Применение битумно-полимерных вяжущих в строительстве дорог

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Битумы

2. Получение нефтяных битумов

3. Характеристика структурно-механических свойств битумов

4. СБС полимер

5. Способы изготовления ПБВ

6. Применение ПБВ в дорожном строительстве

7. Технические требования к ПБВ

Список используемой литературы

1. Битумы

Полимерно-битумное вяжущее (ПБВ) - композиционный материал, получаемый путем смешения и гомогенизации битумов с блок-сополимерами типа СБС, пластификаторами и ПАВ.

Битумы являются неотъемлемой частью ПБВ. Битумы делятся на две группы, в зависимости от способа их получения на природные и нефтяные битумы. битумный полимерный вяжущий строительство

Природные битумы (вязкие и жидкие) могут встречаться как в чистом виде, так и в «битуминозных» породах. Битуминозными или асфальтовыми породами называют горные породы (известняки или песчаники), пропитанные природными битумами. Они образовались в земной коре в результате длительных процессов окисления и полимеризации нефти, пропитавшей эти осадочные горные породы.

Вязкие природные битумы получают путем извлечения их из известняков, доломитов или песчаников, пропитанных природными битумами.

Природные битумы по ряду показателей их свойств (высокой адгезии, погодоустойчивости) превосходят нефтяные. Применение природных битумов в строительстве ограничивается высокой стоимостью и относительно малым объемом их производства. Вязкие природные битумы используются главным образом в химической и лакокрасочной промышленности. При переработке асфальтовых горных пород могут быть получены асфальтовый порошок, асфальтовая мастика или асфальтовый бетон для холодной укладки. Асфальтовый порошок получают путем измельчения карбонатных пород, если содержание природного битума в них не превышает 2... 3% по массе. Он имеет широкое применение для изготовления асфальтовых бетонов и растворов. Асфальтовая мастика -- продукт объединения асфальтового порошка с природным или нефтяным битумом.

К недостаткам как природных, так и нефтяных битумов следует отнести их повышенную хрупкость при отрицательных температурах.

В качестве природных жидких битумов в строительстве используются тяжелые, высокосмолистые нефти.

Нефтяные битумы представляют собой твердые, вязкопластичные или жидкие продукты переработки нефти. По химическому составу битумы -- сложные смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных азота, кислорода и серы, полностью растворимые в сероуглероде. Для исследования битумов их разделяют на основные группы углеводородов (близкие по свойствам) -- масла, смолы, асфальтены, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды.

Масла -- смесь циклических углеводородов (в основном нафтенового ряда) светло-желтой окраски с плотностью менее 1 и молекулярной массой 300...500; повышенное содержание масел в битумах придает им подвижность, текучесть. Количество масел в битумах колеблется в пределах 45...60%.

Смолы -- вязкопластичные вещества темно-коричневого цвета с плотностью около 1 и молекулярной массой до 1000. Смолы имеют более сложный состав углеводородов, нежели масла. Они состоят в основном из кислородных гетероциклических соединений нейтрального характера и придают битумам большую тягучесть и эластичность. Содержание смол 15.,30%.

Асфальтены и их модификации (карбены и карбоиды) - твердые, неплавкие вещества с плотностью несколько больше 1 и молекулярной массой 1000...5000 и более. Эта группа углеводородов является существенной составной частью битумов. Повышенное содержание асфальтенов в битуме определяет его высокие вязкость и температурную устойчивость. Общее содержание асфальтенов в различных битумах составляет 5...30% и более.

Карбены и карбоиды встречаются в битумах сравнительно редко в малом количестве (1...2%) и способствуют повышению хрупкости битума.

Асфальтовые кислоты и их ангидриды -- вещества коричневатого цвета смолистой консистенции с плотностью более 1. Они относятся к группе полинафтеновых кислот и могут быть не только вязкими, но и твердыми. Асфальтогеновые кислоты являются поверхностно-активной частью битума и способствуют повышению сцепления его с поверхностью минеральных заполнителей. Содержание их в нефтяных битумах составляет около 1 %.

