AP22786668 «Металлургиялық және кремний өндірісінің қалдықтары негізінде жақсартылған физика-механикалық сипаттамалары бар тұрақты асфальтбетон алудың ғылыми негіздері»

Домна қожы және микрокремнезем-құрылыс материалдары мен асфальтбетон өндірісінде қолданылатын металлургиялық өндірістің жанама өнімдері. Алайда, оларды асфальтбетон құрамында пайдалану ең берік дәндерді бөліп алу және осы компоненттердің жол жамылғысының аязға төзімділігіне әсерін есепке алу үшін домна қожын алдын-ала таңдамай, ретсіз түрде жүзеге асырылады. Бұл қалдықтардан салынған автожолдардың беріктігінің төмендігіне әкеледі және құрылыс жағдайларын ескере отырып, өнеркәсіптік қалдықтардан тұрақты асфальтбетон алудың ғылыми негіздерін әзірлеуге бағытталған пәнаралық (экология, құрылыс, металлургия түйіскен жерінде) жобаның өзектілігін анықтайды.

Жобаның идеясы алдын ала іріктеп ұсақтаудан өткен домна қожының толтырғышын және оңтайлы арақатынаста микрокремнеземді кешенді пайдаланудың синергетикалық әсері есебінен өнеркәсіптік қалдықтардан жасалған асфальтбетонның аязға төзімділігі мен деформациялық-беріктік сипаттамаларын арттыру болып табылады.

1) Кунаев Вячеслав Александрович – PhD, қауымдастырылған профессор, ғылым және инновациялар департаментінің директоры, «Технологиялық машиналар және көлік» кафедрасының доценті, жоба жетекшісі.

Scopus ID: 57200448577.

ResearcherID: AAR-2188-2020.

https://orcid.org/0000-0001-8283-7186 .

2) Ахметова Гульжайнат Есенжоловна – PhD, қауымдастырылған профессор, «Металлургия және материалтану» кафедрасының доценті, жобаның орындаушысы.

Scopus ID: 57195377183.

ResearcherID: AAX-4242-2021.

https://orcid.org/0000-0002-2081-0612

3) Батырбек Әлібек Есімбекұлы – докторант, «Энергетика» кафедрасының оқытушысы, жобаның орындаушысы.

Scopus ID: 59213269200.

ResearcherID: NMK-8223-2025.

https://orcid.org/0000-0002-3369-6804.

4) Тавшанов Ильгар Сулейманович – магистр, «Технологиялық машиналар және көлік» кафедрасының оқытушысы, жобаның орындаушысы.

Scopus ID: 58203718700.

ResearcherID: JNR-8253-2023.

https://orcid.org/0000-0002-9427-9748 .

5) Чарный Дмитрий Юрьевич – бакалавр, кіші ғылыми қызметкер, жобаның орындаушысы.

Scopus ID: 59914525300.

ResearcherID: NMO-0625-2025.

6) Кыдырбаева Салтанат Жайсанбековна – магистр, «Технологиялық машиналар және көлік» кафедрасының аға оқытушысы, жобаның орындаушысы.

Scopus ID: 57614186200.

ResearcherID: GME-7697-2022.

7) Жаслан Рымгүл Қуатқызы – PhD, «Химиялық технология және экология» кафедрасының аға оқытушысы, жобаны орындаушы (2025 жылдан бастап).

Scopus ID: 57200215253.

ResearcherID: HGB-6310-2022.

https://orcid.org/0000-0002-1809-8961

8) Романов Данил Юрьевич – магистрант, жобаның орындаушысы (2025 жылға дейін).

2024 жылы: Техногендік қалдықтар негізінде асфальтбетон сапасының көрсеткіштерін анықтайтын көптеген факторлар белгіленеді. Техногендік қалдықтардан жасалған асфальтбетон құрамын жобалау үшін оңтайлылықтың кешенді критерийі және негізгі шектеулер ұсынылатын және негізделетін болады. Іріктеп ұсақтау параметрлерінің домна қожынан ірі асфальтбетон толтырғышының көлемдік кеңеюі мен тозуының өзгеруіне әсерін зертханалық бағалау жүргізіледі, сондай-ақ осы параметрлердің корреляциялық байланысын сипаттайтын математикалық модель алынады. Домна қожынан жасалған асфальтбетонға арналған байытылған ірі толтырғыштың тәжірибелік сынамалары алынады. Табиғи қиыршық тастан жасалған ірі толтырғышы бар асфальтбетонның және домна қожынан байытылған толтырғыштың тәжірибелік үлгілері алынатын болады.

