© Н. В. Шлюнь, канд. техн. наук, доцен, ORCID: 0000-0003-1040-8870, e-mail: nataliyashlyun@gmail.com
Національний транспортний університет
Пониження концентрації термонапружень у бітумному матеріалі
з модифікованими гумовими крихтами
DOI: 10.33868/0365-8392-2022-2-270-60-66
Анотація. Проблема рециркуляції зношених гумових шин є дуже актуальною у сучасній екології, оскільки їх матеріал призначений для одноразового використання. У той же час, повсюдно практиковане їх відкрите утримання на звалищах або підземне поховання супроводжується забрудненням повітря, стічних вод і ґрунтів шкідливими й отруйними фракціями. Один з найперспективніших напрямів утилізації автомобільних шин пов’язаний з використанням подрібнень гуми як домішки до асфальтобетонного матеріалу дорожніх покриттів. Однак, перші спроби наповнення бітуму гумовими домішками показали, що в умовах зміни температури навколишнього середовища поряд з позитивними ефектами, пов’язаними з поліпшенням механічних властивостей бітумних сумішей, можуть виявлятися також їх негативні особливості, що призводять до швидкого старіння і руйнування покриття через викришування гумових зерен. Ці ефекти обумовлені специфічними властивостями гуми, що полягають у її деформативності при зсувних та двовимірних навантаженнях та практичної нестисливості при всебічному обтисканні. Було встановлено, що ці недоліки можуть бути усунені шляхом модифікування гумової крихти перед введенням її в бітум і в самому бітумі за рахунок спеціальної хімічної обробки. При цьому у модифікованій гумі встановлюються деякі усереднені термомеханічні властивості між властивостями гуми і бітуму. Глибина проникнення цих властивостей у гумову крихту залежить від її розмірів і відсоткового співвідношення між компонентами бітумно-гумової суміші. У роботі методами термопружності виконано теоретичне моделювання термонапруженого стану асфальтобетонного матеріалу з гумовими включеннями, покритими модифікованим проміжним шаром. На базі сферичної моделі включення, що широко використовується в розрахунковій практиці, без поверхневого шару і з шаром різної товщини встановлено, що зі збільшенням глибини проникнення модифікування в гумову крихту знижуються рівні концентрації термонапружень у бітумі та їх градієнти.
Ключові слова: асфальтобетонне покриття, бітумний матеріал, гумовий наповнювач, бітумне модифікування, зниження термонапружень.
References
1. Gulyayev, V. I., Gaydaychuk, V.V., Mozgoviy, V.V., Zaets, Yu. A., Shevchuk, L.V. (2017) Doslidzhennia termonapruzhenoho stanu konstruktsii dorozhnoho odiahu [Analysis of thermo-stressed state of the road coating structures]. Promyslove budivnytstvo ta inzhenerni sporudy – [Industrial building and engineering structures], 1, 6-12 [in Ukrainian].
2. Zhdaniuk V.K., Kostin D.Yu., Petrov V.I. Doslidzhennia vplyvu humovoi krykhty yak stabilizuvalnoi domishky na vlastyvosti shchebenevo-mastykovoho asfaltobetonu [Study of the effect of rubber crumb as a stabilizing admixture on the properties of crushed-mastic asphalt concrete]. Visnyk KhNADU. 2019. Vol.86. Т.ІІ. S. 19-23. [in Ukrainian]
3. Kovalenko, A.D. Osnovy termopruzhnosti [Thermoelasticity fundamentals]. Kyiv: Naukova Dumka, 1970. 239 s. [in Russian].
4. Luneva H.Y. Starye shiny – i opasnyi, i poleznyi vid otkhodov [Old tires are both dangerous and useful waste]. Retsyklynh otkhodov. 2008. №1(13). S. 2-10. [in Russian]
5. Khlibyshyn Yu.Ya., Pochapska I.Ya., Hrynyshyn O.B., Nahurskyi A.O. Doslidzhennia modyfikatsii dorozhnikh bitumiv humovoiu krykhtoiu [Study of modification of road bitumen with rubber crumb]. Visnyk Natsionalnoho universytetu «Lvivska politekhnika» Khimiia, tekhnolohiia rechovyn ta yikh zastosuvannia. 2014. № 787. S.144-148. [in Ukrainian]
6. Abbas Mohajerani, Lucas Buznett, John V. Smith, Stefan Markovski, Glen Rodwell, Md Tareq Rahman, …, Farsid Maghool. (April 2020) Recycling waste rubber tyres in construction materials and associated environmental considerations: A review. Resources, Conservation and Recycling, Vol. 155, 104679, pp.1-17. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2020.104679.