Вышеуказанные группы углеводородов битума образуют сложную дисперсную систему -- коллоидный раствор, в котором жидкая среда --это масла и раствор смол в маслах, а твердая фаза представлена асфальтенами, на поверхности которых адсорбированы асфальтогеновые кислоты. Масла, смолы и асфальтены входят в состав битумов в различных соотношениях и тем самым предопределяют их структуру. В зависимости от количественного содержания масел, смол и асфальтенов (а также от температуры нагрева) коллоидная структура битума -- «гель», «золь», «зольгель» претерпевают изменения от типа «золь» до типа «гель». Структура гель -- характерна для твердых битумов при температуре 2О...25°С и обусловливается обычно повышенным содержанием асфальтенов. Структура золь присуща битумам жидкой консистенции с повышенным содержанием смол и масел.

2. Получение нефтяных битумов

Нефтяные битумы получают на нефтеперерабатывающих заводах из различных нефтей отличающихся друг от друга химическим составом и свойствами.

Нефть на заводах подвергается фракционной перегонке с целью получения светлых продуктов (бензина, лигроина, керосина) смазочных масел и других видов нефтепродуктов. Нефтяные остатки после отбора более легких по массе фракций -- гудрон, крекинг -- в дальнейшем используют в качестве сырья для получения нефтяных битумов заданных свойств. В настоящее время нефтяные битумы получают при атмосферно-вакуумной перегонке нефти (остаточные битумы); окислением нефтяных остатков (окисленные битумы) и смешением остатков, образующихся при перегонке нефти (компаундированные битумы).

Остаточные битумы представляют собой продукты малой вязкости и обычно подвергаются окислению.

Окисленные битумы получают путем продувки воздухом нефтяных остатков (гудрона) на специальных окислительных установках до заданной вязкости. В результате взаимодействия кислорода воздуха с гудроном в процессе продувки идет реакция образования высокомолекулярных компонентов окисленного битума и повышение его вязкости. За последнее время освоен метод непрерывного окисления битума. Нефтяные остатки при температуре около -210°С поступают в реактор, где с помощью специальных аппаратов (диспергаторов) засасывается воздух и распределяется в окисляемом продукте. В данной технологии наряду с интенсификацией процесса окисления улучшается качество окисленного битума.

Смешанные (компаундированные) битумы получают в основном путем смешения битума деасфальтизации (остаточный продукт после обработки гудрона жидким пропаном) с масляными дистиллятами.

Нефтяные битумы, как твердые или вязкопластичные, так и жидкие, находят широкое применение в строительстве. Их используют для устройства дорожных покрытий, покрытий аэродромов, устройства плоских кровель, ирригационных каналов, производства гидроизоляционных и кровельных материалов в лакокрасочной и химической промышленности.

3. Характеристика структурно-механических свойств битумов

Важнейшими свойствами битумов, характеризующими их качество, являются вязкость, пластичность, температуры размягчения и хрупкости; кроме того, следует отметить высокую адгезию, обусловливающую способность битумов сцеплять в монолит минеральные зерна заполнителей; они способны также придавать гидрофобные свойства материалам, обработанным битумом.

Основной характеристикой структурно-механических свойств битумов является вязкость, зависящая главным образом от температуры и группового состава. Вязкость -- сопротивление внутренних слоев битума перемещению относительно друг друга. Для многих битумов вязкость непостоянна и уменьшается с увеличением напряжения сдвига или градиента скорости деформации. При повышении температуры вязкость снижается, при ее понижении вязкость быстро возрастает, а при отрицательных температурах битум становится хрупким. Для измерения структурной вязкости применяют различные приборы, позволяющие определить вязкость в абсолютных единицах (Па-с) или выразить ее в условных единицах. Для характеристики вязкости, точнее величины обратной вязкости, т.. е. текучести битумов, принимается условный показатель -- глубина проникания иглы в битум (пенетрация). Глубину проникания иглы в битум определяют на приборе -- пенетрометре при действии на иглу груза массой 100 г в течение 5 с при температуре 25°С или 0°С при грузе 200 г в течение 60 с. Пеиетрация твердых или вязких битумов выражается в единицах (градусах), равных 0,1 мм проникания иглы в битум. Чем больше вязкость, тем меньше проникание иглы в битум.

