Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Технология обеспыливания карьерных автодорог на основе битумно-полимерных материалов

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Технология обеспыливания карьерных автодорог на основе битумно-полимерных материалов"

На правах рукописи

I

I

/

Кошкаров Владимир Евгеньевич

ТЕХНОЛОГИЯ ОБЕСПЫЛИВАНИЯ КАРЬЕРНЫХ АВТОДОРОГ НА ОСНОВЕ БИТУМНО-ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

15ЯНЗ 2015

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005557488

Екатеринбург - 2014

005557488

Работа выполнена в Федеральном бюджетном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО «УрГУПС»)

Научный руководитель - доктор технических наук, с.н.с.

Неволин Дмитрий Германович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Зырянов Игорь Владимирович, Институт «Якутнипроалмаз» АК «Алроса», заместитель директора по научной работе;

кандидат технических наук Ворошилов Георгий Александрович, Научно-исследовательский и проектный институт обогащения и механиче ской обработки полезных ископаемы ОАО «Уралмеханобр», заместитель генерального директора по горным работам.

Ведущая организация - Институт горного дела Уральского

отделения Российской академии наук.

Защита состоится 29 января 2015 г. в 14:30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.02, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30. (2-й учебный корпус, ауд. 2142).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»: http://science.ursmu.ru/traineeship/dissertacionnye-sovety/d-212-280-02.html

Автореферат разослан /б Ъе. к а о/-1 л_2014 г.

Ученый секретарь -

диссертационного совета чХ^^?— в. К. Багазеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Особенностью разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом является специфика эксплуатации карьерных дорог. При широком применении крупнотоннажного автотранспорта интенсивным источником пылеобразования являются дороги, не имеющие твердого покрытия. Существенным фактором пылеобразования является износ верхних слоев дорожной одежды карьерной дороги.

На интенсивность пылеобразования на автодорогах влияют в основном физико-механические свойства материалов верхних слоев дорожной одежды, скорость движения, масса и тип автомобиля, размеры дороги и метеорологические условия.

Существующие способы закрепления пылящих поверхностей имеют ряд недостатков:

- низкая когезионная прочность применяемых органических пылесвя-зующих веществ и устраиваемых слоев покрытий;

- пожаро-, взрывоопасность и токсичность компонентов пылесвя-зующих веществ, использование углеводородных разбавителей;

- не отработана технология нанесения вяжущих и устройство слоев покрытий (закрепляющих поверхностей), отсутствуют требования контроля качества.

Исследованиям, связанным с разработкой полимерно-битумных материалов, технологий поверхностной обработки автодорог на основе органических вяжущих и эмульсий посвящены труды ряда отечественных и зарубежных ученых: Алферова В.И., Безрука В.М., Бобака О.Г., Васильева А.П., Валиева Н.Г., Гохмана Л.М., Дмитриева В.Н., Кондратова В.К., Плотниковой И.А., Олькова П.Л., Соколова Ю.В., Шумчика В.К., Шамбара П., Хученройтера Ю. и других авторов.

В основе разработки данных технологий и материалов лежит теория физико-химической механики дисперсных систем академика П.А. Ребиндера.

Битумно-полимерные композиции характеризуется более развитой пространственно-молекулярной структурой, которая предопределяют их высокие адгезионно-когезионные и прочностные свойства.

Объект исследования - карьерные автомобильные дороги.

Предмет исследования — закономерности изменения физико-химических и физико-механических свойств дорожного покрытия на основе битумно-полимерных материалов с целью снижения пылеобразования на карьерных автодорогах.

Цель работы - разработка технологии обеспыливания карьерных автодорог на основе битумно-полимерных материалов.

Идея работы заключается в том, что покрытия (слои износа) карьерных автомобильных дорог на основе битумно-полимерных вяжущих обладают бо-

лее высокими прочностными и эксплуатационными свойствами по сравнению с другими органическими вяжущими веществами.

Основные задачи исследования:

1. Произвести анализ технологий и средств обеспыливания автодорог в карьерах.

2. Обосновать методику оценки закрепления пылящих поверхностей на основе битумно-полимерных материалов.

