Использование полимерных модификаторов в производстве асфальтобетона

    Сложившаяся в Украине тенденция, заключающаяся в уменьшении расхода для модификации дорожных битумов дорогостоящих полимеров, обусловливает необходимость углубленного изучения битумополимерных вяжущих. При этом существенный научный и практический интерес представляют БПВ, приготовляемые на битумах разных марок. В табл.1 приведены данные, позволяющие сравнить свойства битумов всех четырех марок, включенных в ГОСТ 4044-2001 и БПВ на их основе, модифицированных непосредственным введением в битумы 3 % полимера СБС. В соответствии с этими данными пенетрация при 25 С всех модифицированных битумов ниже, чем исходных битумов. При этом степень ее понижения тем выше, чем менее вязок (более мягок) исходный битум, т.е. чем выше его пенетрация. Например, пенетрация исходного битума 53х0,1 мм после модификации уменьшилась в 1,47 раза, а пенетрация исходного битума 145х0,1 мм – в 2,07 раза. Такое уменьшение пенетрации находится в хорошем согласии с изменением когезионной прочности битумов. Для тех же объектов когезия после модификации возрастает соответственно в 1,54 и в 2,22 раза. Однако ни пенетрация, ни температура размягчения, ни когезия БПВ на основе битума с начальной пенетрацией, равной 145х0,1 мм, не достигают значений, присущих БПВ, полученных на основе более вязких битумов. Для того, чтобы БМП на основе маловязких битумов превзошли по указанным показателям БМП на высоковязких битумах, содержание полимера в них должно быть большим 3 %. Вяжущее на основе битума БНД 90/130 приближается по свойствам к БПВ на основе БНД 40/60 с 3 % СБС в случае содержания в нем полимера более 6 %. Такое вяжущее в соответствии с его структурными особенностями должно быть отнесено к полимербитумам [2].

 

 

 

 

 

 

 

5 СДВИГОУСТОЙЧИВОСТЬ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ АСФАЛЬТОПОЛИМЕРБЕТОНОВ

 

     Дорожные бетоны на основе битумов, модифицированных полимерами,

могут классифицироваться как  асфальтополимербетоны. Наиболее эффективно свойства БМП сказываются на сдвигоустойчивости асфальтополимербетонов. Именно необходимость повышения устойчивости против колееобразования явилась в 60-ые годы первопричиной повышенного интереса к БМП, а затем и их широкого распространения. Возможность обеспечить повышенную сдвигоустойчивость асфальтобетонов за счет модификации битумов полимерами непосредственно вытекает из принципа соответствия свойств этих материалов. С ростом когезионной прочности вяжущего и понижением его пенетрации за счет модификации, растет

сдвиговая прочность асфальтополимербетона (рис.7). Более того, когезионная зависимость прочности является общей для асфальтобетонов и асфальтополимербетонов, тогда как зависимости сопротивления сдвигу от температуры размягчения индивидуальны для каждого из этих объектов. В то же время прирост сопротивления сдвигу отстает от прироста когезии: увеличение когезии вяжущего в 5 раз приводит к увеличению сопротивления бетону сдвигу в 2,3 раза. Это связано с тем, что в асфальто- и асфальтополимербетоне вяжущее находится в структурированном минеральной подложкой состоянии, что снижает возможности полного проявления вяжущим своих свойств в наполненных системах, какими являются асфальто- и полимербетоны. Кроме того, бетоны являются пористыми системами, что также сопровождается ослаблением усиливающего влияния вяжущего на формировании их прочности. Объективная оценка влияния различных битумополимеров и битумов на

сдвигоустойчивость (и др. механические свойства) бетонов возможна только в случае сравнения объектов с оптимальным содержанием вяжущего. Под оптимальным понимают такое его содержание, при котором обеспечивается мак симальное или минимальное значение показателя свойств (например: максимальная прочность, минимальная деформативность при высоких и максимальная деформативность при низких температурах и др.).

Поскольку увеличение содержания полимера в битуме от 1,5 до 10 % приводит почти к прямолинейному увеличении когезии БМП, то соответственно и сопротивлении сдвигу подчиняется подобной зависимости: увеличение когезии вяжущего от 0,05 МПа до 0,18 МПа (3,6 раза) увеличивает прочность бетона от 0,14 до 0,34 МПа (2,4 раза). Отставание

темпа роста сопротивления  сдвига от прироста когезии обусловлено  причина ми, приведенными выше. Также, как и в предыдущем случае, по мере увеличения содержания полимера в вяжущем, т.е. по мере нарастания его когезионной прочности или понижения пенетрации, увеличивается необходимое для обеспечения максимальной прочности бетона, на данном битуме, содержания вяжущего. При переходе от чистого битума к битуму с 3 % СБС расход вяжущего растет на 10-15 %, а при переходе к БМП с 10 % СБС его расход увеличивается почти на 70 %. Таким образом, получение высококачественных асфальтобетонов за счет использования полимеров связано с повышением их стоимости. В тоже время европейский опыт показывает, что дополнительные расходы при использовании полимеров компенсируются уменьшением затрат на эксплуатацию и ремонт покрытий из таких асфальтобетонов [2].