Пластичность является важным свойством битумов. Она повышается с увеличением содержания масел, длительности действия нагрузки и повышения температуры. Пластические свойства твердых и вязких битумов условно характеризуются растяжимостью (дуктильностью) --способностью вытягиваться в тонкие нити под действием внешних постоянных сил. Растяжимость определяют на специальном приборе -- дуктилометре при скорости деформации образца битума в виде «восьмерки» 5 см/мин, температурах испытания 25 и 0°С. Показателем растяжимости служит длина нити в момент разрыва образца, выраженная в сантиметрах. Пластические свойства битума зависят от температуры, группового состава и структуры. Так, например, с повышением содержания смол и асфальтенов пластичность при постоянной температуре битумов возрастает.

Существенной характеристикой свойств битума является также и температура размягчения, определяемая на приборе «кольцо и шар» («К и Ш»), Температура размягчения битума, выраженная в градусах Цельсия, соответствует температуре водяной бани в стакане прибора в момент, когда битум, имеющийся в латунном кольце (диаметр 16,0 мм), деформируясь под воздействием металлического шарика массой 3,5 г и постепенного нагрева воды со скоростью 5°С в минуту, коснется нижней полки подставки. Нижняя полка подставки прибора находится на стандартном расстоянии от кольца, равном 25 мм. Температура размягчения вязких и твердых битумов колеблется в. пределах от 20 до 95°С.

Для характеристики тепловых свойств битумов кроме температуры размягчения определяют температуру хрупкости.

Температуру хрупкости битума определяют на специальном приборе Фрааса. Для этой цели испытуемый битум наносят тонким слоем па латунную пластинку, которая вместе с битумом может охлаждаться и изгибаться с помощью приспособления, имеющегося на приборе. За температуру хрупкости принимают ту температуру, при которой на топком изгибаемом слое битума образуется первая трещина. Температура хрупкости, например, дорожных битумов может быть от --20 до +5°С. Очевидно, что чем ниже температура хрупкости битума, тем больше его морозостойкость и выше качество.

Температура вспышки -- температура, при которой пары образующиеся при нагревании битума в открытом тигле, воспламеняются от поднесенного пламени. Температуру вспышки определяют на стандартном приборе и отмечают по показанию термометра в момент вспышки паров битума. Температура вспышки твердых и вязких битумов обычно выше 200°С и характеризует степень огнеопасности битума при его разогреве.

Существенной особенностью битумов является их высокая адгезия-- прилипание к поверхности различных минеральных и органическиx материалов. Для определения адгезии существует много методов и приборов. Одним из них является визуальный метод, по которому степень прилипания битумов к поверхности минеральных материалов оценивают по пятибалльной шкале. Отличное прилипание битума 5 баллов в том случае, когда пленка битума на поверхности гравия или щебня полностью сохранилась после кипячения в дистиллированной воде. Очень плохое прилипание, оцениваемое в один балл, когда пленка битума после кипячения полностью смещается с минеральных зерен и всплывает на поверхность воды.

В зависимости от показателей основных свойств, особенно вязкости, пластичности и температуры размягчения, нефтяные битумы делятся на марки:

1. Для дорожного строительства но ГОСТу предусмотрены пять марок от БНД (битум нефтяной дорожный)-200/300 до БНД-40/60, где цифры дроби указывают на допустимые для данной марки пределы изменения показателей пенетрации при 25°С, и четыре марки БН от 200/300 до БН-60/90.

2. Для строительных работ по ГОСТу предусмотрено три марки, обозначаемые «БН» -- битум нефтяной: БН-50/50, БН-70/30 и БН-90/10, где цифры числителя дроби соответствуют показателю температуры размягчения по «К и Ш» (кольцо и шар), а знаменателя -- указывают на средние значения пределов изменения пенетрации при 25°С.

3. Для кровельных работ по ГОСТу предусмотрены следующие марки: БНК (битум нефтяной кровельный)-45/180, БНК-90/40 и 90/30, а также БНК-45/190. В данном случае числитель дроби соответствует среднему значению показателей температуры размягчения по «К и Ш», а знаменатель -- среднему значению показателей пенетрации на 25СС.

Кроме твердых и вязкопластичных битумов указанных марок существуют жидкие битумы. Жидкие битумы при комнатной температуре имеют незначительную вязкость, т. е. жидкую консистенцию, и применяются в строительстве в холодном или слегка подогретом (до 50.. .60°С) состоянии.