3. Произвести научное обоснование битумно-полимерных вяжущих и эмульсионно-минеральных смесей на их основе для закрепления пылящих поверхностей автомобильных дорог в карьерах.

4. Разработать технологию приготовления и устройства покрытия карьерных дорог с использованием битумно-полимерных композиций.

5. Выполнить технико-экономическое обоснование технологии применения битумно-полимерных вяжущих и эмульсионно-минеральных смесей на их основе для карьерных условий.

Достоверность научных положений, выводов и результатов работы подтверждается сходимостью расчетных лабораторных показателей с результатами наблюдения на опытных участках в промышленных условиях.

Научная новизна работы:

1. Обоснована методика определения физико-механических, свойств закрепленных пылящих поверхностей слоев износа методом ударно-пенетрирующего зондирования.

2. Составлены эмпирические зависимости эксплуатационных свойств закрепленных пылящих поверхностей из битумно-полимерных минеральных смесей от содержания битума, полимера, резины, поверхностно-активных веществ.

3. Разработан материал для закрепления пылящих поверхностей карьерной дороги и устройства слоя износа - полимерно-битумное вяжущее пат. № 2297990 РФ.

Методы исследования. Включают экспериментальные работы в лабораторных и полевых условиях, опытно-промышленные испытания, системный анализ научных результатов и опыта закрепления пылящих поверхностей; методы математического моделирования; физико-химические методы.

Практическая значимость исследования.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в разработке рекомендаций по результатам выполненных исследований для проектных организаций, предприятий, работающих в сфере дорожного строительства и эксплуатации карьерных автомобильных работ по эффективному применению битумно-полимерных материалов для их обеспыливания.

Применение неразрушающего метода испытаний позволяет определить физико-механические свойства материала при различных температурах, используя малое количество образцов, что значительно сокращает затраты време-

ни на подбор состава битумно-минеральной смеси или проводить оптимизацию содержания модифицирующей добавки в ее составе.

Аналитические результаты исследований используются при чтении лекций, проведении лабораторных занятий и выполнении курсового проектирования по дисциплинам: «Материаловедение», «Технология конструкционных материалов».

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Способ приготовления битумно-минеральной композиции для устройства верхнего износоустойчивого слоя карьерных автодорог, исключающий пылеобразование.

2. Метод оценки физико-механических и физико-химических свойств закрепления пылящей поверхности карьерных дорог и слоев износа, основанный на ударно-пенетрирующем зондировании, с учетом анализа группового состава вяжущего и определения мезопоровой структуры минерального заполнителя.

3. Зависимости прочностных и эксплуатационных свойств покрытия карьерной дороги от содержания вяжущих и вводимых модифицирующих добавок полимеров и резиновой крошки.

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались на международных и региональных научно-технических конференциях и форумах, в том числе:

- XIV Международной конференции «Технология, оборудование и сырьевая база горных предприятий промышленности строительных материалов» (г. Москва, 2010 г.);

- «Инновации в транспортном комплексе. Безопасность движения. Охрана окружающей среды» (г. Пермь, 2010 г.);

- «Инновации в дорожном строительстве. УрФО» (2010-2014 гг.);

-«ИННОПРОМ» (г. Екатеринбург, 2010-2013 гг.);

- «ДОРОГА» (г. Москва, 2011-2014 гг.);

- расширенных семинарах кафедры «Проектирование и эксплуатация автомобилей» Уральского государственного университета путей сообщения и кафедры «Разработка месторождений открытым способом» Уральского государственного горного университета (г. Екатеринбург, 2014 г.).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 150 страницах, состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 114 наименований, 29 таблиц, 32рисунка.

Автор выражает благодарность научному руководителю д.т.н., профессору Неволину Дмитрию Германовичу, д.т.н., профессору Валиеву Ниязу Гады-мовичу, к.т.н. Фризену Виктору Генриховичу, специалистам кафедр «Проектирование и эксплуатация автомобилей», «Мировая экономика и логистика» Уральского государственного университета путей сообщения (УрГУПС), Уральского филиала ОАО «ГипродорНИИ», ФГУП «РосдорНИИ», ГК «Бел-дорНИИ», ГКУ СО «Управление автомобильных дорог», ОАО «Уральская неф-

тяная компания», ОАО «Свердловскавтодор», ООО «Жасмин», ООО «Колтек» за оказанное содействие и помощь в работе.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель, основные задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы, выносимые на защиту научные положения и результаты.

