CC BY
104
УДК 625.878.06(571.17)
РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ И ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В КУЗБАССЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНО-БИТУМНЫХ ВЯЖУЩИХ НА ОСНОВЕ РЕЗИНОВОЙ КРОШКИ
С.Н. Шабаев, С.А. Иванов
Рассмотрены аспекты производства и применения, а также проанализированы свойства битума и полимерно-битумного вяжущего на основе резиновой крошки. Оценены важные физико-химические параметры вяжущего, влияющие на реальную работу конструкции дорожной одежды. Обоснован вариант приготовления вяжущего с использованием технологии отличной от известных ранее. Произведен анализ свойств вяжущего материала, а также щебеночно-мастичного асфальтобетона на его основе.
Ключевые слова: резино-битумное вяжущее; резиновая крошка; концентрат; интервал пластичности.
DEVELOPMENT OF THE TECHNOLOGY OF EXTRACTION AND EFFECTIVE USE OF COMPOSITE POLYMER AND BITUM BINDS ON THE BASIS OF RUBBER
CRUMBS IN KUZBASS
S.N. Shabaev, S.A. Ivanov
We considered the aspects of production and use, analysed the characteristics of bitum and polymer and bitum binds on the basis of rubber crumbs. We also assessed the important physical and chemical characteristics of the binds, which produce the impact on the real activity of the construction of road clothes. We proved the variant of preparing the binds with the use of the technology different from the ones that were known before. We analysed the characteristics of the bind material and the road mastic asphalt-concrete made on its basis.
Key words: rubber-bitum binds; rubber crumbs; concentrate; interval of plasticity.
Кузбасс является одним из крупнейших в России регионов по накопленным изношенным автомобильным шинам, это обуславливается сосредоточением промышленного производства, особенно горнодобывающей отрасли. Это ведет к ухудшению и так достаточно напряженной экологической обстановки, что заставляет органов власти искать пути безопасной утилизации шинных отходов. Безусловно, администрация, без участия бизнеса, не может кардинально повлиять на ситуацию в этом сегменте. Представители бизнеса сходятся во мнении, что массовая утилизация изношенных автомобильных шин экономически оправдана только при использовании продуктов шинопереработки в дорожном строительстве. В связи с этим вполне объясним повышенный интерес к технологиям получения композиционных полимерно-битумных вяжущих на основе резиновой крошки со стороны ООО «Кузбасспромресурс», ООО «Поволжская шинная компания», ООО «Куз-бассдорстрой». Несмотря на имеющиеся в России и мире технологии использования резиновой крошки изношенных автомобильных шин для получения резинобитумных вяжущих, опытные участки свидетельствуют о необходимости их адаптации для эффективного использования в условиях Кемеровской области.
В соответствии с СП 34.13330.2012 [1] для обеспечения требуемой сдвигоустойчи-вости и трещиностойкости асфальтобетона рекомендуется применять полимерно-битумные вяжущие (ПБВ) на основе блок-сополимеров типа стирол-бутадиен-стирол (СБС), при этом температура размягчения должна быть не ниже 60-65°С, а температура хрупкости по Фраасу достигать -45°С в погодно-климатических условиях Кемеровской
области [7]. Однако, в соответствии с ГОСТ Р 52056-2003 [2], нормируемый показатель температуры размягчения по кольцу и шару, например для ПБВ 90 составляет не ниже 51°С, а температуры хрупкости по Фраасу - не выше -25°С, т.е. интервал пластичности ПБВ данной марки должен составлять не менее 76°С, в то время как требуемый интервал пластичности для Кузбасса равен 105-110°С. Интервал пластичности ПБВ на основе СБС может быть доведен до такого значения, однако содержание полимера в вяжущем должно быть порядка 4-5%, что приведет к технологическим сложностям по растворению такого количества полимера и поддержанию однородности вяжущего во время транспортировки и хранения, повышению его вязкости и существенному росту стоимости, а также значительному снижению адгезионной способности.
В соответствии с ГОСТ 9128-2009 [3] и ГОСТ 31015-2002 [4] для приготовления асфальтобетонных смесей в качестве вяжущих должны применяться вязкие дорожные битумы по ГОСТ 22245 и жидкие битумы по ГОСТ 11955, а также модифицированные полимерно-битумные вяжущие, другие битумы и битумные вяжущие с улучшенными свойствами по технической документации, согласованной в установленном порядке. Таким образом, несмотря на рекомендуемое применение ПБВ на основе СБС, учитывая важность решения вопроса об утилизации шинных отходов для экологии Кузбасса, стоит обратить внимание на развитие и совершенствование технологии получения и использования композиционных полимерно-битумных вяжущих на основе резиновой крошки в дорожном строительстве.
