Процессы структурообразования и свойства бетонов на органогидравлических вяжущих

Рассмотрены вопросы структурообразования дорожных композитных материалов, содержащих в своем составе гидравлические (портландцемент) и органические (битум) вяжущие. Установлено, что, являясь термодинамически несовместимыми, органические и гидравлические вяжущие способны к взаимодействию и дополняют друг друга. Процессы структурообразования связаны с механизмом взаимодействия межфазных переходных слоев и непосредственного образования фазовых контактов кристаллогидратами цемента. Исследования процессов срастания кристаллогидратов цемента через органические пленки, микроскопический и рентгеноструктурный анализ подтвердили данные результаты. Граница раздела фаз является размытой и осуществляется через межфазные переходные слои. Процесс появления межфазных слоев выгоден с термодинамической точки зрения, поскольку способствует уменьшению свободной энергии Гиббса и не противоречит современным представлениям физики твердого тела. При содержании цемента около 30 % от объема комплексного битумно-цементного вяжущего начнут появляться (зарождаться) фазовые контакты, которые будут преобладать в структуре вяжущего при содержании цемента более 60 % по объему. В случае преобладания фазовых контактов бетоны будут обладать значительной прочностью при высоких температурах, но низкой температурной и усталостной трещиностойкостью, что приведет к потере их долговечности. Оптимальным можно считать содержание цемента в количестве 30–40 % от общего объема комплексного вяжущего.

1. Vaitkus А., Gražulyt J., Jukneviciut-Žilinskien L., Andrejevas V. (2017) Review of Lithuanian Experience in Asphalt Pavements Cold Recycling. In Proc. of the 10th International Conference “Environmental Engineering”: Selected Papers. 27–28 April 2017, Vilnius, Lithuania. Vilnius Gediminas Technical University. https://doi.org/10.3846/enviro.2017.153.

2. Veranko V. A., Makarevich A. A. (2008) Experience of Using In-Situ Cold Recycling Technology when Repair of Streets of the Minsk City. Avtomobilnye Dorogi i Mosty [Roads and Bridges], (1), 13–18 (in Russian).

3. Chomicz-Kowalska A., Stepien J. (2016) Cost and EcoEffective Cold In-Place Recycled Mixtures with Foamed Bitumen During the Reconstruction of a Road Section Under Variable Load Bearing Capacity of the Subgrade. Procedia Engineering. 161, 980–989. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.08.837.

4. Bocci M., Manganaro A., Stramazzo V., Grilli A. (2013) Runway Pavement Reconstruction with Full Material Recycling: the Case of the Airport of Treviso. Advanced Materials Research. 723, 1044–1051. https://doi.org/10. 4028/www.scientific.net/AMR.723.1044.

5. Chesner W., Stein C., Jastus H., Kearney E., Cross S. (2011) Related Information Evaluation of Factors Affecting Long-Term Performance of Cold In-Place Recycled Pavements in New York State. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board. 2227, 13–22. https://doi.org/10.3141/2227-02.

6. Turk J., Mauko Pranijć A., Mladenovič A., Cotič Z., Jurjavčič P. (2016) Environmental Comparison of Two Alternative Road Pavement Rehabilitation Techniques: Cold-in-Place-Recycling Versus Traditional Reconstruction. Journal of Cleaner Production. 121, 45–55. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.02.040.

7. Tabaković A., McNally C., Fallon E. (2015) Specification Development for Cold In-Situ Recycling of Asphalt. Construction and Building Materials. 102, 318–328. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.10.154.

8. Kim Y., Lee H. D. (2006) Development of Mix Design Procedure for Cold In-Place Recycling with Foamed Asphalt. Journal of Materials in Civil Engineering. 18 (1), 116–124. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561.

9. Meocci M., Grilli A., La Torre F., Bocci M. (2017) Evaluation of Mechanical Performance of Cement-BitumenTreated Materials Through Laboratory and In-Situ Testing. Road Materials and Pavement Design. 18, 376–389. https://doi.org/10.1080/14680629.2016.1213506.

10. Du S. (2015) Performance Characteristic of Cold Recycled Mixture with Asphalt Emulsion and Chemical Additives. Advances in Materials Science and Engineering. 2015 (Article ID 271596), 8. https://doi.org/10.1155/2015/271596.

11. Ma T., Wang H., Zhao Y., Huang X., Pi Y. (2015) Strength Mechanism and Influence Factors for Cold Recycled Asphalt Mixture. Advances in Materials Science and Engineering. 2015 (Article ID 181853), 10. https://doi.org/10.1155/2015/181853.

12. Mollenhauer K., Simanofske D., Valentin J., Čížková Z., Suda J., Batista F., McNally C. (2016) Mix Designs for Cold Recycled Pavement Materials Considering Local Weather and Traffic Conditions. In Proc. of 6th Eurasphalt & Eurobitume Congress: Selected Papers, 1–3 June 2016. Prague, Czech Republic. Czech Technical University in Prague. https://doi.org/10.14311/ee.2016.357.

13. Shchukin E., Pertsov A., Amelina E. (2012) Colloid Chemistry. Moscow, Yurayt Publ. 444 (in Russian).

14. Volzhensky A., Burov Yu., Kolokolnikov V. (2016) Mineral Binders. Technology and Properties. Moscow, KnoRus Publ. 463 (in Russian).

15. Rudensky A., Rudenskaya I. (1971) Rheological Properties of Bitumen-Mineral Materials. Moscow, Vysshaya Shkola Publ. 131 (in Russian).

16. Larionova Z., Nikitina L., Goroshin V. (1977) Phase Composition, Microstructure and Strength of Cement Stone and Concrete. Moscow, Stroiizdat Publ. 262 (in Russian).

17. Rusanov A. (1967) Phase Equilibria and Surface Phenomena. Leningrad, Khimiya Publ. 388 (in Russian).

18. Lipatov Yu. (1991) Physico-Chemical Bases of Filling of Polymers. Moscow, Khimiya Publ. 259 (in Russian).

19. Tikhonov N. (2005) Adaptation of the EPR Method to the Study of Surface Interactions of Filled Polymers and Fractal Aggregates. Moscow. 113 (in Russian).

20. Korolev I. (1975) Road Warm Asphalt. Kiev, Vysshaya Shkola Publ. 155 (in Russian).

21. Block A., Simms B. B. (1967) Desorption and Exchange of Adsorbed Octadecylamine and Stearic Acid on Steel and Glass. Journal of Colloid and Interface Science, 25, 514–518. https://doi.org/10.1016/0021-9797(67)90062-8.

22. Samsonov G., Pryadko I., Pryadko L. (1976) Electronic Localization in a Solid. Moscow, Nauka Publ. 338 (in Russian).

23. Goldade V. (2009) Condensed Matter Physics. Minsk, Belorusskaya Nauka Publ. 648 (in Russian).

24. Chichko A. (1995) Physical Model of Eutectic Alloys Based on Electronic Configurations of Atoms of Interacting Components. Minsk. 36 (in Russian).

25. Shklovskii B., Efros A. (1975) Percolation Theory and Conductivity of Strongly Inhomogeneous Media. Soviet Physics Uspekhi. 18 (11), 845–862. https://doi.org/10. 1070/pu1975v018n11abeh005233.

26. Zhigur Yu. (2007) Considering the Probabilistic and Statistical Variability of Physical and Mechanical Properties of Materials of Structural Layers in the Calculation of Non-Rigid Pavement. Moscow. 149 (in Russian).

27. Wentzel E., Ovcharov L. (1991) Theory of Random Processes and its Engineering Applications. Moscow, Nauka Publ. 383 (in Russian).