Введение. Активное внедрение в отечественную практику системы объемно-функционального проектирования (ОФП) направлено на широкомасштабное освоение российской дорожно-строительной отраслью передовых подходов к технологии проектирования асфальтобетонных покрытий. Одним из принципиальных отличий методологии ОФП от ранее устоявшейся практики оценки технических, технологических и эксплуатационных показателей дорожно-строительных материалов является введение в действие новых методик, с высокой степенью точности характеризующих количественные показатели, основанные на фактических физико-химических и механических свойствах используемых компонентов. Так, в качестве варианта оценки низкотемпературных свойств битумных вяжущих предложено использовать метод изгибающейся балочки (BBR), который достаточно хорошо зарекомендовал себя при работе с традиционными (ординарными) битумами. Однако природно-климатические условия эксплуатации автомобильных дорог в России однозначно требуют применения вяжущих, модифицированных высоко- и низкомолекулярными соединениями, прежде всего полимерами. В данном исследовании была поставлена задача по изучению возможности использования метода ABCD (прибор ABCD 8.0) для сопоставительной оценки низкотемпературных параметров как исходных ординарных битумов и полимерно-битумных вяжущих, так и указанных типов вяжущих, подвергшихся краткосрочному RTFOT и долговременному PAV-старению.
Материалы и методы. В качестве объектов исследования были использованы образцы промышленных партий битумов нефтяных дорожных вязких (ГОСТ 33133–2014) и полимерно-битумных вяжущих (ГОСТ Р 52056–2003). Для определения низкотемпературных показателей применено отечественное устройство ABCD 8.0 и климатическая камера с воздушным охлаждением. Исследование битумных вяжущих проведено по параметрам, заложенным в технические требования ГОСТ Р 58400.11–2019 «Дороги автомобильные общего пользования. Материалы вяжущие нефтяные битумные. Метод определения температуры растрескивания при помощи устройства ABCD».
Результаты. Определены значения температуры растрескивания для ординарных и модифицированных битумных вяжущих до и после старения. Показано, что низкотемпературные свойства полимерно-битумных вяжущих существенно превосходят аналогичные показатели окисленных дорожных битумов.
Обсуждение и заключение. Сопоставительный анализ низкотемпературных свойств ординарных и полимерно-битумных вяжущих, полученных в ходе их определения прямым методом, позволил подтвердить эффективность разработанной в ГОСТ Р 58400.11–2019 методики оценки работоспособности вяжущих различного компонентного состава в сложных климатических условиях России. Подтверждена эффективность отечественного прибора второго поколения ABCD 8.0 для прямой оценки температуры растрескивания битумных вяжущих переменного состава.
Выводы. В результате исследования динамики изменения низкотемпературной устойчивости модифицированных и ординарных вяжущих методом ABCD показано, что для прогнозирования низкотемпературной устойчивости вяжущих целесообразна оценка их свойств после длительного старения.
Введение. В настоящее время более 96% дорог нашей страны построены с дорожными одеждами нежесткого типа с основаниями из дисперсных материалов щебня, песчано-гравийных смесей, песка и др. Существенными недостатками таких дорожных конструкций являются высокая материалоемкость и значительные затраты на эксплуатацию, связанные в том числе с низкими межремонтными сроками службы. По экспертным оценкам потери России из-за низкого качества сети автомобильных дорог составляют 3% валового внутреннего продукта. В 2017 году правительством принято решение об увеличении межремонтных сроков эксплуатации автомобильных дорог федерального значения, например по капитальному ремонту с 12 до 24 лет. Для решения задачи увеличения межремонтных сроков необходимо обеспечить на вновь строящихся или ремонтируемых дорогах значительное повышение общего модуля упругости. Одним из эффективных путей повышения прочностных показателей дорожных одежд нежесткого типа является более широкое применение монолитных оснований из грунтов или асфальтового гранулята, обработанных минеральными вяжущими, а также отходов промышленности, обладающих самостоятельными вяжущими свойствами. Замена оснований из дисперсных материалов на монолитные позволяет снизить материалоемкость дорожной одежды на 20–50%, стоимость строительных работ до 45% и повысить срок службы дорог на 35–40%.
Материалы и методы. С целью изучения влияния вида заполнителя на процессы структурообразования шламощебеночных материалов провели исследования по укреплению гранитного щебня фракции 0–15 мм и щебня из слабоактивного доменного шлака, 15% нефелинового шлама. Образцы диаметром и высотой 7 см формовали из смесей оптимальной влажности прессованием под нагрузкой 15 МПа. Образцы хранили в нормальных условиях и испытывали в возрасте 1, 3, 6 и 9 месяцев для определения предела прочности на сжатие и растяжение при изгибе. С целью определения оптимальных дозировок шлама для укрепления шлакового щебня по аналогичной методике формовали образцы с содержанием шлама: 5, 10, 20, 30% и испытывали их на сжатие и раскол сразу после изготовления и затем через 1, 3, 6, 9 и 12 месяцев твердения. При обследовании опытных участков покрытий переходного типа на первой стадии строительства нефтепромысловых дорог определяли общие модули упругости с помощью рычажного прогибомера МАДИ-ЦНИЛ и груженого автомобиля МАЗ-500А. Для изучения кинетики твердения шламогранулобетона из асфальтового гранулята, укрепленного молотым шламом, изготавливали образцы диаметром 71,4 мм прессованием под давлением 7 МПа, по стандартной методике. Серии образцов отличались дозировкой молотого шлама 10℅ и 15℅ и условиями их твердения. Образцы хранили в нормальных условиях и в естественных (на открытом воздухе), в ящике с песком, для моделирования температурного режима твердения материала в основании дорожной одежды и испытания в возрасте 7, 28, 90, 180 и 360 сут при температурах 200 С и 500 С.
