CC BY
148
Получение и свойства модифицированных битумов
Львов И. О.
Полагая АЫМ постоянным за каждый период обращения кометы вокруг Солнца, получаем число витков, в течение которых вся масса летучих веществ ядра будет израсходована:
MN AM,
■ = N.
(4)
Время жизни ядра кометы определяется выражением:
t = P ■ N, (5)
где P — период обращения кометы вокруг Солнца. В таблице 1 представлены массовые потери ядер комет за один период, число оставшихся витков N и время жизни tgur ядер комет, полученные с помощью выражений (3)—(5). Для сравнения приведены значения времени жизни ядер некоторых комет, представленные в других работах.
Очевидно, что значения времени жизни ядер комет неплохо согласуются с теоретическими результатами работ других авторов. Из всех комет, представленных в таблице, «долгожительницами» являются кометы Понса—Брукса и Ольберса, а комета Энке, напротив, является главным кандидатом на пополнение каталога вымерших комет.
Список использованных источников
1. Whipple F.L. A Comet Model. II. Physical Relations for Comets and Meteors // Ap. J. 1951. V. 113. P. 464-474.
2. Снеткова Ю.А. Новые оценки радиуса, массовой плотности и массы ядер 10 короткопериодических комет // Всероссийский журнал научных публикаций. Март 2011. С. 5-6.
3. Olsson-Steel D.I. The dynamical lifetime of comet P/Halley // Astron. Astrophys. 1987. V.187. P. 909-912.
4. Lisse C. On the role of dustmass loss in the evolution of comets and dusty disk systems // Earth, Moon and Planets. 2002.
V. 90. P. 497-506.
Информация об авторе
• Снеткова Ю.А. // инженер-конструктор, ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс», г. Самара
Современное строительство автомобильных дорог предъявляет повышенные требования к дорожно-строительным материалам, особенно к вяжущим веществам, в частности к битумам для асфальтобетона. Однако качество дорожных покрытий до сих пор является актуальным для России. Обычно асфальтобетонные покрытия на основе битума не способны обеспечить в условиях современного грузонапряженного и интенсивного движения требуемых физико-механических свойств покрытий и их долговечность. Например, статистический анализ свидетельствует, что сроки службы дорожных покрытий, выполненных из битум-минеральных композиций, составляют всего 50-70% от нормативных. Низкая эластичность, недостаточные показатели трещиностои-кости и температурного интервала работоспособности ограничивают применение изделий из них в жаркий летний период и зимой, особенно в районах с резко континентальным климатом. Это основные недостатки, по которым битум не выдерживает предъявленных к нему требований. Одним из основных способов повышения сроков службы асфальтобетонных покрытий в силу физической природы и структурных особенностей асфальтобетона является изменение структуры и свойств органических вяжущих материалов, используемых для его приготовления. Наиболее распространенными приемами является модификация наполнителями, поверхностно-активными веществами, а также полимерными добавками или отходами их производства.
Одним из способов модификации битума является введение в него каучуков. Каучук сообщает композиции новое для битума свойство — эластичность, присущую каучукам в широкой области температур. Появление нового реологического состояния обеспечивает дефор-мативную способность композиции при низких температурах, несмотря на отсутствие пластических свойств у битума.
При рассмотрении свойств системы битум — каучук было замечено качественное изменение — повышение температуры размягчения.
При введении каучука в битум наблюдается повышение температуры размягчения и соответственно снижение растяжимости и пенетрации, что обусловлено структурированием системы в целом. При приготовлении полимерного модификатора битума используют наиболее часто применяемые в условиях средней полосы России битумы марок БНД 60/90 и 90/130; резиновую крошку с диаметром частиц 0,5-0,9 мм, являющуюся отходом резинового производства; каучук СКИ-3 с вязкостью по Муни 75-85; каучук СКЭПТ-40 с вязкостью по Муни 36-45 (содержащий в качестве третьего компонента в составе сополимера этилиденнорборнен или дициклопентадиен) или полиэтилен высокого давления (ПЭВД) с индексом текучести расплава 1,7-2.
ПЭВД в предлагаемый модификатор может быть введен при его приготовлении как в гранульной форме, так и в виде пленки, в том числе вторично используемой, что удешевляет стоимость модификатора. Возможно
Физико-математические и технические науки
применение отработанных минеральных масел для набухания входящих в рецептуру модификатора каучуков.
Модификатор готовят следующим образом. в разогретый до 160оС битум добавляют резиновую крошку и перемешивают (300 об/мин) для набухания резины при 180оС в течение 1-1,5 ч. Затем температуру постепенно повышают до 250оС для деструкции резиновой крошки и затем продолжают перемешивание еще 30 мин при 250оС. Нагрев отключают и после охлаждения массы до 180оС при перемешивании в нее вводят предварительно набухшие в масле каучуки СКИ и СКЭПТ (или каучук СКИ и предварительно растворенный в битуме полиэтилен).
