применение

местных

материалов

и отходов

промышленности

в дорожном

строительстве

ПРИМЕНЕНИЕ MECTHtoIX МАТЕРИАЛОВ И ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

ВОРОНЕЖ шдлтгльо во

ВОРОНЕЖСКОГО- УНИВЕРСИТЕТА 1у80

-10-

сиолой (см.рис.5, кривые 3,4).Так,полоса 810 см”¹ смещена в более низкочастотную,а полосы поглощения карбонильных групп - в более высокочастотную область. Частоты валентных колебаний JVH - групп смещены в обработанных грунтах в низкочастотную область. Вместо двух полос NH - группы в спектре смолы в спектре обработанных смолой грунтов появляется лишь одна полоса 3325 ом * При обработке гидрата окиси железа карбамидной смолой в ИК-опектре обнаруживаются полоса 9410 см"*, характерная для гидрата окиси желева, и полоса 3290 см"¹-, появление которой свидетельствует об образовании водородных связей между гидратом окиси желева и макромолекулами карбамидной смолы Сз1. Приведенные данные указывают на вваимо-действие макромолекул карбамидных смол с частицами песчаных грунтов ва счет водородных и координационных связей.

Таким образом, ИК-спектроскопия позволяет выяснить механизм процессов, происходящих на поверхности грунтовых частиц при формировании конгломератов на основе систем ваполнитель-вяжущее.

Литература

1.    Масленкова Г.Л. Исследования природы склеивающей способности полимеров при искусственном структурообравовании почв-. Ав-тореф. канд. дио. Л., 1962.

2.    Накамото К. Инфракрасные спектры неорганических к координационных соединений.Ы., 1966.

3.    Новичкова Л.М. ц др. Исследование взаимодействия некоторых водорастворимых полимеров о грунтами по инфракрасным спектрам - Материалы 6-го Бсесоюа. совещания по закреплению я уплотнению грунтов. Л., 1971.

4.    Огородникова Е.Н. Влияние желевиотых пленок при укрепле-H1I минералов карбамидной смолой. - Тим же.

5.    Першин М.Н. Укрепление грунтовых дорог в распутицу. Л.,

1966.

6.    Платонов А.П. Теоретические основы и практические опособы применения смол холодного отверждения для укрепления грунтов в транспортном строительстве. JГ., 1972.

- и -

го не вырубок верхнего слоя покрытия раеличных сроков службы были взяты пробы битума. Были определены глубина проникания и в отдельных пробах (вбливи точки максимальной прочности асфальтобетона) установлены когевия, количество асфальтенов и сняты ИК-опежт-ры (табл. 2,3, рис, 1).

Как покезывах>т результаты исследования, глубина проникания закономерно снижалась и достигала 27-30 дмм, что может считаться критическим вначением для климатических условий Ростовской области,,

Свойства битумов, экстрагированных из верхнего слоя покрытия различных сроков службы

Таблица 2

Показатели j 1 Срок службы покрытия. года _ 2 1 3 1 4 1 ! 5 1 6 ! 7 1 8 1 9 1 101 11! 12 Глубина проникания, дмм 67- ТО se- ei 53- 55 48- 50 43- 46 8- 41- 36- 34- 42 88 35 аг 27- 30 Содержание асфальтеновД 89, 23 - Когевия, Ю5'Па - - - - - - - h 3. и is -

ычлеямальная хогевионная прочность битума зафиксирована примерно на 1-1,5 года ранее максимальной прочности асфальтобетона. Содержание асфальтенов в битуме ж этому времени составило 89,2Я, что свидетельствует о достижении битумом максимальной структурной прочности [1], Дальнейшее увеличение количества асфальтенов ведет к разрушению структуры битума. Это подтверждается данными о резком снижении прочности асфальтобетона на сжатие я растяжение после 9-11-го года эксплуатации покрытий [73#

Для выявления химических и структурных ивмененмй « битуме был применен метод инфракрасной опектросхопии. ИК-спегтры окимали о образцов битума в виде пленой на спектрометре UR -20 к расшифровывали с помощью специальных таблиц и диаграмм Г2-<50.,

Для анализе была выбрана область ИК-поглощения 400-2100 ом"*, которая характеризуется колебаниями разнообразных отруктурккх фрагментов: парафиновых, ароматических, карбонильных и т.д. Каждый структурный фрагмент характеризуется своим набором полос поглощения, Так, полоса поглощения в области 725 см~* обусловлена маятниковыми колебаниями CKg - групп в полиметиленовых цепочках.

