Исследование характеристик и реологических свойств ПБВ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 541.64

THE STUDY OF CHARACTERISTICS AND RHEOLOGICAL PROPERTIES OF THE WSP

Lebedeva Kristina Yurevna, the student of the 4th course, Faculty of «Construction and municipal facilities», Irkutsk State Technical University, Kristina-lebedev@mail.ru

Alekseenko Victor Victorovich, docent of chair «Automobile roads», Faculty of «Construction and municipal facilities», Irkutsk State Technical University,

alavic59@yahoo.com

Abstract: The physical and mechanical properties of polymer-bitumen binders received by the polymerization method based on petroleum bitumen road and polystyrene, polymethylmethacrylate and polybutylmethacrylate. The Correlation dependences temperature embrittlement temperature and softening point of the type and content of polymer. Investigated the dependence of the penetration of the temperature. It is shown that the transition of the binder in the plastic state occurs at lower temperatures than the temperature determined by the method of "ring and ball".

Keywords: Polymer modified binders polymerization approach, the temperature brittleness and softening penetration.

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И РЕОЛОГИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ ПБВ

Лебедева Кристина Юрьевна, студент 4-го курса, специальность "Технология строительных материалов, изделий и конструкций", Институт архитектуры и строительства, Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, Kristina-lebedev@mail.ru

Алексеенко Виктор Викторович, кандидат химических наук, доцент кафедры

«Автомобильные дороги», Институт архитектуры и строительства Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет,

alavic59@yahoo. com

Аннотация: Изучены физико-механические характеристики полимербитум-ных вяжущих, полученных полимеризационным методом на основе битума нефтяного дорожного и полистирола, полиметилметакрилата и полибутилметакрилата. Установлены корреляционные зависимости температуры хрупкости и температуры размягчения от вида и содержания полимера. Исследована зависимость показателя пенетрации от температуры. Показано, что переход вяжущего в пластичное состояние происходит при более низких температурах, чем температура, определяемая по методу "кольцо и шар".

Ключевые слова: полимербитумные вяжущие, полимеризационный подход, температура хрупкости и размягчения, пенетрация.

В настоящей работе представлены результаты исследования полимербитумных вяжущих, полученных полимеризационным подходом на основе полистирола (PS), полиметилметакрилата

(ММА), полибутилметакрилата (БМА) в среде битума нефтяного дорожного (БНД) с целью оценки их физико-механических и эксплуатационных характеристик. Выбор полимеров обусловлен их низкой стоимостью, а также распространенностью [4].

Битум - это многокомпонентная система, которая до температур 50-60 оС существует в стеклообразном состоянии и, только, при температурах выше 90-100оС переходит в жидкое состояние, при 130-180оС битум по своим гидродинамическим характеристикам не отличается от обычных органических жидкостей [5]. Наиболее важными показателями вяжущих, согласно российским нормативным документам [1-3], являются значения температуры размягчения по методу "кольцо и шар" и температура хрупкости. Диапазон температур между температурой хрупкости (которая обычно имеет значение от -17°С и ниже) и температурой размягчения (которая обычно имеет значение от +43 °С и выше) называется рабочим диапазоном вяжущего, так как в этом диапазоне оно находится в так называемом вязко-пластичном состоянии.

Вязко-пластичное состояние характеризуется тем, что вещество в этом состоянии не является твёрдым и хрупким и, в то же время, не течёт как жидкость при минимальных сдвиговых нагрузках. Это означает, что и асфальтобетон, на основе такого вяжущего, в рабочем диапазоне температур имеет необходимые потребительские свойства: он в меру пластичен (не трескается) и не течёт (имеет необходимую сдвигоустойчивость).

Полимербитумные вяжущие получали полимеризационным методом на основе полистирола (PS), полиметилметакрилата (ММА), полибутилметакрилата (БМА) в среде битума нефтяного дорожного (БНД). Для этого соответствующий мономер вводился в БНД, где и проводилась дальнейшая полимеризация с образованием полимербитумных вяжущих. Далее в таблицах и на графиках указывается содержание соответствующих мономеров в % по массе от содержания битума.