Набухание и смешение каучуков с маслом проводят предварительно на вальцах при соотношении компонентов 1:1. Вальцованный продукт нарезают полосками (0,5х5х10 см) для ускорения последующего смешения его с битумом. Полиэтилен предварительно растворяют в битуме при температуре 160оС и перемешивании (при соотношении компонентов 1:2). Смесь всех компонентов перемешивают при температуре 180оС в течение 0,5 -1 ч для гомогенизации и сливают через обогреваемый кран в разъемные формы, продукт охлаждают на воздухе, возможна грануляция продукта. Предлагаемый модификатор битума получают в виде твердой, нелипнущей массы, он хорошо режется и может быть легко введен в заданном соотношении в разогретый битум непосредственно на месте проведения дорожных или строительных работ. Использование предложенного модификатора исключает необходимость перевозки готового полимерно битумного вяжущего в обогреваемых битумовозах.
Предлагаемый модификатор битума содержит предварительно деструктированную в битуме резиновую крошку с диаметром частиц 0,5-0,9 мм, являющуюся отходом производства резино-технических изделий. Крошка является вторично перерабатываемым полимером, использование которого позволяет существенно уменьшить расход дорогих синтетических полимеров, а следовательно, сделать модификатор значительно более дешевым. Деструкция крошки приводит к частичному распаду вулканизационной сетки в резине и вследствие этого способствует гомогенному смешению ее с битумом. Наличие деструктированной крошки в количестве 10-25 мас. % обеспечивает эластичность и одновременно высокую температуру размягчения полученного модификатора и ПБВ на его основе. Использование крошки в количествах, меньших 10%, не позволяет достичь одновременно высокого значения температуры размягчения и низких значений температуры хрупкости, а использование ее в количестве большем 25 мас.% не позволяет получить гомогенную смесь битума и с крошкой, и с другими компонентами модификатора.
Входящие в состав предложенного модификатора в небольшом количестве каучук СКИ-3 (1- 5%) и СКЭПТ или полиэтилен высокого давления (в количестве 1-10
мас. %) — полимеры, обладающие низкими температурами стеклования (—60оС), способствуют понижению температуры хрупкости модификатора и ПБВ на его основе. Одновременно ПЭВД как кристаллический полимер с температурой плавления 105-110оС повышает температуру размягчения модификатора. Аналогично действует СКЭПТ, который за счет наличия в его составе до 4% звеньев, содержащих двойные связи, может в процессе приготовления модификатора образовывать при нагревании в битуме очень редкую взаимопроникающую сетку с полимерными компонентами модификатора и тем самым повышать температуру его размягчения, не увеличивая температуру хрупкости модификатора. Использование каучуков и ПЭВД в количестве меньшем 1% не обеспечивает достижения низкой температуры хрупкости и высокой температуры размягчения, а более высокие, чем указанные в рецептуре модификатора предельные содержания этих компонентов, не приводят к дальнейшему улучшению его свойств, но значительно увеличивают стоимость модификатора за счет непроизводительного расхода дорогих полимеров. Применение ПЭВД в количестве большем 10 мас.% нецелесообразно также в связи с ухудшением при этом совместимости с остальными компонентами модификатора, что влияет на его гомогенность.
Содержание в предложенном модификаторе минерального масла (в количестве 1-15 мас.%) определяется количеством использованных в его составе каучуков, так как масло вводится для набухания в нем высокомолекулярных каучуков с целью облегчения их смешения с битумом. Соотношение количества каучуков и масла, равное 1:1, является оптимальным для приготовления предлагаемого модификатора. При меньшем количестве масла трудно добиться гомогенного распределения ка-учуков в составе модификатора, а использование масла в большем количестве приводит к понижению температуры размягчения модификатора и значительному повышению липкости всей композиции.
Предложенный полимерный модификатор битума, содержащий значительно меньшие количества полимеров, чем прототип, обладает низкой температурой хрупкости и высокой температурой размягчения, значения которых значительно превосходят соответствующие параметры известных, модификаторов. Следует отметить также отсутствие липкости модификатора предлагаемого состава, что делает его применение доступным непосредственно на месте проведения дорожно-строительных работ.
Предложенный модификатор используют для приготовления полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) путем добавления его в дорожный битум в соотношении 10-20 мас. ч. модификатора на 90-80 мас.ч. битума. Содержание полимеров в ПБВ не превышает 2-4%, что намного меньше, чем в прототипе и аналоге. Использование предложенного модификатора позволяет получать ПБВ, обладающие низкой температурой хрупкости и высокой температурой размягчения, что обеспечивает
Всероссийский журнал научных публикаций, апрель 2011
7
их эффективное применение для дорожных покрытий, работающих в условиях больших перепадов температур. При этом общее содержание синтетических полимеров в ПБВ значительно меньше, чем в прототипе, а обнаруженные свойства — высокая температура размягчения и низкая температура хрупкости, превосходят аналогичные параметры известных полимерно-битумых композиций.