Аралық нәтижелерді сынақтан өткізу үшін халықаралық конференцияның еңбек жинағына кемінде 2 мақала жіберу және жариялау қамтамасыз етіледі.

ҚР ҒжЖБМ ҒЖБССҚК ұсынған журналда 1 мақала жарияланады.

2025 жылы: Минералды бөліктің тығыздығын, орташа тығыздығын, судың қанықтылығын және асфальтбетонның тәжірибелік үлгілерінің ісінуін анықтау нәтижелері эксперименталды түрде алынады. Табиғи қиыршық тастан, кәдімгі және байытылған домна қожынан жасалған толтырғышы бар асфальтбетонның салыстырмалы деформациялық-беріктік сипаттамалары эмпирикалық түрде анықталады. Қоспалардың құрамдары жобаланады және ірі толтырғыш ретінде домна қожынан байытылған қиыршық тасты және минералды қоспа ретінде микрокремнеземді пайдалана отырып, асфальтбетонның тәжірибелік үлгілері дайындалады. Аязға төзімділікке, суға төзімділікке, ісінуге, беріктікке және ығысу тұрақтылығына домна қожы мен микрокремнеземнің құрамы өзгермелі асфальтбетонның тәжірибелік үлгілерін сынау нәтижелері алынады. Микроқұрылымға сандық талдау жүргізіледі және асфальтбетонның тәжірибелік үлгілерінің құрылымында толтырғыш дәндері мен бос орындардың таралу заңдылықтары белгіленеді.

Аралық нәтижелерді сынақтан өткізу үшін халықаралық конференцияның еңбек жинағына кемінде 2 мақала жіберу және жариялау қамтамасыз етіледі.

Web of Science базасының Science Citation Index Expanded индекстелетін және (немесе) Scopus базасында CiteScore бойынша кемінде 50 (елу) процентилі бар жобаның ғылыми бағыты бойынша рецензияланатын ғылыми басылымда 1 мақала (немесе шолу) және ҚР ҒжЖБМ ҒЖБССҚК ұсынған журналдарда 2 мақала жарияланады.

2026 жылы: Асфальтбетонның әдеттегі және ұсынылған құрамының үлгілерінің құрылымының морфологиясы мен сыну топографиясы зерттеледі, бұл қоспаның құрамының материал құрылымындағы жарықтардың пайда болуына және «битум+ толтырғыш» жүйесіндегі адгезияға әсерін бағалауға мүмкіндік береді. Байытылған қож толтырғышы мен микрокремнезем негізіндегі асфальтбетонның физикалық және деформациялық-беріктік қасиеттерінің құрылымдық түзуші факторлардың өзара байланысты мәндері, математикалық тәуелділіктер эмпирикалық түрде белгіленетін болады. Құрамында байытылған қожды қиыршық тас пен микрокремнезем бар асфальтбетонның сипаттамаларына агрессивті ортаның әсерін бағалау нәтижелері эксперименталды түрде алынады. Оңтайлы құрам таңдалады және физика-механикалық сипаттамалары жоғары металлургиялық және кремний өндірісінің қалдықтары негізінде асфальтбетонның тәжірибелік үлгілері алынады. Асфальтбетон құрамындағы микрокремнеземді және байытылған толтырғыш кешенді пайдаланудың синергетикалық әсерін бағалау орындалады және микрокремнезем мен домна қожынан байытылған толтырғыш құрамының асфальтбетонның физика-механикалық сипаттамаларына әсерін бағалауға мүмкіндік беретін математикалық модель құрылады. Қажетті физика-механикалық сипаттамаларға байланысты техногендік қалдықтар негізінде асфальтбетон құрамын таңдау алгоритмі әзірленетін болады.

