свою особую структурообра зующую роль:

Важным критерием выбора вяжущего для цветного полимербетона является его прозрачность в тонком слое, без чего невозможно получение ярких цветов полимербетонов. Прозрачность компонентов КПВ оценивали по светопропусканию их растворов на приборе UNICO 2800 при длине вол ны =814 нм. Пропускание определялось по сравнению с эталонным образ цом, которым являлся чистый n-ксилол. Метод светопропускания позволил выбрать композицию вяжущего, обеспечивающую пропускание 89,9%, что близко к пропусканию мальтеновой фракции битума. На вяжущем с таким светопропусканием возможно получение цветных полимербетонов ярких цветов.

До недавнего времени использование цветных полимербетонов на ор ганическом вяжущем рекомендовалось преимущественно для пешеходных участков, соответственно рассматривались песчаные бетоны. Однако, дан ные, приведенные в работах Д.В.Золотарева и С.В. Оксака, по прочност ным свойствам полимербетонов свидетельствуют о том, что они могут быть рекомендованы для устройства покрытий промышленных террито рий, полов грузовых терминалов, морских портов и аэропортов, а также для устройства проезжей части автодорог, которые подвергаются значи тельным нагрузкам от тяжелого подвижного состава. Поэтому были иссле дованы свойства полимербетонов с гранулометрическими составами по добранными по требованиям к асфальтобетонам типа А, Б, В и ЩМА в со ответствии с классификацией ГОСТ 9128-2009 и ГОСТ 31015-2002.

Приготовление полимербетонных смесей в лабораторных условиях осуществлялось путем механического перемешивания разогретого до 180 – 190 0С минерального материала с минеральным порошком, пигментом и оп тимальным количеством комплексного полимерного вяжущего. Технология приготовления не отличалась от приготовления асфальтобетонной смеси по ГОСТ 12801-98 «Материалы на основе органических вяжущих для дорож ного и аэродромного строительства. Методы испытаний».

Изучены стандартные свойства полимербетонных смесей различных типов на КПВ. Анализ результатов проведенных испытаний показал (рис.

2), что полимербетоны исследуемых типов, приготовленные на основе КПВ, удовлетворяют всему комплексу физико-механических показателей по ГОСТ 9128-2009 и 31015-2002.

Оптимальное количество КПВ для всех типов исследуемых смесей лежит в пределах 6,0-7,5%: для полимербетона с гранулометрическим со ставом по типу А - 6,0%, Б – 6,5%, В – 7,5% и ЩМА-10 – 7,5%.

Анализ полученных результатов позволяет заключить, что особенно сти работы КПВ в составе полимербетонов, а также влияние его структуры на физико-механические свойства согласуются с основными положениями о процессах, происходящих при изготовлении и эксплуатации традиционных асфальтобетонов.

Для экспериментально-статистических исследований моделирования свойств полимербетонных смесей в работе был спланирован и проведен полный трехфакторный эксперимент по плану Бокса и получены математи ческие модели, адекватно описывающие зависимость функций отклика от варьируемых факторов: количества ПЭ, количества каучука и количества НПС. Установлены рациональные области значений для исследованных факторов. Получена теоретическая модель оценки и прогнозирования свойств полимербетона.

а б в г д е.

- фактические показатели - требования ГОСТ Рисунок 2. Показатели свойств полимербетонов и требования ГОСТ к асфальтобетонам различных типов.

Устойчивость цветного полимербетона к накоплению остаточных де формаций и образованию колеи представляет особый интерес, так как эти данные являются важными в условиях воздействия на цветные покрытия промышленных территорий и автомобильных дорого тяжелого грузового транспорта. С целью проведения испытаний дорожно-строительных мате риалов ГК «Автодор» был разработан прибор, позволяющий проводить ла бораторные исследования устойчивости различных материалов для слоев покрытий к динамическому воздействию нагрузки.

Анализ результатов, полученных при испытании полимербетона и ас фальтобетона типа А, показал (рис.3), что значение деформаций после 800000 приложений нагрузки у полимербетона составило в среднем 1,6 мм, что в 3 раза меньше, чем у образцов из асфальтобетона, деформации которо го составили в среднем 4,85 мм.

Рисунок 3. График накопления остаточных деформаций в образцах поли мербетона и асфальтобетона (с гранулометрическим составом тип А) Для исследования работоспособности полимербетона в зимний пери од, который характерен многократным переходом через 0 °С, были проведе ны сравнительные испытания по определению морозостойкости на поли мербетонных образцах (с гранулометрическим составом подобранным по типу А) и на асфальтобетонных образцах типа А, результаты которых пред ставлены на рис. 4. Полученные результаты испытаний показали, что потеря прочности у полимербетонных образцов после 50 циклов замораживания и оттаивания на 2,5% больше чем у образцов из асфальтобетона, это говорит о том, что полимербетон является устойчивым к циклам замораживания оттаивания и практически не уступает асфальтобетону в морозостойкости.

