CC BY
13
УДК 678.4.01:691.16/17
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ МОДИФИЦИРОВАННЫХ РЕЗИНОБИТУМНЫХ КОМПОЗИТОВ
В. Р. Пен, С. И. Левченко*
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: levchenko167@inbox.ru
Представлены результаты исследования влияния модифицированной резиновой крошки на свойства нефтяного битума и асфальтобетона, используемых при строительстве и ремонте дорог и аэродромов. Установлены параметры оптимального режима совмещения битума и резиновой крошки.
Ключевые слова: битум, резиновая крошка, резинобитумное связующее, модификация, асфальтобетон.
PERFORMANCE PROPERTIES AND DURABILITY MODIFIED RUBBER-BITUMEN COMPOSITES
V. R. Pen, S. I. Levchenko*
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: levchenko167@inbox.ru
The results of the study of the effect of modified rubber crumb on the properties ofpetroleum bitumen and asphalt, used in the construction and repair of roads and airfields, are presented. The parameters of the optimum mode of combining bitumen and rubber crumb are set.
Keywords: bitumen, rubber crumb, rubber-bitumen binder, modification, asphalt concrete.
Применение битума, как одного из наиболее известных инженерно-строительных материалов основано на широком диапазоне его свойств. От 75 до 80 % произведенного битума используют в строительстве и ремонте дорог и аэродромов, около 10-15 % - в качестве кровельного материала, а 5-10 % - в промышленности, гидротехнике, для противокоррозионных покрытий и других целей.
За последние десятилетия срок службы асфальтобетонных покрытий на аэродромах, автодорогах, мостах существенно сократился. Соответственно значительная часть материальных, трудовых и энергетических ресурсов, выделяемых дорожной отрасли, идет на их ремонт и реконструкцию. Положение усугубляется непрерывным ростом грузоподъемности и интенсивности движения транспортных средств, приводящим к росту динамических нагрузок на дорожное покрытие. Как следствие растут требования к качеству битума.
Наиболее эффективным путем повышения качества дорожных покрытий является улучшение качества вяжущего (битума) путем его модификации, то есть введением в состав битума добавок, улучшающих его эксплуатационные свойства. Для повышения реологических и физико-механических характеристик битумов обычно в качестве модификатора используют различные виды полимеров, синтетических каучуков и, как наиболее перспективный наполнитель, резиновую крошку, полученную при переработке резиновых отходов, изделий, изношенных авиационных и автомобильных шин [1; 2]. В качестве преимуществ покрытий, содержащих резиновую крошку, отмечается: увеличенная долговечность; противоударная стойкость; меньшая потребность в техническом обслуживании; повышенная устойчивость к деформации и растрескиванию,
Секция ««ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ»
в том числе к растрескиванию при низких температурах; пониженный уровень шума. При этом с решением важнейшая проблема улучшения основных свойств битума, учитываются важнейшие аспекты экологического и экономического характера.
Наиболее перспективным направлением при использовании резиновой крошки в асфальтобетоне является механоактивация последней и химическая модификация ее поверхности перед введением в битум [3-5].
С целью улучшения реологических и физико-механических характеристик битумов было проведено исследование модификации их различной резиновой крошкой.
В работе исследовалось влияние резиновой крошки, полученной при шероховке авиационных покрышек и измельчением отслуживших автокрышек, на свойства битума марки БНД 60/90 Ачинского НПЗ. Для лучшего смешения и активации модификаторов битума проведена предварительная механоактивация резиновой крошки на планетарной мельнице АГО-2 совместно с новыми модифицирующими системами, включающими хиноловые эфиры п-динитрозобензола или п-динитрозоцимола. Резиновую крошку, размером менее 1 мм, вводили в битумы в количествах от 1 до 10 мас. Процесс модификации проводился в температурном диапазоне от 170 до 180 °С и высокой скорости смешения для обеспечения достаточно интенсивного взаимодействия битумного вяжущего и резинового компонента. Резиновая крошка, добавленная в горячий битум, набухает вследствие абсорбции легких битумных фракций и пластифицирующих добавок.
С целью определения необходимого времени совмещения исследовано влияние времени перемешивания на свойства вяжущего, включающего модифицированную резиновую крошку: пе-нетрации (при 25 и 0 °С) и температуру размягчения и др. (см. таблицу).
