Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Работы данного этапа были посвящены разработке составов органоминеральных композиционных материалов и изучению процессов структурообразования в зависимости от применяемого сырья и количественного соотношения компонентов с целью достижения заданных параметров. Для систем на основе различных видов связующих и техногенного сырья установлены характер и механизмы взаимодействия компонентов, обеспечивающие экстремальные значения исследуемых свойств; выявлены наиболее эффективные области использования техногенного и вторичного сырья в системах на основе различных видов связующих (функциональный компонент связующего на основе битума / битумной эмульсии / цемента + наполнитель / заполнитель); предложены рецептуры составов органоминеральных композитов (нежесткие / полужесткие) с применением вторичного и техногенного сырья в зависимости от его базовых свойств и приобретенных в процессе техногенных переделов. Анализ базовых свойств исходного сырья, путем применения комплекса методик по определению их активности, позволил установить отсутствие необходимости дополнительной обработки, что существенно упрощает их практическое применение. Для вяжущей системы «цемент – добавка из техногенного сырья» определены рациональные концентрационные пределы добавок в виде зол-уноса (ЗУ) различных типов, обеспечивающих марочную прочность вяжущего. Наибольшими значениями прочности обладают системы с использованием 25 % Троицкой ГРЭС (53,96 МПа) и 15 % Назаровской ТЭС (54,12 МПа). Установлена полифункциональность частиц зол-уноса в составе цементного камня (наполнитель / пуццолановый компонент / гидравлический компонент), обусловленная их составом и морфоструктурными особенностями. Для вяжущей системы «битум – добавка из техногенного сырья». По данным структурно-механических свойств вязкого дорожного битума с применением различных концентраций зол-уноса установлен характер влияния минеральных добавок на свойства органического вяжущего: чем выше содержание оксида кальция, тем большей структурирующей способностью обладает зола. Это выражается в снижении значений комплекса следующих параметров: глубина проникания иглы, растяжимость, температура размягчения и ее изменение после старения. Использование всех зол-уноса в различной степени улучшает теплостойкость битума, характеризующуюся изменением температуры размягчения до и после старения, что обусловлено преобладанием и колебаниями в составе аморфизованных сферических частиц, которые замедляют процесс нагревания. Наиболее высокой структурирующей способностью обладает ЗУ Назаровской ТЭС (концентрация в составе вяжущего 10 %) и ЗУ Троицкой ГРЭС (концентрация в составе вяжущего 15 %). Структурирующий эффект при использовании ЗУ для модификации битума выражается в расширении диапазона эксплуатационных температур вяжущего, способствующего повышению долговечности композитов на его основе. Для вяжущей системы «битумная эмульсия – добавка из техногенного сырья» установлены концентрационные пределы использования кислых зол-уноса, обеспечивающих сохранение качества эмульсионных систем до взаимодействия с минеральными материалами в составе композитов. Для среднераспадающейся битумной эмульсии максимально возможное количество ЗУ Троицкой ГРЭС или Рефтинской ГРЭС составило 4 %, а для медленнораспадающейся – 6 %. Модифицированные эмульсионные системы сохраняют стабильность, вязкость и способны должным образом распределяться по поверхности каменных минеральных материалов. Установлено, что при равномерном распределении в объеме эмульсий добавки выступают в роли регуляторов структурообразования и, как следствие, обеспечивают дисперсное упрочнение композиционных материалов с их использованием. Для расширения спектра областей применения сталеплавильного шлака: предложена технология стабилизации отхода металлургического производства, обеспечивающая переработку и улучшение его свойств в рамках текущего технологического процесса; предложены рецептурно-технологические параметры получения составов полужестких и нежестких композиционных материалов на основе вторичного и техногенного сырья для устройства оснований и покрытий дорожных одежд. По результатам работ в рамках второго этапа опубликовано 8 научных публикаций, в том числе: 1 публикация – в журнале, индексируемом в Scopus (Q1 по SJR, Q1 по CiteScore), Web of Science (ESCI) (Q2 по JCR), RSCI, ядро РИНЦ, по ВАК К1, «Белый список» уровень 1; 1 публикация – в журнале, индексируемом в Scopus (Q3 по SJR, Q3 по CiteScore), Springer, РИНЦ, по ВАК К1, «Белый список» уровень 3; 1 публикация – в журнале, индексируемом в Chemical Abstracts, RSCI, ядро РИНЦ, по ВАК К1, «Белый список» уровень 3; 1 публикация – в журнале, индексируемом в RSCI, ядро РИНЦ, по ВАК К1, «Белый список» уровень 3; 2 публикации – в сборниках трудов конференций, индексируемых в РИНЦ; 2 монографии, индексируемые в РИНЦ. В рамках выполнения проекта членом научного коллектива защищена диссертация на соискание ученой степени кандидата наук.