Материал: Разработка технологии производства эффективных битумоминеральных композиций для дорожных покрытий. Лозикова Ю.Г., Скориков С.В

На правах рукописи

ЛОЗИКОВА ЮЛИЯ ГЕННАДЬЕВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЭФФЕКТИВНЫХ БИТУМОМИНЕРАЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ

05.23.11 – Проектирование и строительство дорог, аэродромов, мостов, метрополитенов и транспортных тоннелей

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж – 2015

1

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет» (СКФУ), г. Ставрополь

Евсеев Евгений Юрьевич,

кандидат технических наук,

ООО «Дорсервис» (г. Воронеж), заместитель главного инженера

Защита диссертации состоится «30» апреля 2015 г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 212.033.02 при Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84, корпус 3, аудитория 3220, тел./факс:

+7(4732)271-53-21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета и на сайте:

http://edu.vgasu.vrn.ru.

Автореферат разослан «27» февраля 2015 г.

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Из анализа автомобильных дорог общего пользования

видно, что работоспособность сети дорог в Российской Федерации подошла к пределу исчерпания своих возможностей. Сложившаяся ситуация усугубляется непрерывным ростом нагрузки на дорожные покрытия, что обусловлено непрерывным увеличением в стране количества транспортных средств. Одним из наиболее целесообразных путей решения данной проблемы является использование новых энерго- и ресурсосберегающих технологий, на основе эмульгированных битумов. При использовании битумов в эмульгированном состоянии устраняются недостатки, характерные для битумов в расплавленном или разбавленном состоянии.

Однако, несмотря на общеизвестные достоинства битумов в эмульгированном состоянии, их производство и использование в нашей стране составляет единицы процентов от общего объема производимых битумов. Такое положение стало возможным из-за отсутствия производства в России эмульгаторов, непостоянства химического состава отечественных битумов, прекращения выпуска оборудования для производства битумных эмульсий и др. Кроме того качество материалов на основе битумных эмульсий, регламентируемых требованиями СНиП 3. 06. 03 – 85, крайне низкое, что сдерживает использование этих материалов в дорожном строительстве.

Поэтому разработка физико-химических и технологических принципов получения эффективных органических композиций на основе эмульгированных битумов и технологии их применения в дорожной отрасли является своевременной и актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является разработка технологии производства эффективных битумоминеральных композиций для дорожных покрытий на основе эмульгированных битумов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

–разработать принципы управления дисперсностью и стабильностью битумных эмульсий;

–разработать катионный эмульгатор ЭмК – 1 на основе использования отходов производства Невинномысского шерстяного комбината;

–обосновать оценку влияния содержания катионного эмульгатора ЭмК – 1 на гранулометрический состав дисперсной фазы битумных эмульсий и динамику его изменения;

–разработать технологию приготовления эффективных битумоминеральных композиций на эмульгированных битумах, и их применения в дорожной отрасли;

–определить технико-экономическую эффективность предлагаемой технологии производства битумоминеральных композиций на основе экспериментального внедрения результатов исследований в дорожной отрасли.

Научная новизна:

– сформулированы принципы управления дисперсностью и стабильностью битумных эмульсий с заданными свойствами, где, в зависимости от размеров частиц дисперсной фазы битумных эмульсий, определяется содержание эмульгатора – чем более узкое распределение частиц и чем меньше средний диаметр частиц, тем меньше расход эмульгатора в эмульсии и равномернее распределяются битумные

3

частицы на поверхности заполнителя;

–впервые предложена технология получения катионного эмульгатора ЭмК – 1 на основе отходов производства Невинномысского шерстяного комбината, отличающаяся определением эффективной температуры его перемешивания, исключающей бурное вспенивание, что позволяет сократить процесс синтеза во времени;

–разработана технология производства битумоминеральных композиций на битумах, эмульгированных в процессе совместного перемешивания их расплава с увлажненным заполнителем, отличающаяся введением катионного эмульгатора ЭмК – 1 до 1,5 %, улучшающего гидрофобизацию поверхности заполнителя;

–предложена технология повышения качества битумоминеральных композиций за счет введения в смеситель минерального порошка после эмульгирования битума в процессе перемешивания с крупным заполнителем;

–экспериментально подтверждено, что предварительная гидрофобизация или обработка битумом поверхности крупного заполнителя позволяют дополнительно повысить водостойкость битумоминеральных композиций на эмульгированных битумах.

