Эффективность применения резинобитумного вяжущего при строительстве асфальтобетонных покрытий

Существующая практика использования традиционных битумов для дорожного строительства приводит к преждевременному разрушению земляного полотна, из-за чего выделяемые государством средства в основном расходуются на ремонт эксплуатируемых дорог. Одним из направлений в повышении транспортно-эксплуатационных свойств покрытий дорожных одежд является модификация битума полимерными добавками (ПБВ), направленными на расширение температурного интервала их надежной работы, поэтому использование ПБВ отвечает целям государственной целевой программы «Развитие транспортной системы России», согласно которой к 2030 г. в стране должно появиться не менее 20 тыс. км современных дорог. В 60-х годах и в СССР были начаты исследования по возможности применения дробленой резины изношенных шин в качестве добавки, улучшающей свойства асфальтобетонной смеси, по двум направлениям, отличающимися способом введения резиновой крошки в асфальтобетон. Первый способ был основан на введении резиновой крошки непосредственно в мешалку АБЗ сразу после минерального материала с последующим добавлением битума и окончательным перемешиванием смеси. Это так называемый «сухой» способ, получивший наибольшее распространение.

Однако, при введении резиновой крошки непосредственно на нагретые каменные материалы происходит ее дополнительная термовулканизация с образованием углеродных связей, образующих жесткую сетку, поэтому перераспределение напряжений затруднено.

Очевидно, этим и можно объяснить результаты мониторинга асфальтобетонных покрытий, построенных из смесей, в которые резиновый модификатор вводили «сухим» способом. С течением времени происходило выкрашивание резиновой крошки, последующее разуплотнение и увеличение показателя водонасыщения. Второй способ — введение резиновой крошки непосредственно в вяжущее, с применением которого и осуществляется приготовление асфальтобетонной смеси, так называемый «мокрый» способ. Авторами данной статьи предложена технология приготовления резинобитумного вяжущего и асфальтобетонной смеси с его использованием.

Резинобитумное композиционное вяжущее представляет собой однородную смесь дорожного битума с мелкодисперсной резиновой крошкой, полученное в результате перемешивания этих компонентов, при этом температурный и временной режимы подобраны в зависимости от особенностей свойств резиновой крошки. В процессе перемешивания при высокой температуре происходит частичная девулканизация резиновой крошки в масляных фракциях битума, частицы резины полностью не растворяются, а связываются с компонентами битума подвижными химическими связями и проявляют свои эластичные свойства уже в составе композиционного вяжущего. В отличие от обычных битумов, полученные вяжущие, сочетающие полезные свойства двух основных компонентов неоднородны по фазовому и химическому составу. В их составе битум выполняет функции жидкой или псевдожидкой термопластичной матрицы, а частицы резины создают упругий силовой каркас в объеме вяжущего.

Применение резиновой крошки в качестве модификатора композиционного вяжущего требует обязательного учета ее физико-химических свойств и структуры, которые значительно отличаются. На данный момент, вне зависимости от технологии производства резиновой крошки, сортировка отработанных шин производится только по их диаметру без учета химического состава и особенностей структуры исходных каучуков, так как действующими нормируемыми показателями качества готового продукта являются гранулометрический состав и количественный показатель примесей корда. Именно поэтому конечные свойства получаемого продукта (резиновой крошки) отличаются. Для исследований принята резиновая крошка 4 партий, изготовленных в разное время по идентичной технологии, Как и ожидалось, гранулометрический состав резиновой крошки одинаков для всех партий и удовлетворяет требованиям «Методических рекомендаций по строители™ асфальтобетонных покрытий с дробленой резиной» (табл.1).

Для определения влияния особенностей химического состава и структуры резиновой крошки различных партий на конечные свойства продукта установлено с применением разработанных методик. Определены: относительная степени вулканизации резиновой крошки (путем введения ее в органический растворитель, близкий по коэффициенту рефракции к масляным фракциям битума, для определения массовой доли перешедшей в раствор), что косвенно свидетельствует о степени структурированности резиновой крошки; количество сухого прокаленного остатка, свидетельствующего о количестве инертного наполнителя в исходной резине, построен график зависимости этих показателей. Результаты представлены в таблице 2 и на рис. 1.

В зависимости от данных сравнительных показателей, для каждой партии резиновой крошки оказалось возможным скорректировать технологию приготовления резино- битумного вяжущего, путем варьирования температурных и временных рамок, для получения резинобитумных вяжущих, удовлетворяющих требованиям для полимернобитумного вяжущего (табл. 3). Вяжущие имеют близкие показатели нормируемых ГОСТ 2245-90 на ПБВ 40 свойств.

Использование резинобитумного вяжущего при приготовлении гцебеноч- но-мастичного асфальтобетона позволяет отказаться от стабилизирующих добавок и получить ЩМА полностью удовлетво-ряющий требованиям ГОСТ 31015-2002, с повышенной теплостойкостью. Данные по сравнению устойчивости к расслаиванию и показателей стекания щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси представлены в табл. 4. Данные о свойствах ЩМА-15, получен¬ном с применение резинобитумного вяжущего, представлены в табл. 5.

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1. Резиновая крошка даже произведенная по одной технологии имеет существенные начальные отличия вследствие различий в свойствах сырья для производства шин.
2. Введение крошки «сухим» способом приводит к дополнительной термовул-канизации резины, что не гарантирует стабильности асфальтобетона и его транспортно-эксплуатационных характеристик и может вызывать разуплотнение и снижение водостойкости.
3. В зависимости от степени структурированности резиновой крошки и количестве инертного наполнителя необходим индивидуальный подбор технологии производства резинобитумного вяжущего.
4. Использование резинобитумного вяжущего, в качестве вяжущего для ЩМА позволяет отказаться от стабилизирующих добавок и существенно увеличить теплостойкость асфальтобетона.

Г. С. Духовный, к. т. н„ профессор,

 А. В. Сачкова, А. О. Короткова (БГТУим. В.Г.Шухова)

По матералам журнала «Мир дорог» №78 окт 2014