Дьогтебетони і асфальтобетони з комплексно-модифікованою мікроструктурою

Властивості бетонних сумішей на органічних в’яжучих, що призначені для будівництва конструктивних шарів нежорстких дорожніх одягів, визначаються насамперед якістю органічного в’яжучого і процесами взаємодії на поверхні розподілу фаз “органічне в’яжуче – мінеральний матеріал”. Встановлено, що найбільш перспективним способом підвищення фізико-механічних властивостей асфальтов’яжучого і дьогтев’яжучого та забезпечення сталості властивостей бетонів на нафтових і кам’яновугільних дорожніх в’яжучих є модифікація бітумів і кам’яновугільних дорожніх дьогтів полімерами, олігомерами, сіркою, комплексними добавками (полімер у комплексі з активними дисперсними наповнювачами) і активацією поверхні мінеральних порошків органічними в’яжучими в поєднані з поверхнево-активними речовинами, олігомерами і полімерами.

Так, при якісних компонентах і оптимальній структурі дьогтебетону найбільш доцільним способом керування структуроутворенням дьогтебетону є фізико-хімічна модифікація «об'ємного» і «структурованого» дьогтю полімерними добавками (відсів полівінілхлориду –ВПВХ), а також підвищення енергії взаємодії на поверхні розподілу фаз (ПРФ) «органічне в'яжуче – мінеральний порошок (МП), активований олігомером, що містить функціональні групи (карбамідоформальдегідна смола (КФ-МТ)), епоксидні смоли (ЕД) і полімервмісні відходи виробництва епоксидних смол (ПОЕС)».

При механоактивації карбонатних гірських порід у середовищі реакційноздатних олігомерів (карбамідоформальдегідна смола, епоксидні смоли і полімервмісні відходи виробництва епоксидних смол)можливе щеплення олігомеру до поверхні мінерального порошку. Взаємодія між катіонами кальцію й олігомерами може йти по донорно-акцепторному механізму, тому що іони кальцію мають вільні орбіталі, а олігомери містять атоми з неподільною парою електронів. Наприклад, у карбамідоформальдегідної смолі донорами електронів є атоми азоту і кисню (11.20):

(11.20)

Модифікація МП олігомерами приведе до максимального зближення її за природою з дьогтеполівінілхлоридним в'яжучим, що забезпечить повне змочування її дьогтеполімерним в'яжучим. Відбудеться максимальне зближення ДПВ і олеофільної поверхні мінерального порошку (відстань – менш 5·10^{-10 м), на якому можуть проявитися усі види міжмолекулярних взаємодій.}

Концентрація олігомеру на поверхні МП буде тим менше, чим вище його адгезія. А оптимальна концентрація повинна відповідати мономолекулярному шару активатора на поверхні МП (мінеральні порошки зі щільною (непористою) поверхнею). У разі наявності пор оптимальна концентрація встановлюється експериментально.

Структурно-зміцнений шар олігомеру підвищить адгезію ДПВ до поверхні МП унаслідок збільшення кількості контактів сегментів пластифікованих надмолекулярних утворень полімеру з активними центрами олеофільної поверхні і дифузії макромолекул полівінілхлориду в шар олігомеру (рис. 11.27). Не виключені при цьому диполь-дипольні взаємодії функціональних груп і водневі або донорно-акцепторні взаємодії. Таким чином, повинна виникнути міцна й еластична матриця дьогтеполімербетону з високою адгезією до структуротвірних елементів мезо- і макроструктури. Особливості властивостей комплексно - модифікованої мікроструктури повинні відбитися на якості дьогтеполімербетону.

Рис. 11.27. Передбачувана схема формування міжфазного контактного шару в системі «дьогтеполівінілхлоридне в’яжуче – активований олігомером мінеральний порошок»: 1 - частка мінерального порошку; 2, 3, 4 - структурований, дифузійний і об'ємний шари в'яжучого, відповідно; 5- полярна речовина дьогтю; 6- альфа-фракція; 7-бета-фракція; 8- асоціативний комплекс; 9 - кристал поліциклічного вуглеводню; 10, 11 - фрагменти коагуляційної і конденсаційної структур; 12 - шар олігомеру-активатора поверхні МП; 13 - пора, заповнена олігомером; 14 - фрагмент полімерної сітки; 15, 16 - фрагменти структур з аутогезійними взаємодіями

Визначення поверхні хроматографічним методом і електронно-мікроскопічні дослідження показали, що при оптимальному співвідношенні мелючих тіл і матеріалу, який подрібнюється (вапняк), при диспергуванні протягом чотирьох годин у кульовому млині досягається оптимальна поверхня МП. Характерно, що здрібнювання МП у середовищі модифікатора приводить до зниження його інтегральної поверхні в порівнянні з неактивованим мінеральним порошком. Це можна пояснити кальматацією пор і капілярів часток МП молекулами олігомеру.

