CC BY
194
УДК 665.775.85
Р. А. Кемалов, Д. Ф. Фаттахов, А. Ф. Кемалов
РАЗРАБОТКА БИТУМНЫХ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Ключевые слова: битум, модификация, гидроизоляция.
Разработка технологий модификации битумов различных марок, с учётом ужесточения требований к качеству композиционных битумных материалов, с целью получения кровельных гидроизоляционных материалов с заданными свойствами и праймеров на их основе является актуальной народнохозяйственной задачей.
Keywords: bitumen, modification, waterproofing material.
Development of technologies for modifying bitumen of various grades taking into account more stringent requirements for quality composite bituminous materials to produce roofing waterproofing materials with desired properties and primers based on them is a pressing economic problems.
Чтобы достаточно долго и безотказно выполнять свои функции в столь агрессивных условиях (многократное увлажнение и высушивание, замораживание и оттаивание в водонасыщенном состоянии, температурные деформации, ветровые нагрузки, а также воздействие прямого солнечного излучения) кровельные материалы должны обладать одновременно совокупностью следующих свойств: водо-, морозо-, свето- и теплостойкостью, быть достаточно прочными, по физико-химическим свойствам совместимыми между собой (в многослойном водоизоляционном ковре) и с материалом основания под кровлей.
Особенностью разработанного полифункционального модификатора (ПФМ) является возможность его применения как и к стандартным маркам дорожных и строительных битумов, так и вторично используемым битумам с целью получения кровельных материалов и праймеров на их основе с заданными свойствами. В качестве полимера нами выбран реактопласт, получаемый сополимеризацией главным образом алкенилароматических углеводородов, содержащихся во фракциях Cs — Сю- В качестве растворяющего агента использован растворитель - пластификатор - масло растительного происхождения, относящийся к классу полувысыхающих масел.
Нами разработаны и исследованы по основным показателям качества по ГОСТ 3054797 и 30693-2000, DIN 52133-95, ТУ 5775-011-17925162-2003 образцы кровельных гидроизоляционных рулонных и горячее наливных мастик, а также кровельных грунтовок (праймеров) на их основе. В результате проведённых испытаний установлено, что по теплостойкости, гибкости при пониженных температурах, условной прочности и водопроницаемости исследуемые образцы в полной мере соответствуют указанным стандартам, а по таким параметрам, как разрывная сила при растяжении и относительному удлинению данные образцы превосходят требования вышеуказанных нормативов (табл. 1).
Вследствие старения в процессе эксплуатации кровли понижается пластичность, увеличивается хрупкость материала, что приводит к необходимости замены старой кровли на новую. В связи с этим не менее актуальным является вопрос о применении вторично использованного битума (ВИБ) в создании на его основе технологий производства битумных материалов, который решает экологический и экономический аспекты проблемы утилизации ВИБ.
Поэтому в практике все в большем объеме применяются СБС- модифицированные битумные материалы с заданными характеристиками. Однако существенным недостатком является их товарная форма (твердая фаза), при смешении которой с битумом необходимо либо чрезвычайно энергозатратная коллоидная мельница, либо перемешивание не приводит к образованию гомогенной смеси, и материал получается неоднородным по свойствам. Решить
озвученную проблему можно при применении разработанного модификатора серии «ПФМ». К его преимуществам следует отнести жидкофазность и меньшую температуру смешения 100 - 1100С в отличие от 175-2000С в случае СБС, а также использование обычного смесителя вместо коллоидной мельницы.
Таблица 1 - Физико-механические показатели битумно-полимерных композиций
Наименование показателей Составы мастик кровельного и гидроизоляционного назначения
I БН 90/10 II III ГОСТ 306932000 и 30547-97
1. Условная прочность, кгс/см , не менее - 2,2 2,5 2,0
2. Относительное удлинение при разрыве, %, не менее - 101 107 100
3. Температура размягчения по КиШ, 0С, не ниже 88 102 100 -
4. Гибкость на брусе 0 10мм, °С - -25 -27 -15
5. Теплостойкость в течение 2 часов - Вздутия и наплывы отсутствуют при 85°С
6. Водопоглощение в течение 24 часов, %, не более 0,5 1,5 1,2 2,0
7. Разрывная сила при растяжении, кгс - 70 70 30
Анализ полученных результатов позволил осуществить выбор оптимальных образцов и провести их оценку по необходимым показателям качества для кровельных гидроизоляционных материалов горяче-наливного назначения по ГОСТ 30693 - 2000.
