CC BY
46
УДК 625.85
ПОВЫШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ СТОЙКОСТИ АСФАЛЬТОБЕТОНОВ ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗИНО-ПОЛИМЕРНОЙ ДОБАВКИ
С.К. Илиополов, профессор, д.т.н, директор, Р.М. Черсков, аспирант, м.н.с., И.В. Мардиросова, к.х.н., с.н.с.,
ДорТрансНИИ РГСУ
Аннотация. Проблеме повышения температурной стойкости асфальтобетона уделялось достаточно внимания, но она до сих пор остается нерешенной в условиях нашей страны и требует разработки эффективного модификатора вяжущего, поскольку этот способ решения проблемы является едва ли не единственным, т.к. именно вяжущее определяет реологическое поведение асфальтобетона.
Ключевые слова: полимерный модификатор, деформативность, теплостойкость, реологическое поведение, структура вяжущего.
Введение
Рост осевых нагрузок, интенсивности и скоростей движения ведет к усиленному воздействию транспортных средств на покрытия автомобильных дорог, которое, совместно с погодно-климатическими факторами, ведет к интенсивному накоплению пластичных деформаций в жаркий период и образованию трещин - в холодный. Как известно, реологическое поведение асфальтобетона непосредственно связано с реологическим поведением вяжущего.
Регулировать физико-механические характеристики асфальтобетона можно, регулируя физико-механические свойства вяжущего путем добавки различных полимерных модификаторов, которые можно разделить на термопласты, термоэласто-пласты и реактопласты.
При добавлении первых возможно повышение лишь высокотемпературных свойств вяжущих, при этом низкотемпературные, как правило, ухудшаются. Их применение не нашло широкого распространения как у нас в стране, так и за рубежом.
Вторая группа полимерных модификаторов применяется в основном с пластификатором, в качестве которого в большинстве случаев применяют масла. Для их введения в вяжущее требуется специальное оборудование (коллоидные мельницы). Такое вяжущее обладает высоким значением температуры размягчения и низким значением температуры хрупкости, но значительно увеличивается пенетрация, характеризующая вязкость вяжущего, и, как показал опыт, такое введение
термоэластопласта в вяжущее не дает ему преимуществ по сравнению с чистым битумом в условиях эксплуатации покрытия.
Из третьей группы полимерных модификаторов наибольшее распространение получило применение резиновой крошки. Однако для ее эффективного действия необходима длительная термомеханическая обработка в пластификаторе, что делает ее применение нетехнологичным. Применение же резиновой крошки в чистом виде не приносит ощутимых результатов.
За рубежом наибольшее распространение получили термоэластопласты типа СБС. В нашей стране по ряду причин они не показали себя с лучшей стороны. При этом необходимо учитывать и их большую стоимость.
Цель и постановка задачи
Анализируя огромный опыт применения различных полимерных модификаторов для улучшения свойств вяжущего, в ДорТрансНИИ РГСУ была разработана гранулированная добавка на основе пластифицированных ДСТ-30-1, резиновой крошки и полиэтилена высокого давления. Как известно, в процессе устройства асфальтобетонного покрытия вяжущее подвергается значительным изменениям, которые вызваны различными физико-химическими процессами. Так, за счет избирательной адсорбции каменным материалом битумные пленки обедняются масляными фракциями, что приводит к рекомбинации парамагнитных центров асфальтенов и созданию жесткого каркаса, который сообщает вяжущему значи-
тельно меньшую деформативность при низких температурах.
Задачей разработанной добавки является коренное изменение структуры вяжущего путем образования асфальтно-полимерного каркаса с эластичными связями, которые бы позволяли вяжущему обратимо деформироваться в пленочном состоянии, тем самым придавая асфальтобетону повышенную деформативность при низких температурах и одновременно повышенную теплостойкость за счет большей температуры размягчения.
Результаты исследований
Исследования модифицированного вяжущего показали высокую эффективность действия добавки на физико-механические свойства вяжущего. Испытания проводились на битуме БНД 90/130.
Как видно из табл. 1, значительно повышается интервал пластичности и вяжущее приобретает эластичность, достигающую 96 %, что свидетельствует о создании в объеме вяжущего полимерного каркаса с эластичными связями. Об улучшении низкотемпературных свойств можно судить по температуре хрупкости, пенетрации при 0 °С и дуктильности при 0 °С. Температура хрупкости понижается при добавлении 5 % добавки на 32 %, при добавлении 10 % - на 23 %, т.е. имеет минимум, по-видимому, обусловленный менее густой полимерной сеткой и соответственно большей подвижностью сегментов полимерных цепей.
