ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АСФАЛЬТОБЕТОНА С

ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» НИУ
XVI Международная межвузовская научно-практическая конференция молодых учёных,
аспирантов и докторантов
Автор: Гладких В.А.
аспирант института ИСА, каф. ТВВиБ
Руководитель: Е.В. Королев
д.т.н., профессор, директор НОЦ НТ
•
•
•
•
Физико-химические свойства серы.
Доступность.
Экологическая причина –утилизации
технической серы.
Экономическая причина – замещение
дорогостоящего битума менее дорогим
серным модификатором (стоимость
технической серы 2000 руб/т, стоимость
нефтянного битума 16000 руб/т).
2
Причины не позволявшие развивать технологию
сероасфальтобетона:
 Отсутствие решений по эмиссии токсичных газов: сероводорода
и диоксида серы, вызывающих отравление у рабочих.
 Хрупкость при отрицательных температурах, приводящая к
образованию трещин в дорожном покрытии.
Решение указанных проблем:
Использованием комплексного серного
модификатора содержащего не менее 90% серы,
и нейтрализатор эмиссии сероводорода и
диоксида серы.
Нейтрализатор включает органический
компонент, обеспечивающий снижение
температуры хрупкости битума. Разработанный
модификатор имеет форму гранул размером 5-10
мм.
3
Проектирование сероасфальтобетона
Сероасфальтобетонные смеси следует рассматривать в
качестве разновидности асфальтобетонных, в которых
битумное вяжущее частично заменено на серу.
Проектирования сероасфальтобетона осуществляется согласно
методики, в основу которой положено равенство объемов нефтяного
битума базового состава асфальтобетона и вяжущей композиционной
смеси, содержащей битум и серный модификатор.
Б
ρБ

К
ρК
Где где Б − расход битума для приготовления асфальтобетона заданной
марки; ρБ − плотность битума; К − расход битума и вводимой в смесь
серного модификатора; ρК − плотность битума с добавкой серы.
4
Физико-механические свойства асфальтобетона без
добавления серного модификатора и с добавлением
Наименование показателей
Предел прочности при сжатии при 20 оС, МПа
Предел прочности при сжатии при 50 оС, МПа
Средняя плотность асфальтобетона, г/см3
Остаточная пористость, %
Водонасыщение, % по объему
Предел прочности на растяжение при
расколе при 0оС, МПа
Сдвигоустойчивость:
- коэффициент внутреннего трения
- сцепление при сдвиге при
температуре 50 оС, МПа
Водостойкость при длительном
водонасыщении
Требования
ГОСТ
31015-2002
(II дорожноклиматическая зона)
Контрольный состав
(ЩМА 15)
не менее 2,2
Модифицированный
асфальтобетон
30% серного
модификатора
40% серного
модификатора
5,20
5,71
6,24
1,76
2,2
2,4
2,59
3,60
2,7
2,63
2,45
1,5
2,63
2,71
1,8
не менее 2,5
не более 6
3
3,13
3,04
не менее
0,93
не менее
0,18
0,93
0,93
0,93
0,33
0,44
0,44
0,85
0,86
0,85
не менее
0,65
от 1,5 до 4,5
от 1 до 4
не менее
0,85
5
Сдвигоустойчивость и жесткость асфальтобетона в условиях
воздействия высоких эксплуатационных температур
7000
Модуль упругости, МПа
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
-20
-10
0
10
Традиционный асфальтобетон
20
30
40
Температура, оС
Сероасфальтобетон
6
Оценка стойкости асфальтобетона к колееобразованию
Анализатор асфальтового покрытия (ААП)
• Метод AASHTO TP 63.
Режим испытания: температура – 50 оС,
количество проходов 8000 циклов; перед
испытанием образцы термостатировались в
течение 5 ч при температуре 50 оС
• Гамбургский тест - AASHTO T 324
Режим испытания: испытываемые образцы
погружены в водную среду с темпратурой –
50 оС, количество проходов 20000 циклов;
перед испытанием образцы
термостатировались в течение 5 ч при
температуре 50 оС
Оба метода построены на принципе
прокатывающего колеса.