Таблица 2 - Физико-химические характеристики оптимальных образцов БПВ на основе ВИБ удовлетворяющих ГОСТ 30693 - 2000
Наименование Составы кровельного и гидроизоляционного назначения Нормативное значение
Образец №1 Образец №2
1. Температура размягчения, °С 2. Теплостойкость, в течении 2ч 3. Глубина проникания иглы, *0,1 мм 4. Внешний вид 5. Гибкость на брусе, Я-5 мм 6.Водопоглощение в течение 24ч, % 7.Водопроницае-мость под давлением 0,001 Мпа в течении 72 часов 93,4 97 53 Однор -23 0,03 Следы влаги отсутствуют 92,2 95 56 одный, без посторонних -20 0,04 Следы влаги отсутствуют не менее +85 включений не менее -15 2,0 Водонепроницаем
В результате проведённых испытаний установлено, что по основным физико-механическим показателям качества мастик кровельного, гидроизоляционного назначения исследуемые образцы в полной мере соответствуют указанным стандартам, а по таким параметрам, как теплостойкость, гибкость на брусе, водопоглощение разработанные образцы превосходят требования вышеуказанных нормативов (табл. 2).
Материалы, из которых выполняют основания кровель, могут иметь на поверхности многочисленные поры или не обеспечивают достаточно прочной адгезии с материалом кровельного ковра. Если оставить эти поры незаполненными, они впитают воду, которая при многократном замерзании и оттаивании приводят к образованию трещин на поверхности основания, отслоению и разрушению кровельного ковра. Для устранения влияния пористости и повышения прочности сцепления поверхности основания кровли с кровельным ковром производится обработка этих поверхностей жидкими грунтовками (праймерами) на битумной основе, обеспечивая их пропитку, пленкообразование и огрунтовку в холодном состоянии (табл. 3).
Таблица 3 - Физико-механические свойства праймеров на основе выше разработанных составов битум-полимерных материалов
Праймер Время высыхания, час Массовая доля летучих компонентов, % Водопроницаемость, % мас. Адгезия, 2 кгс/см
1 1 60 2,68 1
2 24 49,0 0,14 1
3 24 30,9 0,20 1
Исследован структурно - групповой состав дистиллятов методом и-ё-ш, на основании которого проведён отбор дистиллятов используемых в создании праймеров обеспечивающих высокие физико-механические и клеющие, защитные свойства. Также на основе данных импульсного ЯМР установлены закономерности перераспределения фаз РА, РВ, РС с различной молекулярной подвижностью и их взаимосвязи с компонентами битум-полимерного материала.
Таким образом, в работе проведена оценка влияния количества водимого полимерных добавок позволяющих при совмещении с раствором тугоплавкого битума в органическом растворителе произвести надмолекулярное структурирование пленкообразующей системы битума, которое в конечном итоге влияет на качество полученных грунтовок, и повышения адгезионно-прочностных свойств битумной пленки. К дополнительным достоинствам праимера как кровельной грунтовки относятся увеличение срока эксплуатации бетона.
Необходимо отметить, что состав модификатора разработан таким образом, что каждый из компонентов его влияет непосредственно на данную часть битума: масла, смолы или асфальтены, увеличивая рабочий интервал определенно-заданных свойств покрытия. Полимерный модификатор, диспергируясь в битуме, образуют собственные коагуляционные структуры, уплотняющие битум и придающие ему ряд ценных реологических характеристик и высокую устойчивость к старению. А один из компонентов дополнительно обладает резко выраженным антиоксидантным действием, что способствует заметному увеличению срока службы битумсодержащих покрытий (кровля, праймеры, лаки) за счет образования пленки и препятствия на пути окисляющего и охрупчивающего кислорода к битуму. Таким образом, ПФМ представляет собой универсальный агент для производства битумно-полимерных вяжущих, используемых при устройстве кровельного ковра различных сооружений, в том числе мостовых, в лакокрасочной промышленности, обладающих улучшенными показателями теплостойкости, упруго-деформационными свойствами и увеличенным сроком службы
кровельного, гидроизоляционного покрытия на базе более доступных компонентов и их меньшего количества при более высокой технологичности получения модификатора и повышении экологичности производства модификатора и БПВ с его содержанием.
Литература
1. Сюняев, З. И. Нефтяные дисперсные системы / З.И. Сюняев - М.: Химия, 1990. - 226 с.
2. Кемалов, А. Ф. Научно-практические основы физико-химической механики и статистического анализа дисперсных систем: Учебное пособие / А.Ф. Кемалов, Р.А. Кемалов - Казань: Казан.гос.тенол.ун-т., 2008. - 472 с.
3. Корчагина, О.А. Методологические указания. Органические вяжущие и материалы на их основе / О.А. Корчагина, О А. Киселева. - ТГТУ, 2004. - 12 с.
4. Муллахметов, Н.Р. Перспективы применения органического вяжущего / Н.Р. Муллахметов, Р.А. Кемалов, А.Ф. Кемалов, Р.Н. Костромин // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. - №7. - С. 216218.
© Р. А. Кемалов - канд. техн. наук, доц. каф. химической технологии переработки нефти и газа, kemalov@mail.ru; Д. Ф. Фаттахов — магистр КГТУ; А. Ф. Кемалов - д-р техн. наук, проф. каф. химической технологии переработки нефти и газа КГТУ.
