Композиционные составы для локализации очагов разрушения дорожного покрытия
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Транспортное строительство
Издательство:
Сибирский федеральный университет
Год издания: 2012
Кол-во страниц: 132
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-7638-2570-1
Артикул: 616160.01.99
В монографии приведены результаты исследований по разработке составов сухих строительных смесей для заделки трещин и выбоин асфальтобетонного дорожного покрытия на основе традиционного минерального сырья, отходов промышленности и современных синтетических добавок в виде дисперсионных порошков. Показано, при каких дозировках добавок разработанные смеси имеют оптимальные эксплуатационные характеристики. Описана технология приготовления сухих строительных смесей и применение их в ремонтных работах на месте проведения восстановительных дорожных мероприятий. Предназначена для научных и инженерно-технических работников в области транспортного строительства, стройиндустрии, преподавателей, аспирантов и студентов вузов.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 23.03.03: Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов
- ВО - Магистратура
- 23.04.03: Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет Л. А. Иванова, В. А. Шевченко, В. П. Киселев КОМПОЗИЦИОННЫЕ СОСТАВЫ ДЛЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ ОЧАГОВ РАЗРУШЕНИЯ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ Монография Красноярск СФУ 2012
УДК 625.7:621.793 ББК 39.311–044 И 209 Рецензенты: Р. Т. Емельянов, д-р техн. наук, проф. Сибирского федерального университета; Т. Н. Зиновьева, канд. техн. наук зав. лабораторией института «Красноярский ПромстройНИИпроект» Иванова, Л. А. И 209 Композиционные составы для локализации очагов разрушения дорожного покрытия: монография / Л. А. Иванова, В. А. Шевченко, В. П. Киселев. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012. – 132 с. ISBN 978-5-7638-2570-1 В монографии приведены результаты исследований по разработке составов сухих строительных смесей для заделки трещин и выбоин асфальтобетонного дорожного покрытия на основе традиционного минерального сырья, отходов промышленности и современных синтетических добавок в виде дисперсионных порошков. Показано, при каких дозировках добавок разработанные смеси имеют оптимальные эксплуатационные характеристики. Описана технология приготовления сухих строительных смесей и применение их в ремонтных работах на месте проведения восстановительных дорожных мероприятий. Предназначена для научных и инженерно-технических работников в области транспортного строительства, стройиндустрии, преподавателей, аспирантов и студентов вузов. УДК 625.7:621.793 ББК 39.311–044 ISBN 978-5-7638-2570-1 © Сибирский федеральный университет, 2012
Оглавление 3 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение .......................................................................................................... 5 Глава 1. Анализ современных методов ремонта асфальтобетонных дорожных покрытий ..................................................................... 7 1.1. Виды деформаций и разрушений асфальтобетонных покрытий ............................................................................................. 7 1.2. Методы ремонта дорожного покрытия ............................................ 11 1.3. Опыт применения композиционных составов из сухих строительных смесей в ремонтно-строительных технологиях ..... 15 Глава 2. Разработка состава композиции для заделки трещин на дорожном покрытии ..................................................................... 22 2.1. Теоретическое обоснование выбора сырьевых материалов композиции ................................................................................................ 22 2.2. Исследование влияния сырьевых материалов на свойства ремонтной композиции ...................................................................... 31 2.3. Исследование влияния расхода песка на свойства зольнопесчаной композиции ......................................................................... 32 2.4. Разработка состава зольно-цементно-песчаной композиции ........ 33 2.5. Влияние добавок на свойства ремонтной композиции .................. 35 2.6. Выбор оптимального состава композиции для заделки трещин методом математического планирования эксперимента ................ 42 2.7. Исследование фазового состава затвердевшей ремонтной композиции для заделки трещин ...................................................... 50 Глава 3. Разработка состава композиции для заделки выбоин на дорожном покрытии .................................................................... 61 3.1. Обоснование состава ремонтной композиции ................................. 62 3.2. Зависимость свойств ремонтной композиции от минеральной добавки микрокремнезема ................................................................. 65 3.3. Зависимость свойств ремонтной композиции от полимерной добавки «Виннапас RE 524 Z» .............................................................. 72 3.4. Зависимость свойств ремонтной композиции от химической добавки «Реламикс» ............................................................................... 78 3.5. Выбор оптимального состава композиции для заделки выбоин методом математического планирования эксперимента ................ 81 3.6. Исследование фазового состава затвердевшей ремонтной композиции для заделки выбоин ...................................................... 89