Рисунок 4. График зависимости потери прочности при сжатии R,% от количества циклов замораживания и оттаивания Как показали результаты исследований разработанное КПВ позволяет получить полимербетоны различных типов с физико-механическими харак теристиками, соответствующими требованиям ГОСТ 9128-2009 и 31015 2002. Однако, водостойкость при длительном водонасыщении находится в пределах 0,85 - 0,86 для полимербетонов с гранулометрическим составом типа А, Б и ЩМА-10, при требовании ГОСТ - 0,85 в III ДКЗ и 0,90 в I ДКЗ для данных типов асфальтобетонов, а следовательно и полимербетонов. Та кие меры, как увеличение содержания вяжущего и корректировка грануло метрического состава смеси, не дали ожидаемого результата, вследствие че го в состав вяжущего была введена поверхностно-активная добавка катион ного типа КАДЭМ-ВТ. В результате эксперимента установлено, что дли тельная водостойкость увеличилась на 7 – 14% и составляет 0,91-0,97, что полностью удовлетворяет требованиям ГОСТ 9128-2009 и 31015-2002 для типов А,Б марки I и ЩМА-10 в любой климатической зоне.

Выше было показано, что рассматриваемое здесь вяжущее, благодаря содержанию в них каучука и полиэтилена, являются высокоустойчивыми против старения. В то же время, было неизвестно, как на старение полимер бетона повлияет наличие пигмента и минерального порошка, поэтому для определения устойчивости цветного полимербетона к старению был приме нен предложенный Ю.И. Калгиным ускоренный метод оценки термоокисли тельной устойчивости асфальтобетона.

Анализ полученных результатов (рис. 5) показал, что падение прочно сти для асфальтобетона на БНД 90/130 начинается после 10 часов прогрева, в то время как для полимербетона на КПВ это падение началось после часов. Кроме того, за 15 часов после начала падения прочность асфальтобе тона уменьшилась на 63%, а полимербетона – на 48%.

Таким образом, на основании полученных данных время старения ас фальтобетона на БНД 90/130 составило 33 часа, а цветного полимербетона на КПВ с содержанием 1% пигмента 45 часов, что характеризует его устой чивость к термоокислительному воздействию.

Рисунок 5. Зависимость предела прочности на сжатие при температуре 200С асфальтобетона на битуме БНД 90/130 и полимербетона на КПВ от времени выдерживания в заданном режиме старения В чевертой главе приведены результаты производственной проверки возможности использования КПВ и цветных полимербетонов на его основе, на улицах в г.Ростове-на-Дону. Разработаны рекомендации по изготовлению цветных полимербетонных смесей и устройству цветного покрытия.

Сравнительная оценка стоимости показала, что цветная полимербетон ная смесь на КПВ с гранулометрическим составом по типу В, (в ценах г) в 2 раза дороже чем аналогичная традиционная асфальтобетонная смесь, но при этом дешевле, чем цветная асфальтобетонная смесь тип В от «NCC Roads» в 3 раза.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Разработано комплексное полимерное вяжущее (КПВ), на основе нефтеполимерной смолы пиропласт -2К модифицированной каучуком и вторичным полиэтиленом и пластифицирующего компонента (индустриаль ного масла), с требуемыми реологическими свойствами.

2. Научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность получения цветных полимербетонов различных типов на основе разрабо танного КПВ, отвечающих требованиям, предъявляемым к традиционным асфальтобетонам.

3. Установлено, что разработанное КПВ в основном отвечает требова ниям, предъявляемым к вязким дорожным битумам (ГОСТ 22245-90), что достигается рациональным соотношением компонентов. Вяжущее обладает высоким светопропусканием 89,9 %, что подтверждает прозрачность в тон ком слое, и обеспечивает получение полимербетонов яркой окраски и обла дает эластичностью - 61%.

4. Выявлены закономерности воздействия различных компонентов вяжущего на его свойства. Методом ИК-спектроскопии установлена струк турообразующая роль компонентов КПВ и подтверждается образование пространственной каучуко-полиолефиновой решетки.

5. Показано, что разработанное КПВ и полимербетоны на его основе обладают высокой стойкостью к термоокислительному воздействию, что обусловлено особенностями структуры разработанного вяжущего, а имен но, образованием пространственной полимерной решетки из каучука и по лиэтилена, связывающей легкие углеводородные фракции НПС и ИМ с предотвращением их испарения.

