Шипицын Валерий Валерьевич. Обоснование технологии ремонта асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга с применением медленнотвердеющих минеральных вяжущих и разжиженного битума

Короткий опис

Шипицын Валерий Валерьевич. Обоснование технологии ремонта асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга с применением медленнотвердеющих минеральных вяжущих и разжиженного битума : дис. ... канд. техн. наук : 05.23.11 Омск, 2006 170 с. РГБ ОД, 61:06-5/3844

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
(СибАДИ)
на правах рукописи

Шипицын Валерий Валерьевич
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РЕМОНТА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ
ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ ХОЛОДНОГО РЕСАЙКЛИНГА
С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕДЛЕННОТВЕРДЕЮЩИХ
МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ И РАЗЖИЖЕННОГО БИТУМА
05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов,
аэродромов, мостов и транспортных тоннелей
Диссертация
на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Филатов С.Ф.
Омск • 2006
СОДЕРЖАНИЕ
Введение и общая характеристика работы 4
1; Технологии восстановления асфальтобетонного покрытия 8
1.1. Методы регенерации асфальтобетонного покрытия - основные
понятия и принятая классификация 8
1.2. Зарубежный опыт использования холодной регенерации 1 о
1.3. Отечественный опыт холодной регенерации покрытий 24
1.4. Исследование свойств асфальтогранулобетонов 29
1.5. Выводы, цель и задачи исследования 40
2. Теоретическое обоснование эффективности предлагаемой
технологии ремонта асфальтобетонных покрытий 44
2.1. Особенности структурообразования в конгломерате, образующемся
при холодной регенерации асфальтобетона с использованием мед-леннотверд еющих минеральных вяжущих и разжиженного битума .. 44
2.2. Результаты электрофизических исследований медленнотвердеющих
минеральных вяжущих и их компонентов 63
2.3. Прогнозирование эффективных режимов предлагаемой технологии
ремонта асфальтобетонных покрытий 71
Выводы по второй главе 79
3. Экспериментальные исследования физико-механических
свойств асфальтогранулобетона 82
3.1. Методики исследования и свойства исходных материалов 82
3.2. Исследование физико-механических свойств
асфальтогранулобетона 83
Выводы по третьей главе 96
4. Определение рациональных технологических параметров
регенерации асфальтобетонных покрытий методом холодного ре- сайклинга 98
4.1. Определение допустимого временного разрыва между приготовлени¬ем и уплотнением смеси на дороге 98
4.2. Влияние погодных условий на технологию регенерации асфальтобе-тонных покрытий 102
4.3. Определение рациональных технологических параметров производ¬ства работ 109
4.4. Исследование ремонтопригодности регенерированного асфальтобе-тонного слоя в ранние сроки твердения материала 114
Выводы по четвёртой главе 117
5. Опытно-производственная проверка результатов исследования и технико-экономическое обоснование предлагаемой технологии ремонта асфальтобетонных покрытий 118
5.1. Опытно-производственная проверка результатов исследования 118
5.2. Технико-экономическое обоснование технологии ремонта асфальто¬
бетонных покрытий с использованием медленнотвердеющих мине¬ральных вяжущих и разжиженного битума 126
Выводы по пятой главе 134
Заключение и общие выводы 135
Библиографический список 138
Приложения:
1. Рекомендации по ремонту асфальтобетонных покрытий методом хо¬
лодного ресайклинга с применением медленнотвердеющих мине¬ральных вяжущих и разжиженного битума 149
2. Акты внедрения результатов исследования 157
3. Локальные ресурсные ведомости и локальные сметные расчёты 163
Актуальность диссертационной работы. В процессе эксплуатации дороги снижается прочность дорожной одежды, ухудшается ровность и сплошность покрытия. Традиционно ремонт покрытия проводят различ¬ными способами поверхностной обработки, выравнивания асфальтобетон¬ной смесью и устройством дополнительного слоя износа.
Концепция холодного ресайклинга дорожной одежды, как способа восстановления эксплуатационных свойств, относительно нова. Холодная регенерация асфальтобетонных покрытий выгодно отличается от традици- ► онных способов ремонта, прежде всего, своей экономичностью. Эта техно¬логия позволяет наиболее эффективно использовать материал старой до¬рожной одежды, устранять трещины в старом покрытии на всю или боль¬шую часть глубины, что замедляет появление трещин на новом покрытии. Кроме того, проведение работ без разогрева материала наносит минималь¬ный вред окружающей среде.
Обычно для восстановления старого асфальтобетона рекомендуют вводить органические вяжущие: жидкий битум, битумную эмульсию, от-работанные масла и др. В качестве минерального вяжущего в основном применяют цемент.