7
Результаты испытания традиционного и модифицированного
асфальтобетона на колейность по методу АРА
Традиционный асфальтобетон
№ образца
1
2
3
4
Средняя плотность г/см3
2,58
2,58
2,58
2,57
Остаточная пористость, %
3,57
3,67
3,92
3,99
Глубина колеи, мм
2,30
2,62
2,40
2,67
Сероасфальтобетон
№ образца
1
2
3
4
Средняя плотность г/см3
2,60
2,60
2,61
2,62
Остаточная пористость, %
3,78
3,87
3,27
3,02
Глубина колеи, мм
1,6
1,24
1,41
1,42
Уровень колеобразования сероасфальтобетона в 1.5 – 2 раза
ниже, чем у традиционного асфальтобетона
8
Результаты испытания традиционного и модифицированного
асфальтобетона на колейность по Гамбургскому методу
Традиционный асфальтобетон
№ образца
1А
1Б
2А
2Б
3А
3Б
Средняя плотность г/см3
2,59
2,59
2,59
2,59
2,6
2,6
Остаточная пористость, %
3,28
3,42
3,30
3,40
3,12
2,56
Общая глубина колеи, мм
13,91
9,21
7,2
Сероасфальтобетон
№ образца
1А
1Б
2А
2Б
3А
3Б
Средняя плотность г/см3
2,60
2,61
2,6
2,6
2,59
2,60
Остаточная пористость, %
3,38
3,30
3,39
3,28
3,27
3,41
Общая глубина колеи, мм
5,37
4,15
4,86
Уровень колеобразования сероасфальтобетона в 1.5 – 2 раза
ниже, чем у традиционного асфальтобетона
9
Изменение эмиссии сероводорода и диоксида серы,
содержащего 30% серы и различные нейтрализаторы
Эффективность, крат
50
40
30
20
10
0
Без
модификатора
Промышленный
аналог фирмы
"Бузанпорт"
Эмиссия SO2
Разработка
НОЦ НТ
Эмиссия H2S
При применении модификатора разработанного в НОЦ НТ эмиссия по
сероводороду снижается до 12,5 раз, а по диоксиду серы – до 50 раз.
10
Экономический эффект от применения серного модификатора
Разница в стоимости тонны традиционного и сероасфальтобетона равна:
Р  Б  СБ  (Б*  СБ  М  С М )
где Б – расход битума в асфальтобетонный смеси без добавления серы; –
стоимость битума; – расход битума в асфальтобетонной смеси с добавлением
серного модификатора; – расход модификатора, рассчитываемый по
формуле: M  ai  Б; C М – стоимость модификатора.
Экономический эффект от применения серного модификатора равен:
Э  V (ρ1  Б  СБ  ρ 2 Б*  СБ  ρ 2 M  СM )
где V – объем асфальтобетона, рассчитываемый по формуле: , здесь l, b и t –
соответственно, длинна, ширина и толщина покрытия; ρ – плотность
асфальтобетона без добавления серного модификатора;1 ρ – плотность
асфальтобетона с добавлением серного модификатора. 2
Расчетная стоимость серного модификатора 6000-6500 руб./т, стоимость
нефтяного битума – 16000-16500 руб./т.
Экономия на замене битума в расчете на 1 км двухполосного дорожного
полотна составляет 31-40 тыс. рублей (в зависимости от состава серного
модификатора и его количества)
11
Выводы
• Сероасфальтобетон имеет высокую сдвигоустойчивость и жестокость в
условиях воздействия высоких эксплуатационных температур
• Сероасфальтобетон обладает высокой стойкостью к
колееобразованию, а следовательно повышенной долговечностью.
• Применение серного модификатора позволяет снизить температуру
приготовления асфальтобетона и улучшить технологические свойства
смесей.
• Решена проблема эмиссии токсичных газов.
• Достигается экономический эффект за счет замещения битума серным
модификатором.
• Использование в качестве добавки для асфальтобетонов серного
модификатора, частично решает экологическую проблему утилизацию
технической серы.
12
Спасибо за внимание!
Доклад окончен.
13