АСФАЛЬТОБЕТОН С АКТИВИРОВАННЫМ МИНЕРАЛЬНЫМ ПОРОШКОМ ИЗ ЗОЛОШЛАКА НА ПОЛИМЕРНО-БИТУМНОМ ВЯЖУЩЕМ

Преждевременное разрушение структуры асфальтобетона происходит из-за длительного или периодически повторяющегося увлажнения и циклов попеременного замораживания и оттаивания. Разрушение происходит по причине низкой деформативности асфальтобетона при отрицательных температурах и недостаточной адгезии битума к минеральным материалам. В этой работе предпринята попытка улучшить адгезию и деформативные свойства асфальтобетона. Для приготовления асфальтобетона не всегда применяются минеральные порошки из карбонатных пород. Для дорог невысоких категорий допускается применять минеральный порошок МП-3 в соответствии с ГОСТ 32761-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Минеральный порошок. Технические требования». К порошкам МП-3 относятся, кроме прочих, порошки из твердых и порошкообразных отходов промышленного производства. В статье рассматривается применение порошка из зол уноса теплоэлектростанций (ТЭС). Такие порошки давно рассматриваются и применяются в качестве минерального порошка для асфальтобетона, что отражено и в нормативной базе, но адгезия битума к таким порошкам значительно ниже, чем к порошкам из карбонатных горных пород. В этой статье рассматривается применение активированного в газовой фазе минерального порошка, что решит проблему низкой адгезии. Для улучшения деформативных свойств асфальтобетона при отрицательных температурах предложено использовать полимерно-битумное вяжущее.

Многие исследователи считают, что причиной разрушений асфальтобетонов при пониженных температурах является недостаточно высокое качество вяжущих, а именно, их низкотемпературные свойства

Содержание минерального порошка в асфальтобетоне, как правило, от 7 до 9% по массе, однако удельная поверхность зерен составляет от 80 до 90% от общей поверхности минеральных частиц, поэтому важна хорошая адгезия именно к минеральному порошку. Не всегда в наличии имеется карбонатный минеральный порошок, часто в этой роли используют местные отходы промышленности. Для улучшения адгезии используют различные методы

Золы дальневосточных ТЭС обладают ярко выраженной кислотностью, поэтому на поверхности раздела фаз битума и минерального порошка из отходов ТЭС будут протекать реакции физического характера без образования водонерастворимых мыл, это приведет к получению асфальтобетона с невысокими прочностными характеристиками в водонасыщенном состоянии. Изменить поверхностные свойства кислых минеральных материалов предлагается с помощью газовой гидрофобизации. Такой способ совмещает сушку золы с ее газовой гидрофобизацией

В качестве минерального порошка использовалась зола (золошлак) ТЭС. В соответствии с ГОСТ 32761

На долговечность асфальтобетона в значительной степени влияет коэффициент водостойкости (рис. 1), который зависит от прочности сцепления вяжущего с минеральными материалами и от открытой пористости асфальтобетона

Рисунок 1 - Зависимость коэффициента водостойкости от содержания и вида применяемого вяжущего и минерального порошка

DOI:10.60797/IRJ.2025.160.59.2

Результаты испытаний показали повышение коэффициента водостойкости и для асфальтобетона с ПБВ, которое можно объяснить повышенным количеством замкнутых пор при практически одинаковой общей пористости, а также повышенными когезионными свойствами ПБВ. Увеличение количества замкнутых пор можно проследить по водонасыщению испытанных образцов, которое численно равно открытой пористости. Влияние состава асфальтобетона на его водонасыщение приведено на графике (рис. 2).

Рисунок 2 - Зависимость водонасыщения от содержания и вида применяемого вяжущего и минерального порошка

DOI:10.60797/IRJ.2025.160.59.3

Водонасыщение — свойство от которого, наряду с коэффициентом водонасыщения, зависит продолжительность службы асфальтобетона, так как попадающая в поры вода отслаивает пленку вяжущего, а в зимнее время вода, замерзая, увеличивается в объеме и разрушает структуру асфальтобетона. Оптимальное его количество для данного состава асфальтобетона.