Результаты. Выполнен анализ нормативных и литературных источников по вопросам увеличения межремонтных сроков службы автомобильных дорог. Даны отдельные предложения по внесению изменений в действующие нормативные документы для публичного обсуждения. Приведены физико-химические и физико-механические свойства белитовых шламов – многотоннажных отходов глиноземного производства. Показана область их применения при строительстве, реконструкции и ремонте автомобильных дорог. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена высокая эффективность применения белитовых шламов в качестве медленнотвердеющих вяжущих с целью продления межремонтных сроков службы дорог при устройстве монолитных оснований и покрытий переходного типа. Разработа ны рациональные конструкции покрытий при строительстве нефтепромысловых дорог в заболоченных регионах Сибири с заменой сборных железобетонных покрытий на первой стадии строительства на монолитные покрытия переходного типа из каменных материалов, укрепленных белитовыми шламами. Выполнены лабораторные и опытно-экспериментальные исследования по обоснованию замены традиционных вяжущих на молотый нефелиновый шлам при ремонте асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга с продлением строительного сезона.
Заключение. За последние 30 лет на дорогах России значительно увеличилось количество тяжеловесных транспортных средств. Одновременно с этим возросли требования к межремонтным срокам службы нежестких дорожных одежд. Увеличение сроков службы в принципе вполне возможно, но требует внедрения инновационных конструктивных решений на стадии проектирования, строительства, реконструкции и ремонта с использованием высокоэффективных материалов и технологий с целью значительного повышения общего модуля упругости, в частности путем замены оснований дорожных одежд из дисперсных материалов на монолитные. Необходимо более широко внедрять технологии устройства оснований из местных грунтов, обработанных минеральными вяжущими (цемент, известь, активные золы-уноса и др.), а также отходов промышленности, обладающие самостоятельными вяжущими свойствами, например белитовыми шламами. Кроме того, необходимо продолжить исследования по разработке комплексных медленнотвердеющих безобжиговых, в том числе геополимерных вяжущих на основе отходов промышленности специально для укрепления грунтов и каменных материалов с разработкой нормативных документов в развитии ТР ТС 014/2011. При ремонте и капитальном ремонте дорог для восстановления несущей способности слоев щебеночных (гравийных) оснований и усиления нежестких дорожных одежд предпочтение следует отдавать методу холодной регенерации. На каждом этапе жизненного цикла автомобильных дорог имеются резервы для увеличения межремонтных сроков, которые необходимо реализовывать.
Введение. Использование при ремонте дорог с дорожными одеждами нежесткого типа, технологии холодной регенерации с укреплением асфальтогранулята, различными вяжущими, позволяет значительно увеличить межремонтные сроки, снизить материалоемкость дорожных конструкций и эксплуатационные затраты. При этом замена цемента для укрепления асфальтогранулята на комплексные медленнотвердеющие минеральные вяжущие с повышенным содержанием двухкальциевого силиката (белита) даст возможность сэкономить значительные объёмы цемента, повысить технологические параметры асфальто-гранулобетоных смесей и долговечность дорожных конструкций за счет длительного сохранения в асфальтогранулобетоне большого резерва негидротированного вяжущего. Следовательно, разработка научно обоснованных оптимальных составов комплексных минеральных вяжущих для укрепления асфальтогранулята является весьма актуальной научной и практической задачей.
Материалы и методы. Лабораторные исследования включали определение физических и физико-механических свойств исходных материалов для получения асфальтогранулобетона: нефелинового шлама, портландцемента, асфальтогранулята по стандартным методикам ОДМ 218.3.043–2015, ГОСТ 31108 2020, ОДМ 218.6.1.005–2021 соответственно. Также было выполнено определение тонкости помола, сроков начала схватывания и прочности на сжатие в возрасте 56 сут, разработанных минеральных вяжущих, по ГОСТ Р 70196–2022. Изготовление и испытание образцов асфальтогранулобетона выполнялось согласно требованиям ОДМ 218.6.1.005–2021. Помимо нормативных сроков испытания образцов в возрасте 7 и 28 сут, были произведены испытания в возрасте 270 сут.
Результаты. Дано теоретическое обоснование применения нефелинового шлама в качестве компонента комплексных минеральных вяжущих для укрепления асфальтогранулята. Разработаны оптимальные составы комплексных минеральных вяжущих класса 5,0 из нефелинового шлама, активированного 5–15% портландцемента. Рекомендованы оптимальные дозировки комплексных вяжущих 5–15% для укрепления асфальтогранулята при строительстве оснований и покрытий. Использование данных вяжущих позволит получать высокотехнологичные асфальтогранулобетонные смеси и асфальтогранулобетон повышенной долговечности при минимальном расходе цемента, что способствует увеличению межремонтных сроков и улучшению экологической обстановки.