Залежність межі міцності при стиску дьогтебетону від масової концентрації активаторів проходить через максимум. Оптимальна концентрація модифікатора поверхні мінерального порошку залежить від хіміко-мінералогічного складу, структури МП і здатності олігомеру утворювати хемосорбційні зв'язки на поверхні розподілу фаз. Оптимальна масова концентрація КФ-МТ на поверхні доломітового пилу – 1,0%, а ПВЕС – 2,0% (рис. 11.28). У той же час, оптимальна масова концентрація на поверхні вапнякового мінерального порошку складає: КФ-МТ – 0,5%, ПВЕС – 1,0%, ЕД-20 – 4,0%.

 

Cm, % R, МПа

Рис.11.28. Залежність границі міцності при стиску дрібнозернистого дьогтебетону R від масової концентрації на поверхні мінерального порошку (доломітовий пил) полімервмісного відходу виробництва епоксидних смол Cm : 1, 2, 3 – 0°С, 20°С, 50°С, відповідно; в'язкість дьогтю в бетоні с

 

Електронні мікрофотографії (рис. 11.29 а, б, в) показують, що при масовій концентрації, наприклад, КФ-МТ 0,25% до МП, відбувається часткова активація поверхні мінерального порошку молекулами олігомеру.

Подальше збільшення вмісту активатора в системі МП – КФ-МТ приводить як до формування на поверхні МП мономолекулярного шару КФ-МТ, сорбованого на більшій частині поверхні мінерального порошку, так і до формування полімолекулярних шарів олігомеру на поверхні МП (характерні навіть напливні утворення шарів олігомеру, якщо концентрація КФ-МТ у бінарній суміші МП – КФ-МТ складає 1,25%). Шари олігомеру, що знаходяться в «вільному стані», є площинами ковзання при деформуванні бетону з комплексно модифікованою мікроструктурою. Це позначається на зниженні міцності дьогтебетону.

а	б
в	Рис.11.29. Електронні мікрофотографії активованого КФ - МТ вапнякового мінерального порошку (х 900) : а, б, в – масова концентрація КФ - МТ на поверхні МП 0,25 %, 0,5 % і 1,25%, відповідно

При оптимізації складів комплексно модифікованої мікроструктури (фактори варіювання: Х₁ – в'язкість дьогтю, ; Х₂ – масова концентрація відсіву полівінілхлориду в дьогті, C_{m ПВХ}=0,5...…2,0%; Х₃ – масова концентрація активатора, наприклад, КФ-МТ на поверхні вапнякового мінерального порошку, C_{m КФ-МТ}=0,5...…1,0%) визначено оптимальні значення факторів варіювання при заданих критичних значеннях параметрів оптимізації (Y₁, Y₂, Y₃ – межа міцності при стиску, відповідно, при 20°С (R₂₀ – не менш 2,5 МПа), при 50°С (R₅₀ – не менш 1,2 МПа), при 0°С (R₀ – не більш 12 МПа), Y₄ – коефіцієнт водостійкості при тривалому водонасиченні (К_вд – не менш 0,8)). Рівняння регресії апроксимовані поліномами третього ступеня. Як приклад наведене рівняння регресії, що характеризує взаємозв'язок між коефіцієнтом тривалої водостійкості і факторами варіювання (11.21):

 

(11.21)

 

Встановлено: якщо в'язкість кам'яновугільного дорожнього дьогтю , то оптимальні властивості модифікованого дьогтебетону забезпечуються, якщо концентрація відсіву полівінілхлориду в дьогті дорівнює 0,75-2,0% мас., а КФ-МТ на поверхні вапнякового мінерального порошку 0-0,75% мас.

