+7 342 228-90-00 +7 922 320-18-98

Влияние вида пластификатора на свойства битума и полимерно-битумных вяжущих.

 Все чаще в проектную документацию на строительство и реконструкцию автомобильных дорог включаются полимернобитумные вяжущие (ПБВ) для устройства покрытий из полимерасфальтобетонных смесей. Это связано с тем, что использование этого вяжущего позволяет уменьшить возникновение пластических деформаций и тем самым продлить срок службы покрытия. Актуальность и востребованность данного вида вяжущего на дорожно-строительном рынке РФ активизировали многочисленные исследования в этом направ¬лении [1-5].

Безусловно, что наиболее целесообразно и эффективно для приготовления ПБВ применять битумы с пенетрацией 130— 200 и 200-300 мм-1 в этом случае не требуется пластификация, но это, к сожалению, не всегда возможно. И связано это не только с несовершенством битумов, производимых российскими нефтеперерабатывающими заводами (НПЗ). Есть золотое правило торговли, в соответствии с которым «клиент всегда прав!». А вот выполнить пожелания заказчика, варьируя исключительно соотношением битум/ полимер, бывает невозможно. И в этом случае для достижения качественных показателей модифицированного вяжущего необходимым условием становится использование пластификатора.

При этом любой дополнительный компонент в составе ПБВ — это не только удорожание продукции, но и нарушение «хрупкого» равновесия в системе «битум- полимер», поэтому к выбору пластификатора надо подходить здравомысляще и аккуратно.

В работе для постановки эксперимента был использован битум БНДУ 60 ОАО «Лукойл-Нижегороднефтеоргсинтез» показатели свойств которого представлены в табл. 1, и полимеры — Кратон D 1101 и отечественный аналог SBS L 30-01 А. Очевидно, что получить эффективное ПБВ 60 из битума с пенетрацией 64 мм1  невозможно. Будет наблюдаться недостаток легких фракций для набухания и растворения полимера в вяжущем.

Влияние вида пластификатора на свойства битума и полимерно-битумных вяжущих МД 88 1

В связи с этим встал актуальный вопрос о необходимости использования пластификатора. В качестве пластификаторов рассматривались: мазут М-100, масло индустриальное И-40, Азол 1101 производства ОАО «Котласский химический завод» (Архангельская обл., г. Коряжма) и Унипласт производства ООО «Селена» (Белгородская обл., г. Шебекино).

В общем виде, эффективность растворения полимера в битуме зависит от молекулярной массы полимера; размера частиц полимера; вязкости исходного битума и его группового состава; температурного режима приготовления ПБВ; продолжительности перемешивания вяжущего.

В работе было принято, что молекулярная масса, температурный режим приготовления и продолжительность перемешивания ПБВ — величины неизменные. Варьирование происходило за счет вязкости пластифицированного битума и полимера. Подбор составов ПБВ и исследование их свойств проводили по стандартной методике.

Для оценки влияния различных пластификаторов на показатели свойств битума и определения необходимого их количества для разжижения вяжущего пластификатор вводился в количестве от 0 до 5%. Дальнейшее увеличение содержания пластификатора было нецелесообразно с экономической точки зрения. Полученные данные представлены в таблицах 2-3.

Пластификатор не должен быть летучим. Наличие значительного количества летучих компонентов в составе вяжущего определяет высокую скорость их испарения при прогреве, что является показателем склонности вяжущего к старению и способствует значительному изменению температуры размягчения.

Как видно из таблицы 3, исследуемые пластификаторы не оказали значительного влияния на изменение массы разжиженного битума после прогрева, однако «лидером» в серии пластификаторов стало масло индустриальное. Для битума, пластифицированного индустриальным маслом, характерна максимальная потеря массы после прогрева.

Минимальные показатели были получены при использовании мазута М-100 и пластификатора № 4. Этот же пластификатор показал наилучший пластифицирующий эффект битума при содержании 3-4%.

Основная цель первого этапа эксперимента — путем разжижения битума выйти на его пенетрацию при температуре 25°С в интервале 85-90 мм1, при которой становится возможным набухание, растворение и гомогенизация полимера. В процессе интерполяции полученных результатов за оптимальное содержание пластификатора в битуме было принято: Мазут М-100-3,5%; Масло И-40-4,5%; Азол — 3,5%, Унипласт — 2,5%. Установленные концентрации пластификатора были использованы для дальнейшего подбора состава ПБВ-60. Оптимальные составы ПБВ, соответствующие соотношению «цена-качество», и показатели их свойств представлены в таблице 4.

