Научная статья на тему 'Исследование реологических свойств модифицированного битума'

Исследование реологических свойств модифицированного битума Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
1895
360
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Вестник МГСУ
ВАК
RSCI
Ключевые слова
ДОРОЖНЫЙ БИТУМ / МОДИФИКАЦИЯ АСФАЛЬТОВОГО ВЯЖУЩЕГО / РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА / ДИНАМИЧЕСКАЯ ВЯЗКОСТЬ / ROAD BITUMEN / MODIFICATION OF ASPHALT BINDER / RHEOLOGICAL PROPERTIES / DYNAMIC VISCOSITY

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Ерофеев Владимир Трофимович, Сальникова Анжелика Игоревна

МОДИФИЦИРОВАННОГО БИТУМА Приведены результаты исследований свойств нефтяного вязкого битума, содержащего 0,5…2,0 % модификатора «Олазол». Определены физико-механические и реологические характеристики модифицированного битума. Проанализированы зависимости динамической вязкости модифицированного битума от количества введенного модификатора, скорости сдвига и температуры нагрева.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Ерофеев Владимир Трофимович, Сальникова Анжелика Игоревна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

At the present time the most widely used type of road pavement is asphalt-concrete pavement produced on the basis of oil bitumen. One of the efficient ways to increase the quality and durability of asphalt-concrete pavement is modification of bitumen. Though Russian specialists still don’t have the global view of the ideal and real asphalt cement, the requirements to its quality and durability indicators in the composition of road structure haven’t yet formed. The authors present the investigation results of the properties of oil asphalt cement containing 0.5-2.0% of modifier “Olazol”. The physical, mechanical and rheological properties of the modified bitumen are determined. The dependences of the dynamic viscosity of the modified bitumen from the quantity of introduced modifier, shear rate and reheat temperature are analyzed.

Текст научной работы на тему «Исследование реологических свойств модифицированного битума»

ВЕСТНИК 8/2016

строительное материаловедение

УДК 691.161

В.Т. Ерофеев, А.И. Сальникова

МГУ им. Н.П. Огарева

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОДИФИЦИРОВАННОГО БИТУМА

Приведены результаты исследований свойств нефтяного вязкого битума, содержащего 0,5...2,0 % модификатора «Олазол». Определены физико-механические и реологические характеристики модифицированного битума. Проанализированы зависимости динамической вязкости модифицированного битума от количества введенного модификатора, скорости сдвига и температуры нагрева.

Ключевые слова: дорожный битум, модификация асфальтового вяжущего, реологические свойства, динамическая вязкость

В настоящее время самым распространенным типом дорожных покрытий являются асфальтобетонные покрытия, изготавливаемые на основе нефтяных битумов. Из анализа литературных данных следует, что в условиях современного грузонапряженного и интенсивного движения традиционные асфальтобетоны очень часто не способны обеспечить требуемых физико-механических свойств покрытий и их долговечность. Одним из эффективных способов повышения качества и долговечности асфальтобетонных покрытий является модификация битумов [1-10]. Наиболее известными и активно применяемыми модификаторами битумов, используемыми для дорожного строительства, являются различные поверхностно-активные вещества, которые, концентрируясь на поверхности раздела термодинамических фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения [11].

однако сейчас у российских специалистов еще не сложились единые представления об идеальном и реальном дорожном битуме, не сформированы требования к показателям его качества, долговечности в составе дорожной конструкции. например, у нас не определяется показатель динамической вязкости битума, регламентированный зарубежными стандартами [12]. В ГОСТ 22245-90 не отражены реологические особенности поведения битумов при технологических и эксплуатационных температурах, хотя реологическая оценка свойств дает более объективное представление о поведении битумного материала в асфальтобетоне [13]. Так, при температуре 120 °С и выше асфаль-тены находятся в молекулярно-дисперсионном состоянии, а при более низких температурах они образуют ассоциированные комплексы. В зависимости от концентрации асфальтенов и одного типа низкомолекулярных углеводородов (петроленов) характер этих систем изменяется от ньютоновского до неньютоновского [14].

Вязкость битума является важнейшей реологической характеристикой. Снижение его вязкости наблюдается в результате процессов старения вяжу-

щего. Знание реологических свойств битумов позволяет разобраться в типе их структуры. Если напряжение сдвига прямо пропорционально скорости течения и скорости сдвига, то наблюдается ньютоновское течение. Ряду битумов свойственен этот вид течения, и, поскольку их вязкость не зависит от напряжения сдвига, действующие между отдельными молекулами силы достаточно велики, чтобы воспрепятствовать разрушению структурных элементов системы при сдвиге. Если скорость сдвига нелинейно зависит от напряжения сдвига, то наблюдается неньютоновское течение [14].

Структура битума зависит от термодинамического состояния и изменяется в зависимости от внешних условий, что определяет особенности реологического поведения материала, а также границы перехода из жидкого состояния в пластичное и затем в твердое. От структуры битума зависят особенности проявления его физико-механических свойств в различных эксплуатационных средах [15].

Известно множество различных адгезионных добавок (Адгезол, ДАД-1, Амдор-9, Амдор-10, Афтисотдор и др.), однако они обладают недостаточно высокими показателями адгезии к кислым и основным горным породам, значительно меняют массу после прогрева, что приводит к старению битума [16-18].

реологические свойства асфальтобетона в значительной мере определяются свойствами битума, применяемого для его приготовления [19]. Изучение реологических свойств битума с добавками позволяют оценить их влияние на структуру битума, асфальтового вяжущего и асфальтобетонной смеси, выбрать оптимальное их сочетание и дозировку, получать асфальтобетонные смеси с требуемыми технологическими свойствами, в частности, с повышенной уплотняемостью при пониженных температурах [20, 21].