Як випливає з даних рис. 11.30, дьогтеполімербетон, що містить мінеральний порошок, активований олігомером, має виражену неадитивність міцності (криві 1 і 2). Це обумовлено тим, що дьогтеполівінілхлоридне в'яжуче, знаходячись у поверхневому шарі активованого мінерального порошку, під дією сил адгезії в стиснутому стані змінює реологічні властивості. Частки активованого олігомером мінерального порошку знаходяться в «стиснутих умовах», і між ними діють значні сили притягання, додатково зміцнюючи структуру дьогтебетону з комплексно модифікованою мікроструктурою.

Згідно з даними, наведеним на рис. 11.31, розчинення відсіву полівінілхлориду в системах 1, 2, 3 складає 110-115°С, 125-135°С і 150-160°С, відповідно. Це свідчить про вплив поверхні мінерального порошку на кінетику розчинення ПВХ. При цьому спостерігається найбільш міцний зв'язок на поверхні розподілу фаз «дьогтеполівінілхлоридне в'яжуче – модифікована ПВЕС поверхня доломітового пилу». Імовірно, при температурному впливі епоксидні групи полімервмісного відходу виробництва епоксидних смол розкриваються і реагують із групами C-Cl полівінілхлориду і фенолами дьогтю, завдяки чому виникає більш міцний зв'язок у системі «ДПВ – активований ПВЕС МП», ніж у дьогтев’яжучій речовині, де мінеральний порошок не активований.

 

0°С 20°С 50°С R, МПа	Рис.11.30. Діаграма межі міцності при стиску дьогтебетону (тип В): А, Б, В – відповідно при 0°С, 20°С і 50°С: 1–в'яжуче-дьоготь, с, МП – вапняковий не активований; 2 – в'яжуче-дьоготь, с, МП – вапняковий активований 0,5% КФ-МТ; 3 – в'яжуче-дьоготь, с з 1,5% ПВХ, МП – вапняковий не активований; 4 – в'яжуче-дьоготь, с з 1,5% ПВХ, МП – вапняковий активований 0,5% КФ-МТ
	Рис.11.31. Залежність теплової потужності DQ/DT в'яжучого від температури T (швидкість сканування 1 К/хв): 1-дьоготь, с з 1,5% ПВХ; 2-дьоготь, с з 1,5% ПВХ і 60% доломітового пилу; 3-дьоготь, с з 1,5% ПВХ і 60% доломітового пилу, активованого 2 % полімервмісним відходом виробництва епоксидних смол

 

На ІЧ-спектрах у системі «дьоготь – доломітовий пил, активований 2% ПВЕС», більш чітко виявляються смуги поглинання дьогтю (ароматика, метильні групи), ніж у системі «дьоготь – доломітовий пил». Це вказує на те, що шар активатора ПВЕС поліпшує змочування доломітового пилу кам'яновугільним дьогтем і сприяє формуванню структурованої плівки в'яжучого на модифікованій поверхні МП. На це вказує посилення відносного поглинання в області 1450 см^-1.

У системі «дьоготь – 1,5% ПВХ – доломітовий пил, модифікований 2% ПВЕС» відносне підвищення інтенсивності поглинання в області 1400-1700 см^-1 (у порівнянні з областю 1100-1200 см^-1) свідчить про формування більш структурованої плівки в'яжучого на поверхні модифікованого мінерального порошку, ніж у «системі дьоготь – 1,5% ПВХ – доломітовий пил не активований». Аналогічні явища спостерігаються і у системах: «дьоготь – вапняковий мінеральний порошок, активований 0,5% мас. КФ-МТ»; «дьоготь – 1,5% ПВХ – вапняковий мінеральний порошок, активований 0,5% мас. КФ-МТ».

Таким чином, комплексне модифікування мікроструктури дьогтебетону приводить до формування більш розвинутих адсорбційно-сольватних шарів дьогтеполівінілхлоридного в'яжучого на поверхні активованого мінерального порошку, суцільної адсорбційно-сольватної плівки. У той же час, у системі, де мінеральний порошок не активований, як показали електронно-мікроскопічні дослідження, поверхневий шар дьогтеполімерного в'яжучого не є безперервним. Спостерігаються ділянки поверхні мінерального порошку, що не покриті ДПВ (рис. 11.32).

