CC BY
308
УДК 621.863.2
О НОРМАТИВНЫХ ТРЕБОВАНИЯХ К ДОРОЖНОМУ БИТУМУ КАК МАТЕРИАЛУ ЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Т.С. Худякова, к.т.н., заместитель генерального директора, ООО «Испытательный центр «Дорсервис»
Аннотация. Опыт дорожников Санкт-Петербурга свидетельствует о том, что соответствие качества дорожных битумов российского производства требованиям ГОСТ22245-90 не гарантирует работоспособность их в составе дорожного покрытия. Необходимо регламентировать вязкость и другие показатели после испытания битума по методике ASTMD 1754.
Ключевые слова: дорожный битум, кинематическая, динамическая вязкость, методика старения в динамическом режиме.
Введение
Согласно положений теории композиционных материалов, роль битума в составе дорожного асфальтобетона заключается не только в «склеивании» зерен минерального материала, но и в обеспечении когезионной прочности покрытия, а также деформативной способности его в реальных условиях эксплуатации при воздействии динамических нагрузок (сдвиг и др.). Теоретически соответствие фактического качества дорожного битума нормативным требованиям, в частности ГОСТ 22245-90 [1], должно быть гарантом стабильности и обеспечивать эксплуатационную надежность дорожного покрытия на расчетный период времени. Однако на практике дело обстоит иначе.
Несмотря на соответствие требованиям ГОСТ 22245-90 качества битумов марки БНД, изготавливаемых нефтеперерабатывающими заводами нашей страны, такие разрушения асфальтобетонных покрытий, как эрозия, трещины, колейность, наплывы, появляются практически в первые годы их эксплуатации. Как показывает многолетний опыт дорожников Санкт-Петербурга, несмотря на высокую прочность сцепления битума с мрамором (показатель, регламентируемый требованиями отечественного стандарта), проблема адгезионной прочности дорожных покрытий реально существует, но успешно решается непосредственно на ас-
фальтобетонном заводе путем применения ПАВ или замены кислого минерального материала на основной (типа габбро). Естественен вопрос: зачем в нормативе присутствует показатель сцепления? Преждевременные разрушения асфальтобетона под воздейст-ви-ем деформационных нагрузок свидетельствуют о недостаточной когезионной прочности дорожного битума марки БНД и, как следствие, о необеспеченности его эксплуатационной надежности в составе дорожного покрытия показателями физико-механи-ческих свойств, включенными в отечественный стандарт.
Зарубежные стандарты, в отличие от российского, регламентируют значения показателей физико-механических свойств битума после испытания его в динамическом режиме (метод ASTM D 1754 или ASTM D 2872), имитирующем негативное воздействие на всю массу битума кислорода воздуха при высокой температуре, аналогичное имеющему место в асфальтосмесителе при изготовлении горячих асфальтобетонных смесей (табл. 1). Известно, что именно на стадии изготовления горячих асфальтобетонных смесей нефтяные битумы старятся, в значительной степени теряя ресурс эксплуатационных свойств. В отличие от российских требований, зарубежные стандарты предусматривают оценку и регламентацию значений вязкости дорожного битума при 135 °С и 60 °С.
Показатель Единица измерения В 85
Пенетрация при 25 °С 0,1мм 70 - 100
Температура размягчения °С >43
Дуктильность при 25 °С см *
Температура вспышки °С > 220
Кинематическая вязкость при 135 °С мм2/с > 260
Динамическая вязкость при 60°С Сет > 120
Растворимость в толуоле % масс. > 99,5
Температура хрупкости по Фраасу °С < -10
После прогрева при 163°С в течение 5 час.:
Изменение массы % масс. >-0,4<0,2
Динамическая вязкость при 60°С Сет + **
Коэффициент затвердевания 3
* - показатель не нормируется, т. к. фактические значения растяжимости как до, так и после испытания по методике А8ТМ D 1754 всегда превышают 100 см;