На наш взгляд, рекомендуемая в СП 34.13330.2012 [1] температура размягчения по кольцу и шару для погодно-климатических условий Кемеровской области вполне обоснована, т.к. известно, что максимальный нагрев асфальтобетонного покрытия в летний период в Кузбассе достигает 61°С [5], именно при высокой температуре на асфальтобетонных покрытиях быстро протекают и накапливаются пластические деформации, что ведет к интенсивному ко-лееобразованию (с зонами выпора) и поперечных неровностей в виде волн наплыва. А вот температуру хрупкости по Фраасу целесообразней назначать по критерию температуры воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, а не температуры воздуха наиболее холодных суток. Безусловно, чем больше интервал пластичности вяжущего, тем выше надежность асфальтобетона по показателям сдвигоустойчивости и трещиностойкости, однако даже получение и использование ПБВ на основе СБС с повышенным интервалом пластичности вызывает большие технологические трудности. Актор книги «Нефтяные битумы» Р.Б. Гун [6] рекомендует использовать температуру хрупкости битума не менее 75% от минимального значения температуры окружающего воздуха в зимний период, т.е. для Кузбасса --34°С. На основании вышесказанного считаем обоснованным для битумосодержащего вяжущего, используемого в Кемеровской области, принять требуемую температуру размягчения по кольцу и шару равной 61°С, а температуру хрупкости по Фраасу - -39°С. Таким образом, интервал пластичности вяжущего должен составлять 100°С.
Авторами на протяжении нескольких лет проводились работы по совершенствованию технологии получения композиционных полимерно-битумных вяжущих на основе резиновой крошки изношенных автомобильных шин. Достигнутые результаты получены для резино-битумного вяжущего, приготовленного с использованием битума марки БНД 60/90, резиновой крошки изношенных автомобильных шин размером менее 1 мм и масляного пластификатора. В результате длительных экспериментов удалось разработать технологию, заключающуюся в растворении резиновой крошки (19,5%) при 230(±10)°С в смеси битума (74%) с пластификатором (6,5%) в течение 2 часов, которая позволяет получать модифицированное вяжущее, имеющее интервал пластичности порядка 90°С, в то время как у исходного битума данный интервал составлял 66°С. Безусловно, полученный интервал пластичности меньше 100°С, однако многократные попытки его расширить успехом не увенчались.
В то же время необходимо сопоставить физико-химические показатели полученного продукта с российскими и мировыми требованиями для того, чтобы оценить перспективность дальнейшей работы по расширению интервала пластичности. Результаты испы-
таний полученного нами образца, а также предъявляемые к подобным материалам отечественные и зарубежные требования представлены в табл. 1.
Анализ результатов показывает, что полученный продукт практически по всем показателям отвечает мировым, в том числе российским, требованиям, а по многим - значительно превосходит. Это свидетельствует о том, что разработанная технология достаточно совершенна, а резерв повышения интервала пластичности без использования более высококачественного битума, либо других пластификаторов, таких как каменноугольная смола или ее составляющие, практически исчерпан. От использования каменноугольной смолы было принято решение отказаться, т.к. компонент является токсичным и относится ко второму классу опасности по степени воздействия на организм человека, поэтому работать с ним в строительной аккредитованной лаборатории не представляется возможным из-за выделения легколетучих компонентов, вызывающих резкий неприятный запах и головную боль.
Пенетрация резино-битумного вяжущего при 25°С, составляющая 90 долей мм, находится на границе между марками битума нефтяного дорожного вязкого по ГОСТ 2224590* [8] БНД 60/90 и БНД 90/130, которые в соответствии с ГОСТ 9128-2009 [3] и ГОСТ 31015-2002 [4], могут использоваться для приготовления асфальтобетонных смесей в по-годно-климатических условиях Кемеровской области, следовательно вязкость вяжущего соответствует условиям его применения.
