Описание проекта

Улучшение адгезии битум-щебень, придание асфальту упруго-эластичных свойств усиливает трещиностойкость,  снижает образование колейности дорожного покрытия. Решение проблемы ненормируемого качества окисления нефтепродуктов для получения дорожного битума, неконтролируемого состава битума и свойств поверхности инертных наполнителей, кратное увеличение эксплуатационных характеристик без существенного изменения стоимости и упрощение технологий дорожного строительства. Увеличение сроков межремонтного интервала, согласно дорожному регламенту 2024 года.

Молекулы, образующие асфальтовую массу (без минерального наполнителя) при укладке дают вполне приемлемую массу. Однако, после кристаллизации (зимой) образут корытообразные домены, на которые покрытие и разрушается после перепадов температур. То есть асфальт, в том виде, в каком его укладывают,и НЕ может "перезимовать"!!!

Значительная часть знаменитой Аппиевой дороги, строившейся за сотни лет до н.э. продолжает служить и в наши дни, а наши «дороги жизни» говорят, являются одной из бед России. Асфальтобетонные смеси в соответствии с ГОСТ 9128 – рационально подобранные смеси минеральных материалов (щебня или гравия и песка с минеральным порошком или без него) с битумом, взятых в определённых соотношениях. Соотношения эти получаются в результате использования таблиц ГОСТа по зерновому составы и % битума и на основании данных анализа входящих компонентов. На каждую партию сырьевого компонента составляется своя рецептура. ГОСТом регламентируются требования к материалам. 

Что, например, может произойти с асфальтовым покрытием, в случае недостаточной прочности к сжатию щебня? Многие, наверное, видели, как крошится в пыль щебень при наезде на него грузовика. Такое событие внутри асфальтобетона приведёт к образованию прогрессирующего дефекта, ведущего, в конечном счёте, к разрушению полотна дороги. Справочно-технологические материалы утверждают даже, что признаком сдвигоустойчивости является правильно подобранный зерновой состав. Рекомендуется использование минеральных материалов, имеющих основной характер, кислые компоненты кислым битумом «не принимаются». Таким образом, песок априори не может образовывать когезионно связанную структуру асфальтобетона.

Кислый характер песчинок (видимо обуславливаемый Si-O-H) не даёт возможности образования надёжной химической связи между поверхностью песчинок и связующим. Для проверки качества связывания песка в ТУ ввели параметр проверки вымывания песка подкисленной водой. Проанализировав используемый для включения в композицию песка механизм, разработчики пришли к выводу, что и представление о характере ковалентной связи Si-O с модификатором поверхности и представление о формировании реопексии 5 нанометровым "нанопухом" на песке, нуждаются в уточнении.

Песок, таким образом, был и остаётся «пасынком» асфальтобетона. Ещё любопытнее обстоит дело с самым главным компонентом – связующим минеральных составляющих - битумом. В соответствие с ГОСТ 22245 битумы нефтяные дорожные изготавливаются ОКИСЛЕНИЕМ различных нефтяных продуктов. Логично было бы ожидать в ГОСТе проверку этого самого окисления, глубину его, количество поглощённого кислорода и т.п., тем более, что ГОСТом разрешается изготавливать битум КОМПАУНДИРОВАНИЕМ (смешиванием) окисленных и неокисленных продуктов, которое надо полагать надо как-то контролировать (если переложить или недоложить неокисленного компонента?). Нет, качество окисленного продукта проверяют глубиной проникания металлической иглы с затупленным концом (предложено в 18 веке французским инженером Вика для цемента). Проверяется ещё температура размягчения (по температуре, при которой шарик провалится через заполненное битумом кольцо). Комбинацией этих параметров по приведённой в ГОСТе таблице находится ещё один параметр – индекс пенетрации. Кто думал, что его находят испытаниями – ошибается!  ТЕМПЕРАТУРА ХРУПКОСТИ определяется по формуле из индекса пенетрации (чтоб не мёрзнуть измеряя её на холоду)! 

Битум – это дисперсия (не раствор, а смесь нерастворимых друг в друге веществ, наподобие молока, только чёрного). Устойчивость этой дисперсии придают асфальтогеновые кислоты. Они же обеспечивают адгезию (прилипание) битума к щебню и основе дороги. В искусственных битумах их мало (1-4%). Тринидадский натуральный битум содержит десятки % таких кислот, и поэтому зарубежными изготовителями асфальтобетонных смесей добавляется к нефтяному искусственному. В нашем ГОСТ количество этих кислот и само их наличие не оговаривается. По данным справочника инженера-дорожника 1959 г. битумы различных производителей СССР содержали 1-7% асфальтогеновых кислот.