После обработки результатов испытаний были получены уравнения регрессии. Регрессионные зависимости, характеризующие водостойкость асфальтобетона с применением отходов ТЭС приведены ниже:

– для асфальтобетонов на исходном золошлаке:

где Кв — коэффициент водостойкости асфальтобетона,

– на золошлаке, активированном в газовой фазе битума:

– на золошлаке, активированном в газовой фазе битума, на полимерно-битумном вяжущем

Анализ регрессионных зависимостей показывает, что водостойкость возрастает при использовании активированного золошлака и, еще в большей степени, при одновременном использовании активированного золошлака и полимерно-битумного вяжущего. Это показывают результаты испытаний и свободные члены уравнений регрессии. Полученные уравнения отражают тот факт, что увеличение количества вяжущего повышает водостойкость, а увеличение количества золошлака снижает этот показатель. Использование активированных минеральных порошков и применение ПБВ делает снижение водостойкости менее выраженным.

Асфальтобетоны на гидрофобизированных отходах ТЭС имеют меньшее водонасыщение, чем асфальтобетоны на исходном золошлаке с таким же количеством битума. Наибольший эффект обеспечивается при оптимальном или при недостаточном количестве битума. При избытке битума показатели водонасыщения отличаются незначительно

Применение ПБВ позволяет получать асфальтобетоны с преобладанием мелких замкнутых пор, что повышает их водостойкость и атмосферостойкость. По результатам представленных испытаний, 10% вяжущего — это оптимальное количество для данного состава асфальтобетона. Был определен предел прочности при сжатии образцов асфальтобетона с этим содержанием вяжущего для трех составов при температурах 0 и 50°С (табл. 2).

Прочность асфальтобетона при 50°С повышается, прочность при 0°С изменяется незначительно, однако следует отметить, что при низких температурах асфальтобетон не должен быть излишне прочным, так как вместе с прочностью возрастает его хрупкость. Использование ПБВ позволяет сохранить пластичность асфальтобетона при нулевой температуре, этим можно объяснить некоторое снижение прочности при 0°С.

Таким образом, активация минеральных порошков из местного сырья — золошлаковой смеси ТЭС, позволяет расширить номенклатуру применяемых минеральных порошков, снизить затраты на производство асфальтобетонных смесей без снижения качества материала. Полимерно-битумные вяжущие позволяют расширить интервал работоспособности битума, повысив, тем самым эксплуатационные качества асфальтобетона.

Результаты исследования показали, что применение в качестве минерального порошка активированной в газовой фазе золы ТЭС, совместно с полимерно-битумным вяжущим, повышает коэффициент водостойкости асфальтобетона, снижает водонасыщение, расширяет температурный интервал работоспособности. Новизна заключается именно в совместном воздействии этих двух факторов и можно сделать вывод, что эффекты от одновременного применения активированной золы ТЭС и применения ПБВ суммируются. Исследование является оригинальным, данный метод гидрофобизации предложен профессором нашей кафедры Ярмолинской Н. И., но с использованием в качестве вяжущего дорожного битума, а не ПБВ. Данная работа продолжает и развивает эти исследования. Обзор литературных источников показал отсутствие работ на эту тему. Дополнительного исследования требуют долговечность полученного композиционного материала и некоторые другие его свойства. Недавно вступивший в действие ГОСТ Р 58406.2 – 2020 выдвигает новые требования к горячим асфальтобетонным смесям. Появился показатель средней глубины колеи, который, предположительно, может улучшиться благодаря применению ПБВ. Из дополнительных показателей интерес представляют остаточная прочность после воздействия реагентов и коэффициент длительной водостойкости. Предполагается, что эти показатели улучшатся благодаря активации минерального порошка. В этом направлении планируются дальнейшие исследования.