В практике дорожного аэродромного и мостового строительства широко используется такой композиционный материал, как асфальтобетон. Асфальтобетоны подвержены трещинообразованию, шелушению, выкрашиванию, образованию колей, волн и впадин. Одним из способов повышения “стойкости” асфальтобетона к внешним нагрузкам является применение в его составе волокон и нитей. Введение в смесь длинных (протяжённых) элементов - нитей, волокон или проволоки, при удовлетворении и постоянстве качественных показателей, а также удобства её использования, в настоящее время является неразрешимой проблемой. Введение в смесь небольших по размеру (дискретных) элементов позволяет добиться их равномерного распределения (дисперсии) в смеси, и получить “композитный” материал с более высокими физико-механическими показателями в готовом конструктивном элементе.
Введение. Асфальтобетоны с фиброй имеют более высокие физико-механические показатели, по сравнению с традиционными смесями. Улучшаются физико-механические показатели: прочность при различных температурах (особенно при 50 °С), сдвигоустойчивость по сцеплению при сдвиге, водостойкость при длительном водонасыщении, устойчивость к колееобразованию и др. [1]
В настоящее время в России действуют методические рекомендации по технологии армирования асфальтобетонных покрытий добавками базальтовых волокон (фиброй) [2]. Однако широкого применения базальтовая фибра не получила. Основной проблемой использования фибры из различных волокон в асфальтобетонных смесях, по результатам проведённых исследований, а также зарубежным литературным источникам [3, 4], является отработка технологии ведения фибры в состав смеси. В России широкого опыта изготовления на асфальтобетонных заводах смесей с фиброй на сегодняшний момент нет. Это связано с трудностями обеспечения однородного распределения волокон в составе асфальтобетонной смеси.
Основная часть. Для устранения трудностей и обеспечения равномерного распределения волокон в составе асфальтобетонной смеси без образования комков (сгустков) предложена установка для введения фиброволокна в состав композиционных асфальтобетонных смесей, которая позволяет подготовить волокнистые материалы (базальтовая, полиакрилонитрильная и др. виды фиброволокна) перед введением их в состав асфальтобетонных смесей для армирования.
В настоящее время известен ряд технических решений, направленных на устранение дефекта неравномерного распределения фиброволокна в разных направлениях по поверхности и объему строительно-дорожной смеси. Известно устройство для подготовки фиброволокна перед подачей его в строительную смесь, описанное в авторском свидетельстве SU №1763202 [5], которое содержит смеситель с загрузочными и выгрузочными отверстиями, приспособление для подачи фиброволокна. Рабочий орган – распушиватель выполнен в виде вала с жесткими радиально расположенными элементами – щётками. Недостатками всех существующих устройств и установок для подачи фиброволокна в асфальтобетонные смеси, является несовершенство практически чисто механических устройств и, как следствие, отсутствие гарантированного равномерного распределения фиброволокон по объему асфальтобетонной смеси.[8,9]
За счёт конструктивного усовершенствования установка для введения фиброволокна в состав композиционных асфальтобетонных смесей обеспечивает гарантированное равномерное распределение фиброволокна в объёме смеси. Установка работает по принципу «чесального устройства», когда коротко нарезанные волокна из плотно соединенных друг с другом слоев волокон становятся разделенными, легко перемещаемыми воздушными потоками, равномерно поступающими в смеситель и хорошо оседающими в объеме строительной смеси.
Схема установки для введения фиброволокна в состав композиционных дисперсно-армированных асфальтобетонных смесей приведена на рис.1 .