Цель настоящих исследований состояла в изучении реологических и физико-механических свойств дорожного битума, содержащего модификатор «Олазол» в количестве от 0,5 до 2,0 % по массе.

Для исследований применялись следующие материалы:

• неактивированный минеральный порошок МП-1 из карбонатных пород с истинной плотностью — 2,71 г/см3 и средней плотностью — 1,71 г/см3 по ГОСТ Р 52129-2003 (ООО «Иссинский комбинат строительных материалов», п.г.т. Исса);

• битум марки БНД 60/90 по ГОСТ 22245-90 (ОАО «Лукойл-Нижегород-нефтеоргсинтез», г. Кстово);

• модификатор «Олазол» — продукт конденсации кислот с полиаминами (диэтилентриамин, триэтилентриамин), внешний вид — подвижная жидкость от светло-коричневого до темно-коричневого цвета, температура конденсации 200...300 °С, аминное число — 1 г НС1/100 г не более 4,5, кислотное число — 14 г КОН/1 г не более 20, растворяется в органических растворителях, IV класс опасности (НП ОАО «Синтез-ПАВ», г. Шебекино, Белгородская область).

Изготовление модифицированного битума производили следующим образом. В обезвоженный и разогретый битум (150...160 °С) вводили отмеренное количество модификатора «Олазол» и тщательно перемешивали в течение 20.30 мин.

Составы образцов модифицированных битумов, используемых для испытаний, приведены в табл. 1.

Табл. 1. Содержание компонентов в модифицированном битуме

Номер состава Содержание компонентов в составах, масс. %

Битум БНД 60/90 Модификатор «Олазол»

1 100,0 —

2 99,5 0,5

3 99,0 1,0

4 98,5 1,5

5 98,0 2,0

Параллельно исследовались стандартные свойства битума и его реологические характеристики. Реологические свойства (характеристики) модифицированного битума изучены с помощью ротационного модульного реометра HAAKE MARS III (лаборатория энергосберегающих технологий переработки сырья и материалов ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П. Огарева»). Данный реометр предназначен для измерения вязкоупругих свойств консистентных сред и расплавов полимеров в широком диапазоне температур. Программное обеспечение RheoWin4Job Manager позволяет проводить измерения и обработку результатов.

Изображения испытаний модифицированного битума на реометре приведены на рис. 1.

Рис. 1. Испытания на реометре HAAKE MARS III

Реологические исследования для определения зависимости динамической вязкости от скорости сдвига (угловой скорости осцилляций ротора реометра) и температуры нагрева проводились на реометре в динамическом режиме с использованием измерительной системы «плоскость-плоскость» с диаметрами ротора и плоскости 35 мм. Скорость сдвига составила 0.2000 с1, диапазон температур нагрева 60.163 °С, рабочий зазор между плоскостями измерительной системы принимался в соответствии с толщиной расплавленного модифицированного битума и составил 1 мм.

Зависимость изменения вязкости битума с модификатором «Олазол» от скорости сдвига определяли при следующих температурах: 60, 135, 150 и 163 °С. Выбор температур обусловлен тем, что динамическую вязкость определяют согласно ОДМ 218.7.001-2008 (ЕК 12569) при 60 °С, кинематическую вязкость — согласно ОДМ 218.7.001-2008 (Ш 12595) при 135 °С, температура вяжущего при приготовлении горячей асфальтобетонной смеси согласно ГОСТ 12801-84 составляет 130.150 °С, температура горячей асфальтобетонной смеси при изготовлении образцов согласно ГОСТ 12801-84 — 140.160 °С, старение в тонкой пленке методом RTFOT оценивают при 163 °С.

Определение качества сцепления модифицированного битума с поверхностью кислых пород (гранитный щебень Павловского месторождения) и основных пород (мрамор белый Коелгинского месторождения) проводили в соответствии с ГОСТ 12801-98, раздел 28, изм. № 1. Определение пенентрации выполняли по ГОСТ 11501-78, температуры размягчения — по ГОСТ 11506-73, изменения массы после прогрева — по ГОСТ 18180-72, изменения температуры размягчения после прогрева — по ГОСТ 18180-72 и ГОСТ 11506-73, индекса пенетрации — по ГОСТ 22245-90, прил. 2.

Полученные результаты реологических и физико-механических характеристик составов, содержащих модификатор «Олазол», а также контрольных образцов без модификатора, приведены в табл. 2.

Табл. 2. Характеристики дорожных битумов

характеристики Величины характеристик битумов для составов

1 2 3 4 5

Сцепление основным 4 5 5 5 5

с минеральными материалами, баллы кислым 2 5 5 5 5

Пенетрация при 25 °С х 0,1 мм 68 75 78 90 97

Пенетрация при 0 °С х 0,1 мм 23 26 23 24 24

Температура размягчения, °С 48,5 48,25 48,5 47,75 47,0

Индекс пенетрации -0,85 -0,66 -0,48 -0,28 -0,27

Изменение массы после прогрева, % (5 ч при Т = 163 °С) 0,05 0,065 0,065 0,095 0,065

Температура размягчения после прогрева, °С (5 ч при Т = 163 °С) 57,75 56,50 59,0 57,25 55,60

Окончание табл. 2

Характеристики

Величины характеристик битумов для составов

1 2 3 4 5

Изменение температуры размягчения после прогрева, °С (5 ч при Т = 163 °С) 9,25 8,25 10,50 9,50 8,50

