Підвищення довговічності шарів дорожнього одягу влаштованих з використанням щебенево-піщаних сумішей із залізистих кварцитів - Сунь, Цзянь (Харківський національний автомобільно-дорожній університет, 2025)
Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливої науково-практичної задачі щодо підвищення довговічності шарів дорожніх одягів автомобільних доріг за критеріями міцності, морозостійкості і тріщиностійкості, що влаштовані з використанням щебенево-піщаних сумішей із залізистих кварцитів зміцнених цементом з додаванням комплексу добавок різного функціонального призначення. В роботі теоретично обгрунтовано і експериментально підтверджено, що структура і властивості матеріалу зі зміцнених цементом ЩПС із залізистих кварцитів визначаються співвідношенням крупного і дрібного заповнювачів, вмістом цементу, видом використаних модифікуючих добавок до них. Показано, що у матеріалі з ЩПС з високим вмістом цементу можуть виникати значні внутрішні напруження, викликані деформаціями зсідання цементного каменю під час набору міцності, та формуватись структура з підвищеним рівнем дефектності. Застосування різних за функціональним призначенням модифікуючих добавок, під час проектування складу ЩПС із залізистих кварцитів, зміцненої цементом, забезпечує можливість будівництва шарів дорожніх одягів автомобільних доріг підвищеної довговічності з високими показниками модуля пружності, міцності за розтягу під час вигину, структурної міцності, індексу температурної тріщиностійкості, морозостійкості і низьким показником дефектності структури матеріалу в шарі.Експериментально встановлено, що додавання добавки водного катіонного латексу до води покращує змочування нею мінеральної поверхні зерен ЩПС із залізистих кварцитів і цементу за рахунок зменшення величини поверхневого натягу та крайового кута змочування. Експериментально визначено, що за концентрації катіонного латексу у воді, яка є близькою до критичної концентрації міцелоутворення, оптимальна вологість ЩПС із залізистих кварцитів з цементом, що необхідна для досягнення максимальної щільності під час її ущільнення у шарі дорожнього одягу, зменшується більше ніж на 15 %, порівняно з використання чистої води. Встановлено, що збільшення концентрації цементу у складі ЩПС із залізистих кварцитів різного гранулометричного складу за оптимальної їхньої вологості призводить до закономірного зростання міцнісних показників матеріалу. Зростання значень границі міцності за стиску та за розколу по твірній відбувається у разі збільшення, як максимального розміру, так і загального вмісту зерен щебеню, у складі ЩПС із залізистих кварцитів, за однакового вмісту цементу. Встановлено, що меншу кількість цементу необхідно додавати до ЩПС для отримання однакових марок матеріалу за міцністю у разі збільшення у його складі вмісту щебеню. Сучасними фізико-хімічними методами встановлено, що хімічної взаємодії між складниками матеріалу з ЩПС із залізистих кварцитів, зміцнених цементом спільно з катіонним латексом, не відбувається. Показано, що матеріалу, зміцненому одночасно цементом і катіонним латексом, властива більш щільна структура, оскільки за присутності латексу в продуктах гідратації цементу формуються більш дрібні кристалогідрати, які позитивно впливають на формування структури з меншою кількістю мікродефектів. Зі збільшенням концентрації катіонного латексу у складі ЩПС із залізистих кварцитів, зміцнених цементом, значення показників міцності (за стиску, за розколу по твірній, за розтягу під час вигину, модуля пружності) матеріалу демонструють тенденцію незначного зростання до критичної концентрації міцелоутворення, порівняно з матеріалом без добавок латексу. За концентрації катіонного латексу, більшої за критичну концентрацію міцелоутворення, значення показників міцності дещо знижуються, що є наслідком розущільнення структури цементного каменю. Встановлено, що за додавання катіонного латексу величина максимальної структурної міцності, індексу температурної тріщиностійкості і морозостійкості матеріалу з ЩПС, зміцненого цементом, зростає, а показника дефектності структури зменшується, порівняно з матеріалом без латексу, що свідчить про його підвищений опір тріщиноутворенню. За залежностями коефіцієнта морозостійкості, максимальної структурної міцності і індексу температурної тріщиностійкості від довжини волокон базальтової фібри у складі ЩПС, зміцненої цементом, встановлено, що їхні максимальні значення властиві матеріалу, що вміщує 0,05 % базальтової фібри завдовжки 18 мм. За оптимального вмісту і довжини базальтових волокон коефіцієнт морозостійкості зростає на 33 %, показник максимальної структурної міцності на 36 %, індекс температурної тріщиностійкості на 31 %, порівняно з матеріалом без фібри. Експериментально доведено, що за спільного додавання катіонного латексу і базальтової фібри до складу ЩПС із залізистих кварцитів, зміцненої цементом, спостерігається зростання значень границі міцності за стиску, за розколу по твірній, за розтягу під час вигину, модуля пружності, коефіцієнта морозостійкості, максимальної структурної міцності і індексу температурної тріщиностійкості матеріалу, порівняно з індивідуальним впливом латексу і фібри. Зменшення показника дефектності структури матеріалу спостерігається як за індивідуального додавання латексу або фібри, так і комплексу цих модифікуючих добавок, порівняно з матеріалом без добавок. Здійснено впровадження результатів дисертаційного дослідження у виробничих умовах ТОВ «Геомакс» в технологію приготування кондиційних ЩПС із відходів залізистих кварцитів Полтавського ГЗК, а також дослідно-виробничу перевірку в дорожньо-будівельних організаціях під час будівництва і відновлення дорожніх одягів та розроблено рекомендації щодо технології приготування та будівництва шарів основи дорожніх одягів із застосуванням ЩПС із залізистих кварцитів, зміцнених цементом та модифікуючими добавками.
Keywords: структура; довговічність; тріщиностійкість; морозостійкість; міцність; щебенево-піщана суміш; відновлення; цемент; щебінь; модифікуюча добавка; латекс; базальтова фібра; шари основи; дорожній одяг; автомобільна дорога; деградація; модуль пружності; фізико-механічні характеристики; 625.7/8