Belgorod, Belgorod, Russian Federation
employee
Belgorod, Belgorod, Russian Federation
student
Belgorod, Russian Federation
employee
Belgorod, Russian Federation
GRNTI 67.09 Строительные материалы и изделия
BBK 383 Строительные материалы и изделия
Roads are an essential component of country's economic development. They represent a complex of engineering structures subjected to various kinds of deformations during operation. The causes of premature defects are outdated technologies, poor quality materials, high traffic loads, and weather conditions. On the average, after 2-3 years of the new road operation pits, overflows, potholes, cracks, rutting occur on asphalt concrete pavement, its presence worsens the traffic conditions on the road and violates the unimpeded passage of cars. To extend the life cycle of a transport object, there are preventive measures that prevent the destruction of road surfaces. Such activities include regular maintenance and repair work. One of the effective measures is the use of road impregnation materials (RIM). Road-impregnation materials are used in case of need to prevent aging of the organic binder in the composition of asphalt concrete in the coating, as well as to reduce the impact of external fac-tors. In this article, the influence of the basis of the impregnating material of two manufacturers on the indicators of the properties of asphalt concrete of various degrees of destruction is investigated. Among the considered impregnating compositions, solvent-based road impregnation materials proved to be the most effective. It has been established that the abrasive effect on samples of asphalt concrete significantly reduces the effectiveness of impregnating materials, especially based on bitumen emul-sion.
road impregnation materials (RIM), protection and restoration of asphalt concrete
Введение. В современном дорожном сообществе вопрос о формировании качественной транспортной сети при минимизации затрат на её содержание и ремонт занимает ключевое место. Асфальтобетонное покрытие лидирует на дорогах РФ. Его широкое применение обосновывается тем, что данный материал имеет ряд положительных свойств (высокая несущая способность, отличная гидроизоляция, высокие упругие свойства, простота содержания и ремонта и т.д.). Однако, несмотря на все имеющиеся достоинства, срок эксплуатации асфальтобетонного покрытия невелик. С течением времени он теряет свои первоначальные свойства за счёт воздействия динамических нагрузок от транспорта и природно-климатических факторов окружающей среды. Под их действием структура асфальтобетона постепенно начинает разрушаться, на покрытии появляются различного рода дефекты, а позже и деформации. Это приводит к увеличению времени транспортировки грузов и пассажиров, стоимости автомобильных перевозок и, в целом, значительно усложняет и удорожает транспортно-грузовую логистику в стране. В связи с чем, для специалистов дорожной отрасли обеспечение долговечности дорог – насущная задача.
Существует немало способов для продления срока эксплуатации дорожного конструктива. Одним из них, на ранних этапах возникновения дефектов, является использование дорожно-пропиточных материалов (ДПМ).
Основная часть. ДПМ – материалы, предназначенные для нанесения на поверхность асфальтобетонного покрытия, служащие для изменения свойств органического вяжущего или защиты поверхности покрытия от воздействия внешних факторов и влаги, проникающих внутрь асфальтобетонного покрытия [1, 2, 5]. Нанесение ДПМ может замедлять старение вяжущего, прогрессирующие разрушения покрытия автомобильной дороги такие как: шелушение, выкрашивание, сетка трещин и другие дефекты, которые в начальный момент не ослабляют конструкцию дорожной одежды.
По составу ДПМ разделяют [1–4]: на основе эмульсий и на основе растворителей (содержащие или не содержащие минеральный материал). Именно на этом классификационном признаке мы и остановимся в работе.
Для исследования и сопоставления влияния основы пропиточного материала на показатели свойств асфальтобетона из покрытия автомобильной дороги были рассмотрены следующие ДПМ комбинированного типа: Борнит Асфатоп, Борнит Асфатоп-Супер компании «BORNIT» и два защитно-восстанавливающих состава «Брит» от производителя «НоваБрит» [2, 6–12].
Составы «Брит» представляют собой дисперсию минерального наполнителя и неорганических соединений в растворе битумно-полимерного вяжущего в воде или органическом растворителе [6–8]. BORNIT Асфатоп содержит смесь на основе модифицированной полимерами битумной эмульсии с минеральными добавками. В состав пропитки BORNIT Асфатоп-Супер входит модифицированная полимерами битумная смесь, растворители и минеральные добавки [2, 9–12]. Таким образом, для сопоставительного анализа в работе рассматривалось влияние жидкой среды (основы) ДПМ, разных производителей.
В процессе эксперимента изучались следующие показатели:
1. Расход ДПМ при нанесении на дорожное покрытие.
2. Водонасыщение и набухание кернов асфальтобетона из покрытия.
3. Водонасыщение и набухание кернов, покрытых ДПМ (W).
