STUDY OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF ASPHALT BINDER WITH ADHESIVE ADDITIVES

Соломенцев А.Б.¹, Мосюра Л.С.², Анахин Н.Ю.³, Грошев Н.Г.⁴

¹Доцент, кандидат технических наук, ²аспирант, ^3,4Студент, Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АСФАЛЬТОВЯЖУЩЕГО С АДГЕЗИОННЫМИ ДОБАВКАМИ

Аннотация

Определены физико-механические свойства асфальтовяжущего с адгезионными добавками Амдор-10, Дорос-АП, Honeywell Titan 7686 при расходе битума 11,0%-13,0% от массы минерального порошка и расходе добавок Амдор-10 – 1,0%, Дорос-АП и Honeywell Titan 7686 – 1,5% от массы битума. Установлено, что при оптимальном расходе битума улучшаются физико-механические свойства асфальтовяжущего, однородность микроструктуры асфальтобетона, уменьшается водонепроницаемость зоны контакта битумной пленки с минеральным порошком.

Ключевые слова: дорожный битум, асфальтовяжущее, адгезионные добавки, микроструктура асфальтобетона.

Solomentsev A.B.¹, Mosyura L.S.², Anahin N.Yu.³, Groshev N.G.⁴

¹Associate Professor, PhD in Engineering, ²Postgraduate student, ^3,4Student, Orel State University

STUDY OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF ASPHALT BINDER WITH ADHESIVE ADDITIVES

Abstract

The paper contains the study of physical and mechanical properties of asphalt binders with adhesive additives, such as Amdor-10, Doros-AP, Honeywell Titan 7686 with the bitumen rate of 11.0% - 13.0% from the weight of mineral powder and the rate of additives Amdor-10-1.0%, Doros-AP and Honeywell Titan 7686 - 1.5% of bitumen weight. It is found that the optimal rate of bitumen improves the physical and mechanical properties of asphalt binder, uniformity of asphalt concrete microstructure, reduces water resistance of the contact zone of the bitumen film with mineral powder.

Keywords: bitumen road, asphalt binders, adhesion additives, the microstructure of asphalt concrete.

Исходя из особенностей компонентов в асфальтобетоне выделены три типа структур (подсистем): микроструктура асфальтобетона как структура асфальтовяжущего вещества, мезоструктура как двухкомпонентная подсистема (песок – асфальтовяжущее вещество), макроструктура как двухкомпонентная подсистема (щебень – асфальтовый раствор)[1].

При объединении битума с минеральным порошком формируется микроструктура  асфальтобетона, отражающая количественное соотношение, расположение и взаимодействие вяжущего и наиболее дисперсной и активной составляющей асфальтобетона – минерального порошка. Поверхность минерального порошка составляет большую часть общей поверхности минеральной части асфальтобетонной смеси. Таким образом, на частицы минерального порошка приходиться большая часть поверхностных взаимодействий с битумом. По изменению показателей физико-механических свойств асфальтовяжущего при введении адгезионных добавок в битум можно оценить влияние этих добавок на микроструктуру асфальтобетона [2].

В данной статье приводятся результаты исследований влияния адгезионных добавок Амдор-10, Дорос-АП, Honeywell Titan 7686 на физико-механические свойства асфальтовяжущего.

Для приготовления асфальтовяжущего использовался неактивированный доломитовый минеральный порошок ОАО «Доломит» и битум нефтяной дорожный вязкий БНД 60/90 Московского НПЗ.  Свойства адгезионных добавок приведены в таблице 1.

  Результаты оценки сцепления битума с добавками с поверхностью материала кислой породы приведены в таблице 2.  

Таблица 2 - Сцепление дорожного битума с гранитным минеральным материалом

№ n/n	Наименование добавки	Показатель сцепления по ГОСТ 11508-74, выдерживает по образцу №, при расходе добавок в % от массы битума
		0,3	0,5	0,8	1,0	1,5	2,0
1	2	3	4	5	6	7	8
2	Амдор-10	3	3	2→1	1	2→1	2
3	Дорос-АП	2	2	3→2	3→2	1	2
4	Honeywell Titan 7686	2	2	2→1	2→1	2→1	2→1

 

В соответствии с классификацией, приведенной в [3], Амдор-10 и Honeywell Titan 7686 относятся к группе высокоэффективных, а Дорос-АП к группе среднеэффективных. Исходя из данных приведенных в таблице 2, расход добавок в битуме был принят следующим: Амдор-10 – 1,0%, Дорос-АП – 1,5%, Honeywell Titan 7686 – 1,5%.

Асфальтовяжущее приготавливали в 10-литровом лабораторном смесителе с подогревом смесительной камеры. Битум нагревался до 150-160°С, в него вводились адгезионные добавки в заданном количестве. Смешивание битума с добавками производилось в лабораторном смесителе для приготовления полимер-битумных вяжущих в течение 3 минут. Минеральный порошок нагревался до температуры 160-170°С и засыпался в смеситель, затем вводился битум с добавками и проводилось смешивание в течение 3 минут для равномерного распределения вяжущего в минеральном порошке. Образцы асфальтовяжущего изготавливались с использованием форм для асфальтобетона d=50,5 мм. Нагрузка на образец составляла 8 тонн, время воздействия нагрузки — 3 минуты. Температура асфальтовяжущего при формовании принималась равной 140°С, так как при температуре формования 140-160°С физико-механические свойства асфальтовяжущего не изменялись. Расход битума в асфальтовяжущем изменяли от 11,0% до 13,0% от массы минеральных материалов для определения оптимального количества битума в асфальтовяжущем. Физико-механические свойства образцов асфальтовяжущего определялись в соответствии с ГОСТ 12801-84 «Смеси асфальтобетонные дорожные и аэродромные, дегтебетонные дорожные, асфальтобетон и дегтебетон. Методы испытаний.»