- 13 -

880 ом"¹ - наличием нафтеновых фрагментов, 1040 ом”* - присутствием ефиров и спиртов (соответствует симметричным и асимметричным колебаниям С-О-С), 1610 ом”* - плоскостными окелетнымм колебаниями ароматического кольца, присущими большинству ароматичеоких отруж* тур, 1710 ом”* - валентными колебаниями карбонильное группы С - О (проявляется в оком- и карбохсиооединениях, т.е. альдегидах, ефирах, жетонах ж кислотах ациклического, цикдичеохого и ароматичеокого рядов) [2-6].

Таблица 8

Изменение интенсивности поглощения отуггуркых фрагментов битума при его отарекии

Сроки старения битума	Относительная интенсивность поглощения структурных фрагментов битума в диапазоне волновых чисел (ом *
	726	880 ■	} *040 J	1380	| 1610- |	1710
8т&донн&я		подооа	поглощения	1467	ом“*
0	0,30	0,80	0,29	0,77	0,45	0,30
6 MflfiWIlflH	0,32	0,29	0,35	0,79	0,50	0,43
12	0,25	0,23	0,31	0,78	0,61	0.40
18	0,30	0,27	0,40	0,79	0,50	0,46
10 лет	0,31	0,40	0,66	0,73	0,48	0.49
11 -"-	0,82	0,47	0,64	0,72	0,52	0,51
12	0,32	0,46	0*77	0,73	0,49	0,50
Эталонная		полоса	поглощения	1380	ом-1
0-	0,39	0,39	0,37	1,29	0,60	0,39
6 месяцев	0,41	0,37	0,45	1,27	0,63	0,55
12 -•-	0,30	0,80	0,39	1,28	0,76	0,51
18	0,41	0,84	0,50	1,27	0,66	0,61
10 лет	0,42	0,52	0,89	1,34	0,67	0,66
11	0,44	0,65	0,89	1,38	0,72	0,69
12 -А.	0,44	0,62	1,06	1,40	0,68	0,66

14 -

Содержание структурных фрагментов оценивали по относительно! интенсивности поглощения (ва вычетом фона), ивиеряемой в максимумах полоо, соответствующих виду колебания данного фрагмента, в сравнении с эталонной полосой, что позволяло исключить влияние на ИК-спектры толщины пленок и концентрации растворителя» За эталонные принимали полосы 1380 и 1467 _См~* .

Спектры всех проб битума оказались одинаковыми по характеру ■ набору структурных фрагментов, но равличньши по относительным величинам интенсивностей полос поглощения (см.рис. 1,2, табл. 3). Относительная интенсивность полосы 1467 см"*, обусловленная преимуще ственно ножничными колебаниями CHg- групп, была менее отабмльной, чем интенсивность полосы 1380 см *, свяванная с симметричными колебаниями СНд-групп. Поэтому при анализе спектров в качеотве эталонной была выбрана полоса 1380 см"*.

Неизменяемость относительной интенсивности полосы 1380 см"* при длительной вксповкции битумов свидетельствует о сохранении в них числа метилькых групп. Поскольку окисление метильных групп не происходит или является слабым (незначительное изменение полосы 1380 см"*), можно считать, что эти группы не связаны с ароматячео-жмми кольцами. Частичное изменение интенсивности в области 1467 ом"* повзояяет судить о том, что метиленовые группы в асфальтенах могут ■вменяться при окислении.

Рост относительной интенсивности оуимзочого карбонильного и карбоксильного поглощения в полосе 1710 см"¹ наиболее ваметен в первые ороки старения битума. В битумах ив покрытий, достигших максимальной когезионной прочности, относительная интенсивность этой полосы стабилизируется. Интенсивность других полос поглощения меняется менее вначительно.

Можно полагать, что при старении в битуме происходят внутримолекулярная цикливация, изменяется вваиыиая ориентация и перегруппировка функциональных групп. Окислительные процесоы Протекают в битумах по схеме цепного механизма окисления Бяха-Энглера [9]. Очевидно, при дейотвии солнечной радиации в смолах и асфальтенах обраэуютоя свободные радикалы, которые могут инициировать появление свободных радикалов в маслах С83. Свободные радикалы, реагируя о кислородом, обраауюТ перекионые радикалы и гидроперекиси, дальнейшие превращения которых ведут к возникновению высокомолекулярных веществ смешанного характера.

P*c. 1. ИК-соеггрь битумов и оокрвтий рааличных сроков службы (лет): 1    -    10;    2    -    11;    S    -    12

уда 625.7

В тематическом межвузовском с<5оркико излагается результаты исследований свойств смесей из местных материалов и отходов промышленности для устройства конструктивных слоев дорожшсс одежд. Рассматриваются способы повышения качества органических вяжущих и дорожных одежд из местных материалов.

Сборник рассчитан на научных и инженерно-технических работников, занимающихся исследованием,'" проектированием и строительством современных дорожных конструкций, а также может быть использован студентами дорожно-строительных специальностей вузов.