4. Водонасыщение и набухание кернов, покрытых ДПМ после истирающего воздействия 
.
5. Водостойкость образцов кернов (Квод) до и после покрытия пропиткой;
6. Прочность на растяжение при расколе при температуре 20 °С (Rp20) образцов кернов до и после покрытия пропиткой.
Рассматривались две серии образцов из покрытия автомобильной дороги: (1) соответствующие требованиям [13] по показателям водонасыщения и малым набуханием, но характеризующиеся незначительным шелушением поверхности и (2) не соответствующие требованиям [13] по указанному показателю и высоким водонасыщением. Данные представлены в таблице 1.
Таблица 1
Сравнительная оценка ДПМ
|
Исследуемые показатели |
Рекомендуемые значения показателей |
Образцы без обработки |
Рассматриваемые ДПМ |
||||||||
|
Борнит В |
Брит В |
Борнит Р |
Брит Р |
||||||||
|
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
||
|
Расход ДПМ, л/м2 |
– |
– |
1,12 |
0,67 |
0,72 |
0,72 |
|||||
|
Водонасыщение W, % |
4,5 не более |
3,9 |
7,37 |
3,5 |
5,71 |
3,1 |
6,23 |
3,7 |
4,07 |
3,3 |
4,15 |
|
Набухание H,% |
– |
0,23 |
0,56 |
0,18 |
0,56 |
0,10 |
0,18 |
0,12 |
0,34 |
0,14 |
0,47 |
|
Водонасыщение после истирающего воздействия W1, % |
4,5 не более |
– |
– |
3,7 |
6,26 |
3,2 |
7,00 |
3,9 |
5,25 |
3,7 |
5,90 |
|
Набухание после истирающего воздействия H1, % |
– |
– |
– |
0,19 |
0,95 |
0,15 |
0,56 |
0,18 |
0,45 |
0,16 |
0,68 |
|
Водостойкость Квод |
0,9 |
0,88 |
0,84 |
0,88 |
0,85 |
0,89 |
0,83 |
0,89 |
0,85 |
0,88 |
0,85 |
|
Прочность на растяжение при расколе при температуре |
– |
0,68 |
0,64 |
0,69 |
0,65 |
0,69 |
0,64 |
0,67 |
0,65 |
0,68 |
0,65 |
Отобранные из покрытия образцы после просушивания до постоянной массы покрывались пропиточным материалом. После формирования защитной плёнки образцы испытывались. Динамика изменения свойств образцов асфальтобетона под воздействием ДПМ приведена в таблице 1.
Анализ влияния пропиточного состава на асфальтобетон из дорожной одежды позволил не только оценить влияние состава ДПМ, эмульсия или растворитель являются основой пропитки, но и ответить на вопрос – смогут ли ДПМ «улучшить» асфальтобетонные образцы при их несоответствии требованиям ГОСТ.
В соответствии с ГОСТ 9128-2013 «Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия» [13] значение водонасыщения для образцов вырубок и кернов готового покрытия должно быть не более 4,5 %. Для испытания на водонасыщение были взяты образцы, соответствующие техническим требованиям ГОСТ 9128-2013 [13] (1) и значительно их превышающие (2). Полученные результаты показали, что использование дорожно пропиточных материалов помогает достичь уменьшения водонасыщения. Положительное воздействие на асфальтобетонные керны оказали ДПМ на основе растворителей, благодаря которым водонасыщение уменьшилось до допускаемых пределов. При нанесении пропиточных составов на основе эмульсий обозначенный результат достигнут не был. В случае нанесения ДПМ на образцы серии (1) проявилось «консервирующее» свойство пропиточных материалов. Причём наибольший эффект демонстрируют составы пропиточного материала на эмульсионной основе.
Как видно, серия образцов (2) значительно превышает требования [13]. После нанесения пропиточных составов на основе битумной эмульсии на образцы асфальтобетона показатели водонасыщения (W) не достигли значений, отвечающих требованиям [13]. В тоже время, использование ДПМ на основе растворителя позволило снизить исследуемый показатель до нормируемой величины. Очевидно, такой эффект связан с высокой растворяющей способностью пропиточных материалов на основе растворителей. В результате чего, в процессе нанесения пропиточного материала происходит растворение и объединение приповерхностных слоёв асфальтобетона с компонентами ДПМ, с последующим испарением летучего растворителя и кольматацией порового пространства асфальтобетона минеральными включениями пропитки. Однако, как видно из таблицы, этот эффект не долгосрочный. Истирающее воздействие на образец асфальтобетона быстро убирает «консирвирующий эффект». При нанесении ДПМ на основе эмульсии на образцы по водонасыщению соответствующих [13] такой особенности не выявлено, образцы в процессе исследования изменяли показатели незначительно, и существенного влияния ДПМ на показатели свойств не выявлено. Однако нанесение дорожно-пропиточных материалов позволило ликвидировать шелушение поверхности.
