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

Исследование и разработка путей повышения качества материалов на основе водоэмульсионных цементно-битумных вяжущих

1

На правах рукописи

ШЕВЧЕНКО ВЛАДИМИР ГРИГОРЬЕВИЧ ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ВОДОЭМУЛЬСИОННЫХ ЦЕМЕНТНО-БИТУМНЫХ ВЯЖУЩИХ Специальность: 05.23.05 – Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ставрополь - 2006 2

Работа выполнена на кафедре промышленного, гражданского строительства и производства изделий и конструкций Северо-Кавказского государственного технического университета

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Печеный Б. Г.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Романов С. И.

кандидат технических наук Коллеганов А. В.

Ведущая организация: Федеральное государственное уни тарное предприятие Ставропольский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации (СтавНИИГиМ)

Защита состоится «21» июня 2006 г. в 1000 часов на заседании диссертационного Совета КМ 212.245.01 при Северо-Кавказском государственном техническом университете (СевКавГТУ) по адресу:

355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2, С 216.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СевКавГТУ

Автореферат разослан «20» мая 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета КМ 212.245. кандидат технических наук, доцент В.В. Лукьяненко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Производство и применение материалов на основе битумных эмульсий в строительстве весьма разнообразное. Это, прежде всего битумоминеральные композиции и асфальтобетоны, кро вельные, гидроизоляционные, антикоррозионные и грунтовочные мате риалы, мастики для заделки швов, приклеечные, мастики, шпаклевки и др.

При всех достоинствах, связанных с производством и применением материалов на эмульгированных битумах, а именно: применение в холод ном состоянии, отсутствие растворителей и в связи с этим достижение вы соких экологических параметров, для них характерна низкая когезионная и адгезионная прочность, относительно малая скорость формирования структуры, необходимость применения эмульгаторов – поверхностно активных веществ и специального диспергирующего оборудования для их приготовления. Кроме того, в условиях эксплуатации наблюдаются случаи преждевременного выхода из строя покрытий на эмульгированных биту мах из-за выкрашивания и трещинообразования, также как и много случаев ухудшения однородности эмульсий и в связи с этим технологических ха рактеристик приготовленных с их использованием материалов. Решение проблемы повышения адгезионной и когезионной прочности материалов на основе эмульгированных битумов находят при использовании в их со ставе цемента. Кроме того, стоимость цемента в 4-5 раз меньше битума.

Известно, что введение цемента в анионные битумные эмульсии способст вует их распаду. На этом принципе основана методика определения скоро сти распада анионных эмульсий. В то же время известно, что битумные эмульсии вводят в состав бетонных смесей с целью повышения водоне проницаемости бетонов и повышения их трещиностойкости. Столь проти воречивые сведения о взаимодействии битумных эмульсий с цементом свидетельствуют о недостаточной теоретической и экспериментальной изученности этого вопроса.

В связи с изложенным, разработка материалов с улучшенными тех нологическими и эксплуатационными свойствами на основе водоэмульси онных цементно-битумных вяжущих является весьма актуальной как с тех нической, так и с экономической сторон.

Настоящая работа выполнена в соответствии с целевой комплексной краевой научно-технической программой «Научные разработки по совер шенствованию коммунального хозяйства в Ставропольском крае на период 2002 – 2006 г.г.», а также в соответствии с «Международной программой совместных исследований Северо-Кавказского государственного техниче ского университета с корпорацией по исследованию и развитию асфальтов в транспортном секторе и промышленности Республики Колумбия Corasfaltos» от 22 августа 2001 г.

Цели и задачи работы. Целью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное изучение технологических и эксплуа тационных свойств материалов на основе воднодисперсионных цементно битумных вяжущих и создание структуры, обеспечивающей повышение их качества.

В соответствии с поставленной целью необходимо было решить сле дующие задачи:

– изучить возможности использования цемента в качестве твердого эмульгатора битумов;

– на основании анализа отечественных и зарубежных литературных источников и патентов разработать теоретические предпосылки создания материалов повышенного качества на водоэмульсионных цементно битумных вяжущих;

– теоретически обосновать и подобрать поверхностно-активные и пластифицирующие добавки и модификаторы, улучшающие технологиче ские и эксплуатационные свойства водоэмульсионных материалов на це ментно-битумных вяжущих;

– обосновать выбор объективных методов определения оптимальной концентрации твердых эмульгаторов, фракционного состава дисперсной фазы в эмульсиях, трещиностойкости и устойчивости к старению водо эмульсионных материалов на основе цементно-битумных вяжущих;

– произвести экспериментальные исследования возможности полу чения воднодисперсионных материалов на цементно-битумных вяжущих с минимальным содержанием воды;



– произвести экспериментальные исследования технологических и физико-механических свойств, трещиностойкости и устойчивости к старе нию водоэмульсионных материалов на цементно-битумных вяжущих;

– изучить тепло-, термостойкость разработанных водоэмульсионных материалов на цементно-битумных вяжущих;

– разработать и выполнить производственную апробацию составов и технологических режимов получения водоэмульсионных материалов на цементно-битумных вяжущих;

– разработать нормативную документацию для реализации результа тов теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна:

– установлена возможность использования цемента в качестве твер дого эмульгатора для получения водоэмульсионных битумных паст;

опре делены оптимальные концентрации цемента в воде, при которых обеспе чивается получение однородной, высокодисперсной, высокостабильной битумной пасты;

установлено понижение оптимальной концентрации це мента в воде по мере возрастания времени после введения битумного рас плава в цементное тесто;

– установлена возможность понижения содержания воды в цемент но-битумной пасте за счет введения цементных пластификаторов и супер пластификаторов;

– теоретически обосновано и экспериментально подтверждено при определенных концентрациях цемента образование в структуре водо эмульсионных материалов на цементно-битумных вяжущих цементного пространственного каркаса, выполняющего армирующую роль, что приво дит к повышению прочностных показателей материалов при сохранении показателей трещиностойкости. Образование высокопористой цементной структуры обусловлено избыточным содержанием воды (в водных це ментно-битумных пастах отношение В/Ц находится в пределах от 1,8 до 12,0), после испарения которой образуется высокопористая структура це ментного камня;

– показана возможность получения однородных и высокостабильных битумных паст при использовании в качестве твердого эмульгатора мине рального порошка совместно с цементом, определены оптимальные кон центрации смеси этих эмульгаторов;

– установлено, что оптимальные показатели качества материалов на основе водоэмульсионных цементно-битумных вяжущих достигаются при эмульгировании битумов в цементно-водной или цементно порошкововодной суспензии битумов в течение не позднее 40 мин после объединения цемента с водой. Материалы, полученные на основе водо эмульсионных цементно-битумных вяжущих, обладают более высокими показателями качества – прочностью, трещиностойкостью, водостойко стью при условии их изготовления в течение 40 – 50 мин после затворения цемента водой и эмульгирования битумов;

– при высоких показателях тепло-, термо-, водостойкости компози ций на основе цементно-битумных вяжущих повышение их трещиностой кости достигается применением маловязких марок битумов, или битума марки БНД 60/90 с 10% пластификатора – кислого гудрона, или введением в качестве компонента минерального заполнителя низкомодульного керам зитового песка;

– устойчивость к старению материалов на основе цементно битумных вяжущих выше, чем на битумных вяжущих без добавки цемен та, что обусловлено меньшей подвижностью структурных компонентов битума в смесях с затвердевшим цементом.