Динамическая вязкость, Пас При скорости сдвига 100 с-1 при Т = 60 °С 80,73 23,75 39,17 55,91 35,99

при Т=135°С 0,577 0,516 0,468 0,342 0,392

при Т=150°С 0,713 0,365 0,293 0,395 0,307

при Т = 163 °С 0,186 0,157 0,167 0,138 0,138

При скорости сдвига 1000 с-1 при Т = 60 °С 6,642 9,872 13,08 2,145 15,9

при Т=135°С 0,593 0,505 0,511 0,399 0,428

при Т=150°С 0,401 0,285 0,262 0,275 0,230

при Т = 163 °С 0,177 0,157 0,158 0,128 0,139

При скорости сдвига 2000 с-1 при Т = 60 °С 2,507 3,99 6,468 0,201 7,949

при Т=135°С 0,545 0,463 0,5 0,396 0,435

при Т=150°С 0,306 0,243 0,251 0,224 0,216

при Т = 163 °С 0,169 0,151 0,155 0,125 0,139

Важным показателем для нефтяных битумов, характеризующим реологические свойства, является динамическая вязкость. Величина динамической вязкости при 60 °С определяет реологические свойства битума в покрытии в летний эксплуатационный период и позволяет судить об устойчивости асфальтобетонных покрытий к колееобразованию и другим пластическим деформациям [13]. Динамическая вязкость при 60 °С, которая в России не определяется, в северных странах является критерием деформации битума вместо температуры размягчения. В ходе испытания производится оценка фундаментальных свойств вещества, а не эмпирической характеристики, каковой является температура размягчения, при этом корреляция вязкости с деформационной стойкостью асфальта немного лучше, чем такого показателя, как температура размягчения. Однако определение вязкости практически не использовалось в странах Центральной и Южной Европы, поэтому температура размягчения стала обязательным требованием, а испытание на вязкость при 60 °С было принято как факультативное [12].

Кинематическая вязкость при 135 °С характеризует перекачиваемость битума и его смешиваемость с минеральными материалами, а вместе с динамической вязкостью при 60 °С и глубиной проникновения — также термочувствительность битума [12].

По результатам определения динамической вязкости исследуемых составов для наглядности рассмотрения построены графики (рис. 3).

Состав 1: V = 64,673л;-1 042 Я2 = 0,8 Состав 2: у = 25,824л:41-531 Д2 = 0,794 Состав 3: V = 35,622х^486 Д2 = 0,8059

- Состав 4 :у = 42,305л:-1-173 Д2 = 0,5853

- Состав 5: у = 0,3912л:0-0384 Д2 = 0,98

б

Рис. 3. (начало) Зависимость динамической вязкости битума ц от скорости сдвига у при следующих температурах нагрева: а — Т= 60 °С; б — Т = 135 °С

а

Рис. 3. (окончание) Зависимость динамической вязкости битума ц от скорости сдвига у при следующих температурах нагрева: в — Т = 150 °С; г — Т = 163 °С

в

г

В результате проведенных экспериментальных исследований при температуре 60 °С (см. рис. 3, а) наблюдается значительное снижение динамической вязкости в зависимости от скорости сдвига. Так, например, у битума без модификатора (состав 1) вязкость изменяется в 12 раз при изменении скорости сдвига от 100 до 1000 с-1. Введение модификатора позволяет снизить вязкость. Наиболее эффективно снижает вязкость введение 1,5 % модификатора «Ола-зол» (в 26 раз при изменении скорости сдвига от 100 до 1000 с-1). При температуре 60 °С наблюдается неньютоновское течение с упругой структурой битума, так как с увеличением скорости сдвига разрушается структура и соответственно значительно понижается динамическая вязкость.

При температуре 135 °С (см. рис. 3, б) с увеличением скорости сдвига до 2000 с-1 происходит незначительное снижение динамической вязкости контрольного состава (состав 1) и состава, содержащего 0,5 % модификатора «Олазол» (состав 2). Но с увеличением содержания модификатора и скорости сдвига наблюдается незначительное увеличение вязкости, несмотря на введенный модификатор. При температуре 135 °С начинается слабоньютоновское течение, при котором динамическая вязкость не всегда зависит от скорости сдвига. Данный температурный режим приближен к температуре перемешивания асфальтобетонной смеси и ее укладки при строительстве асфальтобетонного покрытия [13].

Из построенных линейных графиков видно, что при температурах 150 и 163 °С происходит снижение динамической вязкости с ростом скорости сдвига и содержания добавки. При температуре 160 °С (см. рис. 3, г) на графике хорошо заметны значительные изменения динамической вязкости в зависимости от скорости сдвига, так, например, у битума без модификатора (состав 1) вязкость изменяется с 147,2 Пас при скорости сдвига 4,928 с-1 до 2,2057 Пас при скорости сдвига 2004 с-1 (98,3 %). При температурах 150 и 163 °С наблюдается слабоньютоновское течение (свойства приближаются к характеристикам ньютоновской жидкости) с неупругой структурой и линейный характер изменения динамической вязкости.

Дорожный битум должен обладать необходимой адгезией к поверхности для обеспечения требуемого коэффициента длительной водостойкости материала и продолжительной эксплуатации в покрытии без шелушения и выкрашивания [1]. Из результатов физико-механических испытаний видно, что введение модификатора «Олазол» способствует повышению адгезии с минеральными материалами как кислого, так и основного химико-минералогического состава. Высокие показатели адгезии свидетельствуют о способности модифицированного битума удерживаться на поверхности материалов кислого и основного химико-минералогического составов при воздействии на них воды. Это характеризует хорошую адгезионную способность модифицированного битума, которая позволяет увеличить срок службы асфальтобетонного покрытия.