Түпкілікті нәтижелерді сынақтан өткізу үшін халықаралық конференцияның еңбек жинағына кемінде 2 мақала жіберу және жариялау қамтамасыз етіледі.

Web of Science базасының Science Citation Index Expanded индекстелетін және (немесе) Scopus базасында CiteScore бойынша кемінде 50 (елу) процентилі бар жобаның ғылыми бағыты бойынша рецензияланатын ғылыми басылымда 1 мақала (немесе шолу) және ҚР ҒжЖБМ ҒЖБССҚК ұсынған журналдарда 2 мақала жарияланады. Пайдалы модельге патент алынады.

Зерттеу нәтижелерін қамтитын студенттер мен магистранттарға арналған 1 монография және 1 оқу құралы шығарылады.

1) Техногендік қалдықтарға негізделген асфальтбетон сапасының көрсеткіштерін анықтайтын, асфальтбетон қоспасын жобалаудың қандай да бір нұсқасында, мысалы, оның құрамында қандай да бір техногендік қалдықтарды пайдалану кезінде ескеру және оңтайландыру қажет факторларды жиынтық теориясының көмегімен таңдауға және сипаттауға мүмкіндік беретін көптеген факторлар анықталды. Сыни талдау нәтижелері бойынша мынадай ішкі жиындар (факторлар топтары) бөлінді: асфальтбетонның минералды толтырғышын сипаттайтын факторлар; тұтқыр затты сипаттайтын факторлар; минералды ұнтақты сипаттайтын факторлар; асфальтбетон қоспасының құрамдас бөліктерінің пропорционалды арақатынасын сипаттайтын факторлар; агрессивті ерітінділерге қатысты асфальтбетон жабынының химиялық төзімділігін анықтайтын факторлар; асфальтбетон қоспаларының сегрегациясына әсер ететін факторлар; асфальтбетон жабынының жылуға төзімділігін анықтайтын факторлар; минералды толтырғыш дәндерімен битумның адгезиясына әсер ететін факторлар; асфальтбетон қоспасының асфальтбетон дайындаудың технологиялық процесін сипаттайтын қоспалар; асфальтбетонды жеткізу және төсеу технологиялық процесін сипаттайтын факторлар; ауа-райы-климаттық факторлар.

2) Техногендік қалдықтардан жасалған асфальтбетон құрамын жобалау үшін оңтайлылықтың кешенді критерийі бойынша негізгі шектеулер ұсынылды және негізделген.

Техногендік қалдықтары бар асфальтбетон композицияларын жобалау кезінде оңтайлылықтың ықтимал кешенді критерийі (ОКК) құрамның сапасын, үнемділігін және экологиялылығын көрсететін бірнеше негізгі көрсеткіштерді ескеретін нысаналы функция түрінде ұсынылуы мүмкін. Бұл критерий мыналарды ескереді:

1) асфальтбетон сапасының негізгі көрсеткіштері: ығысу тұрақтылығы (МПа), бөліну кезіндегі беріктік шегі (МПа), суды сіңіру (%), аязға төзімділік (мұздату-еріту циклдерінің белгіленген саны қайталанғаннан кейін қысу кезінде МПа-дағы беріктіктің жоғалуы);

2) экологиялылық көрсеткіштері: асфальтбетон құрамындағы металлургиялық өндіріс (%) және кремний өндірісі (%) қалдықтарының құрамы, асфальтбетон (БК/кг) өндірісінде пайдаланылатын қалдықтардағы радиация деңгейі, асфальтбетон өндірісінде туындайтын көміртегі ізі (асфальтбетонның өмірлік циклін талдау нәтижелері бойынша);

3) үнемділік көрсеткіштері: материалдардың құны (теңге), асфальтбетон өндірісіндегі энергияны тұтыну көлемі (теңге), жол жабынының күрделі жөндеуге дейінгі қызмет ету мерзімі (жылдар).