Практическая значимость.

Разработана технология производства битумных паст с использовани ем в качестве эмульгатора цемента и минерального порошка. Определены оптимальные составы водоэмульсионного вяжущего, позволяющие полу чать холодные асфальтоцементные бетоны и растворы повышенной тепло-, термо-, водо-, трещиностойкости и долговечности.

Разработаны составы и технология производства водно дисперсионных цементно-битумных вяжущих с введением в высоковязкие битумы марки БНД 40/60 до 20% кислых гудронов Грозненских НПЗ, на основе которых разработаны составы асфальтоцементных бетонов и рас творов.

В 2005 г. в ОАО СУДР освоено производство асфальтоцементных бе тонов и растворов, которые использовали для строительства верхних слоев покрытия на аэродроме г. Ставрополя, а также покрытий городских дорог с высокой интенсивностью транспортных нагрузок.

В ООО «Ставропольгидроизоляция» освоено производство холодных асфальтоцементных растворов и мастик для устройства полов в промыш ленных зданиях и стяжек под кровели.

Разработаны технологический регламент и технические условия на асфальтоцементобетоны и растворы.

В соответствии с программой совместных исследований, проверка и внедрение результатов диссертационной работы было осуществлено также в Колумбийской корпорации CORASFALTOS согласно «Международной программы совместных исследований Северо-Кавказского государствен ного технического университета с корпорацией по исследованию и разви тию битумов в транспортном секторе и промышленности Республики Ко лумбия CORASFALTOS» от 28 августа 2001 г.

Работа внедрена в учебный процесс СевКавГТУ при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по дисциплинам: «Материаловедение», «Покрытия и кровли», «Тенденции развития строительных материалов и изделий», «Технология производства и применение новых конструкцион ных материалов», «Технология конструкционных материалов» для студен тов специальностей 290300, 290500, 290600, 290700.

Автор защищает:

– теоретическое обоснование использования цемента или цемента в смеси с тонкодисперсными минеральными порошками в качестве твердых эмульгаторов при получении битумных эмульсий и паст;

– обоснование технологических режимов получения и составов би тумных эмульсий и паст с использованием в качестве твердых эмульгато ров цемента или смеси цемента с минеральными порошками;

– применение пластификаторов, суперпластификаторов и ПАВ для снижения содержания воды в битумных эмульсиях и пастах, обеспечи вающих быстрое формирование структуры, плотность и прочность мате риалов, получаемых на их основе;

– введение пластифицирующих и модифицирующих добавок в це ментно-битумные пасты, обеспечивающих повышенную трещиностой кость материалов;

– получение материалов: асфальтоцементных бетонов, растворов и мастик с повышенными тепло-, термо-, водостойкостью и устойчивостью к старению;

– эффективность производства и применения материалов на основе водно-дисперсионных цементно-битумных вяжущих.

Достоверность полученных результатов подтверждена применением современных методов исследований, статистической обработкой получен ных данных, обеспечивающих доверительную вероятность 0,96 при по грешности измерений менее 7%, и опытно-промышленной проверкой ре зультатов исследований.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на международных и российских научно практических конференциях:

- VIII региональная научно-техническая конференция «Вузовская наука – Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2004 г.);

- Международная научно-практическая конференция «Строительство 2005» (Ростов-на-Дону, 2005 г.);

- International symposium on pavement recycling (Brazil, So Paulo, March 16, 2005);

- XXXIV научно-техническая конференция по итогам работы профессор ско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ за 2004 год (Ставрополь, 2005 г.);

- 5-as, jornadas internacionales del Asfalto. March 13 – 17 de 2006 ICP (Cartagena de Indias, Colombia).

Материалы, полученные в работе, экспонировались на: Тюменской международной ярмарке (Дни экономики Ставропольского края, 30 марта – 2 апреля 2004 г., г. Тюмень);

7-ой специализированной выставке «СТРОЙКА» в рамках Форума строителей Южного Федерального округа (г. Ставрополь, 13 – 15 мая 2004 г.);

ежегодной специализированной вы ставке «КМВстройиндустрия» (г. Пятигорск, выставочная компания «Artex», 25 – 27 ноября 2004 г.);

VI Московском международном салоне инноваций и инвестиций (г. Москва, ВВЦ, 7 – 10 февраля 2006 г.);

Между народной специализированной выставке (14-я Международная строитель ная неделя (г. Москва, КВЦ «Сокольники», февраль 2006 г.), а также удо стоены 1 Grand-Prix, 1 серебряной медалью и 3 дипломами.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 пе чатных трудов, включая тезисы докладов, доклады и научные статьи в сборниках и научных журналах и положительное решение по заявке на изобретение.





Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, содержит 159 страниц машинописного текста, рисунков, 26 таблиц, списка литературы из 147 наименований и 10 прило жений.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОНОЙ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность выбранного направления ис следования, сформулированы цель и задачи исследования, показана его научная и практическая значимость.

В первой главе представлен обзор и анализ научно-технической ли тературы и патентной информации по проблемам эффективности произ водства и применения материалов различного назначения на основе водно дисперсионных цементно-битумных вяжущих.

Многочисленные исследования и опыт эксплуатации цементобетон ных и асфальтобетонных дорожных покрытий показали их достоинства и недостатки в процессе эксплуатации. Цементобетонные покрытия отлича ются высокой прочностью, практически не зависящей от температуры, ровностью. Однако бетонные покрытия отличаются низкой трещиностой костью, из-за чего на покрытиях устраивают температурные и деформаци онные швы, которые заполняют специальной мастикой. Но вследствие действия значительных изгибающих напряжений на кромках швов, они часто разрушаются. Цементный бетон недостаточно морозостойкий, имеет низкую ударную прочность. Из-за высокой жесткости цементобетонных покрытий износ автомобилей на 20 – 25% выше, чем на асфальтобетонных покрытиях. Кроме того, ремонт цементобетонных покрытий более трудо емкий и дорогостоящий. Асфальтобетонные покрытия отличаются пла стичностью, относительно малой упругостью, большей трещиностойко стью, ударной вязкостью, морозостойкостью, чем цементобетонные по крытия. Однако прочность и деформативность асфальтобетонов зависят от температуры, что является причиной образования сдвиговых деформаций в нем при высоких температурах и трещинообразования при низких тем пературах.