** - определяется для расчета коэффициента затвердевания.
Таблица 2 Нормативные требования к битуму дорожному улучшенному марки БДУ 70/100 ТУ
38.1011356-91 (изменение №2)
Наименование показателя Норма по ТУ 38.1011356-91 для БДУ 70/100 (изменение №2)
Глубина проникания иглы, 0,1мм, при: 25°С 71-100
0°С Не менее 20
Температура размягчения, °С Не ниже 47
Растяжимость, см, при: 25°С Не менее 100
0°С Не менее 3,5
Температура вспышки, °С Не ниже 230
После испытания по методике ASTM D 1754:
Изменение массы, % Не более 0,3
Глубина проникания иглы при 25°С, % от первоначальной величины Не менее 65
Растяжимость при 25°С, см Не менее 100
Температура хрупкости, °С Не выше -15
Результаты испытаний
Положительные результаты эксплуатации опытных участков дорожных асфальтобетонных покрытий, устроенных в 90-е годы на объектах Санкт-Петербурга и Ленинградской области с использованием дорожного битума фирм «NESTE»,«NYNAS» (изготавливаемого из остатков переработки тяжелой нефти Венесуэлы и Ливии), позволили убедиться в том, что качество битумов зарубежного производства обеспечивает более высокую долговечность покрытий в северо-западном регионе России, по сравнению с битумом дорожным марки БНД. И это несмотря на то, что последний характеризуется более низкими значениями показателя «температура хрупкости по Фраасу» (до минус 26 °С). Сов-
местными усилиями специалистов Санкт-Петербурга и Ухты (республика Коми) на промышленную основу было поставлено производство битума дорожного улучшенного марки БДУ, изготавливаемого Ухтинским НПЗ из остатков переработки тяжелой нефти Ярегского месторождения. Нормативные требованиями к битуму этой марки (ТУ 38.1011356-91 (изм. № 2) были сформулированы специалистами Дорожного комитета Ленинградской области с учетом методических подходов к оценке качества дорожных битумов за рубежом (табл. 2).
Анализ результатов постоянного мониторинга качества битумов разных производителей, поступающих на дорожный рынок Санкт-Петербурга и Ленинградской области, свиде-
строительном сезоне 2007 года
Наименование показателя Норма по ГОСТ 22245-90 Проба БНД от 24.03. Мо- сковский НПЗ Проба БНД-У от 30.07. ОАО «СЛАВ- нефть-Я- НОС» Проба БНД от 09.04. Нижнекамский НПЗ Проба БНД от 19.07. Рязанский НПЗ Проба БНД-У от 07.03. Битумное производство г. Кстово
Пенетрация, 0,1 мм при:25 °С 0 °С 61-90 Не менее 20 75 26 78 26 88 30 78 26 70 28
° О Не ниже 47 49 48 48 48 53
Растяжимость, см, при: 25 °С 0 °С ■О го Л1 Л1 > 140 > 3,5 140 1,0 > 140 > 3,8 140 1,0 45 2 сп
Температура хрупкости, °С Не выше -15 -17 - -22 - -21
Температура вспышки, °С Не ниже 230 > 300 > 300 282 > 300 296
Изменение температуры размягчения после прогрева*, °С Не более 5 2 2 2 2 4
Индекс пенетрации От -1 до +1 -0,4 -0,6 -0,3 -0,6 +0,4
Сцепление с мрамором Контр. обр. №2 Соответствует контрольному образцу №2
Сцепление с гранитом Камено-горского месторождения (фр. 5-10 мм) * * - Неудовлетворительное
Кинематическая вязкость при 135 °С, мм2/с, - 431 349 369 414 770
Динамическая вязкость при 60 °С, Па-с - 233 179 199 211 526
После прогрева в тонкой пленке по методике ASTM D 1754-98:
Изменение массы, % - -0,10 -0,20 -0,80 +0,01 -0,50
П25, % от первоначальной величины - 65 65 65 68 68
Растяжимость при 25 °С, см - 96 45 32 > 100 30
Температура хрупкости, °С - -17 - -20 - -19
° О - 55 54 55 52 60
Кинематическая вязкость при 135°С, мм2/с, - 759 529 655 586 1 338
Динамическая вязкость при 60 °С, Па-с - 779 427 731 453 1 999
* - по методике ГОСТ 18180 [2]; ** - по методике ГОСТ 11508 [3] в режиме бурного кипения.