Дьогтеполімербетонні суміші з комплексно модифікованою мікроструктурою більш технологічні, ніж дьогтебетонні. Оптимальний температурний інтервал ущільнення модифікованих дьогтебетонних сумішей дорівнює 40-100°С, а гарячих дьогтебетонних 55-85°С. Процес ущільнення дьогтеполімербетонних сумішей у 1,6-2,9 рази менш енергоємний, ніж дьогтебетонних. Для досягнення нормативної щільності дьогтебетонів з комплексно-модифікованою мікроструктурою буде потрібно менше число проходів котка.

 

а	б
Рис.11.32. Електронні мікрофотографії дьогтеполімерних в’яжучих речовин (х 3000) складу: а – дьоготь с с 1,5% ПВХ, мінеральний порошок вапняковий не активований; б – дьоготь с з 1,5% ПВХ, мінеральний порошок вапняковий активований 0,5 % КФ-МТ

 

Модифіковані дьогтебетони характеризуються більш високою щільністю і тривалою водостійкістю, меншою температурною чутливістю механічних властивостей у порівнянні зі звичайними гарячими дьогтебетонами (табл. 11.15). Для них характерна більш висока міцність при стиску при 50°С і менша при 0°С.

Дьогтебетони з комплексно модифікованою мікроструктурою більш довговічні: коефіцієнт старіння після 700 годин прогріву при 60°С у кліматичній камері складає для них 1,8-2,1, а для традиційного дьогтебетону 2,7; коефіцієнт водостійкості при тривалому водонасиченні (90 діб) складає 0,87-0,90 проти 0,56 для гарячого дьогтебетону; коефіцієнт морозостійкості після 50 циклів поперемінного заморожування-відтавання дорівнює 0,84-0,88, а для традиційного дьогтебетону 0,64.

Модифіковані дьогтебетони більш деформативні, ніж гарячий дьогтебетон. Температура механічного склування для них дорівнює 0°С, а для гарячого дьогтебетону +10°С.

Дані, що наведені на рис. 11.33, свідчать про більш великі критичні напруження дьогтебетону з комплексно модифікованою мікроструктурою (s_кр=0,22-0,36 МПа), ніж дьогтебетону (s_кр=0,045 МПа). Крім того, таким дьогтебетонам притаманна більш розвинута зона лінійного в’язко-пружного деформування. Отже, модифіковані дьогтебетони менш схильні до накопичення залишкових деформацій і більш довговічні під дією транспортних навантажень, ніж традиційний дьогтебетон.

Таблиця 11.15

Фізико-механічні властивості дьогтебетону

№ п/п	Склад дьогтев’яжучої речовини в дрібнозернистому бетоні (тип В)	, кг/м3	H, %	W, %	Границя міцності при стиску R, МПа	Квд
0°С	20°С	50°С
1.	Дьоготь, с, МП - вапняковий не активований		0,95	2,12	2,1	1,32	0,38	0,36	6,50
2.	Дьоготь, с, МП - вапняковий не активований		0,83	3,60	10,4	3,90	1,00	0,74	10,4
3.	В'яжуче ДПВ (с з 1,5% ПВХ); МП – вапняковий активований 0,5% КФ-МТ		0,26	2,10	8,7	3,50	1,20	1,00	7,25
4.	В'яжуче ДПВ (с з 1,5% ПВХ); МП – доломітовий пил активований 1% КФ-МТ		0,50	2,26	9,0	3,80	1,20	1,00	7,50
5.	В'яжуче ДПВ (с з 1,5% ПВХ); МП – доломітовий пил активований 2% полімервмісним відходом виробництва епоксидних смол		0,55	2,30	8,8	3,60	1,20	1,00	7,33

Слід зазначити більш високі значення динамічного модуля пружності модифікованих дьогтебетонів в області високих температур у порівнянні з традиційним дьогтебетоном (табл. 11.16). Відносна критична деформація, що обмежує лінійну в’язкопружну область, максимальна для бетонів з комплексно модифікованою мікроструктурою і мінімальна для гарячого дьогтебетону. Характерно, що при температурі 50°С значення коефіцієнта пластичності в модифікованих дьогтебетонах значно менше, ніж у гарячого дьогтебетону (див. табл.11.16). Це свідчить про більшу деформаційну стійкість дьогтебетонів з комплексно-модифікованою мікроструктурою в області високих температур, ніж не модифікованих дьогтебетонів. Модифікація поверхні МП олігомерами приводить до зниження на 1,2-1,4% вмісту органічного в'яжучого в суміші.