Эти проблемы в какой-то мере решаются при использовании в качест ве вяжущего битума совместно с цементом. В некотором диапазоне соот ношения неорганического и органического вяжущих образуется материал, обладающий структурой, для которой характерна большая прочность при повышенной температуре, твердость, водостойкость, чем у асфальтобетона и в то же время большая трещиностойкость, ударная вязкость, химическая стойкость, чем у цементного бетона. Поскольку цемент, являясь гидравли ческим вяжущим, применяется совместно с водой, то битум в случаях по лучения композитов совместно с цементом используется в виде водной эмульсии. Так, применение битумных дорожных эмульсий во многих слу чаях рекомендуется производить совместно с цементом. Эмульгаторы ани онных битумных эмульсий мало активны или даже инертны по отношению к поверхности минеральных материалов. Для усиления адгезионных и ко гезионных связей в эмульсионно-минеральных смесях на анионных би тумных эмульсиях в их состав вводят известь или цемент, с которыми эмульгатор вступает в химическое взаимодействие, стимулируя тем самым распад эмульсии и образование адгезионных связей. При этом часть воды уходит на гидратацию этих активаторов. Все это ускоряет процесс форми рования смесей и улучшает их физико-механические свойства. Особенно эффективно использовать в качестве добавки цемент.

Использование цемента особенно эффективно во влажных органо минеральных смесях из гравийных и песчаных материалов, не обогащен ных дроблеными зернами. Для обеспечения необходимого коэффициента водостойкости в пористые щебеночные смеси вводят 2 – 3% цемента от массы смеси при содержании 3,5 – 5,5% битума и 8 – 9 % воды.

Показатели свойств битумоминеральных композиций на битумных эмульсиях с добавками цемента или извести, несколько ниже, чем у горя чих асфальтобетонов по ГОСТ 9128 – 97 и согласно пособию по приготов лению и применению битумных дорожных эмульсий (к СНиП 3.06.03-85) равны: прочность при сжатии при 20С – не менее 2,0 МПа, водонасыще ние не более 7% по объему, набухание не более 1,5% по объему, коэффи циент длительной водостойкости не менее 0,8. Несмотря на относитель ную дешевизну и доступность применяемых материалов, битумомине ральные смеси на битумных эмульсиях и влажные органоминеральные смеси не нашли широкого применения в практике дорожного строительст ва. Саенкова Л. В. и Лапина Л. Г., проведя обстоятельный анализ техноло гии производства и применения эмульсионно-минеральных смесей, отме чают непостоянство состава и свойств этих материалов, что приводит в частых случаях с положительным опытом к отрицательным результатам.

Причиной этому являются: недостаточное сцепление частиц скелета с за полняющей частью шлама;

применения битума с неудовлетворительной адгезией, грубодисперсного и малоактивного минерального порошка, гру бодисперсного эмульгированного битума, неоптимального содержания би тума и минерального порошка в смеси и др.

Компания R.S. Clare and Co Ltd разработала и выпускает смеси нового состава под названием Claregrip, предназначенные для укладки в качестве дорожного покрытия. Смесь представляет собой битумную эмульсию с на полнителем из мелких частиц гранита, кремнеземистого песка и портланд цемента. Фирма Salviam (Франция) разработала новую технологию строи тельства дорожных покрытий, основанную на использовании нового мате риала, представляющего собой смесь специальных цементов, минерально го порошка, песка, щебня или гравия, присадок и битумной эмульсии. В качестве присадок применяют латекс Prosalvia – 3, разработанный фирмой Dov Chemical Europe. Добавки этого типа в 2 раза повышают прочность при сжатии и при растяжении и почти на 0,15 отн. единиц уменьшают усадку. Преимущества покрытий, устроенных из предложенного материа ла: хорошая сопротивляемость воздействию статических и динамических нагрузок, эластичность, устойчивость при действии климатических факто ров и химических веществ, отсутствие трещин, простота эксплуатации. Та кие покрытия строятся на нагруженных автомагистралях и аэродромах.

На основании проведенного обзора литературы и патентных источни ков сформулированы цели и задачи исследований.

Во второй главе изложены теоретические предпосылки регулирова ния качества материалов на основе воднодисперсионных цементно битумных вяжущих.

Общеизвестно, что эффективными твердыми эмульгаторами и стаби лизаторами эмульсий являются определенные высокодисперсные мине ральные порошки. Чтобы получить стабильную эмульсию, необходимо об разование на поверхности частиц дисперсной фазы непрерывной оболочки определенной плотности упаковки из частиц твердого эмульгатора.

Таубман А. Б. и Корецкий А. Ф. впервые экспериментально доказали решающую роль в устойчивости эмульсий поверхностных коагуляцион ных структур, образующихся из твердых эмульгаторов на поверхности ка пелек эмульгируемого углеводорода. Прямыми измерениями прочности межфазных защитных слоев эмульсий было показано, что стабилизирую щая способность гидрофильных частиц определяется не молекулярными свойствами их исходной поверхности, а возникает лишь в результате вто ричных явлений, приводящих к ее модифицированию и последующему структурированию межфазных защитных оболочек и усиливающих при липание модифицированных частиц к поверхности раздела фаз путем из бирательного смачивания. При этом оказалось, что с помощью любого твердого гидрофильного эмульгатора в зависимости от степени такого мо дифицирования можно получить эмульсии не только прямого, но и обрат ного типа разной дисперсности и устойчивости при времени жизни — от минут до нескольких лет.

Подобное многообразие в явлениях эмульгирования твердыми эмуль гаторами может быть осуществлено и легко регулируется путем постепен ной гидрофобизации частиц с помощью поверхностно-активных веществ (ПАВ), способных при адсорбции в процессе эмульгирования химически необратимо закрепляться на твердой поверхности, в результате чего в по верхностных слоях па каплях масляной фазы не только возникают связи «частица — капля», но и происходит коагуляционное сцепление частиц эмульгатора друг с другом, обуславливающее образование коагуляцион ных структур различной прочности.

а) б) ВОДА ВОДА Твердый Твердый эмульгатор эмульгатор МАСЛО МАСЛО в) г) ВОДА Твердый Ионы эмульгатор МАСЛО МАСЛО ВОДА Цемент Минеральный порошок Pиcунок 1 – Схемы строения защитных оболочек из частиц твердых эмульгаторов:

а — в отсутствие взаимодействия между частицами твердого эмульгатора;

б — коагу ляционная структура из частиц эмульгатора, связанных друг с другом и с поверхно стью капель прямых эмульсий;

в) – то же обратных эмульсий;

г) — коагуляционная структура стабилизующего комплекса: частица цементного клинкера + адсорбционные слои ионов щелочных и кислотных соединений + частица минерального порошка На рисунке 1 представлены характерные типы коагуляционных струк тур защитных (бронирующих) оболочек из гидрофильных твердых частиц, образующихся при эмульгировании на каплях эмульсий углеводородных жидкостей в воде, и резко отличных от строения этих оболочек по теоре тической схеме, предложенной Ф. Шерманом, В. Клейтоном и др. (рисунок 1а). Если в системе нет (недостаточно) ПАВ для осуществления оптималь ного адсорбционного модифицирования поверхности частиц эмульгируе мой жидкости, то устойчивые эмульсии углеводорода образуются только при больших количествах твердого порошкового эмульгатора, позволяю щих получить коагуляционную структуру в объеме, например, в 5%-ной суспензии бентонита (рисунок 1б) и способствовать образованию стабиль ной прямой (рисунок 1б) или обратной (рисунок 1в) эмульсии.