В первой главе содержится анализ состояния проблемы.

На долю автомобильного транспорта приходится 97,2 % суммарного выделения пыли в атмосферу карьера. Уровень запыленности воздуха вблизи автодорог достигает 0,5-10" кг/м3, а интенсивность пылевыделения составляет 0,014 кг/с, дисперсность витающей пыли чрезвычайно высокая: 90-98 % пылинок имеют размер менее 10 мкм, то есть они являются потенциально пневмоко-ниозоопасными, ввиду того, что содержание свободного кремнезема в виде кварца достигает до 40-42 %.

Результаты замеров концентрации пылевого аэрозоля внутри шлейфа от автомобиля показывают, что уровень запыленности воздуха по длине шлейфа изменяется от 1-10"3 (на расстоянии в 1 м за движущимся автомобилем) до 2-10"5 кг/м3 в конце шлейфа.

Из-за высокой запыленности воздуха при движении автомобилей резко ухудшается видимость, что приводит к увеличению интервала между идущими машинами и уменьшению скорости движения. При безветренной погоде время осаждения пыли в шлейфе до улучшения видимости составляет 10-15 с, в результате чего требуемый интервал движения между автомобилями составляет 100-150 м при скорости движения автомобиля 20-30 км/ч. Из-за этого провозная способность автодорог уменьшается 2-3 раза. Кроме того высокая запыленность воздуха вызывает повышенный износ двигателей автомобилей.

Проведенный анализ различных способов и средств пылеподавления на автодорогах показал, что на открытых горных работах используют для борьбы с пылью разнообразные вяжущие неорганические и органические материалы. Применяются как отходы, так и продукты промышленности. Время обеспыливания карьерных автодорог составляет: полив водой - 0,5-2,0 ч; раствором лиг-носульфаната - 1-2 суток; универсином - 7 дней - 1 месяц. Устройство полимерно-битумных покрытий дает обеспыливающих эффект сроком до 2 лет.

Применяемые обеспыливающие средства по своей природе не предназначены для борьбы с пылью на автодорогах. Отсутствуют требования к устраиваемым закрепленным пылящим поверхностям (слоям износа). Поэтому существует необходимость разработки эффективных способов и средств борьбы с пылеобразованием на карьерных дорогах.

Во второй главе произведено определение свойств вязкоупругих сред битумно-минеральных композиций для закрепления пылящих поверхностей карьерных автомобильных дорог. Предложена методика определения физико-механических характеристик (в том числе динамического модуля упругости) вязко-упругих сред методом ударно-пенетрирующего зондирования (индерти-рования) с непрерывной регистрацией процесса удара.

Последовательность выполнения методики заключается в следующем:

1. Для определения динамического контакта (модуля упругости) использован метод ударно-пенетрирующего зондирования образца битумно-минеральной композиции с помощью прибора «ИПМ-1А». На основании проведенных экспериментов строятся зависимости изменения скорости, глубины внедрения и контактного усилия и модуля упругости от скорости внедрения индентора.

2. Проводится сравнительная оценка экспериментального динамического контакта с динамическим контактом базового образца (эталона) на основании значений модуля упругости битумно-полимерной композиции при различных температурах.

3. Производится выбор наилучшего состава закрепляемой пылящей поверхности с учетом поровой структуры минерального материала и агдезионной способности вяжущего.

На рисунке 1 показан общий вид и структурная схема предложенной испытательной установки.

Рисунок 1 - Прибор «ИПМ-1А», ударно-пенетрирующего зондирования

образца битумно-минеральной композиции: 1 - индентор, производящий испытательный удар по контролируемому покрытию (образцу); 2 - магнитоиндукционный датчик; 3 - механизм разгона индентора; 4 - устройство аналогово-цифрового преобразования (АЦП) сигнала;

5 - персональный компьютер

На рисунках 2-3 показан характерный вид зависимостей, получаемый при индентировании битумно-минеральных композиций.

