CC BY
30УДК 625.861
А.В. РУДЕНСКИЙ, д-р техн. наук, ГУП НИИМосстрой; О.Н. НИКОНОВА, инженер, ЗАО «МДС-ГРУПП»;
М.Г. КАЗИЕВ, инженер, ЗАО Холдинговая компания «Композит» (Москва)
Повышение долговечности асфальтобетонов введением активного комплексного модификатора
Повышение долговечности дорожных асфальтобетонных покрытий является одной из актуальных задач, решение которой обеспечивает значительный экономический эффект за счет сокращения затрат на проведение ремонтных работ в процессе эксплуатации и улучшения транспортно-эксплуатационного состояния дорожных покрытий в течение их срока службы.
Анализ требований, предъявляемых к асфальтобетону, позволяет сделать вывод, что основными показателями, определяющими долговечность покрытия, являются:
— наличие прочной адгезионной связи битума с поверхностью минеральных компонентов асфальтобетонной смеси;
— высокая трещиностойкость, определяемая прочностью при растяжении при пониженных значениях эксплуатационной температуры;
— высокая сдвигоустойчивость, обеспечиваемая значительной вязкостью или прочностью в условиях сдвига или сжатия при высокой эксплуатационной температуре;
— широкий интервал пластичности битумного вяжущего, обеспечивающий возможность одновременного проявления материалом высоких показателей трещиностойкости при низкой температуре и сдви-гоустойчивости при высоких значениях эксплуатационной температуры.
Известны общие принципы достижения указанных показателей асфальтобетона — это введение адгезионных добавок или активаторов для обеспечения сцепления битума с минеральными компонентами смеси, добавок армирующих волокон для повышения трещино-стойкости материала, добавок каучуков, резины или эластомеров для повышения интервала пластичности битумных вяжущих.
Однако обычно практикуемое введение в асфальтобетон одного из видов добавок не обеспечивает комплексного решения проблемы повышения долговечности дорожного покрытия. Исследования показали, что эффективно введение в асфальтобетонную смесь активного комплексного модификатора для одновременного улучшения всех требуемых показателей. Состав такого модификатора должен включать битумное или полимерное связующее, активаторы или ПАВ, структурирующие и/или пластифицирующие компоненты, а также добавки, способствующие расширению интервала пластичности битумного вяжущего.
Ранее проведенные исследования показали, что в целях повышения водостойкости асфальтобетона и предотвращения образования выбоин в процессе эксплуатации эффективным решением является добавление в качестве активаторов солей ряда металлов. Введение активаторов существенно улучшает адгезионные свойства битума даже при введении их в малых количествах (2—5% от массы битума), причем наилучшие результаты были получены при использовании солей металлов, относящихся к d-элементам таблицы Менделеева [1].
В качестве структурирующих компонентов, способствующих повышению как трещиностойкости, так и сдвигоустойчивости асфальтобетона, эффективно введение армирующих волокон. В табл. 1 показано влияние добавок полиакрилонитрильных волокон фибарм-П на физико-механические характеристики асфальтобетонов типа «Б».
Для сравнения, контрольный состав асфальтобетона (без добавок волокон) имел следующие характеристики: прочность при 50оС — 1,2 МПа; прочность при 20оС — 4,4 МПа; прочность при 0оС — 9,1 МПа; водонасыще-ние — 2,6%; трещиностойкость при 0оС — 3,9 МПа; пористость минерального остова — 16%.
Таблица 1
Показатели свойств Содержание волокон, %
0,05 0,1 0,2
Плотность, г/см3 2,4 2,4 2,41
Прочность при 50оС, МПа 1,4 1,6 3
Прочность при 20оС, МПа 6,2 6,3 6,8
Прочность при 0оС, МПа 15,2 16,8 17,1
Водонасыщение,% 2,8 2,9 3,2
Трещиностойкость при 0оС, МПа 4,1 4,3 4,5
Коэффициент внутреннего трения 0,9 0,9 0,92
Показатель сцепления при 50оС 0,22 0,23 0,25
Пористость минерального остова, % 17 17 18
10
научно-технический и производственный журнал
октябрь 2011
iA ®
Таблица 2
Показатели свойств вяжущих Составы
№ 1 № 2 № 3 № 4 № 5 № 6
Глубина проникания иглы, 0,1 мм, при 25оС 82 41 155 164 172 198
Глубина проникания иглы, 0,1 мм, при 0оС 22 16 61 62 64 74
Температура размягчения, 0оС 48 60 43 46 50 44
Температура хрупкости, 0оС -16 -12 -23 -27 -28 -31
Растяжимость при 0оС, см 3,7 2,5 7,5 8 8 9,5
Температура размягчения после 3 ч прогрева при температуре, оС 50 77 47 51 60 49
Температура размягчения после 5 ч прогрева при температуре, оС 52 83 49 54 66 52
Индекс пенетрации -0,4 +0,6 +0,1 + 1,4 +2,8 + 1,6
Интервал пластичности, оС 64 72 66 71 78 75
В качестве компонента, обеспечивающего расширение интервала пластичности битумного вяжущего, эффективным решением является использование в составе активного комплексного модификатора добавки резиновой крошки. Ранее проведенные исследования показали, что эффективность использования резиновой крошки в качестве модификатора существенно зависит от способа введения ее в состав асфальтобетонной смеси [2]. Обязательным условием эффективности использования резинобитумного вяжущего является его гомогенность, т. е. отсутствие расслоения при технологических операциях и хранении. В частности, введение добавки серы совместно с резиновой крошкой способствует как пластификации получаемого вяжущего, так и лучшей совместимости резины с битумом. В целях обеспечения гомогенности получаемого резинобитумного вяжущего важным элементом технологии является предварительная обработка резиновой крошки специальным активирующим реагентом.