Пенетрация при 0°С равна 40 долям мм, что свидетельствует об относительно меньшей, по сравнению с немодифицированными битумами, вязкостью вяжущего при низких температурах, а, следовательно, и более низкой температуре перехода резино-битумного композита из вязкого состояния в хрупкое. Следует отметить, что фактическое значение пенетрации при 0°С соответствует всем действующим на сегодняшний день российским нормам, применяемым к вязким нефтяным дорожным битумам и вяжущим материалам на их основе, включая ПБВ на базе СБС [2].
Растяжимость резино-битумного композита достаточно мала, что объясняется неоднородностью состава. В нормах «Рекомендации по применению битумно-резиновых композиционных вяжущих материалов для строительства и ремонта покрытий автомобильных дорог» [9], например, дается пояснение, что высокая величина растяжимости при 25°С, заложенная в ГОСТ 22245-90* [8], свидетельствует только об однородности и высокой способности к течению под нагрузкой битума, что приводит к низкой сдвигоустойчи-вости дорожных покрытий при нормальных температурах. При этом добавлено, что способность вязкого битума вытягиваться в тонкие нити совершенно не реализуется в условиях эксплуатации, а температура 25°С не соответствует каким-либо расчетным режимам работы дорожных покрытий. Это же подтверждается и в работе Р.Б. Гун [6], где обозначено, что повышение растяжимости битумов не всегда соответствует улучшению их свойств, т.к. при испытании растяжение производится со скоростью 5 см/мин, а реальная деформация покрытия не превышает 1-1,5 мм, при этом динамическая нагрузка действует 0,01-0,1 с. Здесь же отмечается, что растяжимость битума при 26°С имеет максимальное значение, отвечающее их переходу от состояния ньютоновской жидкости к структурированной, и чем больше битум отклоняется от ньютоновского течения, тем меньше его растяжимость при 25°С, но достаточно высока при 0°С. В связи с этим приводятся рекомендации о целесообразности определения растяжимости битума при температуре хрупкости плюс 1/3 температурного интервала пластичности, что, в нашем случае, составляет -2°С. Также обращаем внимание на то, что нормируемое значение растяжимости битумов по ГОСТ 22245-90* [8] для марок БНД 60/90 и БНД 90/130 при 0°С составляет не менее 3,5 и 4,0 см соответственно. А значит полученное нами резино-битумное вяжущее имеет дук-тильность выше нормируемого значения (для битумов). Что касается нормируемых значений растяжимости для ПБВ на основе СБС, то при 25°С они ниже, а при 0°С выше, чем у битумов, на основе которых они получены. Считаем, что показатель дуктильности для ПБВ на основе СБС очень важен, т.к. он косвенно характеризует однородность вяжущего,
учитывая его склонность к расслоению. Для резино-битумного вяжущего растяжимость целесообразней определять только при 0°С, при этом требуемое значение мы закладываем не ниже, чем у битумов соответствующей марки.
Таблица 1
Фактические значения физико-химических характеристик резино-битумного вяжущего и предъявляемые к нему требования
№ Наименование показателя Требования в соответствии с: Факт.
п/п ОДМ1 ТУ2 ЛБТМ3 ТЬ4 знач.
Пенетрация, доли мм, при 1:
1 25°С 61-90 61-90 50-100 35-70 90
0°С, не менее не норм. не норм. 25 не норм. 40
Растяжимость, см, не менее, при 1:
2 25°С 12 не норм. не норм. не норм. 6,7
0°С 6 5 не норм. не норм. 4,8
Эластичность, %, не менее, при 1:
3 25°С не норм. не норм. 10 60 60
0°С 30 30 не норм. не норм. 40
4 X размягчения по кольцу и шару, °С, не ниже 52 54 51,7 55 58,8
5 X хрупкости по Фраасу, °С, не выше -20 -20 не норм. не норм. -32
6 Изменение X размягчения по кольцу и шару после прогрева, °С, не более 5 5 не норм. 8 3,2
7 Изменение массы после прогрева, % не норм. не норм. не норм. не норм. 0,42
8 X вспышки, °С, не ниже не норм. 250 232,5 235 312
9 Индекс пенетрации не норм. не норм. не норм. не норм. 2,55
Однородность по количеству частиц
10 размером более 1,25 мм в вяжущем, % по массе, не более не норм. 5 не норм. не норм. 0
Сцепление вяжущего, балл, не ниже,
с каменным материалом из пород:
11 осадочных (известняк) осадочных (щебень из гравия) магматич. кислого состава (гранит) магматич. основного состава (базальт) метаморфич. карбонатных (мрамор) не норм. не норм. не норм. не норм. не норм. не норм. не норм. 4 не норм. не норм. не норм. не норм. не норм. не норм. не норм. не норм. не норм. не норм. не норм. не норм. 5 (4)5 3 (2)5 3 (2)5 4 (2)5 5 (5)5
Примечания: 1 - рекомендации по применению битумно-резиновых композиционных вяжущих материалов для строительства и ремонта покрытий автомобильных дорог [9]; 2 - ТУ 5718-001-58528024-04 «БИТРЭК»; 3 - ASTM D6114 - американский стандарт, предъявляющий требования к резино-битумному вяжущему; 4 -ТЬ ЯтВ^Ш - технические условия к резино-битумным вяжущим в Германии; 5 - в скобках приведена оценка качества сцепления исходного битума с поверхностью каменных материалов.