После приложения истирающего воздействия к поверхностям образцов серии (2), покрытых пропиточными составами (как на основе эмульсий, так и на основе растворителей) наблюдаются недопустимо высокие показатели водонасыщения (W1). При обработке пропитками поверхностей асфальтобетона, соответствующих [13] по показателям водонасыщения, после истирающего воздействия сохранились удовлетворительные показатели.
В соответствии с ОДМ [1] принятая норма расхода должна обеспечивать эффективность пропитки (Кэф) при использовании составов комбинированного действия – не ниже 1,1. Пропиточные материалы являются более эффективными до приложения истирающего воздействия. Это видно на рисунке 1, на котором изображены коэффициенты эффективности ДПМ для образцов асфальтобетона соответствующих [13]. Исходя из рисунка 2, где приведены коэффициенты эффективности для образцов асфальтобетона (2) до (
) и после (
) истирающего воздействия, можно заключить, что наиболее эффективными будут ДПМ на основе растворителей.
Рис. 1. Коэффициенты эффективности ДПМ, нанесенных на асфальтобетонные образцы
соответствующие требованиям ГОСТ 9128-2013
Рис. 2. Коэффициенты эффективности ДПМ, нанесенных на асфальтобетонные образцы
не соответствующие требованиям ГОСТ 9128-2013
Выводы. Из рассмотренных пропиточных составов наиболее эффективными оказались ДПМ на основе растворителей. В отличие от ДПМ на эмульсионной основе они максимально улучшили показатели водонасыщения асфальтобетонных образцов, которые не соответствовали нормативным требованиям [13]. Однако, использование рассмотренных ДПМ малоэффективно для дорожного покрытия после приложения истирающего воздействия. Причём, максимальное изменение этого показателя наблюдается у ДПМ на основе растворителя. Таким образом, пропитки не могут полностью остановить деструктивные процессы, а способны только на некоторое время замедлить разрушение дорожной одежды [14, 15]. Очевидно, результативно использовать ДПМ для профилактики покрытия.
1. Branch road of the methodological document 218.3.073-2016 "Recommendations for the use of impregnating formulations to enhance the durability of asphalt concrete pavements". Moscow, FDA, 2016, p. 3.
2. Vysotskaya M.A., Vlasova E.A., Kuznetsov D.A., Kurlykina A.V., Shekhovtsova S.Yu. Review of the state of the segment of impregnating materials for road coatings. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov, 2018, no. 8, pp. 6-12.
3. ASTM D113-7. Developed by Subcom-mittee: D04.46 - Conshohocken - 2017.
4. ASTM D1754/ D1754M - 09 (2014). Standard Test Method for Elastic Recovery of Bituminous Materials by Ductilometer - Con-shohocken - 2014.
5. Trautwein A.I., Akimov A.E., Chernovil V.B., Lukashuk A.G., Yakovlev E.A. The influence of impregnation "darlok" on the physico-mechanical characteristics of asphalt concrete coverings of highways. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov, 2008, no. 11, pp. 11-17.
6. Protective-regenerative impregnation of asphalt concrete pavement "PARAGON Asfaltowit" / LAS-320. Available at: http://www.paragongroup.ru/las.html.
7. The protective restoring structures for asphalt and asphalt concrete "BRIT". Available at: https://arsenal-print.blizko.ru.
8. Impregnation BRIT PP-1. Available at: https://mastika-brit.company/ BRIT -PP- impregnation.html.
9. BORNIT-Asfatop - impregnation for asphalt. Available at: http://www.aeroplan-spb.ru.
10. BORNIT®-Asfatop Ready-mix. Available at: http://uralroad.ru.
11. Impregnation for asphalt Bornite Asfatop. Available at: https://pskholding.ru.
12. Repair of asphalt and concrete. Available at: http://asphatop.com.
13. GOST 9128-2013 “Asphalt concrete mixtures, polymer asphalt concrete, asphalt concrete, polymer asphalt concrete for highways and airfields. Technical conditions”, M.: FDA, 2013, pp. 2-5..
14. Vysotskaya M.A., Vlasova E.A., Abubakar Mahamadou. Technologically advanced, simple, efficient! World roads, 2017, no. 88, pp. 52-54.
15. Kurlykina A.V., Vlasova E.A., Shiryaev A.O. Influence of PDM on the properties of asphalt concrete from the pavement of the highway. New science: history of formation, current state, development prospects, 2018, no. 1, Available at: https://ami.im/sbornik/MNPK-221-1.