Рисунок 2 - Типичное изменение скорости V(t) (кривая 1), глубины внедрения а(/) (кривая 2) и контактного усилия P(t) (кривая 3) индентора в процессе испытательного удара, зависимость контактное усилие - перемещение (кривая 4)

Глубина внедрения индентора, мкм

Рисунок 3 — Характерные зависимости: контактное усилие -глубина внедрения индентора при различных предударных скоростях

Количественно изменение модуля упругости по секущим значениям можно проследить, принимая, что каждая точка пассивного этапа удара при-

надлежит некоторой кривой упругого вдавливания, которую можно описать уравнением (1):

(1)

яЛ.

4л/Л(а-<03'2 ' где Е — модуль упругости, ГПа;

R - радиус сферического наконечника индентора, мм;

Ру- контактная сила, кН;

¡i - коэффициент Пуассона (принимаемый, равным 0,3);

a(t) - текущая глубина внедрения индентора; мм;

a0J, - глубина невосстановленного отпечатка после разрыва контакта между индентором и материалом, мм.

При выводе формулы (1) допускается, что модуль упругости индентора значительно превышает модуль упругости испытуемых материалов. На рисунке 4 показаны типичные зависимости динамического модуля упругости Е = f(t) при различных предударных скоростях и температурах для битумно-минеральных композиций. Tred= 200 мкс при температуре 20 °С - среднее время активного этапа удара; Т\, Тъ — фактическое время нанесения удара с учетом температуры, мкс.

га С

s &

о

л с

5!

о

Ч т,

4L ^ Tred Nw тз > Tred > т,

!. \ т I V.i > v2 >

150 200 250 300 350

Время внедрения индентора, мкс

Рисунок 4 -Зависимость динамического модуля упругости £(/) при различных предударных скоростях и температурах для битумно-минеральных композиций У\ -0,5 м/с, V2 = 2,0 м/с, Кз = 5,0 м/с

На рисунке 5 приведены результаты испытаний при температуре 0, 10 и 20 °С образца №1, приготовленного с использованием 1 % резиновой крошки (оптимальный состав).

10

Температура ,°С

1 Состав №1 + 1% резина

Рисунок 5 - Значения модуля упругости битумно-полимерной композиции при различных температурах

Коэффициент адгезии вяжущих определяется по формулам (2), (4):

(2)

где -Кдд— коэффициентов адгезии вяжущих;

m¡ — соответственное содержание парафино-нафтеновых углеводородов (ПНУ), лёгких ароматических соединений (ЛАС), средних ароматических соединений (САС), тяжёлых ароматических соединений (TAC), смол 1 (С1), смол 2 (С2), асфальтенов (А) и карбен-карбоидов (КК) в вяжущем, доли ед.;

д - коэффициенты адгезии ПНУ, JIAC, САС, TAC, Cl, С2, А и КК.

-Кад =

ДЯК

АЯ,

к '

(3)

где КАц - коэффициент адгезии;

АНК — изменение мольной энтальпии при адсорбции модельного соединения на кварце (К), кДж/моль;

Д#кц - изменение мольной энтальпии при адсорбции циклогексана (Ц) на кварце (К), кДж/моль:

-ДН = К

AW„'R

ш

(4)

где \Н— изменение мольной энтальпии при адсорбции, кДж/моль;

К - коэффициент пропорциональности, учитывающий физико-химические параметры, постоянные в условиях опыта; Ут - время удерживания, мин.; Г-температура испытуемого материала, град; Л - универсальная газовая постоянная 8,13 Дж/моль' град. В таблице 1 представлены коэффициенты адгезии вяжущих к твердым материалам.