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Работы в рамках данного этапа были посвящены определению физико-механических и эксплуатационных характеристик органоминеральных композитов; разработке математических моделей, позволяющих установить экстремальные значения выходных качественных параметров композитов, при оптимизированной материалоемкости, подразумевающей; расчету различных вариантов конструкций дорожных одежд с применением разработанных материалов в различных слоях; моделированию процесса работы разработанных конструктивных решений; анализу параметров для оптимизации системы принятия решений. В части подбора составов АГБС на основании результатов исследований по вариативности свойств зол-уноса различных типов и их влияния на свойства вяжущих систем различного типа твердения, в том числе в составе полужестких композитов в виде цементоасфальтобетона, обосновано использование в составах асфальтогранулобетонных смесей эффективных концентрационных пределов от массы применяемых вяжущих, установленных экспериментальным путем (25 % от массы вяжущего для частичной его замены в случае с кислыми золами и 15 % – в случае с основными). На основании результатов математического моделирования для обеспечения запаса физико-механических свойств АГБ (т.е. достижения экстремальных значений с учетом частичной замены минерального вяжущего) относительно требуемых минимальных значений согласно ГОСТ Р 70197.1–2022 установлены рациональные составы со следующим содержанием компонентов в 100 % смеси (на минеральном вяжущем/на комплексном вяжущем): 95,7/94,8 % асфальтобетонного гранулята; 2,15 при использовании кислой золы-уноса (2,44 при использовании основной золы-уноса)/2,35 % цемента; 0,70 кислой золы-уноса (0,43 основной золы-уноса)/0,64 % кислой золы-уноса; 1,45 (1,43) % воды/2,83 % битумной эмульсии. Разработанные составы асфальтогранулобетонных смесей на основе минераль-ного и комплексного вяжущего, позволяющие получать асфальтогранулобетон со следующими характеристиками: R22 (7 сут.) – 0,48–0,61 МПа; R40 (7 сут.) – 0,41–0,58 МПа; R22 (28 сут.) – 1,23–1,47 Мпа; водостойкость – 0,73–0,85. Обоснованы особенности получения асфальтогранулобетонных смесей не зависимо от технологии переработки существующих слоев дорожных одежд из асфальтобетона, заключающиеся в необходимости предварительного смешения золы-уноса, с учетом ее состава, с минеральным вяжущим и последующим смешением с остальными компонентами. Предложены конструктивные решения для автомобильных дорог различных категорий. На основании расчета работы слоя основания из АГБ показана целесообразность применения разработанного композита для частичной замены сырья в виде щебня и песка. Эффективность разработанных АГБС для устройства оснований и покрытий обусловлена использованием вторичного и техногенного сырья взамен традиционного, а также обеспечением Кпр=1,8 при устройстве верхнего слоя основания автомобильной дороги III технической категории, а также Кпр=1,41 при устройстве слоя покрытия автомобильной дороги IV технической категории для IV дорожно-климатической зоны. Разработаны обобщенные принципы получения органоминеральных композиционных материалов на основе вторичного сырья в виде асфальтового гранулята с применением зол-уноса различных типов в сочетании с различными вяжущими системами, заключающиеся в подборе рационального соотношения вяжущей системы и зол-уноса с учетом типа последних, выполняющих роль регуляторов структурообразования в составе вяжущих систем («цемент – зола-уноса» / «цемент – зола-уноса – битумная эмульсия» в зависимости от базовых состава и свойств асфальтобетонного гранулята) при частичной замене цемента. Установлены закономерности влияния рецептурных факторов на формирование свойств асфальтогранулобетонов при комплексном использовании вторичного и техногенного сырья с учетом процессов структурообразования в зависимости от применяемого вида вяжущего (цемент/цемент + битумная эмульсия), позволяющие установить рациональные границы варьирования для получения дорожных композитов с заданными свойствами как для устройства покрытий, так и оснований. Предложены варианты конструкций дорожных одежд с использованием асфальтогранулобетонов для устройства различных конструктивных слоев (основание, покрытие) автомобильных дорог III и IV технической категории. На основании расчетных данных установлена работа конструкции при использовании в верхнем слое основания автомобильной дороги. С учетом комплексного подхода по подбору составов органоминеральных композитов их свойств и работоспособности в конструкциях выявлены следующие ключевые параметры, которые целесообразно использовать для системы поддержки принятия решений: гранулометрический состав асфальтобетонного гранулята; групповой состав вяжущего в составе асфальтового гранулята; равномерность покрытия минеральной части асфальтового гранулята битумом; предел прочности при непрямом растяжении АГБ при температуре 40 оС через 7 суток; предел прочности при непрямом растяжении АГБ при температуре 22 оС через 28 суток; водостойкость АГБ; коэффициент запаса прочности при расчете проектных решений с использованием АГБ.