Из изложенного следует, что цемент, являясь достаточно высокодис персным материалом с размером частиц от 5 – 10 до 30 – 40 мкм и удель ной поверхностью частиц порядка 2500 – 4000 см2/г и более, может быть эмульгатором битумов в водной дисперсионной среде. Однако при затво рении цемента водой в результате растворения минералов цемента обра зуются зародыши гидратов и их рост. В этот период частицы гидратов, имея размер 10 – 100, способны осуществлять броуновское движение.

По мере роста зародышей гидратов и в процессе их сближения возникает образование коагуляционной структуры в цементной суспензии. Проч ность связей между частицами в коагуляционной структуре зависит от их числа, которое в свою очередь зависит от количества растворяющихся час тиц цемента, скорости растворения минералов цементного клинкера и удельной поверхности клинкерных частиц. Отсюда вытекает, что величина прочности связей между частицами и вязкость цементной суспензии яв ляяются функцией водоцементного отношения, времени от начала затво рения цемента водой, удельной поверхности и минералогического состава цемента. Перечисленные факторы должны оказывать существенное влия ние на процессы эмульгирования битумов при использовании в качестве эмульгаторов цементных частичек или продуктов их преобразования.

Как уже упоминалось, при объединении цемента с водой последова тельно протекает ряд процессов растворения минералов цемента и выделе ния (выкристаллизовывания) из пересыщенных растворов соединений в форме гидратов. Неорганические вяжущие материалы, как и другие неор ганические соли, в растворе диссоциируют на ионы. Цементы относятся к числу сравнительно малорастворимых веществ и основные закономерно сти их диссоциации на ионы в воде сходны с соответствующими трудно растворимыми солями. Основные минералы портландцементного клинкера при растворении в воде: алит 3СаО·SiO2 и белит 2СаО·SiO2 – диссоцииру ют на ионы кальция и силикатные ионы;

трекальциевый алюминат 3СаО·Al2O3 – на ионы кальция и алюминатные ионы, а четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО· Al2O3 ·Fe2O3 – на ионы кальция, алюминатные и фер ритные ионы. Естественно, что ионы в воде гидратированы в соответствии с обычной схемой их растворения.

По мере растворения масса исходного цементного вяжущего вещест ва систематически убывает, превращаясь благодаря кристаллизации через раствор в гидратные новообразования высокой дисперсности. Поэтому очевидно, что в зависимости от того, через какое время после затворения цемента водой, происходит эмульгирование битума, роль эмульгаторов будут выполнять или частично гидратированные цементные крупинки или образовавшиеся гидратные новообразования, которые по дисперсности до начала их кристаллизационного схватывания намного превосходят це ментные частицы. Цементные минералы содержат в своем составе как кис лые окислы SiO2, так и основные СаО и естественно, что частички нерас творившихся минералов цемента также могут выполнять роль эмульгато ра, поскольку на их поверхности имеются и отрицательные и положитель ные заряды. Явно, что минералы цемента могут адсорбироваться на би тумных капельках участками окислов СаО, образуя защитный слой по их поверхности, ориентируясь отрицательными участками окислов SiO2 в сторону дисперсионной среды – воды.

Самохвалов А. Б. и Феднер Л. А. рассматривая структуру органоми нерального (асфальтогидратного) вяжущего, представляют, что битум яв ляется дисперсионной средой в системе цемент : битум : вода + минераль ный порошок при их соотношении по массе соответственно 5 : 5 : 3 + 5. В исследованиях применялся маловязкий битум марки БНД 200/300. Приго товление органоминерального вяжущего осуществлялось перемешиванием предварительно нагретой до 70 – 80С смеси минерального порошка, це мента и воды и органическим вяжущим, нагретым до 105 – 115С. Если дисперсионной средой является битум, то тогда образуется обратная эмульсия вода/масло. Очевидно, что роль стабилизатора такой эмульсии могут выполнять частицы минерального порошка и цемента, которые по дисперсности примерно идентичны. Доказательством того, что в работах Самохвалова А. Б. и Феднера Л. А. была получена обратная эмульсия мо жет служить отношение по объему (битум + твердый эмульгатор) : вода, которое находится в пределах (80 – 75) : (20 – 25)%, а также условия обра зования эмульсий на твердых эмульгаторах, описанные в работах А. Б. Та убмана и А. Ф. Корецкого. Минеральный порошок, используемый в каче стве наполнителя в битумоминеарльных смесях или мастиках, являясь вы сокодисперсным, совместно с цементом сможет, очевидно, вносить осо бенности в процесс эмульгирования битумов и оказывать влияние на ха рактеристики получаемых дисперсий, образуя в дисперсиях совместно с цементными частицами и ионами диссоциированных электролитов защит ную оболочку на капельках битума (рисунок 1г). В свою очередь, исполь зование цементных пластификаторов и суперпластификаторов, позволяю щее снижать В/Ц в бетонных и растворных смесях, также может внести свои коррективы в процесс эмульгирования битумов при использовании цементов в качестве твердых эмульгаторов.

В третьей главе представлены экспериментальные исследования и обоснование способов регулирования качества цементно-битумных вод ных дисперсий и материалов на их основе введением наполнителей, ПАВ, цементных и битумных пластификаторов и суперпластификаторов и др.

Для исследований были приняты следующие материалы: минераль ный заполнитель – щебень и песок Надзорненского карьера, полученные дроблением гравия;

минеральный порошок – активированный и неактиви рованный известняк Черкесского цементного завода (КЧР) использовался в качестве наполнителя в битумоминеральных композициях и твердого эмульгатора в пастах. Для исследования в качестве вяжущего и твердого эмульгатора использовались цементы марки ПЦ 500 – Д0 и марки ПЦ – Д20 ОАО «Серебряковцемент» (г. Михайловка, Волгоградской обл.). В качестве эмульгаторов использовались анионные ПАВ – жирные кислоты Невинномысского шерстомойного комбината с числом углеродных атомов с более 18 и катионное ПАВ БП – 4, полученное путем синтеза анионной ПАВ и триэтаноламина. Для изучения влияния на процессы эмульгирова ния битума с применением в качестве твердых эмульгаторов цементов ис пользовались цементные суперпластификаторы С – 3 и С – 3МУ. Для ис следований в качестве битумного пластификатора и эмульгатора был взят кислый гудрон Грозненских НПЗ, образовавшийся после очистки серной кислотой масел, содержащий 72% высокомолекулярных углеводородных соединений нефти, 17% серной кислоты и 11% воды. В качестве органиче ских вяжущих использовались окисленные битумы марок БНД 60/90 и БНД 200/300 ОАО «Пермьнефтеоргсинтез».