Оглавление 4 Глава 4. Оптимизация составов и свойств ремонтных композиций органической добавкой «Эмульбит» ............... 99 4.1. Теоретическое обоснование применения органической добавки «Эмульбит» ......................................................................................... 99 4.2. Влияние расхода органической добавки «Эмульбит» на свойства ремонтной композиции ...................................................... 100 Глава 5. Технология изготовления и применения ремонтных композиций ..................................................................................... 109 5.1. Выбор технологической схемы завода по производству сухих ремонтных смесей .............................................................................. 109 5.2. Выпуск опытной партии сухих смесей для ремонта дорожных покрытий ............................................................................................. 111 5.3. Проведение ремонтных работ составами на органоминеральных вяжущих .............................................................................................. 112 Заключение ..................................................................................................... 114 Библиографический список ....................................................................... 116 Приложение 1 ................................................................................................. 126 Приложение 2 ................................................................................................. 128 Приложение 3 ................................................................................................. 130
Введение 5 ВВЕДЕНИЕ В настоящее время на автомобильных дорогах Сибирского региона и в целом по всей России преобладающим видом дорожного покрытия является асфальтобетон. В России протяженность дорог с усовершенствованным покрытием капитального типа составляет более 95 %, в странах Европы дорог с асфальтобетонным покрытием 97 % от общей протяженности, в Америке их более 90 %. Дорожное покрытие в процессе эксплуатации подвергается многократным статическим и динамическим воздействиям механических нагрузок, вызывающим нормальные, растягивающие и сдвигающие напряжения, действию погодно-климатических факторов, а также агрессивному влиянию горючесмазочных материалов, которые обусловливают большое разнообразие дефектов, образующихся на дорожном покрытии. В большинстве случаев основными видами дефектов являются механические разрушения (износ, шелушение, выкрашивание, трещины, выбоины) и пластические деформации (волны, сдвиги, наплывы, колейность, просадки). Для обеспечения транспортно-эксплутационных показателей автомобильных дорог ежегодно на дорогах страны, в том числе и Красноярского края, выполняются значительные объемы работ по ликвидации появляющихся дефектов и разрушений. Для устранения дефектов на асфальтобетонных покрытиях в основном применяют мастичные составы на основе органических вяжущих с добавками, повышающими деформативность составов. Учитывая климатические условия Сибирского региона, можно предположить, что деформационные свойства мастик и асфальтобетона несовместимы при отрицательных температурах. Это может привести к преждевременному разрушению мастичных составов и ежегодному ремонту покрытий. Подбор материалов и разработка композиций, сочетающихся в определенной степени с положительными параметрами мастичных составов и исключающих их негативные свойства, является актуальной задачей в разработке эффективных методов ремонта и восстановления асфальтобетонного покрытия дорог. Широкие перспективы в этой области имеет технологическое направление с применением сухих строительных смесей (ССС) заводской готовности на основе минеральных вяжущих веществ, в том числе с использованием местных попутных продуктов теплоэнергетической и металлургической отраслей промышленности.
Введение 6 В связи с этим целью настоящей работы являлась разработка составов и исследование возможности применения сухих строительных смесей на основе отходов промышленности с эффективными полимерными добавками для ремонта асфальтобетонного покрытия и обеспечения его долговечности.
Глава 1. Анализ современных методов ремонта асфальтобетонных дорожных покрытий 7 Глава 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ РЕМОНТА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ Своевременный ремонт асфальтобетонных покрытий в процессе эксплуатации является обязательным условием обеспечения надежности и долговечности конструкций дорожных одежд, способствует экономии эксплуатационных и транспортных затрат, повышает безопасность движения. Использование традиционных материалов и технологических приемов при ремонте не позволяет устранять появление новых деформаций и разрушений в течение длительного периода. В этой области в настоящее время используются технологии, основанные на применении материалов с нефтяными битумами или эмульсиями на их основе в виде мастичных составов с добавками, повышающими деформативные свойства. Практика эксплуатации покрытий с локализацией трещин и неглубоких выбоин указанными составами показывает, что деформативные свойства мастик и асфальтобетона практически несовместимы при низких отрицательных температурах. Это приводит к преждевременному разрушению мастичных композитов, что требует заделки трещин практически ежегодно. В наибольшей степени указанные обстоятельства приходится учитывать в суровых климатических условиях Красноярского края. Сложившаяся ситуация привела к поиску путей получения новых материалов и технологий, позволяющих повысить надежность и долговечность покрытия. Анализ литературных данных и практика эксплуатации автомобильных дорог показывают, что основной причиной возникновения разрушений на дорожном покрытии являются механические и пластические деформации, отсутствие достаточно надежного материала и технологии ремонта покрытия. Широкие перспективы в этом направлении имеет ремонт покрытий эксплуатируемых автомобильных дорог с помощью композиций на основе сухих строительных смесей. 1.1. Виды деформаций и разрушений асфальтобетонных покрытий В качестве основных причин возникновения дефектов на дорожном покрытии следует указать старение материала покрытия, перегру