Таблица 1 - Коэффициенты адгезии вяжущих к твердым материалам

Вяжущие материалы Коэффициент адгезии на твердых мате) жалах

кварц эбонитовая резина шинная резина резина РТИ

Окисленный компаунд (битумное вяжущее БН 90/130 для битумно-минеральных смесей) 2,095 2,075 1,997 2,013

БН 70/30 1,961 1,978 1,916 1,909

БН 90/10 1,947 1,961 1,902 1,891

БНД 60/90 1,880 1,917 1,870 1,849

Из таблицы 1 следует, что склонность вяжущих к адгезии (по коэффициентам адгезии) уменьшается в ряду: 1, 2, 3, 4, т.е. наибольшими коэффициентами адгезии обладает окисленный компаунд для обеспыливания карьерных дорог (по типу БН 90/130), а меньшие коэффициенты адгезии имеют битум БН 70/30, что связано с высоким содержанием в них парафино-нафтеновых и моноароматических соединений, характеризующихся низкой адгезией по отношению к твердым материалам.

Применение неразрушающего метода испытаний позволяет определить физико-механические свойства материала при различных температурах, используя малое количество образцов, что значительно сокращает затраты времени на подбор состава битумно-минеральной смеси и позволяет проводить оптимизацию содержания модифицирующей добавки в ее составе.

В третьей главе представлены исследования по влиянию резиновой крошки на битумные смеси.

Одним из путей повышения долговечности закрепленных пылящих поверхностей (слоев износа) карьерных автодорог, предложенных автором, является использование полимеров, резиновой крошки в качестве модифицирующей добавки в составе смесей для устройства слоев износа карьерных дорог.

Резиновая крошка при определенных условиях эксплуатации (повышенная или пониженная температура, концентрация кислорода и озона, влажность) осуществляет перераспределение химического группового состава вяжущего, вследствие чего изменяется его структурное строение.

Влияние резиновой крошки (полимеров) на физико-механические свойства закрепляющей поверхности представлено на рисунке 6.

Рисунок 6 - Влияние резиновой крошки (полимеров) на физико-механические

свойства закрепляющей поверхности: а водостойкость закрепленной пылящей поверхности; б прочность при 50 °С закрепленной пылящей поверхности; в прочность при сдвиге закрепленной пылящей поверхности

В процессе приготовления смеси частицы резины набухают, поглощая жидкие фракции и увеличивая вязкость вяжущего, до момента наступления равновесного состояния. Часть жидких углеводородных фракций после уплотнения структуры битумно-полимерной минеральной композиции выходит из объема резины в объем закрепленной пылящей поверхности, повышая его де-формативную устойчивость и адсорбционную способность закрепленной поверхности карьерной дороги.

Таким образом, введение резиновой крошки в структуру битумно-полимерной минеральной композиции существенно повышает физико-механические и эксплуатационные свойства закрепленной поверхности, что существенно увеличивает их долговечность.

В четвертой главе представлены исследования по разработке технологии приготовления и использования битумно-минеральной композиции для обеспыливания карьерных автомобильных дорог с использованием резиновой крошки (фракция до 2 мм) в качестве модифицирующей добавки.

Разработано полимерно-битумное вяжущее (ПБВ) и асфальтобетонная смесь (АС) на его основе, патент №229790 Российской Федерации. ПБВ, содержащее битум, полимер, пластификатор, индустриальное масло и высокомолекулярное поверхностно-активное вещество.

Технологическая схема закрепления пылящей поверхности битумно-минеральными композициями (рисунок 7) состоит из двух этапов.

На первом этапе происходит рыхление и снятие существующей поверхности карьерной дороги. Полученную песчано-гравийную смесь (ПГС) засыпают в бункер-дозатор специального укладчика (с возможностью разделения ПГС на 2 фракции: 0-5 и 5-20). Вторая стадия состоит в приготовлении смеси закрепляющей поверхности. Готовая смесь подается в короб укладчика, где она окончательно домешивается и распределяется по поверхности карьерной дороги.

Направление

Направление движения машины

Готовый Короб слой распределитель готовой смеси

Фреза

I

Эмульсия, Бункер накопитель Обрабатываемый вода минеральных материлов и слой

модифицированных добавок

Смесительная установка

Готовая смесь

Рисунок 7 - Принципиальная технологическая схема закрепления пылящей поверхности битумно-минеральными композициями

Существенным факторами регулирования процессов структурообразова-ния слоя износа являются технологические приемы различных вариантов очередности введения компонентов смеси в смеситель.