Асфальтбетон құрамының ОКК есептеу үшін 0-ден 100-ге дейінгі шкалада көрсетілген көрсеткіштердің мәндерін алдын ала қалыпқа келтіру (мысалы, минимакс әдісімен) жүргізіледі. Бұл әртүрлі өлшем бірліктері бар мәндерді бір бағалау жүйесіне салыстыруға және біріктіруге мүмкіндік береді. Әрбір көрсеткішке жол құрылысы жобасының басымдықтарына қарай айқындалатын салмақ коэффициенттері беріледі.

Ұсынылған мақсатты функцияның шектеулері асфальтбетон сапасының қосымша көрсеткіштері, соның ішінде суға төзімділік, ісіну, тығыздық, толтырғыштың гранулометриялық құрамы және т.б.

3) Көлемдік кеңеюдің өзгеруіне селективті ұсақтау параметрлерінің әсерін (ASTM D4792-00 стандарты бойынша) және сөре барабанындағы домендік қождан жасалған асфальтбетонның ірі толтырғышының тозуын зертханалық бағалау орындалды (МЕМСТ 8269.0-97 бойынша), сондай-ақ осы параметрлердің корреляциялық өзара байланысын сипаттайтын математикалық модель алынды. Эксперимент таңдамалы ұсақтау ұзақтығы мен домна қожының асфальтбетон толтырғышының тозуы арасындағы тікелей корреляциялық байланыстың болуын көрсетті. Нәтижелер қожды қиыршық тастың берік және тығыз дәндері аз берік және тығыз дәндерге қарағанда тозуға бейім емес деген гипотезаны растады. Сонымен қатар, селективті ұсақтау ұзақтығы мен домна қож толтырғышының көлемдік кеңеюінің өзгеруі арасындағы байланыс іс жүзінде жоқ, бұл тұтастай алғанда материалдың ісінуге төзімді құрылымымен түсіндіріледі (кеуектілігі мен дән фракциясына қарамастан).

4) 20-40 мм фракциялы домна қожынан жасалған асфальтбетонға арналған байытылған ірі толтырғыштың тәжірибелік сынамалары алынды. Байыту тегістеу ортасы ретінде болат шарлар мен цилбепстерді бірдей массалық қатынаста пайдалана отырып, шар диірменіндегі әртүрлі беріктігі бар қож қиыршық тастарын іріктеп ұсақтау әдісімен жүргізілді. Селективті ұсақтау нәтижесінде қожды қиыршық тастың сынғыш дәндері толығымен немесе ішінара ыдырап, берік дәндері олардың тұтастығын сақтап қалды. Бұзылған дәндерді бүтіндерден бөлу үшін диаметрі 20 мм ұяшықтары бар зертханалық елек қолданылды.

5) Табиғи қиыршық тастан жасалған ірі толтырғышы бар асфальтбетонның және домна қожынан байытылған толтырғыштың тәжірибелік үлгілері алынды. Тұтқыр ретінде БНД 90/130 маркалы мұнай жол битумы пайдаланылды. Асфальтбетон құрамдас бөліктерін араластыру ЛС-АБ-10 зертханалық араластырғышта жүргізілді. Асфальтбетон үлгілерін қалыптау престе бір формада (МЕМСТ 30491-2012 бойынша) жүргізілді. Алынған үлгілер тығыздыққа, суға қанықтылыққа, ісінуге, беріктікке, ығысу тұрақтылығына (Маршалл схемасы бойынша), суға төзімділік және аязға төзімділік бойынша сынақтартардан өткізуге дайындалған.

6) 2024 жылы алынған зерттеулердің нәтижелері бойынша ҚР ҒжЖБМ ҒЖБССҚК ұсынған журналда 1 мақала және халықаралық конференциялардың еңбек жинақтарында 2 мақала жарияланды.