Вследствие испарения летучих фракций и процессов окисления жидкие битумы постепенно загустевают. В зависимости от скорости загустевания жидкие нефтяные битумы выпускают двух классов--густеющие со средней скоростью (класс СГ) и медленногустеющие (класс МГ). Жидкие битумы класса СГ изготовляют путем разжижения обычных, вязких битумов легкими разжижителями типа керосина. Для получения битумов класса МГ применяют разжижители каменноугольного или нефтяного происхождения (нефть, мазут и т. п.). В зависимости от показателей вязкости дорожные жидкие битумы классов СГ и МГ каждый делят на три марки - эти битумы должны удовлетворять требованиям ГОСТа.

4. СБС полимер

Полимер СБС (стирол-бутадиен-стирол) -- термопластичный синтетический каучук, характеризующийся молекулами с каучуковым полибутадиеновым средним блоком, линейным или разветвленным, с твердыми полистирольными концевыми блоками. Полистирол и полибутадиен при смешении не образуют однофазную смесь. Они разделяются, как вода и масло. Но поскольку полистирол и полибутадиен химически связаны в полимере SBS, разделение фаз может происходить только на уровне молекул без разделения на макроуровне. Это позволяет концевым блокам полистирола объединяться в полистирольные домены, соединяя все молекулы воедино и образуя трехмерную эластичную сеть. Поскольку эти связи являются физическими, а не химическими, эта сеть распадается при нагревании и формируется заново при охлаждении.

Применение анионной полимеризации позволяет синтезировать блоки с точно спроектированными молекулярными весами и контролировать их структуру. Разнообразие молекулярных весов, структур полимеров и условий полимеризации предоставляют возможность получения широкого спектра марок полимеров для целевых областей применения.

При модификации битума полимеры SBS впитывают масляные компоненты битума в объеме, превышающем до 10 раз собственный объем. Таким образом, размер сети, формируемой соединенными между собой областями стирольных домен, увеличивается, расширяясь по всему объему вяжущего.

Это обеспечивает эластичность битума в более широком температурном диапазоне, что снижает вязкость при высокой и хрупкость при низкой температурах.

Термоэластичные искусственные материалы начали использоваться с 1965 года. Самым известным представителем этой группы материалов является стирол-бутадиен-стирол (СБС). Молекулярная структура СБС полимера содержит в себе эластичный внутренний блок , который (в случае применения в битуме) обычно представляет собой полибутадиеновую цепь. В продуктах другого назначения внутренним блоком также может быть цепь полиизопрена. По обоим концам внутренний фрагмент связан с полистирольными блоками.

Индивидуальные гомополимеры полистирола и полибутадиена не образуют гомогенную смесь и ведут себя подобно воде и маслу. После выдерживания смеси без перемешивания через небольшой промежуток времени происходит расслоение на две фазы. В СБС полистирол и полибутадиен химически связаны друг с другом, что позволяет избежать расслоения.

Влияние СБС полимера на битумное вяжущее

SBS полимеры адсорбируют масляные компоненты битума и их объем увеличивается приблизительно в десять раз. SBS полимер придает битумам прекрасную гибкость при низких температурах. Сетка , образованная стирольными доменами, увеличивается в объеме, но также сохраняет свою непрерывность по всему объему вяжущего и придает ему эластичные свойства в широком диапазоне температур. За счет этого вязкость при высоких температурах и хрупкость при низких температурах существенно уменьшается. Правильно приготовленное связующее на основе СБС характеризуется следующими параметрами:

- улучшенным сопротивлением к постоянным деформациям при высоких температурах за счет высокой вязкости нулевого сдвига, что обусловлено полимерной сеткой;

- повышенной устойчивостью к образованию трещин при низких температурах вследствие понижения критической температуры;

- повышенной устойчивостью к механической и термической усталости вследствие повышения жесткости;

- улучшенной износостойкостью, обусловленной повышением жесткости вяжущего;

- большей устойчивостью к старению и улучшением характеристик по хрупкости, вызываемой старением, особенно для вяжущего в пористом асфальте.

Достоинства битумного вяжущего на основе блок-сополимера наглядно проявляются в его поведении в самых различных ситуациях. Недавнее введение в США более высоких стандартов в дорожном строительстве дополнительно подчеркнуло высокие эксплуатационные характеристики битумных вяжущих на основе СБС и весьма значительно ускорило темпы использования их в различных областях.