Глава 1. Анализ современных методов ремонта асфальтобетонных дорожных покрытий 8 женность эксплуатируемых автомобильных дорог и качество строительства, характеризующееся неполноценным и неравномерным выполнением отдельных технологических операций, в частности уплотнения покрытия, (табл. 1.1). Таблица 1.1 Виды и причины деформаций и разрушений асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог № п/п Виды деформаций и разрушений Наиболее вероятные причины 1 Износ (истирание) поверхности покрытия Недостаточная износоустойчивость скелетной части материала покрытия, частые торможения автомобилей на перекрестках и остановочных площадках 2 Шелушение – обнажение поверхности покрытия, отделение поверхностных тонких пленок и чешуек материала покрытия Разрушения под воздействием воды и мороза, колес автомобилей (особенно интенсивно протекает в весенний период при частом нагревании верхних слоев покрытия солнечными лучами днем и замерзании ночью). Повышенная пористость и низкая прочность материала покрытия от действия хлоридов, применяемых при борьбе с гололедом 3 Выкрашивание материала покрытия – выбивание и выкрашивание отдельных каменных частиц с образованием раковин на поверхности покрытия Неправильный подбор зернового состава, недостаточное сцепление вяжущего с каменным материалом из-за загрязнения последнего или плохой адгезии вяжущего; высокая (зимой) или малая (летом) вязкость вяжущего; недостаточная прочность каменного материала 4 Трещины одиночные произвольного направления Неравномерная прочность верхнего слоя из-за недостаточной его толщины, некачественного состава, недоуплотнения, отсутствия сцепления с основанием 5 Трещины поперечные, повторяющиеся через примерно одинаковые промежутки (температурные трещины) Повышенная жесткость материала покрытия из-за высокой вязкости вяжущего материала и неоптимальности гранулометрического состава (недостаток мелкозернистых фракций) 6 Трещины продольные осевые или между полосами движения Необеспеченное при строительстве сцепление между полосами укладки покрытия
Глава 1. Анализ современных методов ремонта асфальтобетонных дорожных покрытий 9 Продолжение табл. 1.1 № п/п Виды деформаций и разрушений Наиболее вероятные причины 7 Трещины продольные криволинейные преимущественно на полосах наката Недоуплотнение краевых полос земляного полотна при его строительстве 8 Трещины продольные прямолинейные на краевых полосах движения Необеспеченное сцепление полосы уширения с основной дорожной одеждой при ее реконструкции 9 Сетка сухих трещин Недостаточная монолитность нижележащих слоев дорожной одежды 10 Поперечные волны Повышенная пластичность материала покрытия из-за избытка вяжущего материала и неоптимальности зернового состава (недостаток крупных фракций) 11 Наплывы То же, что в графе 10, а также влияние продольного уклона и частого торможения автомобилей 12 Сдвиг-смещение покрытия с образованием разрывов Недостаточное сцепление покрытия с основанием из-за загрязненности или влажного состояния основания при строительстве или ремонте покрытия 13 Выбоины мелкие Дальнейшее развитие выкрашивания под дополнительным воздействием транспортных средств и природноклиматических факторов. Причины те же, что и при выкрашивании 14 Выбоины глубокие с повреждением нижних слоев дорожной одежды Несвоевременный ремонт выбоин на покрытии 15 Колейность мелкая со следами износа или выкрашивания Колейное движение транспорта (высокая интенсивность движения при узкой проезжей части и затрудненном обгоне), движение машин с шипованными шинами 16 Колейность мелкая без деформаций покрытия и без признаков износа и выкрашивания Недоуплотнение нижних слоев дорожной одежды при колейном движении транспорта 17 Колейность глубокая с боковыми наплывами Повышенная пластичность материала покрытия при колейном движении транспорта
Глава 1. Анализ современных методов ремонта асфальтобетонных дорожных покрытий 10 Окончание табл. 1.1 № п/п Виды деформаций и разрушений Наиболее вероятные причины 18 Колейность с сеткой мелких трещин Переувлажнение грунта земляного полотна при колейном движении транспорта 19 Просадки мелкие короткие с крутыми краями Недостаточная прочность нижних слоев дорожной одежды из-за несоблюдения норм проектирования, неправильной замены материалов, нарушения технологии строительства 20 Вмятины Углубления в покрытиях в виде отпечатков рисунка покрышек автомобилей или следа гусеничных машин, образующиеся в жаркую погоду, из-за высокой деформативности покрытия Требования к эксплуатационному состоянию покрытия, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения согласно ГОСТ 50597–93 [33], предельно допустимые площади повреждений покрытия и сроки их устранения приведены в табл. 1.2. Таблица 1.2 Требования к эксплуатационному состоянию дорожного полотна Группа дорог и улиц по интенсивности движения, авт/сут Повреждения (выбоины) размером не более 15×60×5 см, площадью м2/на 1 000м2 Отдельные раскрытые трещины на покрытии шириной более 5 мм, пог. м/на 1 000 м2 Срок устранения повреждений сут, не более А (более 3000 ) 0,3 (1,5 ) 10 5 Б (1 000–3 000 ) 1,5 (3,5 ) З0 7 В (менее 1 000 ) 2,5 (7,0 ) 40 10 Примечание. В скобках указаны значения повреждений для весеннего периода. Устранение мелких повреждений в виде выбоин и трещин проводят в весенний период с момента наступления теплой и устойчивой погоды.