Готовую смесь предлагается приготавливать по раздельной схеме подачи компонентов с возможностью дозирования модифицирующей добавки полимеров или резины при непосредственном приготовлении смеси битумно-минеральной композиции (рисунок 8).

Данная схема позволяет реализовать принцип однородности обработки вяжущим веществом, как заполнителя, так и наполнителя. То есть введение в смеситель сначала крупного заполнителя и его перемешивание с эмульсией позволяют создать пленку вяжущего на крупной фракции минерального материала, на следующем этапе вводится мелкая фракция, которая взаимодействует с вяжущим и закрепляется на заполнителе.

Существует возможность приготовления данной смеси в стационарных смесителях (см. рисунок 8).

Крупный Мелкий

заполнительль заполнительль

dID old

й О

добавка

Рисунок 8 - Принципиальная схема холодного смесителя материалов в стационарных смесителях: й - минимальной размер фракции заполнителя (щебня), мм;

И - максимальный размер фракции заполнителя (щебня), мм;

1 - зона смешения с вяжущим крупного заполнителя; 2 - зона подачи модифицированной добавки; 3 - зона ввода мелкого заполнителя;

4 - окончательное домешивание компонентов в смеси

Данная схема позволяет максимально реализовать структурирующие возможности эмульсии, не допуская ее перерасхода, а также способствует лучшему взаимодействию зерен минерального материала, покрытых пленкой вяжущего друг с другом. Введение модифицирующих добавок полимеров или рези-

ны непосредственно в смеситель (сухой ввод) позволяет избежать технологических проблем, связанных с повышением вязкости вяжущих (если модифицированную добавку вводить непосредственно в вяжущее «мокрый ввод»).

На рисунке 9 показана конструкция профиля слоев карьерной автодороги до (см. рисунок 9, а) и после (см. рисунок 9, б) обработки автодороги битумно-минеральной композицией.

а) б)

Пылящая поверхность Дорожная одежда

2-й слой основания

1-й слой основания

Насыпь

Слой износа из битумно-минеральной композиции Укрепленная дорожная одежда

2-й слой основания

1-й слой основания

Насыпь

Рисунок 9 — Конструкция профиля слоев карьерной автодороги: а - до обработки битумно-минеральной композицией; б — после обработки

В пятой главе представлено технико-экономическое обоснование применения технологии закрепления пылящих поверхностей.

Разработанная методика основана на определении расчетного срока службы слоев износа по критериям устойчивости к пластическим деформациям, температурной и усталостной трещиностойкости, коррозионной стойкости при нормальных условиях эксплуатации и содержания дорог.

За расчетный срок службы битумно-минеральной композиции выбран временной период Грасч, который представляет собой срок безотказной работы материала покрытия (без появления сдвиговых деформаций, усталостных трещин, коррозионных разрушений) в течение всего расчетного срока службы. Грасч принимают как наименьший срок службы из всех по перечисленным выше критериям(5), лет:

Грасч ШШ (Тпласт, ст' 7к0р), (5)

где ГПласт- срок службы битумно-минеральной композиции по критерию устойчивости к пластическим деформациям, лет;

Тусг - срок службы битумно-минеральной композиции по критерию устойчивости к пластическим деформациям, лет;

Ткор - срок службы битумно-минеральной композиции по критерию коррозионных разрушений, лет.

Экономический эффект от применения битумно-минеральных композиций для закрепления пылящих поверхностей (и слоев износа) карьерных автодорог определяется по формуле (6):

Э=3гр-32) (6)

где Э - экономический эффект, руб.;

З1 - стоимость исходных материалов для приготовления 1 т битумно-минеральной смеси базового состава, руб.;

Зг — стоимость исходных материалов для приготовления 1 т битумно-минеральной смеси, приготовленной с использованием высококачественных исходных материалов, руб.;

(р - коэффициент изменения расчетного срока службы покрытия из композиции, приготовленной с использованием высококачественных и дорогих исходных материалов, по сравнению с базовым вариантом.