Исследования температуры хрупкости проводились согласно ГОСТ 11506-2003 «Битумы нефтяные. Метод определения температуры хрупкости по Фраасу». Все результаты сведены в таблицы 1, 2 и 3.

Таблица. 1 Температура хрупкости БНД+Р8

Содержание % 1 2.5 5 10 15

Температура хрупкости, °С -20.7 -23.5 -23 -21.4 -14

Таблица. 2 Температура хрупкости БНД+БМА

Содержание % 1 2.5 5 10 20 30

Температура хрупкости, °С -23 -23 -25 -23.5 -19 -14.5

Таблица. 3

емпература хрупкости БНД+ММА

Содержание % 1 2.5 5 10 15 30

Температура хрупкости, °С -24 -25 -24 -21.5 -22 -22.5

Исследования температуры размягчения проводились согласно ГОСТ 11506-2003 «Битумы нефтяные. Метод определения температуры размягчения по кольцу и шару». Все результаты сведены в таблицы 4, 5 и 6.

Таблица. 4 Температура размягчения БНД+Р8

Содержание % 1 2.5 5 10 15

Температура размягчения, °С 45.3 46.3 46.2 49 55.6

Таблица. 5 Температу

)а размягчения БНД+БМА

Содержание % 1 2.5 5 10 20 30

Температура размягчения, °С 45.5 43.3 46.2 41.9 44.5 46.7

Таблица. 6 Температура размягчения БНД+ММА

Содержание % 1 2.5 5 10 15 30

Температура размягчения, °С 46 41.6 38.4 39.7 45.8 51.8

Исходный битум марки БНД имел следующие показатели: температура хрупкости -22°С, температура размягчения +53.9°С.

Исследования пенетрации проводились согласно ГОСТ 11501-78 "Битумы нефтяные. Метод определения глубины проникания иглы".

Были получены следующие результаты, которые удобно представить в виде графиков.

Рис.1 Пенетрация чистого битума БНД 90/130 в зависимости от температуры

БНД+БМА

300

250

О -I-1-1-1-1-

О 10 20 30 40 50

Температура

Рис.2 Пенетрация композита на основе полибутилметакрилата в зависимости от температуры.

Рис.3 Пенетрация композита на основе полистирола в зависимости от температуры

Рис.4 Пенетрация композита на основе полиметилметакрилата в зависимости от температуры

Все образцы полученных полимербитумных вяжущих проявляют общие закономерности с небольшими отличиями, результаты

температуры хрупкости показывают наилучшие результаты в при содержании полимерного материала в интервале 2,5-5 %. При этом, эти лучшие результаты не превосходят результаты БНД, что может обуславливаться низким качеством полимерного вещества, получаемого в среде битума. Измерения температуры размягчения показывают, что в интервале содержания полимерного вещества 1-15 % результаты практически равны и не превышают результаты для БНД, что так же свидетельствует о низком качестве полимерного вещества, но так же говорит о не полном протекании процесса полимеризации мономеров в полимер, что приводит к содержанию остаточного мономера, который выступает в качестве разбавителя для полученных ПБВ.

Следует отметить, что переход в вязкотекучее состояние, который мы связываем с наличием излома на кривых пенетрации, происходит на 10-20 градусов ниже, чем температура размягчения, фиксируемая по методу «кольцо и шар». В дальнейшем планируется изучить, как переход в вязкотекучее состояние влияет на свойства асфальтобетона.

Работа выполнена на оборудовании, закупленном по программе ПНР-3.

Литература

1. Галдина В.Д. Модифицированные битумы. - Омск: Си-бАДИ, 2009. - 228 с.

2. Гохман Л.М. Битумы, полимерно-битумные вяжущие, асфальтобетон, полимерасфальтобетон. - М.: ЗАО «ЭКОН-ИНФОРМ», 2008. - 117 с.

3. Гохман Л.М., Гурарий Е.Н. Все начинается с битума // Автомобильные дороги. - 2005. - № 5. - С. 34-37.

4. Лебедева К.Ю. Исследование физико-механических характеристик битумно-резиновых композиционных вяжущих // Научно-исследовательские публикации. 2013. №2. С. 148-15

5. Печеный Б.Г. Битум и битумные композиции. - М.: Химия, 1990. - 256 с.