Принятые для исследований экспериментальные методы включали стандартные методы испытаний на соответствующую продукцию, а также ряд нестандартных методов, описанных в диссертационной работе: мето дика определения гранулометрического состава с помощью лазерного ана лизатора микрочастиц ЛАСКА – 1К, методика определения оптимальной концентрации твердого эмульгатора, методика испытаний материалов с помощью объемного и линейного дилатометров, методика определения внутренних напряжений, трещиностойкости и устойчивости к старению материалов и методика определения трещиностойкости материалов УОН ДА – 1420.

Исследования режимов эмульгирования битумов с использованием цементов в качестве твердых эмульгаторов показали, что высокодисперс ные и стабильные битумные дисперсии получаются при оптимальной кон центрации в воде цемента марки ПЦ 500 – Д0 65% и марки ПЦ 400 – Д 67%, что обусловлено более высокой дисперсностью цемента марки ПЦ 500 – Д0 по сравнению с цементом марки ПЦ 400 – Д20. Выдерживание водной суспензии с цементом марки ПЦ 500 – Д0 в течение 96 мин, а с це ментом марки ПЦ 400 – Д20 в течение 118 мин не отражается на эмульги ровании битумов в водной суспензии этих цементов. Эмульгирование би тумов в водной суспензии цементов после указанных сроков возможно при добавлении воды. Однако содержание воды в цементно-битумных диспер сиях, как и в чисто битумных эмульсиях должно быть минимально воз можным, если обеспечиваются требуемые технологические показатели, в частности вязкость. При использовании в качестве твердого эмульгатора цемента совместно с минеральными порошками оптимальная концентра ция твердого эмульгатора в воде несколько снижается по мере повышения в смеси содержания минерального порошка. Причем это проявляется в большей степени при использовании неактивированного минерального по рошка (рисунок 2).

Стопт,% 65 0:1 0,2:0,8 0,4:0,6 0,6:0,4 0,8:0,2 1: Соотношение минеральный порошок : цемент, масс. доли Рисунок 2 – Зависимость оптимальной концентрации твердого эмульгатора Стопт в воде от соотношения компонентов минеральный порошок : цемент 1 – минеральный порошок активированный гидрофобный;

2 – то же неактивиро ванный гидрофильный;

с цементом марки ПЦ 500-Д0, с цементом марки ПЦ 400-Д Как следует из рисунка 2, оптимальная концентрация цемента в воде, используемого в качестве твердого эмульгатора битума, выше, чем опти мальная концентрация минерального порошка. О большей эмульгирующей способности минерального порошка по сравнению с цементом можно су дить по содержанию битума, введенного в пасту до наступления начала ее распада. Как следует из таблицы 1, максимальное содержание битума, вве денного в пасту, с использованием в качестве твердого эмульгатора мине рального порошка, до наступления начала распада пасты на 3% больше, чем при использовании в качестве твердого эмульгатора цемента (составы 1 и 8). Введение в битум поверхностно-активной добавки анионной СЖК с числом углеродных атомов С 18 или катионной добавки БП-4 значитель но снижают эмульгирующую способность как минерального порошка, так и цемента в пасте. Начало распада псты наступает при введении в суспен зию минерального порошка в воде битума с добавкой СЖК в количестве 27%, а с добавкой БП – 4 – в количестве 33% (составы 2 и 3, таблица 1).

При эмульгировании битумов с анионной и катионной добавками ПАВ в водных суспензиях цемента распад пасты наступает при введении битумов с этими добавками в количестве 20 и 26% соответственно (составы 9 и 10, таблица 1).

Таблица 1 – Максимальное содержание битума, при котором насту пает распад паст на твердых эмульгаторах № Составляющие Содержание компонентов, % масс.

п/п компоненты № состава 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 Битум марки 49 - - - 45 - - 46 - - БНД 60/ 2 То же + 1% - 27 - - - 29 - - 20 - СЖК 3 То же + 1% - - 33 - - - 35 - - 26 БП- 4 Битум марки - - - 44 - - - - - - БНД 200/ 5 Битум марки БНД 60/90 + - - - - - - - - - - 10% кислого гудрона 6 Минеральный порошок акти- 18 32 24 21 - 32 23 - - - вированный 7 То же неакти - - - - 20 - - - - - вированный 8 Цемент марки - - - - - - - 17 34 27 ПЦ 500-Д 9 Вода 33 41 43 35 35 39 42 37 46 47 Эмульгирующая способность активированного гидрофобного мине рального порошка несколько выше, чем неактивированного гидрофильно го порошка (составы 1 и 5, таблица 1). При введении битума маловязкой марки БНД 200/300 в водную суспензию минерального порошка в воде распад эмульсии на этом битуме наступает при меньшей его концентрации в эмульсии, чем битума высоковязкой марки БНД 60/90 (составы 4 и 1, таблица 1). Интересный эффект вносит в эмульгирование битума марки БНД 60/90 добавка 10% кислого гудрона. С введением этой добавки битум становится менее вязким и переходит в марку БНД 200/300. При эмульги ровании в цементной суспензии битума с добавкой кислого гудрона его содержание при наступлении начала распада эмульсии несколько выше, чем битума без добавки (составы 11 и 8) и также выше, чем битума той же марки без добавки (составы 4 и 11). Введение в цементную суспензию це ментных суперпластификатора С – 3 и С – 3МУ снижает содержание воды в битумной эмульсии на цементном эмульгаторе на 10 и 6% соответствен но, за счет чего повышается оптимальная концентрация цементного твер дого эмульгатора.

Полученные результаты подтверждают теоретические выкладки Шермана Ф., Таубмана А. Б., Корецкого А. Ф. и др. о том, что стабилизи рующая способность частиц твердого эмульгатора определяется не столько молекулярными свойствами их исходной поверхности, а в результате вто ричных явлений, определяющихся адсорбционным избирательным смачи ванием, адсорбционным взаимодействием на поверхности раздела фаз и образованием структурированных межфазных защитных оболочек. При менение в качестве твердых эмульгаторов в битумных пастах цементов различных марок, минеральных порошков с гидрофильной и гидрофобной поверхностью или их смесей не показали существенных различий в каче стве полученных дисперсий (таблицы 1 и 2).