Экономический эффект от применения битумно-минеральных композиций для закрепления пылящих поверхностей (и слоев износа) составил 7,35 млн. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований, разработаны технические и технологические решения закрепления пылящей поверхности карьерных дорог с использованием битумно-минеральных смесей на основе полимеров резиновой крошки, позволяющие существенным образом повысить структурно-механические характеристики закрепленной пылящей поверхности, что имеет большое значение для горнодобывающей отрасли.

Основные результаты диссертации заключаются в следующем:

1. Анализ существующих технологий и материально-технических ресурсов обеспыливания автомобильных дорог в карьерах показал, что разработка современной технологии закрепления пылящих поверхностей и создание слоев износа карьерных автомобильных дорог с применением эффективных битумно-полимерных (резиновых) композиций остается актуальной научно-технической задачей.

2. Разработана и экспериментально обоснована методика оценки физико-механических свойств закрепленных пылящих поверхностей и слоев износа на основе ударно-пенетрирующего зондирования.

3. Установлено, что резиновая крошка повышает прочностные свойства битумно-минеральных композиций при высоких температурах в среднем на 50 %.

4. Введение в состав битумно-минеральной композиции 1 % резиновой крошки является оптимальным для закрепления пылящей поверхности карьерных автодорог и позволяет:

— снизить удобоукладываемость смеси в среднем на 10-15 % и создать высокие прочностные свойства битумно-минеральной композиции при высоких температурах;

— повысить до 40 % устойчивость битумно-минеральных композиций к пластическим деформациям;

— увеличить срок службы покрытия по критерию сдвигоустойчивости на 43-47 %, коэффициент морозостойкости на 12, 34 и 17 % для битумно-минеральных композиций разных типов гранулометрии;

— обеспечить устойчивость к коррозии битумно-минеральных композиций.

5. При увеличении содержания резиновой крошки до 1,5 % в составе битумно-минеральной композиции снижается устойчивость композиций к пластическим деформациям и срок службы покрытия ввиду недостаточного содержания вяжущего или его углеводородного компонента, что согласуется с лабораторными данными исследования модельных соединений в системе адге-зив — субстрат.

6. В составе битумно-минеральных композиций для закрепления пылящих поверхностей дорог целесообразно вторично использовать гранулят — техногенный продукт обработки покрытия автомобильных дорог в количестве до 20-30 %. Более высокое содержание гранулята может ухудшать свойства покрытия, особенно в тонких пленках из-за наличия большого содержания состарившегося битума.

7. Разработаны и предложены к применению на карьерных автомобильных дорогах технологии устройства тонкослойных износостойких покрытий из модифицированных полимерами и резиновой крошкой битумно-минеральных смесей, рекомендованы технологические режимы приготовления битумно-полимерных и битумно-минеральных композиций на основе «мокрого» и «сухого» способов ввода полимеров и резины в композиции.

8. Обоснованы типовые технологические схемы и типовой технологический регламент приготовления битумно-минеральной композиции, модифицированной резиной, и устройства долговечного обеспыливающего покрытия методом «Тонфриз» (устройства тонкослойного, фрикционного, износостойкого покрытия карьерной автомобильной дороги).

9. Разработана технология вторичного использования асфальтогранулята, образующегося в процессе ремонта покрытий карьерных автомобильных дорог, для приготовления и устройства обеспыливающих покрытий карьерных авто-

мобильных дорог в качестве природоохранного и ресурсосберегающего мероприятия.

10. Выполнено технико-экономическое обоснование технологии применения битумно-полимерных вяжущих и эмульсионно-минеральных смесей на их основе для закрепления пылящих поверхностей карьерных дорог, получен экономический эффект в размере 7,35 млн. руб., в ценах 2014 года.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

Статьи, опубликованные в научных журналах, рекомендованных ВАК РФ:

1. Кошкаров В.Е., Валиев Н.Г. Опыт и перспективы применения битумных эмульсий при строительстве и эксплуатации карьерных дорог // Известия вузов. Горный журнал. -2011. -№ 5. - С. 13-20.

2. Кошкаров В.Е., Самуйлов В.М. Организация внедрения технологических инноваций в дорожном хозяйстве Свердловской области // Транспорт Урала,-2012. -№ 1.-С. 7-10.

