Явление адгезии в щебеночно-мастичных асфальтобетонах
Идрисов М.Р., магистрант кафедры ХТПНГ КГТУ
Кемалов Р.А., к.т.н., доцент кафедры ХТПНГ КГТУ
Зерновой состав щебеночно-мастиного асфальтобетона (ЩМА) включает высокое содержание фракционированного щебня (70-80% по массе) с улучшенной (кубовидной) формой зерен с целью создания максимально устойчивого минерального остова в уплотненном слое покрытия. Сдвигоустойчивость покрытия из ЩМА, характеризующая сопротивление колееобразованию, обеспечивается, главным образом, требуемым значением коэффициента внутреннего трения. Поэтому в песчаной части смеси применяется исключительно песок из отсевов дробления горных пород, так как природный песок снижает коэффициент внутреннего трения. Кроме того, высокое содержание крупной фракции каменного материала в ЩМА позволяет получить шероховатую поверхность покрытия и обеспечить требуемые значения коэффициента сцепления колеса с покрытием.
Кривые зерновых составов минеральной части ЩМА существенно отклоняются от кривых плотных смесей (Рис. 1) [1].
Рисунок 1 – Кривые зерновых составов минеральной части ЩМА и плотных смесей
Принципиальная разница между ЩМА и обычным асфальтобетоном заключается в том, что допуск на размер щебня в асфальтобетонной смеси намного шире, чем в ЩМА. Обусловлено это наличием большего объема пустот в асфальтобетонной смеси, которые необходимо заполнить более мелкими фракциями. В ЩМА основную структуру составляет крупный щебень, а мелкий служит только для создания "мастики", заполняющей пустое пространство в щебеночном скелете (рис. 2). Тем самым достигается лучший контакт минеральной части и битумного вяжущего.
Рисунок 2 – Отличие структуры обычного асфальтобетона от структуры щебеночно-мастичного асфальтобетона
Однако при укладке дорожного полотна из щебеночно-мастичного асфальтобетона одной из важнейших проблем остается адгезия (прилипание) битумного материала к камню. Решение данной проблемы рассматривалось в рамках создания стабилизирующих добавок к ЩМА. В результате были разработаны полимерные модификаторы, которые увеличивают адгезионные взаимодействия внутри структуры покрытия (таблица 1).
Таблица 1 – Показатель адгезии для битум-полимерных композиций различного состава
Номер образца
Состав БПВ, % мас
Сцепление с щебнем Павловск. Гранит., котр. Образец №
Битум БНД 90/130
Полимер А
Пластификатор А
Пласти-
фикатор Б
Раствори-
тель
1
2
3
4
5
6
7
1
98
-
2
-
-
1
2
96
-
4
-
-
2
3
93
-
7
-
-
2
4
91
-
9
-
-
3
5
98
-
-
2
-
1
Продолжение таблицы 1
1
2
3
4
5
6
7
6
96
-
-
4
-
1
7
93
-
-
7
-
2
8
91
-
-
9
-
2
9
99
1
-
-
-
2
10
98
2
-
-
-
2
11
97
3
-
-
-
1
12
95
3
2
-
-
2
13
95
3
-
2
-
2
14
93
3
-
4
-
2
15
93
3
2
-
2
2
16
91
3
-
4
2
2
17
98
0,86
-
0,57
0,57
2
18
96
1,72
-
1,14
1,14
1
19
93
3
-
2
2
1
20
91
3,86
-
2,57
2,57
2
Битум БНД 90/130 (УФА)
3
Требования ГОСТ 22245-90 БНД 90-130
Требования Росавтодора
2
Процесс образования адгезионной связи обычно делят на две стадии. На первой, так называемой транспортной стадии, происходит перемещение молекул адгезива (клеющего вещества, связующего) к поверхности субстрата (тело, на которое наносится адгезив) и их определенное ориентирование в межфазном слое, в результате чего обеспечивается тесный контакт между молекулами и функциональными группами молекул адгезива и субстрата. Протеканию первой стадии процесса адгезии способствуют повышение температуры и давления, а также перевод одной из фаз (обычно адгезива) в жидкое состояние растворением или плавлением. Более тесный контакт между адгезивом и субстратом достигается после тшательной очистки взаимодействующих поверхностей.
С точки зрения адсорбционной теории сцепление между поверхностями адгезива и субстрата на достаточно близком расстоянии обусловлено действием межатомных и межмолекулярных сил. Как правило, возникающие связи являются вандерваальсовыми (вторичными). Сюда же можно отнести и водородные взаимодействия. Кроме того, в направлении, перпендикулярном границе раздела фа, могут образовываться и химические взаимодействия. Такое явление (хемосорбция) состоит в генерировании ионных, ковалентных или металлических межфазных связей, называемых первичными [2].
В разработанном полимерном модификаторе в качестве пластификатора был выбран полимер, обладающий концевыми SH-группами. Предположительно между водородом данной группы и атомом кислорода на поверхности минерального камня образуется водородная связь. Следует также сказать, что в составе выбранных пластификаторов имеются активные центры, состоящие из соединений серы, что приводит к вулканизации пластификаторов при их введении в битум. Происходит армирование системы. Это в совокупности с водородными связями и возможным образованием химических связей между серой в битум-полимерной композиции и металлами в камне усиливает адгезионное соединение в щебеночно-мастичном асфальтобетоне.
Прочитать публикацию в формате PDF