Таблица 2 – Свойства битумных паст на твердых эмульгаторах № Свойства № составов по таблице п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 Массовая доля битума, % - марки БНД 6,5 - 60/ - марки БНД - 6,5 200/ - марки БНД 60/90 + 10% - - 6, кислого гудрона 2 Массовая доля твердого эмуль гатора, % - минеральный 12 8 4 0 12 8 4 0 12 8 4 порошок - цемент 0 4 8 12 0 4 8 12 0 4 8 3 Массовая доля 6,5 6,5 6, воды, % 4 Условная вяз 12 14 14 15 9 12 16 16 8 11 14 кость при 20С, с 5 Однородность, массовая доля 1,9 2,0 1,9 2,0 2,1 2,0 2,2 2,1 1,8 1,7 1,9 1, частиц крупнее 0,315, % 6 Устойчивость при хранении 2,1 2,2 2,9 2,8 2,4 2,6 2,8 2,8 2,3 2,1 2,5 2, через 7 сут, % 7 Средний диа метр частиц 8,2 9,1 9,8 9,9 8,2 8,8 8,9 9,2 9,1 9,2 9,1 9, дисперсной фа зы пасты, мкм 8 Прочность адге зионного со единения между 0,22 0,28 0,36 0,45 0,16 0,21 0,29 0,34 0,14 0,20 0,28 0, стальными пла стинами при 20С, МПа Были приготовлены битумоминеральные смеси на битумных пастах, в которых в качестве твердых эмульгаторов использовались минеральный порошок фракции 0,071мм, цемент или их смеси (таблица 3). Битумные пасты, состоящие из твердого эмульгатора 12% в составе 100% заполните ля, воды 6,5% и битума 6,5% сверх 100% заполнителя, готовились в лабо раторной мешалке. Составы твердых эмульгаторов (минеральный порошок + цемент) представлены в таблице 3. В минеральный заполнитель перед объединением с пастой вводилась вода в количестве 11,2% сверх 100% минерального заполнителя. Определяли физико-механические свойства битумоминеральных образцов в различном возрасте хранения во влажной среде (таблица 4). Показатели прочности и водостойкости у образцов би тумоминеральных смесей с введением портландцемента возрастают. Одна ко отмечаются также высокие показатели прочности при сжатии при 0С битумоминеральных образцов с введением цемента в количестве 8 и 12%, что может быть свидетельством ухудшения их трещиностойкости. Так, в битумоминеральных образцах на битуме марки БНД 60/90 при введении цемента в количестве 4, 8 и 12 % (составы 2, 3, 4) прочность при сжатии при 0С превышает допустимые значения этого показателя, равного или менее 13 МПа для горячих асфальтобетонов. У битумоминеральных об разцов на маловязком битуме марки БНД 200/300 с введением 4 % цемента все показатели укладываются в требуемые на горячие асфальтобетоны.

При содержании 8 или 12% цемента в смеси на этом битуме прочность при сжатии при 0С выходит за стандартные пределы для горячих асфальтобе тонов (таблица 4). В образцах битумоминеральных смесей на битуме мар ки БНД 60/90 + 10% кислого гудрона показатели прочности при сжатии при 0С укладываются в стандартные пределы для горячих асфальтобето нов при введении цемента в количестве 4 и 8% (составы 9 и 10, таблица 4) при высоких значениях остальных показателей качества.

Таблица 3 – Составы битумоминеральных смесей на битумных пастах № №№ составов смесей Компонент смеси п/п 1 2 3 456789 10 11 Массовая доля частиц, %, размером мельче, мм 10 5 97, 2,5 75, 1,25 0,63 0,315 26, 0,14 17, 0,071 12 8 4 0 12 84 0 12 8 4 2 Портландцемент марки ПЦ 500-Д0, % 0 4 8 12 0 48 12 0 4 8 Вода для увлажнения заполнителя, сверх 100% 3 11,2 11,2 11, минерального заполнителя, % марка БНД марка марка 60/90 + 10% Битум сверх 100% минерального заполнителя, 4 БНД 60/90 БНД 130/ % кислый гудрон 6,5 6, 6, 5 Вода в составе пасты сверх 100% минерального 6, заполнителя Таблица 4 – Свойства битумоминеральных композиций, приготовленных на битумных пастах, после хранения во влажной среде Возраст 14 сут. Возраст 28 сут.

№№ составов по таблице Температура рас трескивания, 0С Коэффициенты Коэффициенты Водонасыщение W Водонасыщение W Прочность при сжатии., кратковременной кратковремен-ной Прочность при сжатии, МПа, и набухание Н, % и набухание Н, % МПа, Ккр и длительной при температурах Ккр и длительной по объему по объему при температурах Кдл водостойкости Кдл водостойкости 00С 200С 500С 00С 200С 500С Тра W Н Ккр Кдл W Н Ккр Кдл 1 6,1 0,32 0,78 0,71 7,8 2,3 1,2 6,0 0,2 0,83 0,70 8,4 3,6 1,4 – – 2 4,8 0,21 0,95 0,91 8,6 2,8 1,4 3,4 0,13 0,96 0,92 14,1 3,9 1, – 3 3,2 0,20 0,97 0,91 10,4 3,6 1,7 2,8 0,12 0,99 0,97 15,2 4,6 2, – 4 2,4 0,10 0,99 0,98 13,5 4,1 2,1 2,1 0,11 1,0 1,0 16,7 4,9 2, – 5 8,0 0,40 0,69 0,61 6,3 2,0 1,0 6,8 0,20 0,74 0,68 17,2 2,4 1, 6 7,3 0,31 0,86 0,80 7,9 2,6 1,3 3,9 0,11 0,96 0,91 9,0 2,8 1,5 – 7 5,1 0,20 0,92 0,88 9,1 3,1 1,6 3,1 0,10 0,98 0,90 11,2 3,4 1,9 – 8 3,6 0,12 0,98 0,93 11,9 3,8 1,9 2,0 0,10 1,0 1,0 14,1 4,9 3,2 – 9 7,8 0,40 0,73 0,62 6,1 2,1 1,1 6,4 0,20 0,80 0,71 7,2 2,4 1,2 – 10 6,9 0,20 0,89 0,82 8,2 2,7 1,3 3,9 0,11 0,96 0,90 9,1 3,0 1,6 – 11 4,3 0,06 0,94 0,93 9,6 3,2 1,8 3,4 0,10 1,0 0,98 11,6 4,8 1,8 – 12 3,8 0 0,10 0,96 12,9 4,0 2,2 2,3 0,05 1,0 1,0 14,2 4,8 3,19 – 13* 4-9 2 0,8 0,7 - 1,7 0,7 - - - - - - - 0,85 0,75 2, 14** - - - - - - - 1,5 – 4,0 - 13,0 1,6 * требования «Пособия по приготовлению битумных эмульсий» (к СНиП 3.06.03-85) ** требования ГОСТ 9128-97 для горячих асфальтобетонов марки I в IV дорожно-климатической зоне Для получения достоверных характеристик трещиностойкости биту моминеральных композиций на эмульгированных битумах с добавлением портландцемента были определены их температурные напряжения и тем пература растрескивания Tpa от температурных напряжений, определенные на автоматической установке УОНДА 1420.