7) Минералды бөліктің тығыздығын, орташа тығыздығын, асфальтбетонның тәжірибелік үлгілерінің сумен қанығуын және ісінуін анықтау нәтижелері эксперименталды түрде алынды. Ең үлкен тығыздық табиғи қиыршық тасты үлгілерде тіркелген — 2,35 г/см³, бұл берік және кеуекті емес минералды жақтаудың қалыптасуын қамтамасыз етеді. Кәдімгі қож толтырғышын қолдану бұл көрсеткіштің 2,30 г/см³ дейін төмендеуіне әкелді, ал селективті ұсақтау әдісімен байытылған қож толтырғышын пайдалану шығындарды ішінара өтеуге және тығыздықты 2,31 г/см³ дейін арттыруға мүмкіндік берді. Ұқсас тенденция минералды бөліктің орташа тығыздығы бойынша байқалды: табиғи толтырғыш 2,23 г/см³ максималды мәнін көрсетті, ал байытылмаған және байытылған қож толтырғыштары үшін мәндер сәйкесінше 2,19 және 2,20 г/см³ болды. Судың қанықтылығы бойынша табиғи толтырғышпен қоспасы да жақсы нәтиже көрсетті – 1,97 %, ал кәдімгі қожды пайдаланған кезде мән 2,96% — ға дейін өсті, ал байытылғанды қолданғанда 2,81% — ға дейін төмендеді, бірақ әлі де табиғи толтырғышпен қоспалардан жоғары болып қалды. Ісінуді бағалау кезінде табиғи және байытылған қож толтырғышы бар үлгілердің бұл әсерге бейімділігі жоқ екендігі анықталды, ал байытылмаған қож толтырғышын пайдалану кезінде 0,51% ісіну тіркелді, бұл оның кеуекті микроқұрылымының ерекшеліктеріне байланысты болуы мүмкін.

8) Жүргізілген сынақтардың нәтижелері толтырғыштардың әртүрлі түрлерін қолдану асфальтбетонның деформациялық-беріктік сипаттамаларына айтарлықтай әсер ететінін көрсетті. Ең үлкен ығысу тұрақтылығы табиғи толтырғышпен (26,6 кН) қоспада тіркелді, ал кәдімгі қожды қиыршық тасты пайдаланған кезде бұл көрсеткіш 21,0 кН дейін төмендеді. Байытылған қож толтырғышының құрамына ығысу жүктемелеріне төзімділікті 26,03 кН дейін арттыруға мүмкіндік берді, бұл байытылмаған қож қоспасынан 23,95% жоғары және табиғи қиыршық тас қоспасының сипаттамаларына сәйкес келеді. Шекті деформацияны талдау табиғи толтырғышпен қоспаның ең жоғары сұйықтықпен сипатталатынын көрсетті-5,01 мм, бұл ұсынылған аралықтың жоғарғы шекарасынан асып түседі және ойық түзілуге бейімділікті көрсетеді. Сонымен қатар, кәдімгі және байытылған қож толтырғышы бар қоспалар қалыпты шектерде болатын сәйкесінше 3,86 және 3,78 мм мәндерін көрсетті, ал байытылған қож толтырғышы асфальтбетонның икемділігі мен беріктігінің оңтайлы үйлесімін қамтамасыз етеді. Беріктік бойынша сынау нәтижелері ең үлкен көрсеткішті табиғи қиыршық тас қоспасы көрсетті-7,23 МПа. Байытылған қож толтырғышы бар асфальтбетон 6,74 МПа-ға жетті, бұл табиғи толтырғышпен қоспаның деңгейінен небәрі 7,27% — ға төмен, ал кәдімгі қож толтырғышын пайдаланған кезде беріктік шегі 6,64 МПа болды, яғни табиғи толтырғышпен салыстырғанда 8,88% — ға төмен. Суға төзімділікті бағалау кезінде коэффициенттің максималды мәні (0,88) табиғи қиыршық тас қоспасында байқалды. Байытылған қож толтырғыш қоспасы 0,85 нәтиже көрсетті, бұл кәдімгі қож толтырғыш қоспасынан (0,83) 2,41% жоғары. Ең қарама-қарсы нәтижелер аязға төзімділік сынақтарында алынды. Мұздату – ерітудің 25 циклынан кейін беріктіктің жоғалуы табиғи толтырғышы бар асфальтбетонда тек 5,21 % құрады. Байытылған қож толтырғышы бар асфальтбетонда бұл көрсеткіш 11,3% — ға тең болды, бұл екі есеге жуық, бірақ сонымен бірге шығындар 13,11% — ға жеткен кәдімгі қож толтырғышынан төмен болды. Осылайша, эксперименттер таңдамалы ұсақтау технологиясын қолдану домна қожына негізделген асфальтбетонның сипаттамаларын едәуір жақсартуға мүмкіндік беретіндігін растады, оларды табиғи қиыршық тастың мәндеріне жақындатады, әсіресе ығысу тұрақтылығы, беріктік және суға төзімділік көрсеткіштері бойынша, бірақ аязға төзімділік жағынан материал әлі де табиғи толтырғыштан төмен.