6. Установлены зависимости прочности цветного полимербетона от его типа, т.е. от содержания щебня, они согласуются с зависимостями, кото рые наблюдаются для традиционных асфальтобетонов. Прочностные пока затели полимербетона в 1,5 – 2 раза выше, чем у асфальтобетона. Определе ны закономерности влияния каучука, полиэтилена и нефтеполимерной смо лы на физико-механические показатели свойств полимербетонов.

7. Экспериментально подтверждена устойчивость полимербетона к накоплению остаточных деформаций величина которых после расчетного числа приложений динамической нагрузки в 3 раза меньше чем у асфальто бетона, что является показателем обеспечения устойчивости к колееобразо ванию. Также установлена стойкость цветного полимербетона к многократ ному воздействию циклов замораживания и оттаивания, что характеризует трещиностойкость покрытия при отрицательных температурах.

8. Отмечено повышение длительной водостойкости цветного поли мербетона с введением добавки КАДЭМ-ВТ на 7-14%, что подтверждает его стойкость в дорожном покрытии против шелушения и выкрашивания.

9. Разработанные составы КПВ и цветных полимербетонов, а также технология их производства, были проверены в производственных услови ях. Стоимость 1 тонны цветной полимербетонной смеси составляет 5840, рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендуемых ВАК РФ Черных Д.С., Мардиросова И.В. Цветной пластбетон для дорож 1.

ного строительства / Д.С. Черных, И.В. Мардиросова: Строительство и ре конструкция. –ОрелГТУ 2010. -№ 2. - С. 73-77.

Черных Д.С., Илиополов С.К., Мардиросова И.В. Модифициро 2.

ванный цветной пластбетон для дорожного строительства / Д.С. Черных, С.К. Илиополов, И.В.Мардиросова: Наука и техника в дорожной отрасли. – МАДИ ГТУ. 2010. - № 4. - С. 24- Мардиросова И.В., Черных Д.С. Исследование методом ИК 3.

спектроскопии полимерного вяжущего для цветных пластбетонов / Д.С.

Черных, И.В. Мардиросова: Наука и техника в дорожной отрасли. – МАДИ ГТУ. - 2012. - №2. - С. 26-28.

Черных Д.С., Задорожний Д.В., Горелов С.В., Колев В.Г. Ком 4.

плексное полимерное связующее для цветных пластбетонов [Электронный ресурс] / Д.С. Черных, Д.В. Задорожний, С.В. Горелов, В.Г. Колев // «Нау коведение» интернет-журнал. – М., 2012. – № 4 (13) – Режим доступа: www http: // naukovedenie.ru Патенты и изобретения 5. Пат. 2340641 РФ, МПК С08L95/00. Битумная композиция для ремон та влажного асфальтобетонного покрытия / С.К. Илиополов, И.В. Мардиро сова, С.А. Чернов, А.В.Каклюгин, К.А.Дьяков, Д.С. Черных, Д.А. – 2007126029/04 заявлено 09.07.2007;

опубл. 10.12.08. Бюл. №34. приоритет 09.07.07. – С.6.

6. Пат. 2418019 РФ, МПК С08L95/00 C04B26/26 Вяжущее для дорож ных пластобетонов / С.К. Илиополов, И.В. Мардиросова, Д.С. Черных, Д.Д.

Булатов, А.В. Каклюгин, С.А. Чернов, Н.Х.Чан, Е.В. Леконцев. – 2009145232/04 заявлено 07.12.09;

опубл. 10.05.11. приоритет 07.12.09. – С.8.

7. Пат. 2426754 РФ, МПК C08L95/00. Битумно-резиновая мастика / С.К.

Илиополов, И.В. Мардиросова, Е.В. Леконцев, С.В. Горелов, А.В. Каклю гин, И.В. Ивановская, Д.С.Черных, О.А. Балабанов. – 2010105357/04 заявле но 15.02.10;

опубл. 20.08.11. приоритет 15.02.10. – С.6.

8. Пат. 2447035 РФ, МПК С04В26/26 C08L95/00 C04B111/20 Плотная органоминеральная смесь / С.К. Илиополов, И.В. Мардиросова, Д.А. Строев, С.А. Чернов, Н.Х. Чан, Д.С. Черных, М.В. Максименко. – 2010143025/03 за явлено 20.10.10;

опубл. 10.04.12. приоритет 20.10.10. – С.8.