 

Рис.11.33. Залежність між напруженням s у дрібнозернистому дьогтебетоні і відносною деформацією e при частоті деформування 0,5 Гц і температурі 20°С: 1 – бетон, виготовлений на дьогті в'язкістю с, МП - вапняковий не активований; 2 – бетон, виготовлений на ДПВ (дьоготь с з 1,5% ПВХ), МП - вапняковий активований 0,5% мас. КФ-МТ; 3 – бетон, виготовлений на ДПВ (дьоготь с з 1,5% ПВХ), МП - доломітовий пил активований 2% мас. полімервмісним відходом виробництва епоксидних смол

Таблиця 11.16

Деформаційно-міцнісні властивості дьогтебетонів

Найменування параметра	Температура визначення, °С	Частота визначення, Гц	Склад дьогтев’яжучої речовини в дрібнозернистому бетоні (тип В)
В'яжуче – кам'яновугільний дьоготь, с; мінеральний порошок вапняковий не активований	В’яжуче – ДПВ (дьоготьс з 1,5% ПВХ), мінеральний порошок вапняковий активований 0,5% мас. КФ-МТ	В’яжуче – ДПВ (дьоготь с з 1,5% ПВХ), мінеральний порошок-доломітовий пил активований 2% мас. ПОЕС
Модуль пружності, МПа	+50	0,5
+35	0,5
+20	0,5
+10	0,5
	0,5
-10	0,5
-20	0,5
Відносна критична деформація, eкр·10-4		0,5	0,80	1,9	2,4

Продовження табл. 11.16

Умовна температура склування, °С	-	0,01	-9	-10	-10
Коефіцієнт температурної чутливості, Dlg E/Dt	-	0,01	0,0264	0,035	0,035
Коефіцієнт пластичності, m	-20	-	0,13	0,09	0,09
+20	-	0,43	0,29	0,27
+50	-	0,30	0,11	0,13

Для одержання зсувотривкого асфальтобетону слід проектувати поровий тип макроструктури асфальтобетону, що дозволяє ефективно використовувати властивості як плівок бітуму, які поділяють мінеральні частки, так і просторового каркаса, утвореного зернами щебеню, що сприяє підвищенню зсувотривкості за рахунок збільшення довжини площин зсуву та їх жорсткості (досягаються максимальні значення модуля деформації, межі тривкості, внутрішнього тертя і зачеплення – склади асфальтобетонів професора В.О. Золотарьова).

Модифікацію бітуму бутадієнметилстирольним каучуком СКМС-30 слід вести з розчину у вуглеводневих фракціях. У цьому випадку при концентрації СКМС-30 2-3% мас. в органічному в’яжучому в області експлуатаційних температур формується термофлуктуаційна просторова полімерна сітка (дослідження Л.М. Гохмана). Вузлами ланцюгів з макромолекул і надмолекулярних утворень СКМС-30 є a-метилстирольні блоки, що об’єднуються між собою зі зниженням температури до точки переходу полістиролу в склоподібний стан.

Міцність термофлуктуаційної просторової полімерної сітки буде визначатися кількістю вузлів і енергією взаємодії в них, а еластичність – кінетичною гнучкістю ланцюгів між вузлами сітки.

У міру підвищення концентрації елементарної сірки (температура сполучення бітуму і сірки 180-190°С) відбувається збільшення загальної структурованості системи – у результаті того, що незначна частина сірки бере участь у вулканізації бутадієнметилстирольного каучуку (утворюються здебільшого моносульфідні і поперечні полісульфідні зв’язки типу ). До 10% мас. сірки вступає в хімічну взаємодію з вуглеводнями бітуму. Відбувається -S-дегідрування і утворення асфальтеноподібних речовин. Частина сірки розчиняється (20-26% мас.). Інша диспергується в бітумі до колоїдного стану. Це приводить до підсилення коагуляційного структуроутворення в бітумополімерсірковому в’яжучому за рахунок взаємодії часток сірки через прошарки полімеру. В бітумополімерсірковому в’яжучому виникає тримірна спряжена сітка, вузлами якої є асфальтени, хімічно зв’язана сірка, кристали сірки і колоїдно-диспергована сірка.