9) Қоспалардың құрамы жобаланып, ірі толтырғыш ретінде домна қожынан байытылған қиыршық тасты және минералды қоспа ретінде микрокремнеземді пайдалана отырып, асфальтбетонның тәжірибелік үлгілері дайындалды. 3 асфальт-бетон қоспалары дайындалды, оларда ірі толтырғыш ретінде алдын ала байытылған (19-25 мм) және кәдімгі (4.75-19 мм) қож қиыршық тастары, ұсақ толтырғыш ретінде – қож құмы (0.075-4.75 мм) және минералды қоспа ретінде – микрокремнезем пайдаланылды. Микрокремнезем ірі және ұсақ толтырғышпен араласқанға дейін тікелей битумды байланыстырғышқа енгізілді. Негізгі өзгермелі параметр битум массасының микрокремнезем пайызы болды (0,3 %, 6 %).  Араластыру ЛС-АБ-10 асфальтбетон қоспаларының зертханалық араластырғышында жүргізілді.

Scopus және (немесе) Web of Science деректер базасына кіретін халықаралық рецензияланатын ғылыми журналдардағы мақалалар:

1) Kunaev V., Akhmetova G., Zhautikov B., Batyrbek A., Tavshanov I., Charnyi D., Kydyrbayeva S., Kamarova S., Fathi M.S., Suleyev B. Enhancing physical-mechanical properties of coarse slag aggregate via selective crushing for asphalt concrete // Results in Engineering. – 2025. – 26. – 105368. URL: https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.105368 (Web of Science: ESCI: Q1; Scopus: Q1, General Engineering санатындағы 86-шы процентиль).

ҚР ҒжЖБМ ҒЖБССҚК ұсынған журналдардағы мақалалар:

1) Kunaev V., Akhmetova G., Batyrbek A., Tavshanov I., Fathi M. Critical analysis of external and internal structure-forming factors affecting the quality indicators of asphalt concrete based on the industrial wastes // Университет еңбектері. – 2024. – 3(96). – P. 239-246. (ISSN 1609-1825), http://tu.kstu.kz/publication/publication/download/898  .

2) Кунаев В.А., Батырбек Ә.Е., Романов В.И., Фатхи М.Ш., Чарный Д.Ю. Повышение эксплуатационной надежности транспортной инфраструктуры за счет обогащения и снижения истираемости заполнителя асфальтобетона // Университет еңбектері. — 2025. — № 2(99). — Б. 189-195. (ISSN 1609-1825), https://doi.org/10.52209/1609-1825_2025_2_189 .

Халықаралық конференциялардың еңбектер жинағындағы мақалалар:

1) Кунаев В.А. Батырбек Ә.Е., Тавшанов И.С., Романов Д.Ю. Установление множества факторов, определяющих показатели качества асфальтобетона на основе техногенных отходов // Синтез науки и общества в решении глобальных проблем: сборник статей Международной научно-практической конференции. – Уфа: Аэтерна, 2024. – Б. 11-17. (ISBN 978-5-00249-045-5), https://aeterna-ufa.ru/sbornik/NK-604.pdf .

2) Кунаев В.А., Кыдырбаева С.Ж., Романов Д.Ю., Чарный Д.Ю. Новый взгляд на использование доменного шлака в качестве заполнителя дорожного асфальтобетона // Актуальные и перспективные научные исследования: сборник статей III Международной научно-практической конференции. – Пенза: МЦНС «Наука и Просвещение». – 2024. – C. 39-42., https://naukaip.ru/wp-content/uploads/2024/08/MK-2110.pdf?utm_medium=email&utm_source=NotiSend