Изменение количества введенного модификатора и варьирование его состава в заявленныхрамках позволяет изменять параметры полимерно-битумного вяжущего в нужном для конкретных условий направлении. Таким образом изобретение позволяет получать модификатор битума на базе более дешевых компонентов, обладающий низкой температурой хрупкости и высокой температурой размягчения, лишенный липкости, в удобной для транспортировки форме, пригодный для прямого введения в разогретый битум на месте его использования при проведении дорожно-строительных работ. Модификатор обеспечивает низкую температуру хрупкости и высокую температуру размягчения получаемых на его основе полимерно-битумных вяжущих. Использование модификатора улучшает условия труда при проведении дорожно-транспортных работ.
Лабораторные испытания, проведенные отделом контроля качества, показали, что асфальтобетонная смесь на основе полимерно-битумного вяжущего, содержащего предложенный модификатор, имеет хорошие эксплуатационные свойства. Технический результат — модификатор обеспечивает низкие (до —27—29°С) температуры хрупкости и высокие (до +53—55°С) температуры размягчения полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) на его основе, что гарантирует надежную работоспособность ПБВ в условиях значительных перепадов температур. Итак, происходит реакция, при которой битум и частицы резины взаимодействуют друг с другом. в результате частицы покрываются гелем, что аналогично процессу разбухания, происходящему в полимерно-битумных системах, в результате чего получается самостоятельная резинобитумная матрица. По существу, имеет место трехфазная система: резина, смесь резины и битума, и битум. Механизм работы этой системы в какой-то мере похож на тот, что работает в полимерах. Битумная смесь состоит из связанных молекул полярного типа в дисперсной среде. (О такой смеси часто говорят как об асфальтенах с мальтенами, хотя это более сложная система, а битум в действительности представляет собой сплошную среду соединений от высокополярных асфальтенов до неполярных алифатических масел). Процесс очистки и тип сырца оказывают сильнейшее воздействие на состав битума и, как следствие, на совместимость резины и битума. Разбухание резины вызывается ароматическими и нафтеновыми (с кольцевой структурой) маслами. Поэтому источники сырья и процесс их очистки для получения битума влияют на формулу резинобитума.
Основные эффекты использования резиновой крошки заключаются в увеличении вязкости и улучшении термической чувствительности. Это означает, что такие вяжущие менее хрупки при отрицательных температурах и менее подвержены деформациям при высоких температурах.
аЩ
Рисунок 1. Эффект при высоких и низких температурах
- температура хрупкости по Фраасу
- температура размягчения по кольцу и шару
1 - битум с пенетрацией 120 (глубина проникания иглы 0,1 мм при 25°С)
2 - резинобитум, приготовленный на основе битума с пенетрацией 120
3 - битум с пенетрацией 80
4 - резинобитум, приготовленный на основе битума с пенетрацией 80
Список использованных источников
1. Галдина В.Д., Гриневич Н.А., Соколов Ю.В. Улучшение свойств дорожных битумов добавками полимерных модификаторов. Тезисы докладов II Между народной научно-технической конференции «Автомобильные дороги Сибири», Омск, 20-24 апр., 1998. Омск: Изд-во СибАДИ, 1998, с. 129-131.
2. Завгородний В.Н. — Центр управления городских дорог МО
3. Полякова СВ. Применение модифицированных битумов в дорожном строительстве /Наука и техника в дор. отрасли. — 1999.-№ 1. — С. 19-21.
4. Полякова СВ. Применение модифицированных битумов в дорожном строительстве //Применение полимерно-битумных вяжущих на основе блоксополимеров типа СБС — М., 2001. — (Тр. /МАДИ-ТУ).
5. Порадек СВ. Еще раз о проблеме качества при модифицировании битумов полимерами типа SBS // Наука и техника в дор. отрасли. — 2000. — № 3. — с 9-10.
6. Руденский А., Смирнов Н. Для всех климатических зон. Композиционные резинобитумные материалы широкого применения //Дороги России XXI века. — 2002. — № 3.-С. 86-88.
7. Смирнов Н.В. — НПГ«ИНФОТЕХ». Славуцкий М.А. — ЛИЦ Управления «Мосавтодор» Новая жизнь «Выжатых бетонов»
8. Смирнов Н.В. НПФ «Информационная техника
и технологии» Опыт применения асфальтобетонов на основе вяжущего Битрэк и их характерные особенности.
9. ГОСТ 9128-97. Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия. — Взамен ГОСТ 9128-84; Введ. 01.01.99 — М; Минземстрой России, ГУП ЦПП, 1998. — 24 с.
Информация об авторе
• Львов И. О. // Волгоградский Государственный Технический Университет.
