Диссертация (Экспериментальное обоснование использования геоматов с полимерным вяжущим), страница 5

В отличие оттрадиционного битума смесь можно применять без разогрева, тем самым, незагрязняя окружающую среду. Покрытие не оказывает негативного влияния наздоровье человека, так же материал не должен оказывать кожнорезорбтивного действия, вещество является умеренно опасным и относиться ктретьему классуопасности[18].Нанесённое покрытиене должнообразовывать пожароопасных, взрывоопасных, токсичных и ядовитыхвеществ, в том числе при контакте с водной и воздушной средой, посколькубитум связан, а полимерное вяжущее экологически нейтрально. Вяжущийматериал является устойчивым к негативному воздействию дизельноготоплива и машинного масла, практически стоек к солевым растворам,щелочам и кислотам:серная кислота <40%; соляная кислота <30%; азотнаякислота <25%; уксусная кислота <70% и фосфорная кислота <80%.Данный вяжущий материал так же можно использовать при ремонтезащитных покрытий с применением битума как вяжущего вещества, придобавлении битум-полимера восстанавливается битумная составляющаяасфальтобетонного покрытия и увеличивается трещиностойкость приотрицательных температурах на 15-20%.

Восстановление битума происходитзасчётобразованиясополимера,которыйвозникаетвследствие34проникновения паров полимера в покрытие на глубину примерно 40 мм. Посвоим свойствам материал немного эластичный за счёт чего сохраняетспособность деформироваться в выбоине или трещине и поэтому лучшеприклеивается к ее стенкам. При ремонтных работах при температуре ниже6°С вяжущий не будет реагировать с битумом ремонтируемого покрытия,поэтому работы необходимо производить при температуре выше 6°С.Благодаря этой особенности, заделка выбоин или трещин держится гораздодольше, срок службы асфальтобетона продлевается с 4 до 8 лет.1.4. Подбор оптимальной пропорции битум-полимерного вяжущего ищебня в структуре геоматаДля композиционных материалов соотношение наполнителя и вяжущегозачастую является решающим фактором, определяющим долговечность иизносостойкость материала.

При плохих связях наполнителя и вяжущего,любая гранула наполнителя может стать концентратором напряжений. Вбольшинствеслучаев,разрушениематериалапроисходитпутёмрастрескивания. Образующиеся трещины идут по граням гранул заполнителя.При хорошей адгезии вяжущего и заполнителя граница раздела будетпрепятствием для образования трещин. Основным показателем хорошегосцепления вяжущего материала и заполнителя, является обволакиваниевяжущим материалом поверхности заполнителя [30]. Сцепление такжезависит и от формы и состояния поверхности твёрдого заполнителя и условийвнешней среды [58].Подборпропорциибитум-полимерноговяжущегоитвёрдогозаполнителя в структуре геомата необходим для получения оптимальныххарактеристик защитного покрытия.

Исследование по подбору пропорциипроизводилось в два этапа. Для каждого этапа исследования изготавливалисьобразцы одинакового размера. Определение массы всех материаловпроизводилось при помощи весов с цифровым датчиком, точность измерениявесов составляла 1 г. Исследуемые образцы защитного покрытия находились35в проветриваемом, сухом и отапливаемом помещении с температурой от 15°до 20° С в течении 24 часов. По истечении этого времени начиналисьисследования испытуемых образцов.Основной задачей исследований было определение оптимальногосоотношения, при котором вяжущего материала будет достаточно для того,чтобы твёрдый заполнитель был надёжно зафиксирован в структуре геомата.На первом этапе исследований изготавливались образцы покрытия с разнымисоотношениями вяжущего материала и твёрдого заполнителя.

Было сделанотри образца покрытия с пропорциями: 125%, 50% и 25% битум-полимера отмассы твёрдого заполнителя, фото образцов показано на Рисунок 1.22 иРисунок 1.23. В образце с соотношением 125% вяжущего материала от массызаполнителя, битум-полимера было достаточно для того, чтобы твёрдыйзаполнитель был зафиксирован в структуре геомата. В образцах, с 25% и 50%вяжущего материала, последнего было недостаточно, в связи с этим твёрдыйзаполнитель не был надёжно зафиксирован в структуре геомата.Рисунок 1.22 – Образцы покрытия, выполненного из геомата, заполненногощебнем и битум-полимерным вяжущим36Рисунок 1.23 – Образец с избытком битум-полимерного вяжущегоНа основании результатов исследований, полученных на первом этапеэксперимента, выполнялся более точный подбор оптимального соотношениявяжущего материала и твёрдого заполнителя. При подборе более точнойпропорции, за основу был взят образец покрытия, в котором применялось125% вяжущего материала и относительно этого образца увеличивалось илиуменьшалось количество вяжущей составляющей.

Всего было сделано 4образца покрытия с пропорцией 175%, 150%, 100% и 75% битум-полимера отмассы твёрдого заполнителя. Образцы, в которых использовалось 175% и150% вяжущего, получились с переизбытком битум-полимерного вяжущего, вних были излишки вяжущего материала, которые растекались за пределыобразца. При этом вяжущий материал не схватился за 24 часа. В образце, гдеприменялось 100% битум-полимерного вяжущего, соотношение получилосьболее сбалансированным, обволакивание твёрдого заполнителя вяжущимматериалом было обеспеченно. В образце, с 75% вяжущего, не закрепилосьоколо 16% твёрдого заполнителя.Результаты всех исследований представлены Таблица 1.3.