7. Bowskil G. J., Colwill D.M. (1997). Experience with porous asphalt in the United Kingdom. European Conference on Porous Asphalt, Madrid.
8. Butz T., Muller J., Riebesehl G. (2012). Innovative method for producing crumbed rubber modified asphalt. 5-th Eurasphalt & Eurobitume Congress. Istanbul.
9. Christensen R.M. (1979). Mechanics of Composite Materials; Wiley: New York, USA, 348 р.
10. Delatte N. (2008). Concrete Pavement Design, Construction, and Perfomance. Taylor & Francis, London and New York, 1-372.
11. Gao W. (2007). Study on properties of recycled tyre rubber modified asphalt mixture using dry process. Construction and Building Materials. 21, pp.1011-1015. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2006.02.004.
12. Gulyayev V.I., Mozgovyi V.V., Shlyun N.V., Shevchuk L.V. (2022). Modelling negative thermomechanical effects in reinforced road structures with thermoelastic incompatibility of coating and reinforcement materials. Systemni doslidzhennya ta informatsiyni tekhnolohiyi. № 2. С.117-127. https://doi.org/ 10.20535/SRIT.2308-8893.2022.2.09
13. Heitzman M., State of the Practice. (1992). Design and Construction of Asphalt Paving Materials with Crumb Rubber Modifier. Research Report FHWA-SA-92-022.FHWA, U.S. Department of Transportation. (May (1992)).
14. Krishnan J.M., Rajagopal K.R. (2003). Review of the uses and modeling of bitumen from ancient to modern times. American society of mechanical engineers. Appl Mech Rev, 56(2), P. 149–214. https://doi.org/10.1115/1.1529658
15. Leslie R.G. Treloar. (2007). The mechanics of rubber elasticity. Journal of Polymer Science Polymer Symposia, 48(1), pp. 107-123. https://doi.org/10.1002/polc.5070480110
16. Lyon R.E., Farris R. J. (1987). Thermomechanics of rubber at small strains. Polymer. V.28, 7, pp.1127-1132.
17. Mashaan N.S., Ali A.H., Karim M.R., Abdelaziz M. (2011). Effects of crumb rubber concentration on physical and rheological properties of rubberised bitumen binders. International Journal of Physical Sciences. V.6,4. Pp.684-690.
18. Noda N., Hetnarski R.B., Tanigawa Y. (2003). Thermal Stresses. 2nd edition, New York: Taylor and Francis.
19. Nowacki W. (1986). Thermoelasticity, 2 nd ed. Oxford: PWN – Polish Scientific Publishers, Warsaw and Pergamon Press.
20. Nuha Salim Mashaan, Asim Hasan Ali, Mohamed Reham Karim, Mahrez Abdelaziz. (2011). An overview of crumb rubber modified asphalt. Intern. Journ. Of Physical Sciences, 7(2), 166-170. https://doi.org/105897/IJPSX11.007.
21. Paravita Sri Wulandari, Daniel Tjandra. (2017). Use of crumb rubber as an additive in asphalt concrete mixture. Procedia Engineering. V.171, pp.1384-01389.
22. Presti D.L. (2013). Recycled tyre rubber modified bitumens for road asphalt mixture: a literature review. Construction and Building Materials. 49, pp.863-881. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.09.007
23. Raheb Mirzanamadi, Par Johansson, Sotirios Grammaticos. (2018). Thermal properties of asphalt concrete: A numerical and experimental study. Construction and Building Materials. V.158, pp. 774-785.
24. Rokade S. Use of waste plastic and waste rubber tyres in flexible highway pavements. International Conference on Future Environment and Energy IPCBEE. 28, 2012, pp. 105-108.
25. Zhang D., Huang X., Zhao Y., Zhang S. (2014). Rubberized asphalt mixture design using a theoretical model. Construction and Building Materials. V.67, pp.265-269.