Активація поверхні мінерального порошку СКМС-30 приводить до формування на поверхні порошку структурно-зміцненого шару полімеру, що підвищує адгезію бітумополімерсіркового в’яжучого до поверхні мінерального порошку внаслідок збільшення кількості контактів сегментів надмолекулярних утворень полімеру СКМС-30 з активними центрами олеофільної поверхні, аутогезії макромолекул СКМС-30. Це створює міцну і еластичну просторову матрицю асфальтополімерсіркобетону з високою адгезією і когезією, що і визначає довговічність модифікованого асфальтобетону в умовах навіть вологого і жаркого клімату.

Дані, які наведено на рисунку 11.34, показують, що активація поверхні мінерального порошку бутадієнметилстирольним каучуком СКМС-30 із розчину в бензині приводить до значного зміцнення міжфазного контакту комплексною добавкою “бітумополімерсіркове в’яжуче - поверхня мінерального порошку”.

 

Рис.11.34. Діаграма розподілу міцності під час стиску при 75°С R75 дрібнозернистого асфальтобетону (тип Б), що відрізняється складом асфальтов’яжучої речовини: 1 – в’яжуче - бітум (Б), П25=59 град. шкали пенетрометра, вапняковий мінеральний порошок (ВМП) не активований; 2 – в’яжуче - Б, П25= 59 град. з 2% бутадієн – метилстирольного каучуку СКМС-30, ВМП не активований; 3 – в’яжуче - Б, П25= 59 град. з 30% технічної сірки (S), ВМП не активований; 4 – в’яжуче - Б, П25= 59 град. з 2% СКМС-30 і 30% S, ВМП не активований; 5, 6, 7, 8 – в’яжуче Б, П25= 59 град. з 2% СКМС-30 і 30% S, ВМП активований 0,5%, 1,0%, 1,5% і 2,0% СКМС-30, відповідно

Залежність межі міцності при стиску асфальтополімерсіркобетону має максимум при 0,5% мас. СКМС-30 на поверхні мінерального порошку. При даній концентрації термоеластопласту на поверхні мінерального порошку формується олеофільний структурований шар СКМС-30, що сприяє підсиленню коагуляційного структуроутворення в асфальтов’яжучій речовині.

Концентрацію СКМС - 30 в бітумі слід призначати 2 - 3% мас, а технічної сірки – 30-40 % мас. Більш високі концентрації бутадієнметилстирольного каучуку і технічної сірки стимулюють зростання когезії бітумополімерсіркового в’яжучого, що в умовах тривалого водонасичення призведе до відриву плівок модифікованого бітуму від поверхні мінеральних матеріалів і зниженню водостійкості модифікованого асфальтополімерсіркобетону.

Термограми ДТА, як і дані ІЧ - спектроскопії, свідчать про те, що хімічна взаємодія на поверхні розподілу фаз “бітумополімерсіркове в’яжуче - активований СКМС - 30 мінеральний порошок” відсутня. В той же час, в системі “бітумополімерсіркове в’яжуче - мінеральний порошок, активований 0,5 % СКМС - 30”, смуги компонентів адсорбованого бітуму (ароматика, метильні групи) виявляються більш чітко, ніж в системі “бітумополімерсіркове в’яжуче - не активований мінеральний порошок”. Це свідчить про те, що шар структурованого бутадієнметилстирольного каучуку покращує змочування його в’яжучим і забезпечує на поверхні розподілу фаз більш сильну міжмолекулярну взаємодію.

Модифіковані асфальтобетонні суміші більш технологічні, ніж традиційні гарячі асфальтобетонні (табл.11.17). Оптимальний інтервал температур ущільнення асфальтобетонних сумішей з комплексно модифікованою мікроструктурою – 60-130°С, а для гарячих асфальтобетонних сумішей, виготовлених на бітумі БНД 40/60, – 90-130°С. Це дозволяє подовжити будівельний сезон і збільшити відстань транспортування асфальтобетонних сумішей, збільшити ефективний час ущільнення.

Асфальтобетони з комплексно модифікованою мікроструктурою оптимальних складів характеризуються наступними показниками якості: межа міцності під час стиску, МПа, при 0°С R₀=8-10, при 20°С R₂₀=5,0-6,5, при 75°С R₇₅=1,2-1,4; набухання, % від об’єму - 0; водонасичення, % від об’єму 1,5-2,0.