Эластичность при 25°С и 0°С свидетельствует о наличии пространственной эластичной структурной сетки полимерных компонентов в резино-битумном вяжущем, устойчивость к многократным динамическим воздействиям и долговечность покрытия при положительных температурах до образования необратимых сдвиговых деформаций на покрытии и усталостных трещин, а при отрицательных температурах до образования усталостных и температурных трещин на покрытии [5]. Высокий показатель эластичности полимерно-битумных материалов, используемых в качестве вяжущих для приготовления ас-
фальтобетонных смесей - наиболее предпочтителен. В СП 34.13330.2012 [1], например, предъявляются рекомендательные требования к показателю эластичности, который при 25°С должен быть не менее 90% для дорог 1-Ш категорий и 85% для дорог ^^ категорий, а при 0°С не менее 80 и 75% соответственно. В то же время, нормируемый для рези-но-битумных вяжущих показатель эластичности при 25°С не превышает 60% (ТЬ ЯтВ-StB), а при 0°С - 30% (ОДМ). Отметим, что для битумов в Российской Федерации показатель эластичности не нормируется, т.к. он незначителен. Таким образом, констатируем, что эластичность при температуре 25°С и 0°С полученного нами полимерно-битумного вяжущего на основе резиновой крошки изношенных автомобильных шин, составляющая 40 и 60% соответственно, отвечает мировым и российским требованиям применительно к резино-битумным вяжущим, однако значительно ниже требований и рекомендаций [1, 2], т.е. уступает ПБВ на основе СБС.
Температура размягчения по кольцу и шару характеризует переход вяжущего из упруговязкого в вязкое реологическое состояние или верхнюю границу температурного интервала работоспособности и сдвигоустойчивости покрытия с его применением [5]. Как было отмечено ранее, требуемая для погодно-климатических условий Кузбасса температура размягчения вяжущего по методу «кольцо и шар» должна составлять не менее 61°С. В то же время нормируемая температура размягчения по кольцу и шару для резино-битумных вяжущих и ПБВ на основе СБС ниже 61°С, что обусловлено отсутствием привязки к конкретному региону. Фактическое значение температуры размягчения по кольцу и шару полученного нами продукта несколько ниже значения, обуславливающего его эффективность применения в Кемеровской области, однако полностью соответствует требованиям, предъявляемым как к резино-битумным вяжущим, так и ПБВ на основе СБС. При совершенствовании состава резино-битумного вяжущего данный показатель может быть обеспечен.
Температура хрупкости по Фраасу характеризует переход вяжущего в хрупкое состояние или нижнюю границу температурного интервала работоспособности и трещино-стойкость покрытия с его применением [5]. Отмечаем, что температура хрупкости по Фрассу полученного нами продукта, несмотря на несоответствие условиям эффективного применения в погодно-климатических условиях Кузбасса, значительно превосходит установленные требования для резино-битумных вяжущих, а также соответствует нормам, предъявляемым к ПБВ на основе СБС.
Изменение температуры размягчения по кольцу и шару после прогрева свидетельствует об устойчивости вяжущего к старению [5]. Безусловно, данный показатель будет определяться не только составом вяжущего, но и свойствами основного компонента - битума. В связи с этим вполне обоснованно максимально допустимое значение изменения температуры размягчения по кольцу и шару после прогрева для разнообразных битумно-вяжущих материалов - от 5 до 7°С, т.к. максимально допустимое значение данного показателя у битумов аналогично. Полученный нами продукт является стабильным и устойчивым к старению, что дополнительно подтверждается параметром изменения массы после прогрева.