Согласно работам А.С. Колбановской, индекс пенетрации характеризует структурно-реологический тип битумного вяжущего [22]. Исследования показали, что у модифицированного битума наблюдается повышение показателя пенетрации (снижение вязкости). Состав 5 с содержанием модификатора в ко-

ВЕСТНИК 8/2016

личестве 2,0 % от массы битума имеет марку БНД 90/130 и является пригодным для использования не только во II и III дорожно-климатических зонах, но и также в I зоне. Битумы с индексом пенетрации в пределах от -2 до +2 менее чувствительны к изменениям температур. В исследуемых составах 2-5 наблюдается повышение индекса пенетрации, что показывает большую теплоустойчивость битума по сравнению с контрольным составом (состав 1).

Температура размягчения остается стабильной (состав 3). После прогрева температура размягчения изменяется в пределах от 8,25 до 10,5 °С. В соответствии с техническими требованиям ГОСТ 22245-90 допустимо изменение температуры после прогрева не более чем на 5 °С, однако в контрольном составе битума (состав 1) после прогрева температура размягчения повышается на 9,25 °С. Поэтому можно выделить составы 2 и 5 модифицированного битума, в которых температуры размягчения после прогрева повышаются меньше, чем у контрольного состава, что свидетельствует о замедлении процесса теплового старения в результате введения модификатора в битум.

По мнению С.К. Илиополова, увеличение температуры размягчения битума после его прогрева является результатом испарения компонентов или окисления воздухом. Предложенный им метод используется для определения стабильности битумов при продолжительном хранении при повышенных температурах, оцениваемой по изменению их качественных показателей. Минимальные значения температуры размягчения после прогрева в тонком слое характеризуют требования к деформационной стойкости битума в процессе старения. Следует отметить, что в России нормируется только один показатель, характеризующий устойчивость битумов к старению, — «изменение температуры размягчения после прогрева», а в европейских стандартах не менее трех [14].

Незначительно изменяется (в 1,3.1,9 раз) масса модифицированного битума после прогрева в муфельной печи в течение 5 ч при температуре 163 °С. Разнообразные реакции, приводящие к изменению химического состава битума (химическое старение) в связи с введением модификатора, не наблюдаются. Выявлено испарение части легких масел, происходящее в поверхностном слое битума, и полимеризация, связанная с воздействием тепла. Таким образом, использование в составе асфальтобетонной смеси предлагаемого модифицированного битума позволяет заменить применение битумов, содержащих слишком много легких фракций. По результатам исследований В.А. Золотарева, данный метод в какой-то степени имитирует условия перемешивания битума с каменными материалами, транспортирования и укладки смеси [23].

нагрев битума до высоких технологических температур в процессе производства асфальтобетонных смесей, последующее перемешивание с горячими каменными материалами, транспортировка и укладка смеси в горячем состоянии приводят к тому, что битум в течение нескольких часов находится в горячем состоянии, при этом в нем происходят процессы изменений химического состава и структуры [15]. При длительном нагреве, особенно при высоких технологических температурах, процесс изменения группового состава битума протекает более интенсивно, масла переходят в смолы, а смолы в асфальтены [24].

Нефтяные битумы на всех этапах жизненного цикла — в процессе получения, хранения, транспортирования подвергаются значительным термическим воздействиям. При приготовлении и транспортировке асфальтобетонных смесей помимо действия повышенной температуры (170...200 °С) на них оказывают влияние межфазовые поверхностные явления в пограничных слоях контакта вяжущего и минерального наполнителя, а в эксплуатируемом асфальтобетоне — различные климатические воздействия. Все эти факторы оказывают существенное влияние на состав, структуру и свойства нефтяных битумов, а следовательно, и на долговечность асфальтобетонных покрытий [25].

Известно, что свойства асфальтового вяжущего, зависящие от соотношения количества битума и минерального порошка в составе асфальтобетонной смеси, также во многом определяют свойства получаемого асфальтобетона. Поэтому при проектировании состава асфальтобетона одним из важнейших факторов является получение оптимального состава асфальтового вяжущего, обеспечивающего получение требуемых характеристик асфальтобетона [26]. Взаимодействие минерального порошка с битумом обусловливается физико-химическими процессами, происходящими на границе битум - каменный материал, в силу которых на поверхности минеральных частиц образуется тонкая битумная пленка, не только обволакивающая отдельные частицы, но и прочно сцепленная с ними [27].

В связи с этим для изучения поведения предлагаемого модифицированного битума в конечном продукте — асфальтобетоне проведены физико-механические испытания для определения характеристик асфальтового вяжущего на основе модификатора «Олазол» в количестве 2,0 % по массе и контрольного состава асфальтового вяжущего без модификатора. Способ изготовления асфальтовых вяжущих заключался в следующем. Приготовленный битум (при 150.160 °С) вводили в минеральный порошок, разогретый до 150 °С. Составы асфальтовых вяжущих перемешивали до однородного распределения битума в минеральном порошке при 150.160 °С. Образцы асфальтовых вяжущих изготавливались с использованием форм для асфальтобетона й = 50,5 мм по технологии приготовления асфальтобетонных образцов, изложенной в ГОСТ 1280-98, раздел 6.

Содержание компонентов в составах приведено в табл. 3.

