CC BY
26
УДК 678.4.01:691.16/17
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ БИТУМОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
С. И. Левченко*, В. Р. Пен, К. А. Коляда
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
С целью улучшения качества асфальтобетонных покрытий исследована модификация нефтяных битумов полимерными материалами. В составе комплексного полимерного модификатора использованы отходы полиэтилентерефталата и адгезионная добавка.
Ключевые слова: асфальтобетонные покрытия, битумы, модифицирующие полимерные добавки
USE OF MODIFIED BITUMENS TO INCREASE THE QUALITY OF ASPHALT COATINGS
S.I. Levchenko*, V. R. Pen, К. А. ^lyada
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *Е-mail: levchenko167@inbox.ru
The modification of the polymer-bitumen composition is investigated for the potential to increase the quality of the asphalt-concrete pavement. The polyethylene terephtalate byproducts and adhesion additives are used in the polymer modifier complex.
Keywords: asphalt concrete coatings, bitumen, modifying polymer additives
За последние десятилетия срок службы асфальтобетонных покрытий на аэродромах, автодорогах, мостах существенно сократился. Увеличение грузонапряженности и интенсивности движения автомобилей приводит к преждевременному разрушению дорожных покрытий. Важным условий повышения долговечности асфальтобетонных покрытий является улучшение свойств нефтяных дорожных битумов и правильный выбор их с учетом условий эксплуатации.
Одним из направлений улучшения качества битумов является их модификация полимерными материалами, позволяющая улучшить прочностные, деформационные и адгезионные характеристики дорожного вяжущего [1-3]. Полученное в результате модификации битума полимерно-битумное вяжущее отличается наличием пространственной структурной сетки из макромолекул полимера, которая придает ему высокую прочность и одновременно эластичность. Это дает возможность повысить деформационную устойчивость асфальтобетона в широком диапазоне температур эксплуатации, увеличить долговечность покрытий, особенно в условиях резко континентального климата. В ряде случаев положительный эффект достигается путем модификации битума комбинацией добавок, которая усилит позитивное влияние в многокомпонентной системе за счет синергического эффекта [4,5]. Поэтому, одним из выходов в данной ситуации является применение комплексного модификатора путем частичной замены дорогостоящих полимерных материалов, используемых при модификации дорожного вяжущего, на более дешевые полимерные отходы.
Целью исследования являлась разработка рецептуры комплексного модификатора и способа получения полимерно-битумной композиции с высокими адгезионными и реологическими свой-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2019. Том 2
ствами, а также хорошей эластичностью с одновременным упрощенной и доступной технологией ее приготовления. Кроме того, одной из задач исследования являлась изыскание путей утилизации отходов производства полиэтилентерефталата и использованных изделий на его основе.
В работе изучалось влияние предлагаемого модификатора на свойства битума марки БНД 60/90 Ачинского НПЗ. Предлагаемый модификатор включал отходы полиэтилентерефталата (бракованный производственный гранулят или использованные емкости из данного материала). Отходы полиэтилентерефталата, предварительно подвергались плавлению при температуре 265-280°С в течение 20-25 мин и гомогенизации. Охлаждение расплавленного полиэтилентерефталата проводили в течение 10-15 минут в охлаждающей воде с температурой 18-20°С. Твердый расплав высушивали в термошкафу при температуре 75-100°С в течение 30-45 мин, после чего его измельчали на шаровой, конусной или центробежной мельнице до получения порошка с размером частиц 0,001-0,070 мм. В процессе измельчения к полимеру добавлялись адгезионные добавки, включающие хиноловые эфиры п-динитрозобензола или п-динитрозоцимола. Полученный порошок, разделенный на фракции, вводили в вяжущее в количестве 2,0-5,0 мас. % при рабочей температуре 130°С.
Определены оптимальные соотношения модифицирующих составов, необходимые технологические параметры совмещения вяжущего и его свойства (см. таблицу).
Свойства модифицированного полимерно-битумного вяжущего
Наименование показателей Битум исходный БНД 90/130 Содержанием полимера в количестве, мас.% от вяжущего
2 3,5 5
1. Температура размягчения, °С 50 52 53 56
2. Глубина проникания иглы, 0,1 мм
при 25°С 94 98 95 93
при 0°С 29 27 28 27
3. Растяжимость, см
при 25°С 70 66 59 55
при 0°С - 7,3 6,6 5,7
4. Адгезия (сцепление с мраморной крошкой или песком) Отслоение битумной пленки более чем на 3/4 площади покрытия Отслоение битумной пленки менее 1/4 площади покрытия
5. Изменение температуры размягчения после прогрева, °С 3,0 2,7 2,4 2,0
6. Эластичность при температуре +25°С - 84 86 90
7. Водопоглощение за 4 часа, % объемных 0,03 0,008 0,006 0,004
На основании результатов исследования найдены дозировки и размеры частиц порошка поли-этилентерефталата, а также параметры процесса совмещения битума, полимера и адгезионной добавки, позволяющие сохранить технологические свойства битумно-полимерных композиций. Проведена работа по оптимизации рецептур и свойств полимерно-битумных композиций различного назначения.
Из полученных данных видно, что при добавлении измельченного в порошок продукта переработки полиэтилентерефталата к битуму наблюдается рост температуры размягчения, что свидетельствует о повышении теплостойкости модифицированного битума и позволяет снизить вероятность образования волн и сдвигов на автодорожных покрытиях при высоких летних температурах. Введение порошка переработки полиэтилентерефталата и адгезионной добавки в состав битумного вяжущего положительным образом сказывается на его адгезионных свойствах и зна-
чительно повышает их, что позволяет прогнозировать повышение водостойкости и асфальтобетонных покрытий при их эксплуатации. Кроме того, наблюдается повышение однородности получаемого вяжущего, без изменения технологии приготовления асфальтобетонных смесей на основе получаемого полимерно-битумного вяжущего, и появляются высокие показатели эластичности, не наблюдаемые у нефтяных битумов.
Вместе с тем использование отработанного полиэтилентерефталата при модификации нефтяного дорожного битума позволяет решить проблему утилизации загрязненных полимерных отходов.
Библиографические ссылки
1. Way G. B. Asphalt-Rubber 45 Years of Progress // 5th International Asphalt Rubber conference Westin Grand Hotel Munich, Germany, Oct. 23-26, 2012. P. 121-134.
2. Глуховский, А. П. Все начинается с битума // Автомобильные дороги. 2003. № 2. С. 16-17.
3. Соломенцев, А. Б. Классификация и номенклатура модифицирующих добавок для битумов // Наука и техника в дорожной отрасли. 2008. № 1. С. 14-16.
4. Золотарев, В. А. Битумы модифицированные полимерами и асфальтобетоны // Дорожная техника. № 1. 2009. С. 16 - 23.
5. Lewandowski L. H. Polymer modification of paving asphalt binders. Rubber Chem Technol 1994. Vol. 67, no. 3, Р. 447-480.
© Левченко С. И., Пен В. Р., Коляда К. А., 2019