Печатается по постановлению Редакционно-издательского совета Воронежского университета

Редколлегия:

канд.техн.наук С.И.Самодуров (иауч*ред.), канд.техн. наук В.А.Дементьев (эам.науч.ред.)., канд.техн*наук В.А.Кейльман (зам.науч.ред.), В.Г.Еремин, канд.техн:наук A.II.Кузнецов, В.И.Микрии, канд.техн.наук В.И.Резванцев

ИВ * 523 ПГИ?.ШиГЛ][Е ^ДЕСТВиХ 1ЛЛТЕГЛЛЛ0В И ОТХОДОВ ПРСМИШННОСШ 'В ДОРОДНОМ СТГОИТКЛЬСТВЕ

Редактор Т.И. Баскакова

Художник ^;А.Т. Лось

Корректоры Т.Н. Карабут,Н.В. Плахина

Поди, в печ. 04.07.ВО.* ЛЕ 04297. Форм.бум. 60x84/16.

Бумага типографская £ 3. Тотшхртгг.2 Уел. п.л. 5,1.

Уч.-жэд. л. 4,6. Тираж 500. Заказ    Цена    70    коп.

Издательство^: Воронежского университета Воронеж, ул. Ф. Энгельса,'8

Типография издательства ВГУ Воронеж, ул.’Пушкинская, 3

n^2S2M4L63-80 (с) Издательство Воронежского университета, 1980 М174(03)-8& ^w

- 3 -

уда 624.138.061.6

применение ШйТОДА ИНФРАКРАСНА СИШРОСШШИ при иссладоелнии процессов взаиишиствия

В СИСТШАХ ЗА110ШТсЛЬ-ВШЩЕе

А. И .Платонов Ленинградский инженерно-строительный мнотитут

Формирование структур конгломератных материалов происходит в ревудьтате топохимического (поверхностного) вваимодействмя вяжущего о ваполнитедеы. Метод мн^раьраоной спектроскопии позволяет получить прямую информацию о природе этого вваимодейотвия и соотоянмк вяжуще-го до и после обработки им вапсднмтедя. Для исследования -процессов, происходящих при взаимодействии частиц грунтов о укрепляющими реагентами, в частности со смолами холодного отверждения ,впервые этот метод был применен Г.Л.Маоленковой Ш, М.Н.Першиным С&1 , JI.U.Новичковой о соавторами [8], А.П.Платоновым [63, S.H.Огородниковой М.

Нами проведено исследование методом ИК-опектроскопми процессов вваимодойствия грунтов о полиакриламидом, фурфуролом и анилином, карбамидной смолой.

При исследовании поверхностных явлений методом ИК-олектросжо-пии пучок излучения проходит как черев адсорбированные молекулы (макромоленулц), так и черев адоорбент. При атом вовможны потерн излучения за счет адсорбента. Поетому для получения достаточно интенсивного опектра применяют образцы с высокой удельной поверхностью в виде мелкоравдробленных порошков [23. Существует два способа приготовления обравцов для спектроскопии [1,6].

По первому опособу подучают 10%-ный раствор полимера в воде, в который внооят равновесное количество грунта. Смесь выдерживают сутки при обычной температуре, ивбыток воды удаляют фильтров льной

4

бумагой и доводят до вовдушнс-cyxoro состояния. Порошкообразные образцы прессуют в матрице из бромистого калия. Приготовление обравцов по первому способу позволяет уменьшить рассеивание ИК-излучения и сохранить поверхность образцов неизменной в процессе вваимодействия частиц с реагентами.

По второму способу образец укрепленного грунта выдерживают определенное рремя (яремя формирования) в воздушно-влажной среде, высу скрипт до воздушно-сухого состояния под вакуумом при обычной температуре, после чего измельчают в агатовой ступке и перемешивают с фторированным и вазелиновым маслом.

В зависимости от вадачи исследования спектры снимали в области фтороида лития или хлорида натрия.

ИК-споктры ыикеропов. свободных гидроксильных групп и молекул воды [21.

Поверхности всех окислов покрыты гидроксильными группами и адеорбкроввннши молекулами воды. Валентные колебания свободных гидроксилытых групп на кремнеземе характеризуются полосами поглощения с частицами 3750-3760 см . Полоса при более нивкой частоте (3650 см’*) относится к гидроксильным группам, участвующим в образовании водородных связей на поверхности окислов.

Для молекулярно-адсорбированной воды в ИК-спектре характерна полоса поглощения в области 1630 см’*, обусловленная движением атомов водорода в плоскости молекулы:

Полоса поглощения валентных колебании гидроксильных rpyun воды в жидкой фазе появляется в области Около £450 ом"* и указывает на наличие водородной е*я»и. Деформированные колебания гидроксильных групп имеют полосы поглощения tip и чостотах, значительно меньших 1600 ом’*.