Публикации в других научных изданиях 9. Илиополов С.К., Задорожний Д.В., Черных, Д.С. Исследование фак торов влияющих на эксплуатационные свойства защитных слоев дорожных покрытий из ЩМА / С.К. Илиополов, Д.В. Задорожний, Д.С. Черных.// «Строительство - 2005» : мат-лы междунар. научн.-практ. конф. – Ростов-на Дону: РГСУ, 2005. – С. 17-18.

10. Заднепровская И.А., Строев Д.А., Черных Д.С. Оценка пригодности КАДЭМ-ВТ в качестве адгезива при длительном воздействии повышенных температур / И.А. Заднепровская, Д.А. Строев, Д.С.Черных// «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных до рог.Охрана окружающей среды» : мат-лы 3-й Всерос. научн.-технич. конф. – Пермь : ПГТУ, 2005. – С. 9-11.

11. Мардиросова, И.В., Чубенко Е.Н., Черных Д.С. Модификация ще беночно-мастичных смесей / И.В. Мардиросова, Е.Н. Чубенко, Д.С.Черных // «Строительство - 2006»: мат-лы междунар. научн.-практич. конф. – Рос тов-на-Дону: РГСУ, 2006. – С. 14-15.

12. Черных Д.С., Чубенко Е.Н., Ульянова И.В. Процессы старения вя жущего для ЩМА-смесей с использованием резинополимерного стабилиза тора / Д.С. Черных, Е.Н. Чубенко, И.В. Ульянова// «Проблемы проектирова ния, строительства и эксплуатации транспортных сооружений»: мат-лы 1-й Всерос. науч.-практич. конф. Студентов, аспирантов и молодых учёных. – Омск: СибАДИ, 2006. –книга 3. –С. 175-177.

13. Илиополов С.К., Черных Д.С., Кучеров В.А. Цветные асфальтобе тонные дорожные покрытия / С.К. Илиополов, Д.С. Черных, В.А. Кучеров// «Строительство - 2007»: мат-лы междунар. научн.-практич. конф. – Ростов на-Дону: РГСУ, 2007. – С. 6-7.

14. Черных Д.С. Модификация щебеночно-мастичного асфальтобетона ЩМА-20 / Д.С.Черных.: Известия РГСУ – Ростов-на-Дону. – 2007. –С. 328.

15. Илиополов С.К., Черных Д.С., Пономаренко Е.А. Вяжущее для цветных асфальтобетонных смесей с повышенными адгезионными свойст вами / С.К. Илиополов, Д.С. Черных, Е.А. Пономаренко // «Строительство 2008»: мат-лы междунар. научн.-практич. конф. – Ростов-на-Дону: РГСУ, 2008. –С. 10.

16. Черных Д.С. Гранулированное полимерное вяжущее для цветных асфальтобетонных смесей / Д.С.Черных.: Известия РГСУ – Ростов-на-Дону.

– 2008. –С. 378.

17. Илиополов С.К. Черных Д.С. Каучуко-полиолефиновое вяжущее для цветных асфальтобетонов / С.К. Илиополов, Д.С. Черных // «Строитель ство - 2009»: мат-лы междунар. научн.-практич. конф. – Ростов-на-Дону:

РГСУ, 2009. –С. 7.

18. Черных Д.С. Гранулированное полимерное вяжущее для цветных асфальтобетонных смесей с добавлением отхода производства синтетиче ского каучука. / Д.С.Черных.: Известия РГСУ – Ростов-на-Дону. – 2009. –С.

292-293.

19. Черных Д.С, Мардиросова И.В., Булатов Д.Д. Трещино и сдвиго устойчивый цветной пластбетон / Д.С. Черных, И.В.Мардиросова, Д.Д. Бу латов // «Строительство - 2010»: мат-лы междунар. научн.-практич. конф. – Ростов-на-Дону: РГСУ, 2010. – С. 9-11.

20. Черных Д.С, Колев В.Г. Влияние пигмента на свойства цветного пластбетона / Д.С. Черных, В.Г. Колев // «Строительство - 2011»: мат-лы междунар. научн.-практич. конф. – Ростов-на-Дону: РГСУ, 2011. – С. 33-34.

21. Черных Д.С. Рекомендации по изготовлению цветных пластбетон ных смесей и устройству покрытия./ Д.С.Черных.: Известия РГСУ – Ростов на-Дону. - 2011 –С. 374-375.

22. Черных Д.С., Мардиросова И.В., Колев В.Г. Длительная водостой кость цветного пластбетона на каучуко-полиолефиновом вяжущем / Д.С.

Черных, И.В. Мардиросова, В.Г. Колев // «Строительство - 2012»: мат-лы междунар. научн.-практич. конф. – Ростов-на-Дону: РГСУ, 2012. –С. 51-52.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

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.