CC BY
22
УДК 625.062
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ МОДИФИЦИРОВАННЫХ БИТУМОВ, ПРИМЕНЯЮЩИХСЯ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Ю. А. Киричек, д. т. н., проф., В. В. Демьяненко, к. т. н., доц., А. А. Сухоребрый, магистр
В устройстве дорожных асфальтобетонов в качестве вяжущего применяется битум. Марка битума подбирается для соответствующих битумных смесей с учетом климатических, эксплуатационных условий. Сложные условия эксплуатации, экономические факторы (временные режимы, необходимость устройства все более тонких слоев) привели к ограничению области применения чистых битумов.
Таким образом, актуальной стала задача направленного улучшения свойств вяжущего с целью повышения эксплуатационных показателей дорожной одежды, вследствие чего и появились вяжущие, модифицированные полимерами. Полимеры представляют собой семейство реагентов, наиболее используемое в настоящий момент в дорожном строительстве для модификации битумов. Их разделяют на две категории:
• термореактивные, которые необратимо твердеют при определенной температуре, определяемой природой полимера. Их макромолекулы формируют трехмерную структуру, которая противостоит изменению температуры. Они редко используются в дорожном строительстве. Можно лишь отметить, что их применение в устройстве поверхностной обработки повышает ее антигололедные свойства;
• термопластичные, которые многократно обратимо размягчаются и становятся пластичными под действием тепла. В первом приближении они образованы цепями линейных или разветвленных макромолекул. Эти полимеры используются в комбинации с битумом, а при повышенной температуре их смесь является более или менее вязкой жидкостью.
Термопластичные полимеры бывают двух видов: эластомеры и термопласты. Эти полимеры различаются температурой использования, различными аспектами поведения, в частности, их жесткостью, деформативностью и упругостью (вязкостью, пластичностью). Для термопластов эластическая деформация развивается при достаточно больших постоянных деформациях. Необходимо в то же время подчеркнуть, что между этими двумя системами существует целая гамма материалов, эластический или пластический тип поведения которых обусловлен соотношением деформативной и жесткой фаз в полимерной матрице.
Модификация битума может быть осуществлена не только синтетическими полимерами, но и природной каучуковой пудрой или латексами. В таблице 1 приведен классификационный перечень основных модифицирующих реагентов битума, используемых в дорожной отрасли.
Таблица 1
Основные полимеры, используемые для модификации битумов
Термоэластопласты Термопласты Латексы
Сополимеры стирол-бутадиен-стирол Сополимеры этилен-винилацетата Полихлоропреновые
Сополимеры стирол-изопрен-стирол Сополимеры этилен-бутилакрилат Каучукстирол-бутадиенов ый
Сополимеры стирол-бутадиен Каучук натуральный
Статистические сополимеры стирол-бутадиен Полиизобутилен Каучуковая пудра
Один из наиболее используемых в настоящий момент модификаторов - анионный латекс Butonal. В 2007 году в отделе органических вяжущих материалов ГосдорНИИ были проведены испытания анионного латекса Butonal компании BASF. Физико-механические свойства чистого и модифицированных битумов, которые использованы для исследований, сведены в таблицу 2.
Таблица 2
Физико-механические свойства чистого и модифицированных битумов
Исходны е компоне нты Коли честв Параметры приготовления Физико-механические характеристики исходного и модифицируемого битума
о моди фика тора, % Темпе рату-р а, % Длительность, час Ki K, 0С П25 0,1 мм П0 0,1 мм Д25 см Д0 см Е, % Т Акр 0 С Сце плен ие, %/ба лы Ра сс ло ен ие
Битум БНД 60/90 - - - 47,0 90 18 > 90 4,2 - -27 25/ 2,0 -
Битум БНД 60/90 + Ви1опа1 2,0 190-195 3 51,0 78 20 > 90 7,0 55 -27 70/ 3,5 -
3,0 190-195 3 56,0 68 22 > 90 12,0 78 -26,5 90/4,5 2,0
На рисунках 1-5 показаны результаты испытаний чистого битума и битума с модифицирующей добавкой анионный латекс Ви1опа1 в количествах 2%, 3% на теплоустойчивость, эластичность, вязкость при температурах 00С, 250С, а также на сцепление битумов.