Стирол-бутадиен-стирольный блок-сополимер полностью удовлетворяет всем описанным выше требованиям и вследствие этого является основным SBS полимером, применяемым при модификации битума.

Для улучшения качества дорожных покрытий и увеличения их долговечности использование полимеров в качестве модификатора битума является широко используемым и весьма эффективным методом.

5. Способы изготовления ПБВ

ПБВ требуемого качества изготавливают путем перемешивания вязких дорожных битумов с блок-сополимерами типа СБС и ПАВ, а при необходимости - с пластификаторами. В тех случаях, когда ПАВ содержатся в блок-сополимере, то нет необходимости вводить ПАВ в ПБВ на стадии его приготовления.

Известны два способа приготовления ПБВ.

По первому основному способу все компоненты ПБВ, согласно установленному ранее составу, перемешиваются в одной емкости. Если в состав вяжущего входит пластификатор, то его вводят в битум в первую очередь, перемешивают до однородного состояния, а затем при постоянном перемешивании порционно добавляют полимер в виде крошки или порошка, затем если блок-сополимер типа СБС не содержит ПАВ, то на последней стадии изготовления ПБВ в него вводят ПАВ и доводят смесь до однородного состояния.

По второму способу предварительно готовят РП или БРП той концентрации, которая была установлена при подборе состава ПБВ, а затем раствор вводят в обезвоженный и нагретый битум, после чего в конце процесса - ПАВ и перемешивают смесь до однородного состояния. Необходимо отметить, что в лабораторных условиях на приготовление однородного ПБВ по второму способу требуется примерно в 2 раза меньше времени, чем по первому. Целесообразность использования того или иного способа устанавливает заказчик исходя из технико-экономических соображений.

Для приготовления ПБВ по первому способу битум, предварительно обезвоженный и нагретый до 110 - 120 °С, подают в емкость 3 (рис. 1) или нагретый до 90 - 100 °С битум подают в ту же емкость, где и обезвоживают. Затем туда подают необходимое количество пластификатора, нагретого до 90 - 100 °С, и перемешивают до однородного состояния, после чего порционно вводят полимер. Сначала осуществляют перемешивание смеси (желательно медленное) до полного смачивания и равномерного распределения полимера, а затем включают нагрев емкости и начинают перемешивание смеси (желательно интенсивное) с постепенным нагревом до 155 - 160 °С. После этого смесь пропускают через диспергатор 6 и перекачивают из емкости 3 в емкость 4 до полного освобождения емкости 3 и обратно для получения однородного ПБВ во всем объеме. Такая однородность может быть достигнута и другими технологическими способами. Рабочая температура приготовления ПБВ не должна превышать 160 °С.

6. Применение ПБВ в дорожном строительстве

ПБВ на основе СБС характеризуется, в отличие от битумов, наличием самостоятельной, не связанной с коагуляционным каркасом из асфальтеновых комплексов, пространственной структурной эластичной сеткой из трехблочных макромолекул полимера во всем объеме вяжущего. Указанная сетка находится в дисперсионной среде ПБВ, являясь специфической эластичной арматурой, работающей на молекулярном уровне.

В настоящее время подготовлена научно-техническая документация, обеспечивающая возможность широкого внедрения ПБВ на основе СБС в России.

Основными нормативами являются ГОСТ Р 52056-2003 "Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блок-сополимеров типа стирол-бутадиен-стирол. Технические условия", введенный в действие с 01.01.2004 Постановлением Госстандарта России N 157-ст от 23 мая 2003 г., и ОСТ 218.010-98 "Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блок-сополимеров типа СБС. Технические условия", введенный в действие ФДС России Приказом от 12 мая 1998 г. N 91.

В указанных стандартах регламентированы минимальные значения показателей свойств ПБВ. Варьируя соотношением компонентов ПБВ, можно одновременно снижать его температуру хрупкости и повышать температуру размягчения.

В предлагаемых Рекомендациях приведены нормы, учитывающие специфику каждого региона России. Это касается значений температуры хрупкости по Фраасу и температуры размягчения по методу "Кольцо и Шар.