По данным изТаблица 1.3 была построена гистограмма, визуально отображающая сравнениемассы исследуемого образца от соотношения битум-полимера и твёрдогозаполнителя, показанная на Рисунок 1.24. Так же по данным из Таблица 1.337был построен график зависимости не закреплённого твёрдого заполнителя иизлишек вяжущего материала, показанный на Рисунок 1.25.Таблица 1.3 – Результаты исследований подбора пропорции битумполимерного вяжущего и твёрдого заполнителя в структуре геоматаБитум№ Щебень, полимерноевяжущееп/п грамм% граммОписаниеколичествавяжущегоматериалаОписаниеобволакиваниятвёрдого материалаПервый этап исследований150025125Дефицит вяжущего250050250Дефицит вяжущего3500125625Избыток вяжущего10%Второй этап исследований150075375Избытка вяжущегоне наблюдалось2500100500Незначительныйизбыток вяжущего350012562545001507505500175875Избыток вяжущего10%Избыток вяжущего15%, покрытие несхватилось втечении 24 часовИзбыток вяжущего20%, покрытие несхватилось втечении 24 часовОбволакивание необеспечено, незакрепилось 70%твёрдого заполнителяОбволакивание необеспечено, незакрепилось 25%твёрдого заполнителяОбволакиваниеобеспеченоОбволакиваниеобеспечено, незакрепилось 16%твёрдого заполнителяОбволакиваниеобеспечено, незакрепилось 7%твёрдого заполнителяОбволакиваниеобеспеченноОбволакиваниеобеспеченноОбволакиваниеобеспеченно3816001400Граммы1200100080060012525037550075062587540020050050050050050050050050%75%100%125%150%175%025%Процент битум-полимерного вяжущего от массы заполнителяЩебень, г.Битум-полимерное вяжущее, г.Рисунок 1.24 – Сравнение массы исследуемого образца от соотношениябитум-полимера и твёрдого заполнителя400350350300Граммы250200175150125112,5100805062,53520025%50%075%100%0125%150%175%Процент битум-полимерного вяжущего от массы заполнителяКоличество не закреплённого твёрдого заполнителяИзлишек вяжущего материалаРисунок 1.25 – График зависимости не закреплённого твёрдогозаполнителя и излишек вяжущего материалаВ результате первого исследования было получено два образца снедостаточным количеством вяжущего материала, твёрдый заполнитель не39был надёжно зафиксирован в структуре геомата, в связи с этим происходилотрыв частиц твёрдого заполнителя.

В образце с применением 125% вяжущегоматериала от массы заполнителя, наблюдался излишек вяжущего, но твёрдыйзаполнительбылнадёжнозафиксирован.Вдополнительнойсерииисследований было сделано четыре образца материала. Два образцаполучились с избытком вяжущего материала, остальные образцы получилисьс оптимальной пропорцией вяжущего материала, в образце с использованием100% вяжущего, не закрепилось 7% щебня, а в образце с 75% вяжущегоматериала, не закрепилось 16% твёрдого заполнителя.Дляисследований,выполняемыхвданнойдиссертации,былоизготовлено бесшовное покрытие, выполненное из геомата, заполненногощебнемибитум-полимернымвяжущим.Изготовлениепокрытияосуществлялось с использование пропорции 1:1. Щебень и битум-полимерпредварительно взвешивались на весах после чего помещались в ёмкость,затем при помощи дрели и насадки миксер производилось перемешиваниевяжущего и твердого заполнителя до кашеобразного состояния.

Послеприобретения необходимой консистенции, полученная масса укладывалась вструктуру геомата. Процесс изготовления покрытия показан на Рисунок 1.26.После полимеризации и сополимеризации готовое покрытие, при помощиподъёмного крана, укладывалось в лоток экспериментальной установки, фотоготового покрытия показано на Рисунок 1.27.Рисунок 1.26 – Изготовление покрытия, выполненного из геомата,заполненного щебнем и битум-полимерным вяжущим40Рисунок 1.27 – Покрытие, выполненное из геомата, заполненногощебнем и битум-полимерным вяжущим1.5. Выводы по первой главе1.При эксплуатации гидротехнических сооружений неизбежнопроисходит процесс водной эрозии, вследствие которого происходит размывсооружения и возникновение аварийной ситуации.

Для предотвращенияразмывов и аварийных ситуации, стали применяться разнообразныеконструктивныеинженерныерешения,направленныегидротехнических сооружений от водной эрозии.назащиту41В гидротехническом строительстве применяются различные2.материалы для защиты грунтовых откосов от водной эрозии, однако внастоящее время стали набирать популярность геосинтетические материалы.В последнее время наиболее широко начал применяться геомат в качествезащиты от водной эрозии. Для улучшения свойств данного покрытия, геоматыстали изготавливать с разнообразными заполнителями, одним из такихзаполнителей является смесь из щебня и битума. Геомат заполненный щебнеми битумом обладает отличными противоэрозионными свойствами, однакоимеет существенный недостаток в виде сильного образования трещин,вследствиечегопропорциональноебылопредложеносоотношениезаменитькомпонентоввяжущийматериалзаполнителя.Виновомпротивоэрозионном покрытие в качестве вяжущего материала используетсябитум-полимер, который по своим свойствам превосходит традиционныйбитум.Преимуществомданноговяжущегоявляетсянаименьшеетрещинообразование и отсутствие необходимости подогревать вяжущийматериала перед его применением, что в свою очередь делает данныйвяжущий более простым в использовании.3.В результате исследований по определению оптимальнойпропорции битум-полимерного вяжущего и твердого заполнителя в структурегеомата было выявлено, что в случае, когда вяжущего материала мало, связимежду частицами твёрдого заполнителя недостаточно прочные, вследствиечего, при воздействии водного потока на материал, будет происходить отрывтвёрдого заполнителя.