Диссертация (Экспериментальное обоснование использования геоматов с полимерным вяжущим), страница 4

Они восновном состоят из геосеток, являющимися каркасом и из нетканыхгеоматериалов, покрывающих геосетку сверху и снизу для предотвращенияпопадания частичек грунта в геосетку. Геокомпозиты выполняют функции27разделения, дренажа, армирования грунта и склонов для предотвращенияводной и ветровой эрозии.Биологическое крепление откоса – это крепление, выполненное в видепосадки кустарников, деревьев или засева трав на откосе, котороепрепятствуют разрушению грунта откоса, за счёт образовавшейся корневойсистемы или за счёт образования естественной дернины [73,99].

К данномувиду креплений относятся все крепления биологического происхождения,примеры таких креплений показаны на Рисунок 1.19 и Рисунок 1.20.Рисунок 1.19 – Защитная конструкция биологического укрепления откосов[75]28Рисунок 1.20 – Укрепление откоса кустарниками деревьями и посевом трав[62]1.3. Противоэрозионное крепление откоса из геомата, заполненногощебнем и битум-полимерным вяжущимВ настоящее время существует много всевозможных вариантов защитыоткосов. Основные виды защитных креплений откосов: сборные имонолитные бетонные конструкции, монолитное асфальтобетонное покрытие,каменная наброска, каменное мощение, травяное покрытие и покрытия изгеосинтетических материалов, которые является самыми легко возводимымии доступными креплениями.

Для заданных условий расчётным путёмопределяется наиболее надёжное и экономически целесообразное покрытие. Внаши дни существует множество современных высокопрочных и эластичныхматериалов, по своим свойствам подходящие для защитных покрытий откосовсооружений. Все технологичные и экономичные решения должны такжеобеспечивать максимальную экологическую безопасность.В гидротехническом строительстве, для защиты откосов от воднойэрозии, нашло применение покрытие – геомат, заполненный твёрдымзаполнителем и битумом Энкамат А 20 [92].

Гидравлическими исследованиемданного покрытия занимались Козлов К.Д., Гурьев А.П. и Ханов Н.В.,29основные результаты исследований представлены в научных трудах [48, 49,50, 51, 52, 53, 54, 55]. Исследования гидравлических характеристик и свойствгеоматов без заполнителя, так же выполнялись Шнайдер В.А., которыепредставлены в научных статьях [110, 111].

Опыт и результаты, полученныйв данных работах, учитывались и использовались при проведенииисследований в данной диссертации.Одним из преимуществ данного типа покрытия является простота вприменении и возможность укладки как на сухой грунт, так и на грунтнаходящийся под водой.

Основным недостатком данного покрытия являетсятрадиционныйбитумныйвяжущийматериал,которыйявляетсянедолговечным и ненадёжным. Под воздействием ультрафиолетовогоизлучения солнца и воды, битумные составляющие утрачивают вяжущие иэластичные свойства, в следствии возникновения химических изменений. Всвязи с этим, битумные компоненты больше не в состоянии связыватьзаполнители в одно целое. Сначала появляются трещины, которые в будущемприводят к необходимости серьезного ремонта. Вода проникает в мелкиетрещины, они со временем расширяются и углубляются, в следствие чего подвоздействием водного потока происходит отрыв фрагментов защитногопокрытия [57].В настоящее время в гидротехническом строительстве отказались отприменения битумных мастик для герметизации швов. Органическийвяжущий на основе битума не отвечает предъявленным ему требованиям, т.к.оннедостаточноусталостнуюэластичный,прочностьследовательно,материала[26].неИсходяможетизобеспечитьперечисленныхнедостатков, можно сделать вывод, что покрытия с применением, вяжущегоиз битума не очень долговечны и не надёжны.

В настоящее время широкоераспространение получают битум-полимерные вяжущие [25]. В связи с этим,взамен традиционного битумного вяжущего, в диссертации предлагаетсяприменять однокомпонентный жидкий битум-полимер без растворителей [96],который по своим свойствам и достоинствам во многом превосходит30традиционный битум. Основой для данного вяжущего являлся геомат Enkamat[93]. Основные результаты исследований геомата заполненного битумполимерным вяжущим были опубликованы в научных изданиях [32, 33, 34, 35,36, 37, 38, 39, 40, 102] и стали основой данной диссертации.Битум-полимерныйразнообразныхвяжущийполимеров[16].—этобитум,Битум-полимерсзадобавлениемсчётсвоегомодернизированного состава является более износостойким, эластичным,обладает лучшей адгезией и менее подвержен трещинообразованию напротяжении большего времени.