На основе анализа проведенных экспериментов можно сделать выводы, что Ви1опа1:
1) повышает теплостойкость битумов, при его введении температура размягчения битумов повышается на 7-9 0С;
2) как типовой термоэластопласт придает битумам высокую эластичность (70-80%);
3) улучшает низкотемпературное поведение битумов: в 2-3 раза увеличивается растяжимость при 00 С и практически не изменяется температура хрупкости;
4) существенно улучшает сцепление вяжущего с минеральным материалом.
В таблице 3 приведены физико-механические характеристики асфальтобетона и полимерасфальтобетона, полученных путем непосредственного введения латекса Ви1опа1 в асфальтобетонную смесь.
Таблица 3
Физико-механические характеристики асфальтобетона и полимерасфальтобетона, полученных путем
непосредственного введения латекса БМопа1 в асфальтобетонную смесь
Наименование показателей Нормы показателей асфальтобетона
немодифицированного модифицированного 4% Ви1опа1
Средняя плотность, г/см3 2,36 2,38
Водонасыщение, % 1,7 1,6
Набухание, % 0,3 0,2
Граница прочности при сжатии, МПа: при 20 0 С 4,2 5,4
при 50 0 С 1,7 2,6
при 0 0 С 11 11
Коэффициент водостойкости 0,92 1,0
Коэффициент длительной водостойкости 0,82 0,93
Анализ результатов применения латекса Ви1опа1 показывает, что:
• Ви1опа1 повышает прочность асфальтобетона при 20 0С на 20%, при 50 0С в 1,5 раза;
• уменьшаются показатели водонасыщения и набухания асфальтобетона, существенно возрастает его водостойкость.
Рис. 1. Теплоустойчивость битумов Рис. 2. Эластичность битумов
Рис. 3. Вязкость битумов при Т = 25 0С Рис. 4. Сцепление битумов
Рис. 5. Вязкость битумов при Т = 0 0С
Из вышеприведенного следует заключение, что использование модификаторов существенно влияет на свойства органических вяжущих в направлении улучшения эксплуатационных показателей асфальтобетонных покрытий в условиях тяжелого сосредоточенного движения при высоких температурах. В настоящий момент модифицированные вяжущие в Украине используется недостаточно широко и являются еще одним из перспективных направлений повышения эксплуатационных показателей асфальтобетонных покрытий.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Леонович И. И., Колоскова Я. В. Требования к дорожным битумам и методы их модификации // Сб. "Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовка инженерных кадров в Республике Беларусь". Материалы VI Международного научно-технического семинара (Минск, 17-20 октября 2000 г.) / Под ред. Н. П. Блещика, А. А. Борисевича, Т. М. Пецольда. - Мн., УП "Технопринт", 2000. - С. 57-61.
2. Золотарев В. А. Свойства битумов, модифицированных полимерами типа СБС. - Науково-виробничий журнал, № 910, 2003. - С. 27-33.
3. Леонович И. И., Колоскова Я. В. Проблемы применения битумов в дорожном строительстве. Ж. - Строительство. -2002. № 1-2. С. 75-85.
4. Застосування катюнного латексу Бутонал NS198 як полiмерного модифшатора бiтумiв, асфальтобетошв та бггумних емульсш при будiвництвi та ремонт автомобшьних дорт - Укравтодор, К., 2003. - 20 с.
5. Золотарьов В. О., Столярова Л. В., Гончаренко Ю. Ф. Полiмерне в'яжуче для асфальтобетону// Автошляховик Украши. - № 2, 2000. - С. 17-23.
УДК 625.062
Експериментальш дослщження властивостей модифжованих бiтумiв, що застосовуються в дорожньому бущвнищга /Ю. А. Кiрiчек, В. В. Дем'яненко, О. А. Сухоребрий //Вкник ПридншровськоТ державнот академп будiвництва та арх^ектури. - Днiпропетровськ: ПДАБА, 2008. - № 6-7. - С. 14-17. - рис. 5. - табл. 3. - Бiблiогр.: (5 назв.).
Чистий б^ум не дозволяе забезпечити ошр утворенню хвиль, напливiв та колiй в умовах важкого зосередженого руху при високих температурах. В цих умовах актуальним е завдання направленого полiпшення властивостей в'яжучого з метою пiдвищення експлуатацiйних показниюв дороги. Перспективним напрямом виконання цього завдання е застосування модифшованих бiтумiв, якi на даний момент в Укрш'ш використовуються недостатньо. На базi експериментiв iз використанням анiонного латексу Butonal компанп BASF були проанашзоваш властивостi чистого та модифiкованого бiтумiв при застосуваннi в асфальтобетонi дорожнього одягу.