Однако эта эффективная технология требует дальнейшего развития в части использования для укрепления материалов других вяжущих, совер-шенствования технологического процесса. Не изучено комплексное влия¬ние технологических и погодных факторов на свойства получаемых конст-руктивных слоев.
Объектом диссертационного исследования является технология ! ремонта асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга.
Предмет исследования: параметры технологического процесса хо-лодного ресайклинга асфальтобетонных покрытий с применением медлен-нотвердеющих минеральных вяжущих и разжиженного битума.
Цель диссертационной работы: развитие научных положений и по-вышение практических результатов технологии холодного ресайклинга асфальтобетонных покрытий с применением медленнотвердеющих мине-ральных вяжущих и разжиженного битума.
Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:
- произведен анализ и обобщение проблем, связанных с применени¬ем технологии ремонта асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга;
- теоретически обоснована эффективность технологии ремонта ас-фальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга с применени¬ем медленнотвердеющих минеральных вяжущих и разжиженного битума;
- исследованы физико-механические свойства АГБ с установлением параметров технологического процесса;
- осуществлена опытно-производственная проверка полученных ре-зультатов;
- выполнена технико-экономическая оценка предлагаемых решений.
Научная новизна результатов исследования заключается в разви¬тии научных положений в области технологии ремонта асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга:
- обосновано применение медленнотвердеющих минеральных вяжу-щих и разжиженного битума в технологии холодного ресайклинга;
- разработаны рациональные составы смесей;
- установлены параметры технологического процесса, учитывающие комплексное влияние технологических и погодных факторов на свойства получаемых конструктивных слоев.
Практическая значимость работы состоит в расширении возмож-ностей использования и повышении качества ремонта асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга. Разработаны рекомендации по технологии ремонта асфальтобетонных покрытий методом холодного ре-сайклинга с применением медленнотвердеющих минеральных вяжущих и разжиженного битума.
Автор защищает:
- совокупность технологических решений и параметры технологиче-ского процесса, позволяющие получать качественное покрытие с учётом комплексного влияния технологических и погодных факторов на свойства получаемых конструктивных слоев;
- особенности структуры асфальтогранулобетона и рациональные со-ставы смесей, полученных с применением медленнотвердеющих мине-ральных вяжущих и разжиженного битума.
Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций обоснована использованием в исследованиях фундаментальных положе¬ний теории структурообразования и технологии асфальтобетонов, соблю¬дением основных принципов физического моделирования, необходимым объемом экспериментальных данных, полученных с использованием со-. временных приборов и оборудования. Экспериментально-теоретические положения проверены и подтверждены при опытно-производственном строительстве.
Реализация работы:
' 1. Временные рекомендации по восстановлению асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга с применением медленнотвер-деющих минеральных вяжущих и разжиженного битума приняты к приме-нению в Управлении дорожного хозяйства Омской области.
2. Осуществлены работы по ремонту покрытия на участках автомо-бильных дорог областного значения Омск - Муромцево и на федеральной дороге Омск - Тюмень.
3. Материалы диссертационного исследования используются в учеб-ном процессе на факультете «Автомобильные дороги и мосты» СибАДИ при изучении дисциплин «Технология и организация строительства авто-мобильных дорог» и «Реконструкция автомобильных дорог».
Апробация работы: материалы исследования докладывались и об-суждались на Международных научных конференциях, посвященных 70 и 75-летию образования СибАДИ в 2000 и 2005 гг.; на Всероссийских научно-практических конференциях, организованных предприятием Ал- t . тайавтодор в г. Барнауле в 2001 и 2003 гг.; на 63-й научно-технической конференции в г. Новосибирске (НГАСУ) в 2006 г.
Публикации. Основные положения диссертационного исследования опубликованы в 8 научных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Результаты исследования изложены на 170 страницах основного текста, включающего 46 рисунков, 41 таблицу, библиографию из 159 наименований.