Температура вспышки, гарантирующая пожарную безопасность процесса производства работ, у полученного продукта соответствует требованиям, предъявляемым к битумам, резинобитумным вяжущим и ПБВ на основе СБС. Это позволяет утверждать об обеспечении пожарной безопасности при работе с данным вяжущим в пределах рабочих температур.
Индекс пенетрации - показатель, характеризующий степень коллоидности битума и отклонение его состояния от чисто вязкостного [6]. Несмотря на то, что данный показатель нормируется только у битумов, он также был рассчитан и для полученного нами продукта. Фактическое значение - 2,55 характеризует значительную эластичность вяжущего, что подтверждается показателями эластичности при 25°С и 0°С, которые значительно пре-
восходят аналогичные показатели для битумов, в большинстве случаев, не превышающих 5%.
Показатель однородности нормируется только у резино-битумных вяжущих, что объясняется наличием твердых включений резины в подобных продуктах. Наличие твердых включений вызывает некоторые сложности при организации производства работ с такими вяжущими, однако они подобны условиям работы с ПБВ на основе СБС и вполне решаемы.
Сцепление с поверхностью каменных материалов свидетельствует об адгезионных свойствах вяжущего. Установлено, что если ПБВ на основе СБС не содержит в своем составе поверхностно-активных веществ (ПАВ), то показатель сцепления такого вяжущего с поверхностью щебня и песка, как правило, является неудовлетворительным [5]. Следует обратить внимание на то, что в нормах ГОСТ Р 52056-2003 [2] требуемое значение сцепления с эталонным мрамором и песком должно соответствовать лишь контрольному образцу № 2 по ГОСТ 11508 [10], что по ГОСТ 12801 [11] адекватно хорошей и удовлетворительной оценки качества сцепления (баллы 4 и 3 соответственно). У полученного нами продукта показатель сцепления вяжущего с поверхностью каменного материала имеет оценку не ниже 3 баллов (для пород различного состава и происхождения), при этом сцепление с мрамором имеет оценку - 5 баллов по ГОСТ 12801 или соответствует контрольному образцу № 1 по ГОСТ 11508, т.е. материал обладает повышенными адгезионными свойствами без введения ПАВ. Следовательно, резино-битумные вяжущие имеют улучшенную, по сравнению с ПБВ на основе СБС и битумами, адгезию вяжущего с поверхностью каменного материала, что обуславливает их преимущества.
Таким образом, полученный образец резино-битумного вяжущего по показателям пенетрации при 25°С и 0°С, температуры размягчения по кольцу и шару, температуры хрупкости по Фраасу, изменению температуры размягчения по кольцу и шару после прогрева и температуры вспышки аналогичен ПБВ на основе СБС, при этом последнему уступает по показателю эластичности при 25°С и 0°С, однако превосходит по показателю сцепления вяжущего с поверхностью каменного материала. Показатель дуктильности не сравнивался, т.к. резинобитумный композит является неоднородным по составу и поэтому не может адекватно вести себя при растяжении по сравнению с битумами и ПБВ на основе СБС. При этом растяжимость композита при 0°С соответствует требованиям, предъявляемым к сопоставимым по вязкости битумам, следовательно является приемлемым. Полученный продукт не соответствует рекомендуемым значениям по показателям температуры размягчения по кольцу и шару (ниже на 2°С) и температуры хрупкости по Фраасу (выше на 7°С) для эффективного применения в погодно-климатических условиях Кемеровской области, однако значительно превосходит по данным показателям битум, на основе которого получен. При этом продукт, по оцененным показателям, соответствует мировым и российским требованиям применительно к резино-битумным вяжущим, что подтверждает достижение высокого качества.