3. Кошкаров В.Е., Самуйлов В.М. Развитие инновационной деятельности в региональном автодорожном хозяйстве (на примере Свердловской области) // Транспорт Урала. - 2012. - № 1. - С. 11-16.

Патенты:

4. Кошкаров В.Е., Дмитриев В.Н., Тишкина Л.Н. и др. Пат. 2297990 РФ, МПК С04В 26/26; С08Ь 95/00. Полимерно-битумное вяжущее и асфальтобетонная смесь на его основе. - № 2006103189/04; Заявл. 03.02.2006; Опубл. 27.04.2007, Бюл. № 12. - 8 с.

Монографии:

5. Научные основы организации инновационной деятельности на транспорте и в дорожном хозяйстве (теория, методология, практика)/ Кошкаров В.Е., Галкин А.Г., Самуйлов В.М. и др. - Екатеринбург: изд-во УрГУПС, 2012. - 189 с.

Рецензируемые журналы, сборники научных трудов, материалы научных конференций:

6. Устройство асфальтобетонных покрытий с использованием асфальто-гранулята/ Кошкаров В.Е., Неволин Д.Г., Игошкин Д.Г. и др. // Инновационный транспорт. - 2014. - № 1(11). -С.35-41.

7. Кошкаров В.Е., Фризен В.Г., Кондратов В.К. Получение опытных образцов резинобитумных мастик для защиты бетонных сооружений // Материалы международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья». - Екатеринбург: УГГУ, 2007. -С. 38-42.

8. Кошкаров В.Е., Дмитриев В.Н. Актуальная задача применения «кубовидного» щебня в строительстве дорог и мостов // Материалы IV Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов. - Екатеринбург: УГЛТУ, 2008. - С. 22-24.

9. Применение битумных эмульсий при строительстве карьерных дорог // Материалы международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья»/ Кошкаров В.Е., Валиев Н.Г., Фризен В.Г. и др. - Екатеринбург: изд-во «Форт Диалог-Исеть», 2010. - С. 286-290.

10. Перспективы применения катионных битумных эмульсий «Эмульдор» для обеспыливания и эксплуатации карьерных дорог/ Кошкаров В.Е., Фризен В.Г., Валиев Н.Г. и др. // XIV Международная конференция «Технология, оборудование и сырьевая база предприятий промышленности строительных материалов». - М.: Ассоциация «Недра», 2010. — С. 209-214.

11. Кошкаров В.Е., Moop Е.В., Ракитин В.А. Получение органических вяжущих из компаундного сырья для производства битумных мастик и эмульсий // Вопросы проектирования и строительства автомобильных дорог: опыт и инновации : сб. науч. трудов ОАО «ГИПРОДОРНИИ». - Вып. 1 (60). - Екатеринбург, 2010.-С. 180-187.

12. Кошкаров В.Е., Валиев Н.Г. Битумные эмульсии с эмульгаторами Кол-тек®//Автомобильные дороги. - 2011. - № 1.-С. 120-121.

13. Кошкаров В.Е., Киселев С.А., Колеров B.C. Применение современных вяжущих материалов на битумной основе в дорожном строительстве на Урале // Инновационный транспорт. - 2012. - № 1(2). — С. 12-15.

14. Кошкаров В.Е., Петленко C.B., Кошкаров Вас.Е. Проблема обеспыливания грунтовых автомобильных дорог и оценка применения углеводородных эмульсий при их эксплуатации // Актуальные вопросы проектирования автомобильных дорог: сб. науч. трудов ОАО «ГИПРОДОРНИИ». - Вып. 3 (62). - Екатеринбург, 2012. - С. 105-113.

Кошкаров Владимир Евгеньевич

ТЕХНОЛОГИЯ ОБЕСПЫЛИВАНИЯ КАРЬЕРНЫХ АВТОДОРОГ НА ОСНОВЕ БИТУМНО-ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

Подписано в печать 20.11.2014. Формат 60x84 1/16 Усл. печ. л. 1,1. Тираж 100 экз. Заказ 834

Издательство УрГУПС 620034, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66