Учитывая, что при нагреве битумов вязких марок, содержащих добавку серы, до высоких значений технологической температуры (150—160оС) происходит эмиссия летучих серосодержащих соединений, важной задачей является снижение температуры приготовления композиционных битумных вяжущих, включающих добавки резины и серы. С этой целью были проведены испытания составов комплексных битумных вяжущих на основе маловязкого нефтяного остаточного битума (марки МГО 70/130) с добавками резиновой крошки и серы. Температура нагрева такого вяжущего была принята 120оС. При этой температуре не происходит выделения летучих серосодержащих соединений, причем по своим реологическим характеристикам получаемое вяжущее аналогично нефтяным битумам вязких дорожных марок и при этом обладает более широким интервалом пластичности (табл. 2). В табл. 2 приведены характеристики битумных вяжущих. Состав № 1 представляет собой битум БНД 60/90; состав № 2 — битум БНД 60/90 с добавлением 10% резиновой крошки и 1% активатора; состав № 3 — битум МГО 70/130 с добавлением 10% резиновой крошки и 1% активатора; состав № 4 — битум МГО 70/130 с добавлением 10% резиновой крошки и 1,5% активатора; состав № 5 — битум МГО 70/130 с добавлением 15% резиновой крошки и 1,5% активатора и состав № 6 — битум МГО 70/130 с добавкой 10% резиновой крошки, 1% активатора и 30% серы. Исходный битум МГО 70/130 имел температуру размягчения 19оС и условную вязкость 105 с при 60оС.
Как видно из табл. 2, введение в битум добавок резиновой крошки в сочетании с активаторами позволяет
существенно влиять на характеристики получаемых битумных вяжущих.
Введение в состав асфальтобетонной смеси активного комплексного модификатора, включающего резиновую крошку, активаторы, структурирующие наполнители, в том числе армирующие волокна, и связующее, позволяет получить асфальтобетоны, обладающие высокой эксплуатационной долговечностью, устойчивые к образованию трещин, выбоин и к пластическим деформациям. Получаемый активный комплексный модификатор представляет собой концентрат асфальтового вяжущего, который в значительной степени формирует физико-механические свойства асфальтобетона. Эффективность действия комплексного модификатора определяется как составом его компонентов, так и технологическими особенностями процесса его приготовления — температурным режимом, порядком и условиями перемешивания компонентов, их совместимостью.
Выводы
1. Для обеспечения долговечности дорожных асфальтобетонных покрытий необходимо повышение устойчивости асфальтобетона к основным видам повреждений, возникающих в процессе эксплуатации, — образованию выбоин, трещин и пластических деформаций, в том числе колей.
2. Одновременное повышение устойчивости асфальтобетона по критериям водостойкости, трещиностой-кости и сдвигоустойчивости может быть достигнуто с использованием активного комплексного модификатора, включающего добавки полимеров или резиновой крошки, активаторы и структурирующие наполнители, в том числе армирующие волокна.
Ключевые слова: асфальтобетон, активаторы, резиновая крошка, структурирующие волокна, водостойкость, трещиностойкость, сдвигоустойчивость.
Список литературы
1. Никонова О.Н., Дука О.А., Руденский А.В. Повышение водостойкости асфальтобетонов введением порошкообразных активаторов // Строительные материалы. 2009. № 5. С. 21-23.
2. Руденский А.В., Никонова О.Н. Резинобитумные вяжущие. Различные варианты технологии приготовления // Труды РОСДОРНИИ. 2008. Вып. 19/1. С. 224-237.
Ы ®
научно-технический и производственный журнал
октябрь 2011
11