т, МПа 5 4 а) Тра 3 Тра Тра а 2 Тр 1 5 б) 3 Тра Тра Тра Тра 2 1 в) 5 3 Тра Тра Тра Тра 2 1 +10 +5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 - t, C Рисунок 3 – Температурные напряжения т в битумоминеральных композициях с добавками цемента на битуме марки БНД 60/90 – а), БНД 200/300 – б), БНД 60 – 90 + 10 % кислого гудрона при содержании цемента в смеси: 0% - 1;

4% - 2;

8% - 3;

12% - Как следует из данных таблицы 4 и рисунка 3, введение добавок порт ландцемента в битумоминеральные композиции на битумных пастах при водит к повышению температур растрескивания, однако получение компо зиций с высокими показателями трещиностойкости и теплостойкости дос тигаются при использовании маловязкой марки битума БНД 200/300, или битума марки БНД 40/60 с пластифицирующей добавкой 10% кислого гуд рона. При этом, как и следовало ожидать, максимальные значения темпе ратурных напряжений, при которых происходит растрескивание образцов у композиций с добавлением цемента на 15 – 20 % ниже, чем у асфальто бетонов без добавки (рисунок 3). Однако, благодаря уменьшению значений коэффициента линейного теплового расширения битумоминеральных композиций по мере увеличения в них содержания цемента, растрескива ние композиций повышается не столь значительно. Обращает на себя вни мание тот факт, что с введением цемента кривые изменения температур ных напряжений становятся пологими и температурные напряжения появ ляются при более высоких температурах по мере возрастания содержания цемента в композиции (рисунок 3). Эта закономерность обусловлена сни жением деформативности битумоминеральных композиций с введением цемента и соответствующим повышением модулей упругости. Если учи тывать значительное повышение прочности при сжатии битумоминераль ных композиций на битумных пастах с введением добавок цемента, то ста новиться очевидным, что портландцемент в битумоминеральных компози циях в целом повышает их работоспособность. Но следует отметить, что введение портландцемента в битумоминеральную композицию в количест ве более 8% нежелательно в связи с ухудшением их трещиностойкости.

Обеспечение трещиностойкости композиций в этих случаях возможно за счет использования маловязких марок битумов или пластификаторов.

Дополнительное повышение трещиностойкости композиций на основе водоэмульсионных цементно-битумных вяжущих было достигнуто приме нением в качестве компонента заполнителя – низкомодульного керамзито вого песка. В работах Скорикова С. В. и Ещенко А. И. показана возмож ность получения трещиностойких композитов для устройства кровельных стяжек на основе холодных асфальтокерамзитовых смесей, приготовлен ных на битумных эмульсиях. Однако продолжительное формирование стяжек из этих материалов затягивает сроки выполнения кровельных ра бот. Этот недостаток был устранен применением водоэмульсионного це ментно-битумного вяжущего. Введение цемента в асфальтокерамзитовые композиции в количестве 4 – 8% приводит к повышению их температур растрескивания на 3 – 4 С, что в меньшей степени снижает трещиностой кость материала по сравнению с композициями на плотных заполнителях с цементом (таблица 4), одновременно сокращая сроки формирования струк туры стяжек до 4 – 5 дней, что примерно в 2 раза короче сроков формиро вания стяжек асфальтокерамзитовых покрытий на битумных эмульсиях.

Введение цемента в битумоминеральные композиции и снижение со держания в них битума позволяет значительно повысить их теплостой кость и, как показали результаты проведенных исследований, их термо стойкость. Проблема повышения термостойкости асфальтобетонных по крытий актуальна для аэродромных покрытий на участках, которые под вержены действию высокотемпературных газовых струй реактивных дви гателей самолетов. Изменение прочности при сжатии при 500С образцов битумоминеральных композиций, содержащих 8% цемента и 4% битума марки БНД 200/300, после циклического воздействия потока воздуха с температурой 300 0С и скорости потока 200 м/с (нагревание 3 мин, охлаж дение 3 мин) показало ее понижение на 25% после 300 циклов, что в 4, раза выше, чем у образцов без добавок цемента, у которых понижение прочности при 50 0С на 25 % произошло после 71 цикла.

Высокая тепло-, термостойкость битумоминеральных композиций с добавками цемента так же закономерно связана и с высокой устойчиво стью их к тепловому старению. После выдерживания при 800С в течение месяцев образцов битумоминеральных композиций без добавки цемента (составы 5, 9), а также с добавкой 4% цемента (составы 6, 10) и 8% цемента (составы 7 и 11, таблица 3) было установлено, что у образцов на битуме без добавок цемента температура растрескивания возросла на 7 – 80С, а в образцах с добавкой 4% цемента на 3 – 40С, с добавкой цемента 8% – на 2 – 30С. Эти результаты подтверждают замедленное старение образцов приготовленных из битумных эмульсий с добавкой 5 – 15% цемента, уста новленное ранее Коваленко Г. Г. и Мансуровой Н. Т. по изменению груп пового старения битумов.

В четвертой главе представлены результаты опытно-промышленных испытаний технологии производства и укладки битумоминеральных ком позиций, выполненных на основе водоэмульсионных цементно-битумных вяжущих и представлена их технико-экономическая эффективность.

По разработанным ТУ 5718-004-03234709-2005 «Асфальтоцементные бетоны и растворы на водоэмульсионных цементно-битумных вяжущих» на АБЗ ОАО СУДР в 2005 г. было налажено производство опытных партий битумоминеральных композиций на основе водоэмульсионных цементно битумных вяжущих. В турбулентном смесителе приготавливались битум ные пасты, в которых в качестве твердого эмульгатора использовались ми неральный порошок и портландцемент. Растворонасосом паста подавалась через битумный дозатор в смеситель, в котором производилось объедине ние с минеральным заполнителем. Было установлено, что время от приго товления битумоминеральных смесей на водоэмульсионных цементно битумных пастах до укладки и уплотнения битумоминеральной смеси не должно превышать 2 часа. В этом случае достигаются высокие показатели свойств устроенных покрытий. Было приготовлено 350 тн битумомине ральной смеси на водоэмульсионном цементно-битумном вяжущем и уло жено на площади 2800 м2 в аэропорту г. Ставрополя.

В ООО «Ставропольгидроизоляция» в 2004 – 2005 г.г. освоено произ водство битумоминеральных композиций на водоэмульсионных цементно битумных вяжущих с применением в составе заполнителя до 40% керамзи тового песка. Композиции использовались для устройства в цехах ОАО «Нептун», а также для устройства стяжек кровель.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Предусмотренное нормативной документацией использование порт ландцемента в составе битумоминеральных композиций на водных битумных эмульсиях не обеспечивает качество материалов в условиях эксплуатации, что ограничивает их использование в строительной практике.

2. На основе теоретического рассмотрения механизма эмульгирования органических углеводородных соединений твердыми эмульгаторами показана возможность и предложена схема эмульгирования битумов с использованием в качестве твердых эмульгаторов портландцемента, минерального порошка или их смесей.

3. Показано, что стабилизирующая способность частиц твердого эмуль гатора определяется не столько молекулярными свойствами их поверхности, а в результате вторичных явлений, определяющихся адсорбционным взаимо действием на поверхности раздела фаз и образованием структурированных межфазных защитных оболочек. Применение в качестве твердых эмульгато ров в битумных пастах портландцемента различных марок, минеральных по рошков с гидрофильной и гидрофобной поверхностью или их смесей не пока зали существенных различий, как в составах, так и в качестве полученных дисперсий.