Список літератури

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. В результате проведённого исследования теоретически обоснована и практически подтверждена эффективность технологии ремонта асфальтобе¬тонных покрытий методом холодного ресайклинга с применением медлен¬нотвердеющих минеральных вяжущих и разжиженного битума.
2. Асфальтогранулобетон (АГБ) - это композиционный материал, в ко¬тором наполнителем являются полизернистые частицы АГ, а матрицей - комплексное вяжущее на основе медленнотвердеющего минерального вяжу¬щего и разжиженного битума. В процессе структурообразования в АГБ фор¬мируется два типа микроструктуры - коагуляционная и конденсационно¬кристаллизационная, что объясняет повышенные деформативные и прочно¬стные свойства, водо- и морозостойкость АГБ. Коагуляционные связи между частицами АГ осуществляются через адсорбционно-сольватные структури¬рованные пленки битума. Конденсационно-кристаллизационные связи пред¬ставлены слабозакристаллизованной массой гелевидных гидросиликатов кальция.
3. Длительное сохранение тиксотропной коагуляционной структуры мед-леннотвердеющего минерального вяжущего, позволяет улучшить техно¬логические параметры строительства конструктивных слоев дорожных одежд с использованием таких материалов. Применение разжиженного вяз¬кого битума способствует повышению качества перемешивания смеси, что в конечном итоге улучшает физико-механические свойства получаемого мате¬риала.
4. Установлены показатели физико-механических свойств асфальтогра-нулобетонов с применением в качестве регенерирующих добавок медленнот¬*
вердеющих минеральных вяжущих и вязкого битума, разжиженного кероси¬ном. Разработанные составы смесей позволяют получать АГБ типа Б (биту¬мосодержащие), типа М (минералосодержащие), и типа К (комплексные),
отвечающие требованиям нормативных документов и пригодные для строи-
■ # .
тельства нижних и верхних слоев асфальтобетонных покрытий. АГБ типа М и К из смесей на основе медленнотвердеющих минеральных вяжущих обла¬дают лучшей деформативностью, а значит и трещиностойкостью по сравне¬нию с АГБ в состав которых входит цемент.
5. Наилучшие показатели прочности АГБ достигаются при введении в смесь оптимального количества разжиженного битума и воды; причём, со¬держание воды в смеси должно быть откорректировано, в зависимости от ви¬да и дозировки минерального вяжущего, а также от условий приготовления и твердения материала на дороге. Получена математическая модель влияния температуры воздуха, скорости ветра и времени выдерживания смеси на до¬роге, на испарение из неё влаги. Это позволяет для конкретных условий и технологии производства работ устанавливать водосодержание смеси при её приготовлении, с учетом последующего испарения влаги.
Испарение лёгких фракций керосина в основном происходит в первые две недели твердения смеси, при этом прочность АГБ возрастает. Сущест¬венный вклад в формирование прочности АГБ вносит медленнотвердеющее минеральное вяжущее, что подтверждается длительным набором прочности образцов, содержащих это вяжущее.
6. Данные исследований позволяют обоснованно проектировать техно¬логический процесс ремонта дорожных покрытий, определять длину техно¬логической подзахватки для данной производительности машин, оптималь¬ное и допустимое время уплотнения смеси. Причем, эти параметры опреде¬ляются в зависимости от погодных условий производства работ.
За счёт повторного перемешивания или уплотнения смеси АГБ в опре¬делённый период времени можно получить повышение прочности материала до 40 % без увеличения дозировки вяжущего. Для получения дорожного по¬крытия с заданными свойствами, необходимо организовать технологический процесс так, чтобы уплотнение смеси было закончено в индукционный пери-
од, продолжительность которого зависит от рецептуры смеси и температуры воздуха. Предельно допустимое время выдерживания смеси различного со¬става изменяется от 3 до 8 часов. *
Положительной особенностью технологии холодной регенерации явля¬ется возможность исправить допущенные ошибки даже после уплотнения слоя. В ранние сроки твердения АГБ типа К обладает свойствами, позво¬ляющими восстанавливать прочностные показатели после рыхления и по¬вторного уплотнения материала не позднее 4 часов. Асфальтогранулобетон типа Б способен длительное время воспринимать повторную обработку без потери прочности (как холодный асфальтобетон), но испарение разжижителя ограничивает этот период до 11-15 час.
7. Опытно-производственные работы позволили практически отработать
и уточнить рациональные технологические параметры ремонта асфальтобе¬тонных покрытий методом холодного ресайклинга, доказать достоверность и практическую значимость результатов теоретических и экспериментальных исследований. .
На базе исследований и опытно-производственных работ разработаны Рекомендации по ремонту асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга с применением медленнотвердеющих минеральных вяжущих и разжиженного битума.
Технико-экономическая оценка предлагаемой технологии показала ее эффективность. Технология ремонта асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга с использованием медленнотвердеющих минераль¬ных вяжущих и разжиженного битума примерно в 3 раза дешевле, чем тра¬диционная технология ремонта с укладкой нового тонкого слоя асфальтобе¬тонного покрытия.