Высокие физико-химические характеристики резино-битумных вяжущих не гарантируют эффективности их применения при получении асфальтобетонных смесей. Поэтому для оценки степени влияния замены битума на резино-битумное вяжущее было принято решение произвести замесы щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси (ЩМАС). Данное решение было, в том числе, обусловлено тем, что неоднократные попытки получить щебеночно-матичный асфальтобетон (ЩМА), отвечающий всем параметрам и требованиям ГОСТ 31015-2002 [4], специалистами аккредитованной лаборатории на имеющихся у них в наличии заполнителях и вяжущем были безуспешными. Единственным параметром, регулярно выходившим за пределы установленных норм, была водостойкость при длительном водонасыщении, при этом введение в битум адгезионных добавок положительного результата не дало. Полученные результаты в сопоставлении с данными испытаний специалистами аккредитованной лаборатории представлены в табл. 2 (зерновые составы минеральной части смеси и заполнители одинаковые, а для чистоты экспериментов
формование и испытание образцов производились на одном оборудовании и одним лаборантом).
Таблица 2
Физико-механические свойства щебеночно-мастичных асфальтобетонов (ЩМА-15) на битумах (БНД без ПАВ), битумах модифицированных ПАВ (БНД с ПАВ)
и резино-битумных вяжущих (РБВ)
Наименование показателя Требования по [4] для III до- рожно-климатической зоны БНД без ПАВ, 5,3% БНД с ПАВ Stardope 130 (0,4%), 5,3% БНД с ПАВ Stardope 130 (0,4%), 5,1% БНД с ПАВ Stardope 510 (0,1%), 5,0% БНД с ПАВ Redis- set WMX (0,6%), 5,0% РБВ, 5,0%
Средняя плотность, г/см3 не норм. 2,36 2,37 2,37 2,38 2,38 2,42
Водонасыщение, % по объему, образцов, отформованных из смесей 1,0-4,0 3,8 3,7 3,7 3,4 3,2 3,2
Предел прочности при сжатии, МПа: при t=20°С при t=50°С не менее 2,2 не менее 0,65 2,4 0,70 2,5 0,49 2,6 0,60 3,0 0,69 3,2 0,94 2,5 0,80
Сдвигоустойчивость: Ф1 С2 не менее 0,93 не менее 0,18 0,98 0,21 0,95 0,21 0,95 0,24 0,96 0,24 0,97 0,23 0,96 0,25
Трещиностойкость -предел прочности на растяжение при расколе при t=0°С, МПа 2,5-6,0 3,4 3,2 3,5 3,3 3,6 2,5
Водостойкость при длительном водона-сыщении не менее 0,85 0,79 0,76 0,75 0,63 0,72 0,84
Примечания: 1 - коэффициент внутреннего трения; 2 - сцепление при сдвиге при 50°С, МПа.
В первую очередь, следует отметить о небольшом повышении средней плотности образцов асфальтобетона, отформованных из смесей на резино-битумном вяжущем (РБВ). Это свидетельствует о повышении технологической подвижности ЩМАС на основе РБВ по сравнению с ЩМАС на основе битума, в том числе модифицированного ПАВ (пенет-рации битума и РБВ при 25°С сопоставимы и составляют 90 и 91 долей мм соответственно), без изменения температурного режима. Учитывая плохую удобоукладываемость ЩМАС даже небольшое повышение их технологической подвижности способствует повышению вероятности достижения требуемых параметров при уплотнении при заданном числе проходов уплотняющей техники, в частности водонасыщения вырубок и кернов готового покрытия. Это подтверждается и тем, что водонасыщение образцов, отформованных из смесей, снизилось, а значит, можно ожидать хоть небольшого, но повышения долговечности ЩМА. Небольшие отличия ЩМАС на основе РБВ от ЩМАС на основе битума, модифицированного ПАВ Redisset WMX, по показателям водонасыщения и средней
плотности обусловлено тем, что ПАВ Redisset WMX предназначено для повышения удо-боукладываемости смесей, особенно жестких, к которым относятся и ЩМАС, следовательно, ЩМАС на основе РБВ по удобоукладываемости сопоставимо с ЩМАС на основе битума, специально модифицированного пластифицирующей добавкой.
Предел прочности при сжатии при 20°С ЩМА на основе РБВ аналогичен ЩМА на основе битума, при этом ниже, чем у ЩМА на основе битума, модифицированного ПАВ (БХа^оре 510, Redisset WMX). При этом картина несколько меняется по показателю предела прочности при сжатии при 50°С, где прослеживается повышение прочности ЩМА на основе РБВ по сравнению с ЩМА на основе битума, в том числе модифицированного ПАВ (за исключением Redisset WMX). Такое поведения ЩМА на основе РБВ обусловлено тем, что вяжущее является более теплоустойчивым, т.е. имеет более высокую температуру размягчения по кольцу и шару по сравнению с битумом, в том числе модифицированным ПАВ. Полные исследования по влиянию ПАВ Redisset WMX на свойства битума нами не производились, поэтому можем предположить, что при добавлении ПАВ повышенное значение пределов прочности на сжатие при температурах 20°С и 50°С обусловлено улучшенной удобоукладываемостью ЩМАС и повышенной адгезионной способностью вяжущего (без воздействия воды в течение длительного времени).