Для 3i0fe полоса поглощения лежит в пределах 1200-1020 см’*-, для SU\nH_e0 - в пределах*12501020, 1856 и 1000 см’*. В мн-фракраоном спектре кварца, измельченного до частиц размером около

1 мха, полоса поглощения появляются при частотах около 3400, 1100 ■ 950 ом’*. Высокочастотная полоса может быть отнесена к валентному колебанию "кислород-водород" поверхностных гидрокоильных ipyrrn, образованных при реакции молекул воды с группой 31-0 или

-5-

31    , которые возникают в результате разрыва связей Sl-0*t)i

в исходной структуре кварца. Колоса 1100 см”¹ относится и деформационному колебание гидроксильных групп.

ИК-спектры аминов, адсороированнмх на монтмориллонитах [б]

6 качестве мономеров для укрепления грунтов применяет такие азотсодержащие соединения, как анилин и мочевина. На примере некоторых первичных аминов установлено, что адсорбция первичных аминов происходит на мехслсевых поверхностях глин. При адсорбции аминов на кислых монтмориллонитах и монтмориллонитах, замещенных на алюминий, кальций и натрий, образуется катионы адкидамыония RN ⁺И₅. При атом количество адсорбированных аминов вквивавентко емхооти катионного обмена глинистого минерала. Симметричное деформационное колебание N*H₃ обусловливает в спектре интенсивную полосу 1520-1500 см*¹. Полоса поглощения, соответствующая антисимметричному колебанию, маскируется, по-видимому, полосой деформационных колебаний воды при частоте 1630 см*¹. Избыток амина приводит к появлению только поглощения деформационного колебания группы -N Н₂ при чаотота 1595 ом*. В равличных монтмориллонитах ыоноамикы адсорбируются так, что алифатическая цепь направлена перпендикулярно плоокооти 001 силикатного сдоя.

NH - группы помимо одородных связей типа

ОН .....N Н —

I    Г

- Si —

!

обравуют червь нвподеленную пару электронов координационные свяви о атомами алюминия и хелева.

ИК-спектры системы грунт-полиакриламид

В системе полиакриламид - тяжелый оуглинок (рис.1) оорааова-ние водородных свявей подтверждаетоя появлением полооы поглощения водородных групп полимера при частоте 3460 ом*¹ к мочевновокием полосы поглощения гидрокоильных групп ваполнителя. Полосы поглощения межмакромолекулярных свявей амидных групп 3350 ом*¹ и 3160 ом*¹ отсутствуют. Полоса поглощения валентных колебаний карбонильной группы смещается от 1663 к 1655 см*¹. При увеличении молекулярной массы полиакриламида, кроме смещения полос амидных групп, появляется полоса 1595 см*¹, характеривующая образование и увеличение количества координационных связей между полимером и частицам" грунта.

б

Рнс. I. Спектры поглощения полиакриламида (I) и суглинка, обработанного им (2)

ИК-спектры систем грунт - поливиниловый спирт, грунт-акрил-

•т.

В ИК-спектрах систем грунт-поливиниловый спирт, грунт-акрил-амжд полосы поглощения водородных свявей 3430 см"*, гидроксильных групп грунтовых частиц - 3630 см"¹ и деформационных колебаний.силок-сановых свявей 800 см"¹ отсутствуют (рис.2,кривые 1,2, рис.3,кривые 2,8). Отсутствует и полоса поглощения 3340 см"¹, соответствующая внутримолекулярным свявям ГШС. Ив сравнения спектров (рис.3,кривые 1,2 и 4,5) видно, что полоса поглощения валентных колебаний гидроксильных трупп 3630 см"¹ при обработке грунта реагентами исчезает и появляется полоса 3440 см"¹, соответствующая водородным свявям, образованным амидной (-CONH₂ ) и гидроксильной (ОН) группами грунта. Вместо полос поглощения амид-1 (1668 см"¹) и вмид-П (1610 см"¹), характерных для валентных колебаний карбонильной (^С=0    ) и аминогрупп (NH₂), связанных водородными свявями,

появляются полосы 1668, 1620, 1595 см"¹, что можно интерпретировать как смещение полос в результате образования координационных связей между макромолекулами полимера и некомпенсированными заря-дами кристаллических решеток глинистых минералов.

В ИК-спектрах систем, грунты в которых были представлены супесью, пылеватым суглинком и квврцем,отмечены незначительные изменения полос поглощения, что говорит о слабом взаимодействии компонентов. 8?о обусловлено, по-видимому, невначительным оодер-

- в -

fro.4. Спектры поглощения каолина, обработанного фурфуролом ■ анилином (I), анилином и фурфуролом (2), каолина (3) и каолина, обработанного анилином (4)