Увеличение пенетрации при 0 °С и значительное увеличение дуктильности при 0 °С (на 173 % и 355 % при 5 % и 10 % добавки соответственно) свидетельствуют о большей деформативности вяжущего при низких температурах. Оценка высокотемпературных свойств производится по показателю температуры размягчения, и здесь видно явное повышение температурной устойчивости модифицированного вяжущего с увеличением количества добавки на 27 % и 66 % соответственно при 5 % и 10 % добавки.
Таким образом, интервал пластичности повышается до 95,1 °С. Деформативность при 25 °С, определяемая дуктильностью, также обладает заметным минимумом при 5 % добавки.
Исследование влияния добавки на физико-механические показатели асфальтобетона типа Б показало закономерное улучшение свойств асфальтобетона соответственно показателям вяжущего. Данные испытания асфальтобетона с модифицированным вяжущим представлены в табл. 2. Из таблицы видно, что значительно повышается высокотемпературная устойчивость асфальтобетона, определяемая коэффициентом теплостойкости, который падает на 34 %, и пределом прочности при 50 °С, который увеличивается на 60 %. Судя по уменьшению предела прочности при 0 °С на 10 % и предела прочности на растяжение при расколе на 20 %, улучшаются низкотемпературные свойства. Помимо того, улучшается водонасыщение и водостойкость асфальтобетона.
Таблица 1 Физико-механические показатели битума БНД 90/130 с резино-полимерной добавкой
Содержание добавки, % Глубина проникания иглы 0,1 мм, при Растяжимость, см, при Температура, °С Изменение температуры размягчения после прогрева, °С Интервал пла-стич-ности Эластичность, %
раз-мягче-ния хрупкости вспышки
25 °С 0 °С 25 °С 0 °С
0 101 35 91 6,0 44 -18,0 262 5 62,0 нет
5 73 36 27 16,4 56 -23,8 269 4,7 79,8 89
10 64 38 72 27,3 73 -22,1 278 4,7 95,1 96
Требования ГОСТ 22245-90 к битумам БНД 60/90 6190 не менее 20,0 не менее 55,0 не менее 3,50 не ниже 47,0 не выше -15,0 не ниже 230 не более 5 - -
Требования ГОСТ 22245-90 к битумам БНД 90/130 91130 не менее 28 не менее 65 не менее 4.0 не ниже 43 не выше -17 не ниже 230 не более 5 - -
Таблица 2 Физико-механические показатели плотной асфальтобетонной смеси
(на основных породах) типа Б
№ Наименование показателей Требования ГОСТ без добавок с 0,5 % гранул
1 Средняя плотность, г/см3 Не нормируется 2,426 2,397
2 Водонасыщение, %, по объёму От 1,5 до 4,0 3,15 2,53
3 Предел прочности при сжатии, МПа,
при 0 °С Не более 13,0 11,52 10,46
при 20 °С Не менее 2,5 5,00 5,24
при 50 °С Не менее 1,3 1,34 2,14
4 Коэффициент водостойкости Не менее 0,85 0,91 0,97
при длительном водонасыщении Не менее 0,75 0,78 0,86
5 Коэффициент теплостойкости Не нормируется 3,73 2,45
6 Трещиностойкость по пределу прочности на растяжение при расколе при 0 °С, МПа От 4,0 до 6,5 4,0 4,8
Заключение
Итак, разработанный модификатор асфальтобетона позволяет эффективно воздействовать на его физико-механические свойства, придавая ему высокую температурную стойкость.
Литература
1. Романов С.И. Регулирование структурообразо-вания в нефтяных вязких битумах, свойств вяжущих и конгломератов на их основе для дорожного строительства: Дисс... д-ра техн. наук. - Волгоград, 1996.
2. Варенько В.А. Новые материалы в дорожном
строительстве: Учеб. пособие. - Мн.: УП «Технопринт», 2004. - 170 с.
3. Шульман З.П., Ковалев Я.Н., Зальцгендлер
Э.А. Реофизика конгломератных материалов. - Мн.: Наука и техника. - 240 с.
4. Руденская И.М., Руденский А.В. Органические
вяжущие для дорожного строительства. -М.: Транспорт, 1984. - 229 с.
Рецензент: В.А. Золотарёв, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 2 августа 2006 г.