 

 

 

 

 

 

6 ВОДОУСТОЙЧИВОСТЬ АСФАЛЬТОПОЛИМЕРБЕТОНОВ

 

       В качестве критериев сопротивляемости асфальтобетона разрушающему

действию воды использованы коэффициенты водоустойчивости, определяемые после 15 и 30 суток водонасыщения. Введение в битум каждого из трех выше упомянутых полимеров приводит к существенному росту коэффициентов водоустойчивости как после 15-ти суточного (0,05..0,06), так и 30-ти суточного водонасыщения (0,05…0,06). Обычно такой прирост водоустойчивости обнаруживается в результате повышения сцепления вяжущего с пластиной на 25…35%. Реальный прирост сцепления составил для случая использования в качестве модификаторов СБС и Элвалоя соответственно 6 и 11 %, в случае же катионактивного латекса прирост соответствовал 52 %. Полученные значения коэффициентов водоустойчивости после 15 суток водонасыщения несколько уступают

тем, что нормируются стандартом для асфальтобетонов на вязких битумах  с пенетрацией 40…90х0,1 мм.

         Активация битумополимерных вяжущих катионактивным ПАВ дает прирост коэффициентов водоустойчивости в пределах 0,3-0,5 и поднимает значение коэффициентов водоустойчивости асфальтополимербетонов до уровня, отвечающего и даже превышающего требования стандарта (0,85). Этот вклад ПАВ в водоустойчивость асфальтополимербетона несколько ниже обычно наблюдаемого в случае асфальтобетона на битуме с ПАВ (1,0-1,2). Прирост такого уровня в асфальтополимербетонах достигается совместным воздействием полимера и ПАВ. Вероятно, степень сцепления обусловлена общим количеством активных центров поверхности каменных материалов, вступающих во взаимодействие с молекулами полимеров и ПАВ, что и определяет итоговое значение сцепления и коэффициентов водоустойчивости. Превалирующее влияние на сцепление полимеров или ПАВ определяется скоростью их адсорбционного взаимодействия с поверхностью каменных материалов.

Больший прирост сцепления  вяжущих с пластиной, по сравнению  с при-

ростом коэффициентов  водоустойчивости при использовании  ПАВ в асфальтополимербетонах объясняется: минералогической неоднородностью (различной активностью отдельных участков) каменных материалов, составляющих асфальтобетон (наличие материалов из кислых и основных пород); стесненными условиями попадания воды к дефектам пленок, обволакивающих каменные материалы; меньшей скоростью диффузии воды сквозь пленку вяжущего из пор асфальтобетона; сложными условиями капиллярного смачивания, подъема и транспортирования воды в объеме асфальтополимербетона.

       Накопленный к настоящему времени научный и производственный опыт

свидетельствует о преимуществах  асфальтобетонов на модифицированных полимерами битумах, по сравнению с  обычными асфальтобетонами в отношении: прочности и сдвигоустойчивости; температуры хрупкости и трещиностойкости (при соответствующем содержании полимера); устойчивости в водной среде; и, в конечном итоге, долговечности асфальтополимербетонных покрытий. В тоже время обеспечение этих преимуществ требует усложнения технологической подготовки вяжущих, приводит к удорожанию вяжущего из-за высокой стоимости полимеров, оно сопряжено со значительным дополнительными затратами энергоресурсов, необходимых для проведения всех технологических процессов, при температурах 15-25 °С более высоких, чем в случае традиционных битумов и асфальтобетонов [2].

 

 

 

 

 

ВЫВОДЫ 

 

    Поиски способов  повышения эксплуатационной надёжности  верхних слоев покрытия, путем  увеличения сопротивления колееобразованию  асфальтовых слоев и уменьшения  количества отраженных трещин  явились главным фактором, выполненных  в последние тридцать лет исследовательских  работ, направленных на улучшение  свойств битумных вяжущих.

     Для этого осуществляли: обработку нефтяного сырья, обеспечившую получение специальных и твердых битумов; модификацию структуры битумов с помощью различных полимеров, как правило, заключающую процессами химической сшивки; введения добавок в смеси.

    Модифицированые  и специальные битумы, по сравнению  с классическими, отличаются существенно  большей стоимостью. Их использование не может сводится к простой замене классических битумов, за исключением применения в раенах с суровым климатом, для которых свойства и температурная устойчивость чистых битумов является недостаточным.

    Отсутствие комплекса  технических требований на модифицированные  и специальные битумы может  оказаться существенным припятствием  к широкому применению этих  материалов во многих странах.  Разработка технологических требований, без сомнения, является важнейшей  задачей в этой области на  ближайшие годы.

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. D-C. Thompson, J-F. Hagman, The modification of asphalt with neoprene, |   in uiion of Asphalt Paving Technologists, Vol. 27, pp. 494-512, 1958

2.      Модифицированные битумные вяжущие, специальные битумы и биту-

мы с добавками в  дорожном строительстве / Routes-Roads, № 303.

1999. –Пер.с французского  под общей ред.Золотарева В.А., Братчуна

В.И. –Харьков: Изд-во ХНАДУ, 2003. -229с

3. Модифицированая добавка  Полидом/ Прокофьев. М.В., Мацонин Р.А.-Киев: Государственый дорожном научно-исследовательском институте имени М.П.Шульгина

4. D. -A. Clark, Fourier transform infrared microscopy: a further dimension 111 small sample analysis, Analytica Proc, 29-3, p. 110, 2004

5. Wallner B., Worner Th. Extended test on polymer modified bituminous

binder. Eurobitume Workshop 99. – Luxembourg. – 1999. – Paper № 64