Табл. 3. Содержание компонентов в асфальтовом вяжущем

Номер Содержание компонентов в составах, масс. %

состава Минеральный порошок Битум БНД 60/90 Модификатор «Олазол»

6 84,5 15,5 -

7 84,5 13,5 2,0

Среди физико-механических характеристик рассматривались: плотность р , г/см3, водонасыщение Ж, %, прочность при сжатии Я , МПа, при температурах 50±2 °С, 20±2 °С и 0±2 °С. Кроме того, анализировались коэффициенты теплоустойчивости и термостабильности.

В табл. 4 приведены результаты испытаний асфальтовых вяжущих, выполненные для определения их физико-механических характеристик.

Табл. 4. Физико-механические характеристики асфальтовых вяжущих

Характеристики величины характеристик асфальтовых вяжущих для составов

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

6 7

Средняя плотность, г/см3 1,99 2,02

Водонасыщение, % 4,94 3,62

Предел прочности при сжатии при 50 °С, МПа 3,32 3,65

Предел прочности при сжатии при 20 °С, МПа 7,84 6,82

Предел прочности при сжатии при 0 °С, МПа 8,87 10,25

Коэффициент теплоустойчивости, кт = Л20/ Я50 2,36 1,87

Коэффициент термостабильности, ктс = Я0/ Я50 2,67 2,81

Из результатов, представленных в табл. 4, видно, что использование модифицированного битума способствует повышению плотности, снижению водонасыщения, повышению прочности при температурах 0 и 50 °С. Кроме того, повышается коэффициент термостабильности. Термостабильность — способность материала одинаково хорошо противостоять образованию сдвиговых деформаций при высокой температуре и трещинообразованию — при низкой [28].

Стоит отметить снижение в 1,3 раза коэффициента теплоустойчивости асфальтового вяжущего при введении модификатора. Теплоустойчивость — свойство битмоминеральных смесей при повышении температуры окружающей среды в различной степени снижать механическую прочность и деформироваться под влиянием нагрузок. Это свойство имеет одно из решающих значений при выборе компонентов и назначения состава битумоминеральных смесей и различных мастик в дорожном, аэродромном и других типах строительства. Недостаточная теплоустойчивость таких смесей приводит к деформации покрытий в виде волн, сдвигов и наплывов [29]. Если состав 5 модифицированного битума по результатам испытаний достаточно термостойкий, то поведение модификатора в асфальтовом вяжущем меняется.

Таким образом, в результате исследований установлено, что введение модификатора «Олазол» оказывает влияние на физико-механические и реологические характеристики битума нефтяного дорожного вязкого, а также на физико-механические характеристики асфальтового вяжущего.

По результатам исследований можно сделать следующие выводы:

• установлено влияние модификатора «Олазол» на физико-механические свойства модифицированного битума. Получены данные, показывающие повышение адгезии к минеральным материалам кислого и основного химико-минералогического состава, а также замедление процесса теплового старения, что отражается на конечном продукте — асфальтобетоне, приготовленном с его использованием, и соответственно обеспечит увеличение сроков службы асфальтобетонных покрытий;

• исследованы реологические свойства модифицированного битума, при этом установлены зависимости динамической вязкости от количества введенного в битум модификатора, скорости сдвига при температурах нагрева

60, 135, 150, 163 °С и выявлено снижение динамической вязкости модифицированного битума;

• проанализированы физико-механические свойства асфальтового вяжущего, приготовленного на основе модифицированного битума. Экспериментально установлено положительное влияние модификатора «Олазол» в количестве 2,0 % по массе на прочность при 0 и 50 °С, коэффициент термостабильности и показатель водонасыщения асфальтового вяжущего;

• предлагаемый модификатор «Олазол» рекомендуется для использования в дорожном строительстве при устройстве верхних слоев покрытий автомобильных дорог и городских улиц, а также в качестве поверхностно-активных веществ в полимербитумных вяжущих для улучшения адгезии к минеральным материалам. Кроме того, модификатор может найти применение для приготовления битумного лака, мастики, герметика и битумной эмульсии.

Библиографический список

1. Дошлов О.И., Спешилов Е.Г. Полимерно-битумное вяжущее — высокотехнологичная основа для асфальта нового поколения // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. № 6. С. 140-144.

2. Ерофеев В.Т., БаженовЮ.М., Калгин Ю.И. [и др.]. Дорожные битумоминераль-ные материалы на основе модифицированных битумов (технология, свойства, долговечность) / под общ. ред. Ю.М. Баженова, В.Т. Ерофеева. Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2009. 273 с.

3. Золотарев В.А., Кудрявцева В.А., Ефремов С.В. Влияние совместного введения полимеров и адгезионных добавок на свойства битумов // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. 2008. № 40. С. 68-75.

4. Калгин Ю.И., Ерофеев В.Т. Разработка и исследование литого асфальтобетона на битумно-каучуковом вяжущем // Строительные материалы. 2007. № 1. С. 60-63.

5. Лаврухин В.П., Калгин Ю.И., Ерофеев В.Т. Усталостная долговечность асфальтобетонов на модифицированных битумах // Вестник Мордовского университета. 2001. № 3-4. С. 128-135.

6. Руденский А.В. Как продлить жизнь дорожного полотна // Автомобильные дороги. 2009. № 2. С. 36-40.

7. Руденский А.В. Характерные особенности битумных композиций // Дороги: Инновации в строительстве. 2012. № 24. С. 94-96.

8. Соломатов В.И., Ерофеев В.Т., Калгин Ю.И., Красильников А.А., ЩербатыхА.А. Эпоксидно-битумные полимербетоны // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2000. № 7-8. С. 34.