В справочнике дорожного мастера за 2007 г. утверждается, что уплотнение асфальтобетонной смеси – основная технологическая операция, к тому же определяющая физико-химические свойства покрытия. Недостаточное уплотнение – одна из основных причин его разрушения. Регламентируется количество проходов катков, температуры, время разрыва между нанесением смеси на землю и укатыванием.

Снизить влияние человеческого фактора может нанотехнология. Добиться прочной структуры сейчас можно не только наполнением композиции щебнем, а изменением структуры асфальтобетона. Сейчас известна модель Кельвина-Фойгта структуры материала, обеспечивающая, например, пуленепробиваемость кевлара лучшую чем у стали. Укатку можно сделать сверхэффективной. После того как Вика изобрел свою иглу, много чего наоткрывали и наизобретали. А чтобы сделать термодинамическую систему менее вариантной (снизить количество ошибок) в соответствии с правилом фаз Гиббса необходимо серьёзно уменьшить количество компонентов и параметров определяющих состояние системы. 

Реопексный резинистый пескоасфальтобетон представляет собой композицию дорожного битума, синтезированного нами структурного "протеза" асфальтогеновых кислот, песка и разработанной наноструктуры, "дирижирующей" этим ансамблем разнородных веществ, предназначен для устройства дорожных одежд, ремонта асфальтобетонных покрытий, а так же герметизирующего гидрофобного материала в строительстве. 

Разработаны несколько вариантов изготовления асфальтобетонных смесей. Горячий и холодный. Холодный может изготавливаться двух видов. С растворителем (1-1,5%) и на основе обратной битумной водной эмульсии. Все три разновидности по окончанию формирования своей структуры сравниваются в показателях и соответствуют требованиям ГОСТ 9128-97. Выделяются технико-эксплуатационные особенности: коэффициент внутреннего трения – 0,83 сцепление при сдвиге при 50С - 0,45. Интересны термомеханические особенности: При наполненности 1100% (с учётом всей органики – 932%) эластичность при комнатной температуре – 5 мм по ШГ-1, при –20С – 50 мм.

Эластичность асфальтобетона диктуется особенностями его эксплуатации – перепадами температур, механическими эксцессами в зимнее время (пробуксовка автомашин, замерзание воды в дефектах дорожной одежды), гидродинамическими эксцессами в весеннее время (подмыв талыми водами и ливневое воздействие). Истирание эластичных материалов несравненно меньше твёрдых материалов, поэтому асфальт должен быть схож с автошиной. Эластичному покрытию не страшны ливневые нагрузки. Эластичность, когезия и адгезия к основанию обеспечиваются, в идеале, асфальтогеновыми кислотами. Поэтому, рационализация асфальта началась разработчиками с подбора веществ, структурно похожих на асфальтогеновые кислоты. Этот "протез" пришлось разворачивать из глобулы (наночастица диаметром около 10 нм) в спираль. Этот процесс осуществляется и контролируется степень его прохождения "наномашиной"  – молекулярной конструкцией со степенью свободы выбора действий 8 (в соответствии с теоремой о числе комбинаций), который превращает песчинки в покрытые "нанопухом" (около 5 нм) объекты. Эти объекты и обеспечивают: во-первых, быстрое образование структуры за один проход даже легкого катка (как из рыхлого снега легко лепится «снежок» за одно сжатие), во-вторых, обеспечивается эластичность материала (теперь уже за счёт студня с коагуляционной структурой), в-третьих, реопексный асфальт при малых скоростях сдвига уплотняется, при больших – льётся (чтобы такой асфальт разжижился, автомашине надо ехать со скоростью более 1000 км/час). Это даёт возможность проводить рециклизацию покрытия. 

Асфальтобетонные реопексные смеси выпускались чёрного, красно-коричневого и зелёного цветов в 2009г., при наличии индустриальных запросов производство возможно возобновить.

Презентации

Трещиностойкое асфальтобетонное покрытие

Архипелаг 2022 Резиновые дороги

Пульс