Основными принципами получения ПБВ являются хорошая совместимость компонентов, достаточная кинетическая устойчивость получаемых вяжущих, обеспечение требуемого комплекса технологических и эксплуатационных свойств. Показатель "однородность" - важнейший для этого материала и регламентирован в упомянутых выше стандартах. Емкости для хранения и транспортирования ПБВ при рабочих температурах должны быть оборудованы необходимыми приспособлениями, позволяющими не допустить расслоения его даже при длительном хранении и транспортировании.

В качестве полимера, создающего пространственную эластичную структурную сетку в ПБВ, выбрали полимеры класса термоэластопластов - блок-сополимеры бутадиена и стирола типа СБС, так как они при минимальном содержании позволяют получить пространственную эластичную сетку в битуме благодаря способности их макромолекул к специфическим взаимодействиям, хорошей совместимости с битумами и невысокой молекулярной массе. Полимеры этого класса обладают высокой прочностью и эластичностью в диапазоне температур от минус 80 до 90 °С.

Полимерно-битумные вяжущие, полученные на основе блок-сополимеров (представленные в виде мягкой непластицированной крошки или дробленых гранул размером менее 1,25 мм), отвечают требованиям ГОСТ Р 52056-2003, при условии требуемой растворимости их в индустриальном масле. При этом температура при определении их растворимости должна быть выше рекомендуемой в методе "Определения растворимости блок-сополимеров типа СБС в индустриальном масле" и составлять 175 - 180 °С, как и в процессе приготовления ПБВ на основе этих полимеров.

Полимерасфальтобетон на основе ПБВ отличается повышенными деформативностью при отрицательных температурах и упругостью при положительных (модуль упругости при минус 20 °С в 3 - 6 раз меньше, а при 40 °С - в 1,5 - 2,0 раза больше, чем асфальтобетона на битуме марок БНД); повышенной устойчивостью к многократным динамическим воздействиям (количество циклов до разрушения образца-балочки на ПБВ в условиях многократного изгиба при постоянной амплитуде деформации в десятки раз выше, чем асфальтобетонного образца на битуме при одинаковом содержании вяжущего). Температура трещиностойкости полимерасфальтобетона в зависимости от температуры хрупкости ПБВ может изменяться от минус 15 до минус 55 °С.

Показатель эластичности полимерасфальтобетона при 50 °С более чем в 2 раза выше, чем для асфальтобетона, так же, как и показатель сдвигоустойчивости, определяемый методом "вдавливание штампа".

Высокая сдвигоустойчивость и долговременная прочность полимерасфальтобетона позволяют снизить нормативные требования к пределам прочности на одноосное сжатие при 50 °С на 10% и при 20 °С - на 20% по сравнению с аналогичными показателями для асфальтобетона.

Важно отметить, что высокая сдвигоустойчивость полимерасфальтобетона достигается при меньшем по сравнению с асфальтобетонном показателе водонасыщения, что обусловливает и более высокую водо- и морозостойкость полимерасфальтобетона. При этом водонасыщение кернов из покрытия в 1,5 - 2 раза ниже, чем у переформованных образцов, что свидетельствует о высокой уплотняемости полимерасфальтобетонных смесей и о наличии большого объема замкнутых пор в полимерасфальтобетоне.

Покрытия из полимерасфальтобетонных смесей на основе ПБВ обладают повышенным сцеплением с колесом автомобиля за счет высоких гистерезисных потерь.

Наличие пластификатора в составе ПБВ позволяет:

- обеспечить требуемый температурный режим (не выше 160 °С) приготовления ПБВ и смесей на его основе;

- повысить однородность ПБВ и существенно увеличить эффективность вводимого полимера, то есть получить ПБВ с требуемым комплексом свойств при минимально возможном содержании полимера;

- значительно ускорить процесс приготовления ПБВ и смесей на его основе и уменьшить энергозатраты при их производстве;

- повысить удобоукладываемость и уплотняемость смесей.

В качестве пластификаторов для вязких ПБВ применяются индустриальные масла по ГОСТ 20799-88, сырье для производства нефтяных вязких дорожных битумов по ТУ 0258-113-00151807-2002 или смеси масла и сырья. При этом обеспечивается требуемая пожаробезопасность процесса и норма по температуре вспышки.

