Одна из основных причин, по которым автомобильные дороги приходится часто ремонтировать, – это образование поверхностных дефектов из-за постоянных нагрузок от транспортных средств. Общий вес только одного большого грузовика может достигать 40 тонн. Во время эксплуатации асфальтобетона происходят его сжатие и растяжение, это усложняет задачу повышения прочности всего дорожного слоя. Существующие методы в настоящее время недостаточно эффективны. Поэтому поиск новых материалов и технологий для улучшения долговечности дорог остается актуальным. Ученые Пермского Политеха предложили укрепить асфальтобетон отходами оптического волокна. Стабильные размеры и химический состав позволяют использовать их в качестве сырья для получения армирующего компонента, способного повысить устойчивость дорожного покрытия к сжимающим и растягивающим нагрузкам.
Статья опубликована в сборнике «Химия. Экология. Урбанистика», 2024 год. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Передвигаясь по автомобильной дороге, транспорт формирует высокие нагрузки на слои дорожной одежды. Наибольшее давление испытывает верхний слой – асфальтобетон. Он подвергается растягивающим и сжимающим усилиям, которые образуют напряжения в слое асфальта, что со временем приводит к возникновению наружных и внутренних дефектов (неровности, трещины, выбоины, колеи).
Улучшить характеристики асфальтобетонных покрытий можно с помощью их армирования (укрепления). Из-за того что во время эксплуатации он работает на сжатие и на растяжение, задача упрочнения всего слоя дорожной одежды становится очень сложной. Одним из перспективных направлений повышения трещиностойкости дорог является метод объемного дисперсного армирования. Он основан на введении в состав асфальтобетонной смеси волокнистых материалов, которые увеличивают сопротивление сдвиговым и сжимающим нагрузкам.
Ученые Пермского Политеха исследовали для этих целей отходы оптического волокна, основную массу которых вывозят на свалки или сжигают, что негативно сказывается на окружающей среде. Их физико-химические свойства и доступность позволяют использовать это сырье в качестве армирующего элемента в составе асфальтобетона.
– На сегодняшний день объемы производства и использования оптического волокна постоянно увеличиваются – изготовление оптоволоконных кабелей в год достигает 4,45 млн км. Растет и количество их отходов. Кварцевая нить, покрытая тонким слоем полимерной композиции, обладает высокой прочностью, стабильностью, устойчивостью к влиянию окружающей среды, химическим и биологическим воздействиям. Эти свойства указывают на возможность эффективного использования оптоволокна для укрепления дорожного покрытия, – объясняет доктор технических наук, профессор кафедры автомобилей и технологических машин ПНИПУ Константин Пугин.
В качестве эксперимента политехники сравнивали между собой два образца асфальтобетонной смеси. Первая наиболее широко используется для строительства асфальта (щебень – 55%, отсев дробления – 42%, минеральный порошок – 3%, битум – 4,7%). Во вторую добавили 1% оптоволокна. Полученные образцы испытывали на устойчивость к воде, трещинам, сдвигам и на предел прочности при различных температурных режимах (0, 20, 50°С).
Опыт ученых Пермского Политеха показал, что добавление частиц оптоволокна увеличивает физико-механические характеристики асфальтобетона. Добавление всего 1% может повысить его устойчивость к нагрузкам до 14%. Это доказывает перспективность использования оптоволоконных отходов для качественного и долговечного укрепления дорог. Их применение в качестве армирующего элемента при разработке новых видов асфальтобетонных смесей внесет большой вклад в дорожное строительство.
Источник информации и фото: пресс-служба ПНИПУ