Научная значимость заключается:

–в разработке принципов управления дисперсностью и стабильностью битумных эмульсий, позволяющей оптимизировать технологические режимы приготовления эффективных битумоминеральных композиций на битумных эмульсиях;

–в получении катионного эмульгатора ЭмК – 1, представляющего собой продукт конденсации многотоннажных отходов жирных кислот Невинномысского шерстяного комбината, с числом углеродных атомов С более 18 с аминами;

–в обосновании технологии приготовления эффективных битумоминеральных композиций при эмульгировании расплава битума с увлажненным заполнителем в процессе их совместного перемешивания, отличающаяся введением катионного эмульгатора ЭмК – 1 до 1,5 %.

Практическое значение.

Результаты проведенных диссертационных исследований апробированы в процессе опытно-промышленного внедрения в 2012 – 2014 г.г. на асфальтобетонном заводе ООО «Изобильненская ДПМК».

Результаты диссертации используются в учебном процессе Северо-Кавказского федерального университета в курсах дисциплин: «Дорожно- строительные материалы и конструкции», «Реконструкция автомобильных дорог» для направления подготовки 270800.62 Строительство (профиль «Автомобильные дороги»), а также: «Строительные материалы и изделия» для направления подготовки 270800.62 Строительство (профилей «Промышленное и гражданское строительство» и «Городское строительство и хозяйство»).

На защиту выносятся:

– методика оценки влияния содержания катионного эмульгатора ЭмК – 1 на гранулометрический состав дисперсной фазы битумных эмульсий и его динамику во времени, с использованием метода лазерного малоуглового светорассеяния гранулометрического состава дисперсной фазы битумных эмульсий;

4

–теоретическое обоснование и экспериментальная апробация технологии приготовления битумоминеральных композиций на эмульгированных битумах по качеству, не уступающим горячим асфальтобетонным смесям;

–экспериментальное подтверждение значительного улучшения физико- механических свойств битумоминеральных композиций за счет возрастания дисперсности (уменьшением размеров) частиц дисперсной фазы битумных эмульсий.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на следующих конференциях: I Международной научно- практической конференции «Современная наука: теория и практика» (Ставрополь, 2010); Международной научно-практической конференции «Инновационное инженерное образование (модели, технологии, опыт и перспективы)» (Невинномысск, 2011); Межвузовской студенческой научной конференции «Актуальные проблемы современной науки – новому поколению» (Ставрополь, 2011); Международной научно-практической конференции «Современная техника и технологии: исследования, разработки и их использование в комплексной подготовке специалистов» (Невинномысск, 2012); Всероссийской научно- практической конференции «Актуальные проблемы современной науки» (Ставрополь, 2012); III Всероссийской молодежной конференции «Устойчивость, безопасность и энергоресурсосбережение в современных архитектурных, конструктивных, технологических решениях и инженерных системах зданий и сооружений» (Москва, 2012); XV и XVI Международной межвузовской научно- практической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Строительство – формирование среды жизнедеятельности» (Москва, 2012, 2013); I-й и II-й ежегодной научно-практической конференции Северо-Кавказского федерального университета «Университетская наука – региону»; 3rd International

Scientific and Practical Conference (ISPC) «Science and Society» (London, 2013);

Региональной научно-практической конференции «Инновации молодых учёных Северного Кавказа – экономике России» (Ставрополь, 2014).

Материалы, полученные в работе, экспонировались на: ежегодной выставке- конкурсе «Инновации года» (Ставрополь, 13 – 14 декабря, 2012); Международной промышленной выставке «HANNOVER MESSE-2013» (Hannover, den 8 – 12, April, 2013); 17-ой специализированной выставке строительных материалов, оборудования, технологий и услуг «СТРОЙКА» (Ставрополь, 22 – 24 мая 2014); финальном туре по программе «УМНИК» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (Москва, МГСУ, 5 декабря 2012; 21 октября 2014).

Публикации. Соискатель имеет 29 научных работ, из них по теме диссертации опубликовано 22 научные работы общим объемом 125 страниц, и 1 монография объемом 171 страница, из них лично автору принадлежит 127 страниц. Пять статей опубликованы в изданиях, включенных в перечень ВАК: «Вестник Северо-Кавказского федерального университета».

В статьях, опубликованных в рекомендованных ВАК изданиях, изложены основные результаты диссертации: в работе [1] изучено влияние твердых эмульгаторов на свойства битумоминеральных композиций; в работе [2] установлены зависимости влияния природы минеральных порошков на скорость

5