В таблице 3 и на рисунке 1 приведены показатели физико-механический свойств асфальтовяжущего с адгезионными добавками при различном расходе битума от массы минерального порошка. Как видно, оптимальное количество битума в асфальтовяжущем составило 12,0%-12,5% от массы минерального материала, при этом достигаются максимальные значения средней плотность и прочности.

Таблица 3 - Показатели физико-механический свойств асфальтовяжущего с адгезионными добавками

Более детально характер изменений физико-механических свойств можно проследить на рисунке 1, где на графиках показано изменение значений физико-механических свойств при увеличении расхода битума с добавками в асфальтовяжущем.

Рис. 1 - Зависимость физико-механический свойств асфальтовяжущего с адгезионными добавками от расхода битума: а – средняя плотность, б – водонасыщение, в – прочность при 20°С, г – прочность в водонасыщенном состоянии, д – прочность при 50°С, е – водостойкость

Как видно из таблицы 3 и рисунка 1 средняя плотность при оптимальном количестве битума 12% с адгезионными добавками осталась такой же, как и у битума без добавок.  Водонасыщение уменьшилась во всех образцах у Амдор-10 с 0,58% до 0,38% на 52%, с Дорос-АП и с Honeywell Titan 7686 от 0,58% до 0,52% на 11,5%. Введение адгезионных добавок увеличивает прочность на сжатие при 20°С у Амдор-10 с 7,67МПа до 9,80 МПа на 26,2%, у Дорос-АП с 7,67МПа до 9,58МПана 24,9%, у Honeywell Titan 7686 с 7,67МПа до 9,42МПа на 22,8% по сравнению с битумом без добавок. Прочность в водонасыщенном состоянии увеличивается с Амдор-10 от 7,41МПа до 9,70МПа на 23,6%, с Дорос-АП от 7,41МПа до 9,81МПа на 24,5%, с Honeywell Titan 7686 от 7,41МПа до 9,44МПа на 21,5%. Прочность на сжатие при 50°С увеличивается у Амдор-10 с 2,68МПа до 3,15МПа на 17,5%, у Дорос-АП с 2,68МПа до 3,06МПа на 14,2%, у Honeywell Titan 7686 с 2,68МПа до 2,77МПа на 3,4%. Коэффициент водостойкости увеличивается при добавлении всех добавок: с применение добавки Амдор-10 с 0,97 до 0,99 на 2,1%, Дорос-АП с 0,97 до 1,02 на 5,1%, Honeywell Titan 7686 с 0,97 до 1,00 на 3,1%.

Введение адгезионных добавок в битум улучшает физико-механические свойства асфальтовяжущего при оптимальном количестве битума. Введение адгезионных добавок изменяет также физико-механические свойства асфальтовяжущего и при неоптимальном расходе битума: при 11,0% увеличивается средняя плотность при введении добавок Амдор-10 и Honeywell Titan 7686 и незначительно уменьшается в асфальтовяжущем с Дорос-АП, уменьшается водонасыщение при введении добавок Амдор-10, Honeywell Titan 7686 и Дорос-АП, увеличивается водостойкость, повышается прочность на сжатие при 20°С, за исключением асфальтовяжущего с Дорос-АП с расходом битума 11,0% от массы минерального порошка (в этом случае,  прочность при 20°С в сухом состоянии образцов асфальтовяжущего  уменьшается). При расходе битума в асфальтовяжущем 11, 0%  прочность при 50°С увеличивается при введении добавок Амдор-10 и Honeywell Titan 7686 и уменьшается при введении Дорос-АП.

Таким образом, можно сделать вывод, что с введением адгезионных добавок Амдор-10, Дорос-АП, Honeywell Titan 7686 в асфальтобетон будет улучшаться однородность и прочность микроструктурных связей, уменьшаться водопроницаемость зоны контакта битумной пленки с поверхностью минеральным порошком.

Список литературы / References

1. Дорожный теплый асфальтобетон/Королев И.В., Агеева Е.Н., Головко В.А., Фоменко Г.Р. – Киев: Вища школа, 1984. – 200 с.
2. Соломенцев А.Б., Свойства асфальтобетона с азотсодержащими адгезионные ПАВ [Текст] /А.Б. Соломенцев // Наука и техника в дорожной отрасли, 2001. - №2. – С.6-7.
3. Соломенцев А.Б. Адгезионные добавки для дорожных битумов и асфальтобетонов и оценка их эффективности [Текст]/А.Б. Соломенцев// Строительство и реконструкция, 2013.-№1. - С. 81-85.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Dorozhnyj teplyj asfal'tobeton [Warm asphalt road] /Korolev I.V., Ageeva E.N., Golovko V.A., Fomenko G.R. – Kiev: Vishha shkola, 1984. – 200 p. [in Russian]
2. Solomencev A.B., Svojstva asfal'tobetona s azotsoderzhashhimi adgezionnye PAV [Properties of asphalt adhesive with nitrogen-containing surfactants] [Text] /A.B. Solomentsev // Nauka i tehnika v dorozhnoj otrasli [Science and Technology in the road sector], 2001. - №2. - P.6-7. [in Russian]
3. Solomentsev A.B., Adgezionnye dobavki dlja dorozhnyh bitumov i asfal'tobetonov i ocenka ih jeffektivnosti [Adhesive additives for road bitumen and asphalt, and assess their effectiveness] [Text] /A.B. Solomentsev // Stroitel'stvo i rekonstrukcija [Construction and reconstruction], 2013.-№1. - P. 81-85. [in Russian]