4. Определено оптимальное содержание твердых эмульгаторов: порт ландцемента, минерального порошка и их смесей, при которых получаются высокодисперсные и стабильные битумные пасты. Разработаны технологиче ские режимы получения водоэмульсионных битумных паст при использова нии в качестве твердых эмульгаторов портландцемента, минерального по рошка или их смесей.

5. При использовании анионных и катионных битумных эмульсий или битумов с анионными или катионными ПАВ в составе цементных суспензий получаются пасты с грубой дисперсностью и меньшей стабильностью по сравнению с пастами, приготовленными на битумах без добавок. Применение цементных пластификаторов и суперпластификаторов в цементных пастах позволяет снизить на 6 – 10% содержание воды в пастах с сохранением пока зателей их качества.

6. Приготовление битумоминеральных композиций на битумных пастах с использованием в качестве твердых эмульгаторов смеси минерального по рошка с портландцементом на битуме марки БНД 200/300 или на битуме мар ки БНД 60/90 с добавлением 10% кислого гудрона Грозненских НПЗ позволя ет значительно повысить их водостойкость и теплостойкость.

7. Установлено, что присутствие цемента в составе водоэмульсионных битумоминеральных композиций несколько снижает их трещиностойкость.

Однако цементная структура в битумоминеральных композициях на цемент но-битумных вяжущих не имеет сплошности из-за повышенного содержания В/Ц в композиции, которое находится в пределах от 1,8 до 12. Показано, что применение маловязких марок битума марки БНД 200/300 или марки БНД 60/90 с добавлением 10% кислого гудрона обеспечивает трещиностойкость композиций с цементом не ниже значений этого показателя для горячих ас фальтобетонов. Дополнительное повышение трещиностойкости битумомине ральных композиций на дисперсионных цементно-битумных вяжущих дости гается введением в состав заполнителей низкомодульного компонента – ке рамзитового песка.

8. Покрытия из битумоминеральных композиций, приготовленных на водоэмульсионных цементно-битумных вяжущих, отличаются повышенной термостойкостью, что позволяет рекомендовать их для устройства покрытий участков аэродромов, подверженных воздействию горячих газовых потоков от реактивных двигателей.

9. Установлено, что введение цемента в водоэмульсионную битумоми неральную композицию значительно замедляет их термическое старение по сравнению с композициями без добавок цемента.

10. Экономическая эффективность результатов работы определяется снижением себестоимости приготовления битумоминеральных композиций на воднодисперсионном цементно-битумном вяжущем за счет снижения рас ходов тепла на нагрев и высушивание минеральных заполнителей, уменьше ния вредных выбросов в окружающую среду, снижения расхода битума в смеси, сокращения сроков формирования покрытий и повышения их долго вечности. Экономический эффект в 2004 – 2005 г.г. составил 620 тыс. руб.

Ожидаемый экономический эффект за счет увеличения сроков службы по крытий из композиций на цементно-битумных вяжущих по сравнению с го рячими асфальтобетонами составляет 16,32 руб./м2.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Печеный Б. Г., Скориков С. В., Шевченко В.Г., Ещенко А. И. Физико химические превращения битумных эмульсий при объединении их с заполни телем. // Материалы VIII региональной научно-технической конференции «Ву зовская наука – Северо-Кавказскому региону». – Ставрополь: СевКавГТУ, 2004. – С. 169.

2. Печеный Б. Г., Скориков С. В., Шевченко В.Г. Свойства композиций на цементнобитумных эмульсиях. // Материалы Междунар. научно-практ. конф.

«Строительство – 2005». – Ростов н/Д: РГСУ. – 2005. – С. 65 – 68.

3. Тыртышов. Ю. П., Скориков С. В., Дорошев В. Ф., Шевченко В. Г. Ис пользование отдувов для восстановления постаревших асфальтобетонных по крытий. // Материалы XXXIV научно-технической конференции по итогам ра боты профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ за 2004 год. – Ставрополь: СевКавГТУ, 2005. – С. 164.

4. Тыртышов Ю. П., Скориков С. В., Печеный Б. Г., Шевченко В. Г. Влия ние зернового состава заполнителей на свойства асфальтобетонов на битумных эмульсиях. // Материалы XXXIV научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ за 2004 год. – Ставрополь: СевКавГТУ, 2005. – С. 164 – 165.

5. Печеный Б. Г., Плиев З. Ю., Шевченко В. Г. Возможности использова ния кислых гудронов Грозненского НПЗ в производстве битумов и асфальто бетонов. // Сб. научн. тр. Серия «Естественнонаучная». Выпуск 1. – Ставро поль: СевКавГТУ. – 2005. – С. 134 – 136.

6. Tirtishov Yu., Pecheny В., Skorikov S., Shevchenko V. The usage of blowers for restoration aged asphalt concrete of coverings. // Brazil 2005 international symposium on pavement recycling. Sao Paulo, March 16: Sp – Brazil. – H. 324 – 326. 7. Тыртышов Ю.П., Скориков С. В., Ещенко А. И., Шевченко В. Г. Влия ние добавок минеральных вяжущих на тепло-, трещиностойкость асфальтобе тонов на битумных эмульсиях. // Вестник СевКавГТУ №2. – Ставрополь: Сев КавГТУ. – 2005. – С. 84 – 86.

8. Тыртышов Ю.П., Печеный Б. Г., Скориков С. В., Шевченко В. Г. Пре имущества приготовления и строительства асфальтобетонных покрытий на би тумных эмульсиях с добавкой цемента. // Строительные материалы, оборудо вание, технологии XXI века, № 1, 2006. – С. 14 – 15.

9. Pecheny B., Danilyan E., Skorikov S., Shevchenko V. Instrumento, metodologia para el studio de la resistencia al agrientamiento de envejecimiento de los concretos asflticos. // 5 as, jornadas internacionales del asfalto. March 13 – de 2006. ICP. – Cartagena de Indias. Colombia. – 2006. – Р.462 – 473.

10. Положительное решение по заявке №2005129572/033169 от 26.09.2005 г., МКИ G 01 N, С 03 С 17/28 Устройство для определения внутрен них напряжений и трещиностойкости материалов / Ю. П. Тыртышов, Б. Г. Пе ченый, С. В. Скориков, Е. А. Данильян, А. И. Ещенко, В. Г. Шевченко.

Исследование и разработка путей повышения качества материалов на основе водоэмульсионных цементно-битумных вяжущих АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Автор: Шевченко В. Г.

Подписано в печать 15.05.2006 г.

Формат 60 84. 1/16 Усл. печ. л. 1,0.

Бумага офсетная Тираж 100 экз.

Заказ № Отпечатано в типографии Северо-Кавказского государственного технического университета 355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова,

 

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.