|
|
|
Рис. 1. Схема установки для введения фиброволокна в состав композиционных дисперсно-армированных асфальтобетонных смесей:
1 – электродвигатель; 2 – вал; 3 – звездочка с зубцами; 4 – труба – воздуховод c шиберной заслонкой;
5 – труба для подачи фиброволокна c шиберной заслонкой; 6 – труба для отведения готовой фибровоздушной смеси; 7 – реуктор; 8 – клиноременная передача
Устройство для введения фиброволокна в состав композиционных дисперсно-армированных асфальтобетонных смесей устанавливается вблизи смесителя асфальтобетонного завода. Труба – воздуховод для отведения готовой фибровоздушной смеси 6 с шиберной заслонкой выводится в смесительную установку асфальтобетонного завода. Через трубу подачи фиброволокна 5 с шиберной заслонкой подаётся фибра. После выхода из трубы подачи фибра захватываетя зубцами звёздочек 3. При вращении звёздочек через трубу воздуховод 4 подаётся воздух, способствующий эффективности вспушения фиброволокна. При механическом воздействии зубцов вращающихся звёздочек 3 и воздушного потока происходит равномерное вспушение фибры без образования комков. Звёздочки 3 установлены на валах 2. Вращение звёздочек 3 осуществляется с различной скоростью за счёт электродвигателя 1 с редуктором 7 (в зависимости от требуемого состояния фибры для выпуска асфальтобетонных смесей). За счёт воздушного потока и воздействия зубцов звёздочек вспушенная фибра через трубу – воздуховод 6 выносится из устройства и поступает непосредственно в смеситель асфальтобетонного завода [10].
Для получения вспушенной фибры чесальные устройства возможно объединять путём соединения трубы – воздуховода 4 с трубой подачи фиброволокна 5. В этом случае вспушенная фибра из одного устройства будет поступать в другое (следующее) устройство, в котором также будет происходить распушение до заданной структуры и дальнейшее поступление под действием воздушного потока (вдувание) в смеситель асфальтобетонного завода.
В случае применения смесителей асфальтобетонного завода циклического действия дозированная навеска фибры вводится в трубу подачи фиброволокна 5. В случае применения асфальтобетонного завода непрерывного (поточного) действия фибра также через трубу подачи фиброволокна 5 подаётся непрерывным потоком с заданным расходом. Для подачи и дозирования фибры в устройство применяется существующее серийно выпускаемое оборудование асфальтобетонных заводов в виде бункеров, дозаторов, компрессоров, трубопроводов.
Комплекс устройств для обработки фиброволокна при производстве композиционных фибросодержащих асфальтобетонных смесей реализован в виде опытных образцов и прошёл апробацию в Поволжском учебно-исследовательском центре «ВОЛГОДОРТРАНС» СГТУ. В настоящее время поданы заявки о выдаче патента Российской Федерации на изобретение и полезную модель.
Для исследований применялась базальтовая фибра длиной 15 мм в количестве 0,4 % (по массе готовой смеси), добавка которой вносилась в подобранный состав асфальтобетонной смеси марки I типа Б по ГОСТ 9128-2013 [6]. Из готовой композиционной дисперсно-армированной асфальтобетонной смеси в соответствии с методикой ГОСТ 12801 – 98 [7] изготавливались контрольные образцы. Уплотнение образцов, производилось прессованием на гидравлическом прессе в форме с внутренним диаметром 71,4 мм в течение 3 минут под давлением (40,0±0,5) МПа.
Основные физико-механические показатели свойств композиционных фибросодержащих асфальтобетонных смесей, приготовленных с использованием комплекса устройств для подготовки фиброволокна и без приведены в табл.1.
Таблица 1
Основные показатели физико-механических свойств композиционного фибросодержащего асфальтобетона марки I, типа Б
|
Наименование показателя |
Ед. изм. |
Требования ГОСТ 9128-2013 для марки I типа Б |
Фактические показатели физико-механических свойств |
|
|
При введении фиброволокна в смеситель без обработки |
При введении фиброволокна в смеситель после обработки с применением установки |
|||
|
Предел прочности при сжатии при температуре 50 °С, не менее |
МПа |
1,3 |
2,45 |
3,35 |
|
Сдвигоустойчивость по коэффициенту внутреннего трения, не менее |
- |
0,83 |
0,90 |
0,95 |
|
Сдвигоустойчивость по сцеплению при сдвиге при температуре 50 °С, не менее |
МПа |
0,38 |
0,59 |
0,74 |
В результате выполненных исследований установлена высокая степень однородности распределения фиброволокна в составе композиционных фибросодержащих асфальтобетонных смесей при использовании установки, что позволяет получить увеличение показателей физико-механических свойств композиционных дисперсно-армированных асфальтобетонов примерно до 30 % в сравнении с технологическими режимами без предварительной обработки фиброволокна.