9. Соломатов В.И., Ерофеев В.Т., Калгин Ю.И., Мищенко Н.И. Эпоксидно-битумные композиты // Промышленное и гражданское строительство. 2000. № 11. С. 22.

10. Строкин А.С., Калгин Ю.И., Козлов В.А. Влияние синтетических каучуков и полимерных адгезионных добавок на структурно-реологические свойства асфальтобетона и сдвигоустойчивость дорожных покрытий // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. 2009. № 2. С. 99-105.

11. Рыбачук Н.А. Проблемы производства полимерно-битумных вяжущих в дорожном строительстве // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 5 (100). С. 98-105.

12. Рапопорт П.Б., Кочетков А.В., Евтеева С.М., Погуляйко В.А. Нормирование показателей битума // Строительные материалы. 2013. № 5. С. 14-17.

ВЕСТНИК 8/2Q16

13. Давлятова Д.Ю., Котлярский З.В. Прогноз показателей : методы нормирования реологических характеристик вязких дорожных битумов // Автомобильные дороги. 2013. № 1 (974). С. 75-78.

14. Илиополов С.К., Мардиросова И.В., Углова Е.В., Безродный О.К. Органические вяжущие для дорожного строительства. Ростов н/Д : РГСУ, 2003. 428 с.

15. Руденская И.М., Руденский А.В. Состав, структура и физико-механические свойства нефтяных дорожных битумов // Дороги и мосты : сб. 2009. № 2. С. 278-295. Режим доступа: http://www.rasdornii.ru/UserFües/Füe/dim/22-2/20.pdf. Дата обращения: 02.02.2016.

16. Буртан С.Т., Мустафин С.К. Принципы управления качеством асфальтобетона на основе оптимизации состава и сочетания компонентов битумоминеральных смесей // Автомобильные дороги. 2013. № 7 (980). С. 52-55.

17. КузнецовД.А., Высоцкая М.А., Барабаш Д.Е. Влияние адгезионных добавок на интенсивность деградационных процессов дорожных битумов // Строительные материалы. 2012. № 10. С. 24-27.

18. Надежко А.А. Справочная энциклопедия дорожника (СЭД). Ремонт и содержание автомобильных дорог / под ред. А.А. Надежко. М. : Информавтодор, 2006. Т. 4: Дорожная наука. 393 с.

19. Руденская И.М., Руденский А.В. Реологические свойства битумов. М. : Высшая школа, 1967. 118 с.

20. Куликова А.В., Соломенцев А.Б. Реологические свойства дорожного битума с добавками для теплого асфальтобетона // Строительные материалы и технологии. 2013. № 2. С. 104-110.

21. Соломенцев А.Б. Классификация и номенклатура модифицирующих добавок для битумов // наука и техника в дорожной отрасли. 2008. № 1. С. 14-16.

22. Колбановская А.С., Михайлов В.В. Дорожные битумы. М. : Транспорт, 1973. 261 с.

23. Золотарев В.А., Пыриг Ян.И., Галкин А.В., Кудрявцева-Вальдес С.В. Сравнительное исследование свойств окисленных и остаточных битумов // наука и техника в дорожной отрасли. 2011. № 3. С. 24-29.

24. Ковалев Я.Н., Кравченко С.Е., Шумчик В.К. Дорожно-строительные материалы и изделия : учебно-методическое пособие. Минск : Новое знание ; М. : ИНФА-М, 2013. 628 с. (Высшее образование. Бакалавриат)

25. Васильев Ю.Э., Кочетков А.В., Сарычев И.Ю., Андронов С.Ю. Особенности и проблемы обращения битума // Строительные материалы. 2013. № 10. С. 32-35.

26. Руденский А.В., Никонова О.Н. Модифицированные асфальтовые вяжущие // Строительные материалы. 2008. № 7. С. 54-56.

27. Богуславский А.М., Королев И.В., Горелышев Н.В., Гезенцвей Л.Б. Дорожный асфальтобетон / под ред. Л.Б. Гезенцвея. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Транспорт, 1985. 350 с.

28. Яшин С.О., Борисенко Ю.Г. Свойства битумоминеральных композиций, модифицированных фосфогипсом // Строительные материалы. 2011. № 1. С. 14-15.

29. Шестоперов С.В. Дорожно-строительные материалы. М. : Высшая школа, 1969. 672 с.

Поступила в редакцию в марте 2016 г.

Об авторах: Ерофеев Владимир Трофимович — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительных материалов и технологий, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева (МГУ им. Н.П. Огарева), 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68, fac-build@adm.mrsu.ru;

Сальникова Анжелика Игоревна — начальник отдела управления интеллектуальной собственностью, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева (МГУ им. Н.П. Огарева), 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68, anzhelika_salnikova@mail.ru.

Для цитирования: Ерофеев В.Т., Сальникова А.И. Исследование реологических свойств модифицированного битума // Вестник МГСУ 2016. № 8. С. 48-63.

V.T. Erofeev, A.I. Sal'nikova

INVESTIGATION OF RHEOLOGICAL PROPERTIES OF MODIFIED BITUMEN

At the present time the most widely used type of road pavement is asphalt-concrete pavement produced on the basis of oil bitumen. One of the efficient ways to increase the quality and durability of asphalt-concrete pavement is modification of bitumen. Though Russian specialists still don't have the global view of the ideal and real asphalt cement, the requirements to its quality and durability indicators in the composition of road structure haven't yet formed.

The authors present the investigation results of the properties of oil asphalt cement containing 0.5-2.0% of modifier "Olazol". The physical, mechanical and rheological properties of the modified bitumen are determined. The dependences of the dynamic viscosity of the modified bitumen from the quantity of introduced modifier, shear rate and reheat temperature are analyzed.

