Материал: 1167

31

Рис. 2.1. Общий вид ротора (А) и ножевых бил (Б) дезинтегратора

32

2.3.2. Исследование влияния органических вяжущих

веществ различной вязкости на физико-механические

свойства укрепленного грунта

Известно, что свойства материалов, обработанных органическими вяжущими, можно в определенной степени регулировать, применяя битумы различной вязкости. Влиянию вязкости битума на физико-механические свойства битумоминеральных смесей посвящены работы Н.И. Короткевича, Ф.К. Ломакова, Л.Б. Гезенцвея, А.И. Лысихиной, Е.Н. Козловой и др.

В указанных работах отмечается, что для каждого вида грунта оптимальным является битум определенной вязкости. На выбор вязкости органического вяжущего влияет также технология приготовления слоев дорожной одежды и условия их работы в процессе эксплуатации.

Принцип укрепления грунтов основан на улучшении их коллоидно-химических свойств путем интенсификации хемосорбционных процессов взаимодействия грунта с вяжущими веществами, в том числе и с органическими. В свою очередь, технические свойства получаемых материалов зависят как от исходных свойств укрепляемых грунтов, так и от свойств применяемого органического вяжущего.

Большинство грунтов в естественном залегании характеризуются неопти-

мальным гранулометрическим составом, с преобладанием крупной поровой структуры. Кроме того, связные грунты характеризуются большой удельной и адсорбционной поверхностью. В то же время, большая внутренняя поверхность этих грунтов, особенно монтмориллонитового состава, отрицательно влияет на укрепление их вязкими битумами, поскольку эта поверхность недоступна для взаимодействия с ними.

С другой стороны, для изменения поровой структуры и обеспечения хорошей адгезии вяжущего с поверхностью грунтовых частиц необходимо применять вяжущие с высокой когезией и большим интервалом эластичных свойств,

к которым относятся вязкие дорожные битумы.

Вследствие вышесказанного, применяемые для укрепления грунтов органические вяжущие вещества должны иметь достаточную подвижность при температуре выполнения технологического процесса, а в процессе эксплуатации

33

достаточно высокую когезию, теплоустойчивость при высоких и деформативность при низких температурах. Вяжущие вещества должны иметь хорошее сцепление с поверхностью грунтовых частиц (адгезию) и быть устойчи-

выми против старения. Они не должны обладать склонностью к расслоению на фазы, что особенно важно при хранении, транспортировке и применении вяжущих. Процесс выпадения сложноструктурных частиц в вяжущих при их транспортировании в цистернах и танкерах, а также хранении в резервуарах может привести к серьезным осложнениям, снизит полезную емкость резервуаров.

Для составления требований по вязкости к органическим вяжущим в СибАДИ была произведена серия экспериментальных исследований. Использовались битумы Омского НПЗ с различной пенетрацией: 60, 90, 130, 200, 300 10-1 мм и суглинок. Критерием оценки являлся показатель прочности образцов при сжатии в водонасыщенном состоянии. На основе априорной информации во всех случаях битум вводился в количестве 6% от минеральной части. Количество воды во всех случаях определялось как разница между оптимальной влажностью данного вида грунта, определенной на ударнике Союздорнии, и процентным содержанием органической составляющей смеси. Результаты эксперимента приведены на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Влияние вязкости битума на прочность в водонасыщенном состоянии укрепленного грунта

34

Как видно из рисунка, наибольшую прочность при сжатии в водонасыщенном состоянии имеет грунт при укреплении его битумом вязкостью в интервале от 130 до 200 усл. градусов пенетрации. При использовании битума с более высокой или низкой вязкостью прочность получаемого материала снижается в связи с тем, что в первом случае битум хуже смешивается с грунтом, а значит, система конденсационных связей имеет менее разветвленный характер, а также присутствует слабая адгезия вяжущего к грунтовым частицам. Во втором случае — пониженная вязкость приводит к образованию связей пониженной когезии и, следовательно, недостаточной прочности материала в целом.

На правильность высказанного объяснения указывает плавный характер изменений предела прочности при сжатии в водонысыщенном состоянии битумогрунта в зависимости от вязкости применяемого битума.

Таким образом, можно констатировать, что для укрепления грунтов модификацию нефтяного гудрона необходимо проводить до вязкости, соответствующей 130-200 10-1 мм.

2.3.3. Поиск области гомогенности

комплексного органического вяжущего

Для определения области гомогенности комплексного органического вяжущего были синтезированы составы нефтяного гудрона с различным сочетанием модифицирующих добавок (резиновая и каучуковая крошка, глицериновый гудрон) и технологических режимов (температура и время термостатирования, степень концентрации в воде глицеринового гудрона и длительность выдерживания в этом растворе резиновой крошки). Реализацию вариантов синтеза осуществляли по методике, приведенной в [16]. В таблице 2.2 приведены все условия планирования при исследовании влияния рецептурных и технологических факторов на условия синтеза гомогенного комплексного органического вяжущего. Оценка свойств получаемых вяжущих производилась по трем основным показателям: числу пенетрации (ЧП),

растяжимости (D) и температуре размягчения (ТР).

Чтобы исключить влияние систематических ошибок, вызванных независимыми внешними условиями (переменная температура воздуха, условия приготовления образцов и испытания образцов и т.д.) проведение построчных экспериментов в матрице было рандомизировано во времени [17].

35