Глава 1. Анализ современных методов ремонта асфальтобетонных дорожных покрытий 11 Установлено, что если требуемая площадь поверхности покрытия, нуждающегося в проведении ремонтных работ, находится в пределах до 10 % от общей площади, то эффективным является проведение локальных ремонтных работ. При превышении указанного предела поврежденной площади на участках протяженностью до 1–1,5 км целесообразнее выполнять работы по всей площади покрытия рассматриваемого участка. В Красноярском крае в настоящее время находится в эксплуатации около 12 тыс. км автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием. По результатам ежегодных весенних обследований, начиная с 2000 г., выявлено, что по всей площади требуется ремонт покрытий около 120– 140 участков общей протяженностью по всей сети до 1 500 км при протяженности отдельных участков от 1 до 8 км. Кроме того, ежегодная потребность локального ремонта на оставшейся протяженности сети автомобильных дорог составляет от 4–8 % от площади покрытия [93]. 1.2. Методы ремонта дорожного покрытия Для обеспечения надежности и долговечности дорожных покрытий ежегодно требуется выполнение большого объема локального ремонта, который в дорожной практике принято называть ямочным. Ямочный ремонт является самым распространенным методом заделки ям, выбоин, трещин и устранении других дефектов горячей асфальтобетонной смесью соответствующего состава ввиду его доступности. Распространенность этого метода можно объяснить широкой сетью асфальтобетонных заводов, находящихся в ведении дорожной эксплуатационной службы, наличием и доступностью исходных материалов для приготовления асфальтобетонной смеси и достаточным опытом выполнения технологических операций по ремонту асфальтобетонных покрытий. Для выполнения требований ГОСТ 50597–93 [33] при ремонте дорожного полотна необходимо выполнять работы в следующей технологической последовательности: заделка выбоин и сколов; заделка трещин; восстановление эксплуатационных качеств (поверхностная обработка). Приведенная последовательность основана на использовании традиционных ремонтных материалов. В целом к результатам ремонтных работ предъявляются следующие требования:
Глава 1. Анализ современных методов ремонта асфальтобетонных дорожных покрытий 12 1. Восстановление до нормативных показателей плотности, прочности, ровности и шероховатости ремонтируемой части покрытия; 2. Обеспечение достаточного продолжительного срока службы до проведения повторных ремонтных работ с учетом общей протяженности дорог региона; 3. Доступность применяемых материалов и оборудования; 4. Выполнение технологических операций независимо от погодных условий и протяженности автомобильных дорог региона; 5. Сокращение срока ремонтных работ и открытие движения; 6. Высокая экономическая эффективность. Как показывает практика эксплуатации участков после выполнения ремонтных работ с использованием горячих асфальтобетонных смесей, в большинстве случаев качество ремонта не отвечает требуемым показателям, в частности, не достигается нужное уплотнение смеси (коэффициент уплотнения не выше 0,96), что приводит к снижению прочностных показателей и долговечности за счет повышения водопоглощения. Ровность покрытия при совокупном анализе всего участка снижается. Выполнение технологических процессов напрямую зависит от погодно-климатических условий. Даже незначительные отклонения от учета температурного режима и погодных условий (в основном влажностных) приводят к резкому снижению качества ремонта и последующей работоспособности покрытия. Температурный режим при этом определяется не только погодными условиями, но и удаленностью ремонтируемых участков от завода по производству асфальтобетонной смеси. Кроме того, требование учета температурного режима существенно ограничивает период проведения ремонтных работ, что особенно актуально для Сибирского региона и в первую очередь для центральных и северных районов, климат которых характеризуется весьма непродолжительным периодом положительных температур и повышенной продолжительностью времени с жидкими атмосферными осадками. Следует отметить, что применение горячих асфальтобетонных смесей повышает общую продолжительность ремонтного времени за счет длительного набора эксплуатационных качеств смесью. В последние годы заметно повышена доля ремонтных работ с использованием струйно-инъекционной холодной технологии, заделки выбоин и трещин на покрытии автомобильных дорог с применением битумной эмульсии [88]. Эта технология в настоящее время является наиболее передовой и прогрессивной для нашего региона, хотя в зарубежных странах применяется уже более 15 лет. По этой технологии используется чистый мелкий щебень фракции 5–10 мм и быстрораспа