Битум-полимерный материал состоит изорганополимернойсмеси,укреплённойорганическимвяжущим,сдобавлением разного рода дополнительных веществ-аппретов (композициитвердофазныхминеральныхнаполнителей,наполнителя,пластифицирующегоиколерующегогидрофобизирующегопигментаагента,оксидированного битум-полимера). В качестве органического наполнителяиспользуется вязкий нефтяной дорожный битум [19]. В качестве вяжущегоиспользуется стирол [24] или ксилол нефтяной [21], выбор вяжущегообусловлен природой базового органического полимера. Основными егосоставляющими (в плане объема) являются: доломитовый порошок, битум,стирол и добавки.

Данный вяжущий материал относиться к холоднымпесчаным асфальтобетонным смесям [20].Смесь имеет чёрный цвет, но может изготовляться красного, зелёного исерого цвета путем добавления соответствующих пигментных наполнителейиз природного минерального сырья, таких как: доломит, песок строительный,мраморная крошка, природные железоокисные пигменты и пр.

Так же в случаесодержания гудрона в битуме, цвет покрытия может стать коричневым.В качестве твёрдого заполнителя используются минеральные зёрна,размер которых не должен превышать 10мм. Зерновой состав твёрдогозаполнителя указан в Таблица 1.1, при соблюдении этих условий, полученнаясмесь должна соответствовать характеристикам, указанным в Таблица 1.2.31Таблица 1.1 – Зерновой состав твёрдого заполнителя [96]Размерзёренмельче, мммасс. %201510--10052,51,250,630,3150,160,07170-100 62-82 40-68 25-55 18-43 14-3012-20Таблица 1.2 – Характеристики смеси битум-полимера и щебня [96]Предел прочности при сжатии при температуре 20°С,МПа, не менееДо прогрева:После прогрева:сухихводонасыщенныхПоследлительноговодонасыщениясухихводонасыщенныхПоследлительноговодонасыщения1,20,80,61,51,20,9ПараметрыЗначение дляпокрытияБитумно-полимерный вяжущий материал прост в применении, материалне требует предварительного подогрева или разбавления.

Для изготовленияпокрытия с применением вяжущего наиболее оптимальной температуройокружающей среды является 20°С, рекомендуемая минимальная температура,при которой допускается производство работ с данным вяжущим 10°С, такжеесть данные что покрытие может схватываться при низкой температуре до 40°С, благодаря чему использование вяжущего возможно зимой, приотрицательных температурах. Для получения оптимальных характеристиквяжущего, его вязкость должна составлять примерно 3800 сантипуаз, прииспользовании вискозиметра Брукфилда ( = 20°С, скорость 100 об/мин,шпиндель №6) [66]. При необходимости снижения технологической вязкости,в том числе для удобства нанесения покрытия, необходимо перемешиватьвяжущий материал или повышать температуру вяжущего материала примерно32до 30°С.

При нагревании вяжущего до 109°С, смесь переходи в жидкотекучеесостояние, а при достижении 150°С происходит деструкция молекулярнойструктуры оксидированного битум-полимера и органического вяжущего,вследствие чего происходит ухудшение свойств покрытия.Посленанесения,покрытиеполимеризуетсяиобразуетсяводонепроницаемая пленка, устойчивая к растворам соли, минеральныхкислот средней концентрации, щелочи и ультрафиолетовому излучению.

НаРисунок 1.21 представлены данные зависимости времени высыханияпокрытия от температуры окружающей среды. Сополимеризация покрытияпроисходит от одних до четырнадцати суток.10090Время высыхания, мин8070605040302010012 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40Температура, °СРисунок 1.21 – Зависимость времени высыхания покрытия от температурыокружающей среды [96]Как отмечается, материал является стабильным и эффективным вшироком интервале температур.

Диапазон допустимого температурноговоздействия на покрытие, после полимеризации и сополимеризации, прикотором сохраняются молекулярная структура и функциональные свойства: от33+ 75°С до - 40°С, материал может эксплуатироваться во всех регионахРоссийской Федерации. Гарантийный срок службы покрытия по меньшеймере составляет 10-12 лет.В результате испытаний по возможному загрязнению воздуха,вследствие применения битум-полимерного вяжущего, были полученыследующие результаты: спустя пять минут после нанесения вяжущего, егоконцентрация в воздухе на высоте 5 см от поверхности, составляла дотридцати частиц на миллион, спустя двадцать минут уменьшилась до пятичастиц на миллион, а на высоте 20 см была равна 0,0015 мг/м3. Результатыиспытаний по воздействию покрытия на окружающую среду такжеподтвердили его экологическую безопасность, так как вяжущее не содержитрастворителей и не должно выделять токсичных компонентов.