Физико-химические свойства композиционных резинобитумных вяжущих
Примеры Температура Пенетрация Растяжимость, Температура Водо-
размягчения, оС мм хрупкости, оС поглощение за 24 часа, % об.
25 оС 0 оС 25 оС 0 оС
Исх. 50 62 25 70 - -22 0,03
БНД 60/90
БНД 60/90 +
немодифиц. рези- 67 54 23 102 72 -29,5 0,008
новая крошка
БНД 60/90 +
модифиц. резино- 63 40 20 120 80 -30,5 0,007
вая крошка
В представленных показателях свойств битума, модифицированного резиновой крошкой, наблюдается падение индекса пенетрации по сравнению с исходным битумом, что свидетельствует об увеличении вязкости системы, причиной которой, скорее всего, является адсорбция части легких масляных фракций резиновой крошкой. В случае применения модифицированной резиновой крошки поглощение легких фракций битума происходит в меньшей степени. Также наблюдается повышение теплостойкости вяжущего. В результате проведенной работы установлено, что принципиальное изменение свойств вяжущего достигается за первый час смешения и в дальнейшем эти показатели практически не изменяются
Исследования показали, что механоактивация увеличивает удельную поверхность крошки в 1,6-2 раза, обеспечивая интенсивную поверхностную активацию при сохранении ценных эластических свойств в объеме резины, способствовала образованию развитого межфазного слоя на границе раздела фаз «резиновая крошка - битум». Химическая же модификация поверхности резиновой крошки за счет эффективной межмолекулярной диффузии, скорее всего, подвергла сегменты парафиновых цепей битума химическому структурированию с последующим образованием полярных макромолекулярных полициклических нафтеновых фрагментов. Во время совмещения с битумом происходит пластификация и набухание частиц резины в легких фракциях битума, в результате чего образуется простейшая пространственная сетка в резинобитумном вяжущем.
Были изучены свойства асфальтобетона, минеральная часть которого состояла из гранитного отсева (90 %) и известнякового минерального порошка (10 %), с полученным резинобитумного вяжущим. Его показатели сравнивались со свойствами асфальтобетона на исходном битуме. Установлено, что физико-механические свойства асфальтобетона с исследуемым резинобитумным вяжущим улучшаются как при введении резиновой крошки в битум. Прочность при 20 °С возрастает с 3,0 МПа для асфальтобетона на чистом битуме БНД 60/90 до 4,8 МПа - на битуме с добавлением 10 % резиновой крошки, и до 5,2 МПа - с добавлением 14 % модифицированной резиновой крошки.
На основании результатов исследования выбраны оптимальные модифицирующие составы. Найдены дозировки и размеры крошки, а также параметры процесса совмещения битума и резиновой крошки, позволяющие сохранить технологические свойства битумнополимерных композиций. Проведена работа по оптимизации рецептур и свойств резинобитумных композиций различного назначения
Таким образом, за счет регулирования концентрации и состава модификатора показана возможность получения на основе известных марок битума широкого ассортимента резино- битум-нополимерных мастик: для строительства и ремонта аэродромов, автодорог, устройства кровель, строительных конструкций, мостовых сооружений, защиты магистральных наземных и подземных нефте- газо- и трубопроводов, асфальтобетонов, рулонно-кровельных гидроизоляционных материалов.
Библиографические ссылки
1. G.B. Way Asphalt-Rubber 45 Years of Progress / G.B. Way // 5th International Asphalt Rubber conference Westin Grand Hotel Munich, Germany, Oct. 23-26, 2012. P. 121-134.
2. Свиридов В. Л. Опыт использования дробленой резины в составе асфальтобетонных смесей / В.Л. Свиридов, Е.Ю. Махров, Е.В. Дементьева // Ползуновский Вестник. 2011. № 1. С. 183-191.
3. Лаврухин В. П., Калгин Ю. И. Свойства асфальтобетонов на модифицированных битумах // Наука и техника в дорожной отрасли. 2002. № l. С. 14-17.
4. Хафизов Э.Р., Хабибуллина Э.Н., Брехман А.И. О некоторых свойствах асфальтобетона на битумполимерном вяжущем. // Материалы II Международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера». Казань: КГТУ им. А.Н Туполева. 2001. С. 121.
5. Христофорова А.А., Соколова М.Д. Механоактивационный способ обработки измельченных вулканизатов // Химия в интересах устойчивого развития. 2009. № 4. С 435-438.
© Левченко С. И., Пен В. Р., 2019