Несмотря на то, что полимерасфальтобетоны характеризуются большим объемом замкнутых пор и обеспечивают требуемый нормативный показатель длительной водостойкости, рекомендуется для повышения водо- и морозостойкости покрытий, обеспечения максимально возможного срока службы покрытий применять ПБВ, обладающие хорошей адгезией к поверхности минеральных материалов как основных, так и кислых пород. Для этого необходимо либо вводить ПАВ двойного действия в ПБВ, либо использовать для его приготовления блок-сополимеры типа СБС, содержащие в своем составе такие ПАВ.

Применеие ПАВ добавок в ПБВ

Применение добавок ПАВ в ОВМ позволяет снизить поверхностное натяжение на границе раздела ОВМ - минеральный материал, а следовательно, улучшить и ускорить смачивание и обволакивание поверхности минеральных материалов, увеличить адгезию вяжущего к минеральному материалу.

Катионные ПАВ адсорбируются на лиофобных участках поверхности асфальтенов битумов, блокируя места их коагуляционных контактов, приводя тем самым к стабилизации всей системы, а следовательно, замедлению старения ОВМ. Такая стабилизация системы адсорбционными слоями приводит к снижению ее вязкости. Все это вместе взятое - улучшение смачивания и обволакивания вследствие снижения поверхностного натяжения, а также снижение вязкости ОВМ вследствие стабилизации системы позволяет снизить рабочую температуру вяжущего и температуру приготовления полимерасфальтобетонной смеси.

Катионные ПАВ относятся к добавкам двойного действия, так как улучшают адгезию ОВМ к минеральным материалам как основных, так и кислых пород.

В "Руководстве по применению поверхностно-активных веществ при устройстве асфальтобетонных покрытий" (ОДМ Росавтодора утверждено распоряжением Минтранса России от 18.04.2003 N ОС-358-р) приведены общие положения, технические требования к катионным ПАВ: "Амдор-9", "Дорос-АП", "БП-ЗМ", способы их применения, особенности технологии приготовления и применения асфальтобетонных смесей с их использованием, технический контроль, особенности их хранения, техника безопасности.

Эти ПАВ могут быть использованы при приготовлении и применении ПБВ.

Добавки "Амдор-9", "Дорос-АП", "БП-ЗМ", как и другие ПАВ с активными аминогруппами, характеризуются специфическим неприятным запахом.

Наряду с вышеперечисленными, сейчас существует новый вид ПАВ двойного действия, характеризующегося наличием активных малиеновых групп. Эти ПАВ - малеинизированные низкомолекулярные полимеры, являющиеся продуктом присоединения малеинового ангидрида к низкомолекулярным полибутадиену или полиизопрену или к их смесям с побочными продуктами производства подсолнечных масел, например:

малеинизированный низкомолекулярный полибутадиен;

малеинизированный низкомолекулярный полиизопрен;

малеинизированный компаунд низкомолекулярного полибутадиена и побочного продукта производства подсолнечного масла;

наиболее глубоко исследованный и опробованный на практике малеинизированный низкомолекулярный полибутадиен МНПБ или "Техпрогресс-1".

По своему воздействию на ОВМ и смеси на их основе МНПБ аналогичен другим ПАВ двойного действия, но характеризуется рядом преимуществ.

МНПБ не обладает резким специфическим неприятным запахом; практически не имеет резкого неприятного запаха даже при нагреве. Добавка МНПБ обладает высокой пожаробезопасностью: ее температура вспышки не ниже 200 °С.

Предлагаемые к применению ПАВ нового класса с активными малеиновыми группами, в связи с высокой реакционной способностью малеинового ангидрида, по-видимому, могут образовывать, наряду с физическими, и химические связи ОВМ с поверхностью минеральных материалов.

Оптимальное содержание МНПБ в ОВМ при том же эффекте несколько ниже, чем для катионных ПАВ, и составляет для ПБВ (0,5 - 0,9)%, а для битумов (0,4 - 0,7)% к массе ОВМ.