При цьому межа міцності при вигині в області позитивних температур для асфальтобетону з комплексно модифікованою асфальтов’яжучою речовиною характеризується більш високим значенням, ніж для традиційного гарячого асфальтобетону. Це забезпечить більш високу міцність асфальтобетонного покриття при застосуванні модифікованих асфальтобетонних сумішей.

 

 

Таблиця 11.17

Властивості асфальтобетонних сумішей при ущільненні

Індекс бетону	Склад асфальтобетонної суміші	Коефіцієнт ущільнення, Ку,	Приріст середньої щільності бетону,
1.	Дрібнозерниста (тип Б), яку приготовлено на бітумі БНД 40/60 (П25= 59 град.); мінеральний порошок неактивований	1,27
2.	Дрібнозерниста (тип Б), яку приготовлено на бітумополімерсірковому в’яжучому (бітум П25= 59 град з 2 % СКМС-30 і 40 % технічної сірки); мінеральний порошок, активований 0,5% мас СКМС-30	0,81

 

Асфальтополімерсіркобетони характеризуються більшими критичними напруженнями (s_кр=0,095 МПа), ніж гарячий асфальтобетон (0,045 МПа) (рис.11.17).

 

 

Рис. 11.35. Залежність між напруженням s в дрібнозернистому асфальтобетоні і відносною деформацією e при частоті деформування 0,5 Гц і температурі 20°С: позначки кривих відповідають індексам асфальтобетонів таблиці 11.17

 

Отже, покриття, що споруджені з використанням модифікованого асфальтобетону, під дією транспортних навантажень будуть більш довговічними, ніж традиційні асфальтобетонні покриття.

Температура механічного склування для модифікованого асфальтобетону складає мінус 32,5 °С, для гарячого асфальтобетону – мінус 17,5°С,
а температура переходу у в’язкотекучий стан для асфальтополімерсіркобетону дорівнює 75 °С, для гарячого асфальтобетону Т_вп = 40 °С. Отже,
температурний інтервал в’язкопружного стану модифікованого
асфальтобетону складає 107,5°С, що на 50°С вище, ніж у гарячих
асфальтобетонів за ДСТУ Б. В. 2.7 –119 - 2003. Характерно, що модуль пружності модифікованого асфальтобетону при 50 °С значно вище,
ніж асфальтобетону, приготовленого на бітумі БНД 40/60 (рис.11.36).
Отже, покриття, побудовані з застосуванням модифікованих асфальтобетонних сумішей, менш схильні до накопичування пластичних деформацій. Коефіцієнт температурної чутливості в інтервалі температур мінус 20°С...50 °С для асфальтополімерсіркобетону при частотах деформування = 0,5 Гц дорівнює 0,11, а для традиційного асфальтобетону К_Т = 0,25.

 

 

Рис.11.36. Температурна залежність комплексного модуля пружності Е* (МПа) асфальтобетону при частоті деформування 0,05Гц: позначки кривих відповідають індексам асфальтобетонів у таблиці 11.17

 

 

Дані, що наведені в табл. 11.18, свідчать про те, що асфальтополімерсіркобетони більш зсувотривкі, ніж традиційні гарячі асфальтобетони.

Модифіковані асфальтобетони – більш довговічні. Так, коефіцієнт старіння (теплове прогрівання виконано при температурі 75 °С і ультрафіолетовому опромінюванні в кліматичній камері ШП - 1) після 1200 годин прогрівання К_ст = 1,25, а для гарячого асфальтобетону К_ст = 1,5. Коефіцієнт водостійкості при водонасичуванні протягом 90 діб для асфальтополімерсіркобетону складає К_вд = 0,75, а для традиційного асфальтобетону –
К_вд = 0,57.

 

Таблиця 11.18

Значення показників, що характеризують

зсувотривкість асфальтобетонів за Маршаллом

(температура випробування – 60Сº)

 

Індекс бетону	Склад асфальтов’яжучої речовини в дрібнозернистому асфальтобетоні (тип Б)	Умовна пластичність, 1/10 мм	Показник умовної жорсткості, А, Н/мм	Тривкість, Р, Н
	В’яжуче бітум, П25 = 59 · 0,1 мм; мінеральний порошок не активований
	В’яжуче - бітум, П25 = 59 · 0,1 мм, модифікований 2% мас. СКМС - 30 і 40 % технічної сірки; мінеральний порошок активований 0,5 % мас. СКМС - 30

 

1.