Key words: road bitumen, modification of asphalt binder, rheological properties, dynamic viscosity

References

1. Doshlov O.I., Speshilov E.G. Polimerno-bitumnoe vyazhushchee — vysokotekh-nologichnaya osnova dlya asfal'ta novogo pokoleniya [Polymer-Bitumen Binder as a High-Technology Base for the New Generation of Asphalt]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvenno-go tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of Irkutsk State Technical University]. 2013, no. 6, pp. 140-144. (In Russian)

2. Erofeev V.T., Bazhenov Yu.M., Kalgin Yu.I. et al. Dorozhnye bitumomineral'nye ma-terialy na osnove modifitsirovannykh bitumov (tekhnologiya, svoystva, dolgovechnost') [Road Bituminous Materials Based on Modified Bitumen (Technology, Properties, Durability)]. Saransk, Izdatel'stvo Mordovskogo Universiteta Publ., 2009, 273 p. (In Russian)

3. Zolotarev V.A., Kudryavtseva V.A., Efremov S.V. Vliyanie sovmestnogo vvedeniya polimerov i adgezionnykh dobavok na svoystva bitumov [The Influence of Joint Introduction of Polymers and Adhesion Additives on the Properties of Bitumen]. Vestnik Khar'kovskogo natsional'nogo avtomobil'no-dorozhnogo universiteta [Bulletin of Kharkov National Automobile and Highway University]. 2008, no. 40, pp. 68-75. (In Russian)

4. Kalgin Yu.I., Erofeev V.T. Razrabotka i issledovanie litogo asfal'tobetona na bitumno-kauchukovom vyazhushchem [Development and Research of Mastic Asphalt Based on Bitumen-Rubber Binder]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2007, no. 1, pp. 60-63. (In Russian)

5. Lavrukhin V.P., Kalgin Yu.I., Erofeev V.T Ustalostnaya dolgovechnost' asfal'tobetonov na modifitsirovannykh bitumakh [The Fatigue Life of Asphalt Concrete Based on Modified Bitumen]. Vestnik Mordovskogo universiteta [Mordovia University Bulletin]. 2001, no. 3-4, pp. 128-135. (In Russian)

6. Rudenskiy A.V. Kak prodlit' zhizn' dorozhnogo polotna [How to Prolong the Life of a Roadway]. Avtomobil'nye dorogi [Motor Roads]. 2009, no. 2, pp. 36-40. (In Russian)

7. Rudenskiy A.V. Kharakternye osobennosti bitumnykh kompozitsiy [Characteristic Features of Bituminous Compounds]. Dorogi: Innovatsii v stroitel'stve [Roads. Innovations in Construction]. 2012, no. 24, pp. 94-96. (In Russian)

ВЕСТНИК 8/2016

8. Solomatov V.I., Erofeev V.T., Kalgin Yu.I., Krasil'nikov A.A., Shcherbatykh A.A. Epok-sidno-bitumnye polimerbetony [Epoxy Bitumous Polymer Concretes], Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy, Stroitel'stvo [News of Higher Educational Institutions. Construction]. 2000, no. 7-8, p. 34. (In Russian)

9. Solomatov V.I., Erofeev V.T., Kalgin Yu.I., Mishchenko N.I. Epoksidno-bitumnye kom-pozity [Epoxy-Bitumen Composites]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. 2000, no. 11, p. 22. (In Russian)

10. Strokin A.S., Kalgin Yu.I., Kozlov V.A. Vliyanie sinteticheskikh kauchukov i polim-ernykh adgezionnykh dobavok na strukturno-reologicheskie svoystva asfal'tobetona i sdvi-goustoychivost' dorozhnykh pokrytiy [Influence of Synthetic Rubbers and Polymer Adhesive Additives on Structural and Rheological Properties of Asphalt Concrete and Shear Strength of Road Pavements]. Nauchnyy vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta, Stroitel'stvo i arkhitektura [Scientific Proceedings of Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture]. 2009, no. 2, pp. 99-105. (In Russian)

11. Rybachuk N.A. Problemy proizvodstva polimerno-bitumnykh vyazhushchikh v doro-zhnom stroitel'stve [Problems of Polymer Bitumen Binders Production In Road Construction]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Bulletin of Irkutsk State Technical University]. 2015, no. 5 (100), pp. 98-105. (In Russian)

12. Rapoport P.B., Kochetkov A.V., Evteeva S.M., Pogulyayko V.A. Normirovanie poka-zateley bituma [Rationing of Bitumen Indicators]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2013, no. 5, pp. 14—17. (In Russian)

13. Davlyatova D.Yu., Kotlyarskiy Z.V. Prognoz pokazateley : metody normirovaniya reo-logicheskikh kharakteristik vyazkikh dorozhnykh bitumov [Forecast of Indicators : The Rationing Methods of the Rheology Features of Viscous Road Bitumen]. Avtomobil'nye dorogi [Motor Roads]. 2013, no. 1 (974), pp. 75-78. (In Russian)

14. Iliopolov S.K., Mardirosova I.V., Uglova E.V., Bezrodnyy O.K. Organicheskie vy-azhushchie dlya dorozhnogo stroitel'stva [Organic Binders for Road Construction]. Rostov-on-Don, RGSU Publ., 2003, 428 p. (In Russian)

