Актуальность темы. Автомобильные дороги с асфальтовыми покрытиями составляют более 90 % общей протяженности дорог с капитальными типами покрытий. В настоящее время, по оценкам ученых, почти половина асфальтовых покрытий в мире требует ремонта. В России, исходя из сложившейся экономической ситуации, основное внимание уделяется ремонту существующих автомобильных дорог. Во многих случаях для проведения ремонта требуется частично или полностью снимать слой старого покрытия. Это увеличивает интерес к различным способам утилизации старого асфальта.
Проблема повторного использования старого асфальта возникла с момента появления первых асфальтовых покрытий и в настоящее время становится все более актуальной. Об этом свидетельствуют отечественные и зарубежные данные о количестве старого асфальта, ежегодно снимаемого с проезжей части дорог. Наиболее эффективным способом повторного использования старого асфальта является регенерация. Вопросы о свойствах регенерированного асфальта, методах и технико-экономической эффективности регенерации обсуждались на XIII Всемирной конференции Международной дорожной федерации (1997 г.).
Наибольшее распространение получила горячая регенерация, недостатками которой являются: нанесение ущерба окружающей среде, необходимость в специальном оборудовании, большой расход энергии и др.
Альтернативой горячей являются различные методы холодной регенерации. Их недостатками являются необходимость заблаговременного приготовления битумных эмульсий, потребность в эмульгаторах и специальных машинах, осуществляющих регенерацию на дороге.
Изложенное свидетельствует о назревшей необходимости и целесообразности разработки и исследования эффективных методов холодной регенерации асфальта.
Работа выполнялась в соответствии с программой НИР Саратовского государственного технического университета (внутривузовская программа 12В.02 "Разработка методов строительства, ремонта, реконструкции и эксплуатации автомобильных дорог", код ГРНТИ 73.31.09).
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка технологии производства и применения холодного регенерированного асфальта с дисперсным битумом. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
- проанализировать процессы структурообразования в регенерированном асфальте с дисперсным битумом;
- исследовать диспергирование битума твердыми эмульгаторами в присутствии гидрофобных частиц старого асфальта;
- исследовать процесс уплотнения регенерированной смеси;
- исследовать дорожно-технические свойства регенерированного асфальта с дисперсным битумом и методы их улучшения;
- разработать технические рекомендации по технологии производства и применения холодного регенерированного асфальта с дисперсным битумом;
Рабочая гипотеза базируется на представлениях физической химии о поверхностных явлениях в органоминеральных системах как основы направленного влияния на процессы структурообразования и технологические приемы производства и применения регенерированного асфальта с дисперсным битумом.
Научная новизна. Теоретически проанализированы процессы структурообразования в регенерированном асфальте с дисперсным битумом, получаемым по разработанной технологии холодной регенерации.
Впервые исследован процесс диспергирования битума твердыми эмульгаторами в присутствии гидрофобных частиц старого асфальта. Исследован процесс уплотнения регенерированной смеси, что позволяет назначить рациональные режимы уплотнения. Изучены основные дорожно-технические свойства регенерированного асфальта с дисперсным битумом и возможность частичного применения альтернативных органических вяжущих.
Определена технико-экономическая эффективность исследуемой технологии и разработаны рекомендации по приготовлению и применению холодного регенерированного асфальта с дисперсным битумом.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается лабораторными и опытно-производственными работами, выполненными с применением математического аппарата планирования и обработки экспериментальных данных.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработана эффективная технология производства и применения холодной регенерированной асфальтовой смеси с дисперсным битумом, которая может быть реализована с помощью имеющегося серийно выпускаемого оборудования, машин и механизмов. Практическое применение результатов исследований позволяет снизить расход топлива и электроэнергии, исключить расходы на дорогостоящие эмульгаторы и специальное оборудование для регенерации асфальта, уменьшить трудозатраты.
Исследуемая технология регенерации асфальта является экологически чистой.
Народнохозяйственный эффект от внедрения технологии регенерированного асфальта с дисперсным битумом составляет 52,7 % по сравнению с горячим регенерированным асфальтом.
Разработанная технология регенерации прошла опытно-производственную проверку в г. Саратове, где регенерированные смеси применялись для ямочного ремонта покрытия на проезжей части и тротуарах.
На основании выполненных исследований разработаны рекомендации по применению холодного регенерированного асфальта с дисперсным битумом.
Положения, выносимые на защиту:
-экспериментально доказанная возможность производства и применения холодной регенерированной смеси с дисперсным битумом для устройства асфальтового покрытия в III-Vдорожно-климатических зонах на дорогах не выше II технической категории;
-теоретические представления о процессах структурообразования в регенерированном асфальте с дисперсным битумом;
-результаты экспериментальных исследований процессов диспергирования битума, уплотнения, кинетики формирования структуры, дорожно-технических свойств и методов их улучшения;
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы по мере их разработки докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях СГТУ (Саратов, 1997-1999 гг.), заседаниях кафедры "Строительство и эксплуатация автомобильных дорог" СГТУ (1997-1999 гг.), Международной научно-технической конференции "Проблемы транспортного строительства и транспорта" (Саратов, 1997 г.), Международной научно-практической конференции "Современные проблемы дорожно-транспортного комплекса" (Ростов-на-Дону, 1998 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы из 134 наименований, изложена на 182 страницах машинописного текста, содержит 34 таблицы, 33 рисунка и 2 приложения.