Наличие трех-четырех компонентов в составе полимерно-битумных вяжущих позволяет в широких пределах изменять их эксплуатационные свойства - прочность (теплостойкость), трещиностойкость, эластичность и пластичность, а также технологические характеристики - вязкость, текучесть, тиксотропию, смачиваемость. Подобраны оптимальные составы ПБВ с требуемым комплексом свойств для следующих материалов и конструкций: литого полимерасфальтобетона, складируемых полимерасфальтобетонных смесей, дренирующего полимерасфальтобетона, регенераторов для старого асфальтобетона, для поверхностных обработок на асфальтобетонном и цементобетонном покрытиях, для трещинопрерывающих и компенсирующих прослоек, заливки швов и трещин, для подгрунтовок, гидроизоляций и кровель и даны рекомендации по их приготовлению и применению в "Руководстве по применению комплексных органических вяжущих (КОВ), в том числе ПБВ, на основе блок-сополимеров типа СБС в дорожном строительстве", утвержденном распоряжением Минтранса России от 11.03.2003 N ОС-134-р. В данных Рекомендациях отражены особенности приготовления и применения ПБВ на основе СБС, изготовленные на основе альтернативных блок-сополимеров и ПАВ нового класса, для горячих полимерасфальтобетонных смесей разных типов, применяемых для устройства покрытий дорог, мостов и аэродромов, поверхностных обработок, трещинопрерывающих прослоек. Впервые приведены региональные требования к ПБВ, учитывающие климатические условия России и условия движения автомобилей, а также комплекс технических требований к показателям свойств полимерасфальтобетонов, в том числе и к показателю трещиностойкости этого материала - температуре трещиностойкости для всех регионов России и для стран СНГ.

7. Технические требования к ПБВ

ПБВ в зависимости от глубины проникания иглы при 25 °С подразделяются на следующие марки: ПБВ 300, ПБВ 200, ПБВ 130, ПБВ 90, ПБВ 60, ПБВ 40.

Полимерно-битумные вяжущие изготавливают на основе вязких дорожных битумов путем введения блок-сополимеров типа СБС, ПАВ и, при необходимости, пластификаторов либо другим способом в соответствии с требованиями настоящих Рекомендаций по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке.

Необходимым условием применения блок-сополимера типа СБС для приготовления ПБВ является его полная растворимость в индустриальном масле.

Максимально допустимая температура нагрева пластификаторов: индустриальных масел 160 °С, сырья битумного (гудрона) - 180 °С.

Раствор полимера должен быть однородным и свободно стекать со стеклянной палочки при этих температурах. Для обеспечения нормальной работы шестеренчатого насоса типа Д-171 при перекачке раствора его вязкость не должна превышать 40 Па* с, условная вязкость - 120 с (при истечении через отверстие диаметром 5 мм по ГОСТ 11503-74) при максимально возможной температуре нагрева пластификатора.

Кроме того, ПБВ должны соответствовать Рекомендуемым региональным нормам по температуре хрупкости по Фраасу и температуре размягчения по методу "Кольцо и Шар". При этом ПБВ, применяемые для дорог I и II категории, мостов и аэродромов, должны соответствовать нормам по температуре размягчения на 2 °С выше, а показатель эластичности рекомендуется повысить на 5% по сравнению с требованиями ГОСТ Р 52056-2003.

Рекомендованная температура хрупкости по Фраасу равна температуре наружного воздуха наиболее холодных суток района эксплуатации покрытия в соответствии (СНиП 23.01.99) с обеспеченностью 0,98 для дорог I и II категории, мостов и аэродромов и с обеспеченностью 0,92 для дорог III, IV, V категорий.

Рекомендованная температура размягчения равна расчетной температуре сдвигоустойчивости асфальтобетонных покрытий и рассчитана по формуле Я.Н. Ковалева на основе значений температуры наружного воздуха наиболее теплого месяца в районе эксплуатации покрытия (СНиП 23.01.99) при отсутствии ветра (скорость ветра = 0 м/с).

Список используемой литературы

1. «Материалы и изделия для строительства дорог. Справочник» Горелышев Н.В., Гурячков И.Л., Пинус Э.Р. и др. Под ред. Н. В. Горелышева. - М.: Транспорт, 1986. - 288 с.

2. «Битумы, полимерно-битумные вяжущие, асфальтобетон, полимерасфальтобетон» Гохман Л.М., Москва, ЗАО «Экон-Информ», 2008 г.

3. www.kraton.com

4. Рекомендации по использованию полимерно-битумных вяжущих материалов на основе блок-сополимеров типа СБС при строительстве и реконструкции автомобильных дорог. ОДМ 218.2.003-2007

Размещено на Allbest.ru