Как видно из таблицы, при использовании полимера SBS L 30-01А наиболее эффективные составы получены при работе с пластификатором «Унипласт», пластификатор «Азол» также показал хорошие результаты. Если рассматривать серию экспериментов с полимером Кратон D 1101, то необходимо отметить, что при использовании индустриального масла был получен наиболее эффективный состав ПБВ 60 с позиции стандартных показателей качества. Очевидно, это связано с его значительным содержанием. Использование мазута в качестве пластификатора в данной системе не позволило получить кондиционное вяжущее. Независимо от вида полимера получить вяжущее, отвечающее совокупности полезных свойств, удалось при использовании в качестве пластификатора «Унипласт» и «Азол», что связано с отсутствием в их составе минеральных масел и наличием органической кислоты, позволяющей им эффективно в совокупности с битумом растворять полимер. Известно [3], что растворение с предварительным набуханием характерно только для веществ с достаточно большой молекулярной массой при значительной разнице в скоростях диффузии смешиваемых веществ. Набухание отличается от обычного смешивания тем, что этот процесс односторонний. Молекулы растворителя проникают в свободное пространство между звеньями изогнутых цепей макромолекул полимера, раздвигая сначала отдельные участки, а затем макромолекулы. В то время как полимер поглощает растворитель, макромолекулы СБС не успевают переместиться в жидкую фазу. После того, как цепи макромолекул достаточно отодвинуты, друг от друга, и ослаблено взаимодействие между ними, начинается диффузия макромолекул в фазе растворителя. Интенсивность и качество протекающих процессов определяют на выходе товарные свойства ПБВ.

Переход на новые требования к качеству используемых в дорожной отрасли материалов обуславливает необходимость соответствия их не только отечественным стандартам [6], но и европейским требованиям [7]. В частности, для ПБВ становятся неотъемлемыми показатели расслоения и старения, таблица 5, особенно если речь идет о системе, в которой дополнительно присутствует пластификатор.

Влияние вида пластификатора на свойства битума и полимерно-битумных вяжущих МД 88 2

 

При изучении стабильности свойств приготовленных ПБВ после нахождения в тубе максимальное расслаивание наблюдается у образцов, приготовленных с использованием масла индустриального и полимера Кратон D 1101. Дефективность состава прослеживается не только при изучении расслаиваемости в тубе, но и при изучении устойчивости к старению, которая определялась по методу TFOT (старение в тонкой пленке). Наименьшей склонностью к проявлению дефектов характеризуются образцы, приготовленные на Унипласте и Азоле.

В этом случае расслоение и разница в показателях минимальны независимо от полимера. Наивысшую склонность к деструктивным процессам (расслоению, старению) показали образцы, приготовленные с использованием масла индустриального, что в полной мере согласуется с данными таблиц 2-3 и является неопровержимым доказательством

неоднозначности его использования при приготовлении ПБВ с точки зрения потери качества продукции.

Как видно, наличие пластифицирующих компонентов в вяжущем в ряде случаев является необходимым условием на пути получения качественного ПБВ. Однако стоит отметить, что именно пластификатор вносит основной вклад в процессы деструкции, проявляющиеся в виде расслоения и старения, оценку которой производили по изменению массы вяжущего и температуры размягчения после прогрева. Поэтому одним из основополагающих требований к пластификаторам должно выступать свойство — максимально долго сохранять показатели в идеальном исполнении до окончания срока использования композиции.

Таким образом, можно заключить, что при разработке составов ПБВ необходимо тщательно подходить к выбору совокупности системы «битум — полимер — пластификатор», так как существует вероятность их несовместимости, либо использовать специальные приемы, направленные на уменьшение их конкурирующей между собой способности.

М.А. Высоцкая, к.т.н., С. Ю. Шеховцова, А.О. Ширяев, Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Quintero L. S.( L. E. Sanabria, Analysis of Colombian Bitumen Modified With a Nanocomposite // Journal of Testing and Evaluation (JTE). 2012. Volume 40. Issue 7. PP. 93-97.
  2. Полякова В. И., Полякова С. В. Особенности получения и применения полимерно-битум­ных вяжущих в дорожном строительстве // Дороги и мосты. 2013. № 3. С. 277-298
  3. Хозин В. Г., Низамов Р.К. Полимерные нанокомпозиты строительного назначения //Стро­ительные материалы. 2009. № 8. С. 32-35.
  4. Аюпов, Д.А., Мурафа А. В. Модифицированные битумные вяжущие строительного назна­чения // Строительные материалы. 2009. № 8. С. 50-51.
  5. ГОСТ Р 52056-2003. Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блоксополиме- ров. Введ. 01.01.2004. М.: Изд-во стандартов, 2003. 23 с.
  6. EN133399 Определение стабильности модифицированных битумов. Введ.01.01.2015.

М.: Изд-во стандартов, 2013.12 с.

Статья по материалам журнала «Мир дорог» № 88. Апрель 2016

Адрес

614065, Россия, Пермский край
г. Пермь, ул. Энергетиков, 34

эл. почта: pretor-perm@mail.ru

Телефон

+7 922 320-18-98
+7 342 287-47-28

факс: +7 342 228-90-00

Joomlarulit.com