15. Rudenskaya I.M., Rudenskiy A.V. Sostav, struktura i fiziko-mekhanicheskie svoystva neftyanykh dorozhnykh bitumov [Composition, Structure, Physical and Mechanical Properties of Oil Road Bitumen]. Dorogi i mosty: sbornik [Roads and Bridges : the Collection of Works]. 2009, no. 2, pp. 278-295. Available at: http://www.rosdornii.ru/UserFiles/File/dim/22-2/20.pdf. Date of access: 02.02.2016. (In Russian)

16. Burtan S.T., Mustafin S.K. Printsipy upravleniya kachestvom asfal'tobetona na os-nove optimizatsii sostava i sochetaniya komponentov bitumomineral'nykh smesey [The Principles of Quality Management of Asphalt Concrete on the Basis of Optimizing the Composition and Combination of the Components of Bituminous-Mineral Mixes]. Avtomobil'nye dorogi [Motor Roads]. 2013, no. 7 (980), pp. 52-55. (In Russian)

17. Kuznetsov D.A., Vysotskaya M.A., Barabash D.E. Vliyanie adgezionnykh dobavok na intensivnost' degradatsionnykh protsessov dorozhnykh bitumov [Influence of Adhesive Additives on the Strength of Degradation Processes of Road Bitumen]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2012, no. 10, pp. 24-27. (In Russian)

18. Nadezhko A.A. Spravochnaya entsiklopediya dorozhnika (SED), Remont i soder-zhanie avtomobil'nykh dorog [Reference Encyclopedia of a Road Worker. Repair and Maintenance of Motor Roads]. Moscow, Informavtodor Publ., 2006, vol. 4: Dorozhnaya nauka [Road Science], 393 p. (In Russian)

19. Rudenskaya I.M., Rudenskiy A.V. Reologicheskie svoystva bitumov [Rheological Properties of Bitumen]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1967, 118 p. (In Russian)

20. Kulikova A.V., Solomentsev A.B. Reologicheskie svoystva dorozhnogo bituma s dobavkami dlya teplogo asfal'tobetona [Rheological Properties of Road Bitumen with Additives for Warm Asphalt Concrete]. Stroitel'nye materialy i tekhnologii [Construction Materials and Technologies]. 2013, no. 2, pp. 104-110. (In Russian)

21. Solomentsev A.B. Klassifikatsiya i nomenklatura modifitsiruyushchikh dobavok dlya bitumov [Classification and Nomenclature of Modifying Additives for Concretes]. Nauka i tekhnika v dorozhnoy otrasli [Science and Technology in the Road Sector]. 2008, no. 1, pp. 14—16. (In Russian)

22. Kolbanovskaya A.S., Mikhaylov V.V. Dorozhnye bitumy [Road Bitumen]. Moscow, Transport Publ., 1973, 261 p. (In Russian)

23. Zolotarev V.A., Pyrig Yan I., Galkin A.V., Kudryavtseva-Val'des S.V. Sravnitel'noe issledovanie svoystv okislennykh i ostatochnykh bitumov [Comparative Study of the Properties of Oxidized and Residual Bitumen]. Nauka i tekhnika v dorozhnoy otrasli [Science and Technology in the Road Sector]. 2011, no. 3, pp. 24-29. (In Russian)

24. Kovalev Ya.N., Kravchenko S.E., Shumchik V.K. Dorozhno-stroitel'nye materialy i izdeliya : uchebno-metodicheskoe posobie [Road-Building Materials and Products [Studying Manual]. Minsk, Novoe znanie Publ.; Moscow, INFA-M Publ., 2013, 628 p. (Vysshee obra-zovanie. Bakalavriat [Higher Education. Bachelor Studies]). (In Russian)

25. Vasil'ev Yu.E., Kochetkov A.V., Sarychev I.Yu., Andronov S.Yu. Osobennosti i prob-lemy obrashcheniya bituma [Features and Circulation Problems of Bitumen]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2013, no. 10, pp. 32-35. (In Russian)

26. Rudenskiy A.V., Nikonova O.N. Modifitsirovannye asfal'tovye vyazhushchie [Modified Asphalt Binders]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2008, no. 7, pp. 54-56. (In Russian)

27. Boguslavskiy A.M., Korolev I.V., Gorelyshev N.V., Gezentsvey L.B. Dorozhnyy asfal'tobeton [Road Asphalt Concrete]. 2nd edition, revised and enlarged. Moscow, Transport Publ., 1985, 350 p. (In Russian)

28. Yashin S.O., Borisenko Yu.G. Svoystva bitumomineral'nykh kompozitsiy, modifitsirovannykh fosfogipsom [Properties of Bituminous Mineral Composites Modified by Phospho-gypsum]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2011, no. 1, pp. 14-15. (In Russian)

29. Shestoperov S.V. Dorozhno-stroitel'nye materialy [Road Construction Materials]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1969, 672 p. (In Russian)

About the authors: Erofeev Vladimir Trofimovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, chair, Department of Construction Materials and Technologies, Ogarev Mordovia State University (Ogarev MSU), 68 Bolshevistskaya str., Saransk, 430005, Republic of Mordovia, Russian Federation; fac-build@adm.mrsu.ru;

Sal'nikova Anzhelika Igorevna — head, Department of Intellectual Property Management, Ogarev Mordovia State University (Ogarev MSU), 68 Bolshevistskaya Str., Saransk 430005, Republic of Mordovia, Russian Federation; anzhelika_salnikova@mail.ru.

For citation: Erofeev V.T., Sal'nikova A.I. Issledovanie reologicheskikh svoystv modi-fitsirovannogo bituma [Investigation of Rheological Properties of Modified Bitumen]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2016, no. 8, pp. 48-63. (In Russian)

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.