тельствует о том, что при схожести значений показателей физико-механических свойств, регламентируемых требованиями ГОСТ 22245-90, битумы марки БНД 60/90 после испытания их на старение по методике ASTM D 1754 различаются по растяжимости при 25 °С и вязкости в 2 и более раза (табл. 3). В отличие от битума марки БНД 60/90, качество битума марки БДУ 70/100 в промышленных партиях поставок стабильно по значению показателей, нормируемых отечественным и зарубежными стандартами. По значению показателей физико-механических свойств (в том числе и по «растяжимости при 25 °С» после испытания на старение в динамическом режиме) битум марки БДУ
является качественным аналогом остаточных битумов зарубежного производства (табл. 4). Битумы нефтяные дорожные разных марок (БНД, БДУ, БНДУ и др.), поступающие на дорожный рынок Санкт-Петербурга и Ленинградской области с разных НПЗ, абсолютно по-разному ведут себя в покрытии.
Комплексная система контроля качества дорожных битумов на соответствие российским и зарубежным нормам и наблюдения за состоянием устроенных на их основе асфальтобетонных покрытий позволяет утверждать, что причиной тому - принципиальное различие в значениях показателей растяжимости при 25 °С и вязкости (особенно динамической
ных в строительном сезоне 2007 года
Наименование показателя ГОСТ 22245-90 Проба от 31.05 Проба от 24.07 Проба от 09.07 Проба от 29.08 Проба от 06.09
Пенетрация, 0,1 мм при: 25 °С 0 °С 61-90 > 20 73 29 74 24 73 24 70 26 78 30
Тр, °С не ниже 47 48 49 49 49 49
Растяжимость, см, при: 25 °С > 55 > 140 > 140 > 140 > 140 > 140
0 °С > 3,5 > 4,1 > 4,0 > 3,9 > 3,5 > 3,8
Температура хрупкости, °С не выше -15 -20 -20 -20 -20 -22
Температура вспышки, °С > 230 296 290 > 300 >300 >300
Изменение Тр после прогрева*, °С < 5 2 2 2 1 1
Индекс пенетрации От -1 до +1 -0,7 -0,4 -0,5 -0,5 -0,3
Сцепление с мрамором К. обр. №2 Соответствует контрольному образцу № 2
Сцепление с гранитом Каменогорского месторождения (фр. 5 - 10 мм) * * - Неудовлетворительное
Кинем. вязкость при 135 °С, мм2/с - 475 495 485 547 448
Динамическая вязкость при 60 °С,Па.с - 275 328 306 370 262
После прогрева в тонкой пленке по методике ASTM D 1754-98:
Изменение массы, % - -0,29 -0,25 -0,28 -0,30 -0,12
П25, % от первоначальной величины - 74 70 73 69 64
Растяжимость при 25 °С, см - > 140 > 140 > 140 > 140 > 140
Температура хрупкости, °С - -19 -19 -20 -19 -21
Тр, °С - 52 53 53 54 53
Кинем. вязкость при 135 °С, мм2/с, - 638 709 736 734 588
Динамическая вязкость при 60 °С, Па.с - 653 776 692 965 647
* - по методике ГОСТ 18180; * * - по методике ГОСТ 11508, но в режиме бурного кипения воды.
при 60 °С), определяемых до и после испытания битума на старение в динамическом режиме по методике ASTM D 1754 (или ASTM D 2872).
Выводы
Использование на протяжении уже 15 лет в составе асфальтобетонных смесей взамен битума марки БНД 60/90 битума марки БДУ 70/100 (наряду с минеральными материалами породы габбро) позволило практически исключить такие виды разрушений, как эрозия, наплывы, колейность, даже на грузонапряженных трассах Санкт-Петрбурга и Ленинградской области. При этом безремонтный срок службы дорожных покрытий увеличился с 1 - 2 лет (устраиваемых на битуме марки БНД) до 7 и более. На основании накопленного практического опыта работы с битумами разных марок можно сделать вывод о том, что для повышения долговечности дорожных покрытий вышеназванные новые
для России методы оценки и показатели физико-механических свойств дорожного битума должны быть включены в нормативные требования, предъявляемые к дорожным битумам отечественного производства.
Литература
1. ГОСТ 22245-90. Битумы нефтяные дорож-
ные вязкие. Технические условия.
2. ГОСТ 18180. Битумы нефтяные. Метод
определения изменения массы после прогрева
3. ГОСТ 11508. Битумы нефтяные. Методы
определения сцепления битума с мрамором и песком
Рецензент: В.А. Золотарев, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 15 декабря 2007 г.
