Одна из основных причин, по которым автомобильные дороги приходится часто ремонтировать, — образование поверхностных дефектов. Общий вес только одного большого грузовика может достигать 40 тонн. Во время эксплуатации асфальтобетона происходит его сжатие и растяжение, это усложняет задачу повышения прочности всего дорожного слоя. Существующие методы сегодня 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.
Способ ученых Пермского Политеха повысит качество дорог и утилизирует отходы / © Jamar Penny, Unsplash
Статья опубликована в сборнике «Химия. Экология. Урбанистика». 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 миллиона километров. 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 процентов, отсев дробления – 42 процента, минеральный порошок – три процента, битум – 4,7 процента). Во вторую добавили один процент 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 один процент может повысить его устойчивость к нагрузкам до 14 процентов. 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.