Коэффициент внутреннего трения всех смесей приблизительно одинаковый, что обусловлено, преимущественно, каркасной структурой минеральной части, которая, как было отмечено ранее, у всех испытанных смесей одинаковая. А вот сцепление при сдвиге при 50°С у ЩМА на основе РБВ выше, чем у ЩМА на основе битума и ЩМА на основе битума, модифицированного ПАВ, на 16% и 4-8% соответственно. В данном случае более теплостойкое РБВ имеет большую вязкость при высокой температуре, что обеспечивает достижение повышенного значения сцепления, и, безусловно, положительно скажется на несущей способности слоя (слой более устойчив к колееобразованию).
По показателю предела прочности на растяжение при расколе при 0°С ЩМА на основе РБВ имеет меньшее значение по сравнению с ЩМА на основе битума, в том числе модифицированного ПАВ. Это объясняется тем, что РБВ имеет более низкую температуру перехода из пластичного состояния в хрупкое, т.е. при 0°С вяжущее является менее вязким по сравнению с битумом как модифицированным ПАВ, так и нет. Пониженное значение предела прочности на растяжение при расколе при 0°С ЩМА на основе РБВ не является недостатком, т.к. применительно к суровым климатическим условиям, в которых находится Кузбасс, в качестве показателя, характеризующего трещиностойкость асфальтобетона, отдельными исследователями предложено использовать отношение прочности асфальтобетона при растяжении к его модулю упругости [12]. Как здесь отмечается - чем больше модуль упругости, тем менее трещиностоек асфальтобетон. ЩМА на основе РБВ в связи с тем, что РБВ менее вязкое, чем битум, должен иметь и меньший модуль упругости (специальные исследования нами не производились), а значит являться более трещи-ностойким. Это подтверждается и тем, что если рассматривать графики зависимости предела прочности на растяжение при расколе в зависимости от температуры, то практически на всем температурном интервале линия аппроксимации ЩМА на основе РБВ будет располагаться ниже аналогичной линии для ЩМА на основе битума [13]. Кроме того, в ГОСТ 31015-2002 [4] отмечается, что при использовании полимерно-битумных вяжущих допускается снижать для ЩМА нормы сцепления при сдвиге и предела прочности на растяжение при расколе на 20%, т.е. предел прочности на растяжение при расколе при 0°С ЩМА на основе РБВ должен составлять не менее 2,0 МПа.
Существенно возросла водостойкость при длительном водонасыщении у ЩМА на основе РБВ по сравнению с ЩМА на основе битума и на основе битума, модифицированного ПАВ. Объясняется это тем, что РБВ имеет улучшенное сцепление с каменными материалами различных пород по сравнению с битумами. Введение ПАВ в битум улучшает, как правило, адгезионные свойства последнего с горными породами кислого состава, ухудшая при этом адгезию с горными породами основного состава [14]. Об этом свидетельствуют
многочисленные эксперименты, проведенные в дорожно-строительных лабораториях Кузбасса, а также косвенно подтверждают данные, представленные в табл. 2. РБВ ведет себя несколько по-иному, улучшая, хотя и незначительно, адгезионную способность вяжущего как с карбонатными, так и силикатными горными породами основного и кислого состава. Это является неоспоримым преимуществом РБВ, т.к. при его применении не требуется введение ПАВ, которые, как показывает анализ табл. 2, не всегда могут привести к ожидаемому результату.
Таким образом, разработанные состав и технология получения композиционных полимерно-битумных вяжущих на основе резиновой крошки позволили получить продукт, который может эффективно использоваться для приготовления асфальтобетонных смесей, отвечающих требованиям нормативных документов, без использования дополнительных адгезионных присадок.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. СП 34.13330.2012. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*. М.: Минрегион России, 2012.
2. ГОСТ Р 52056-2003. Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блок-сополимеров типа стирол-бутадиен-стирол. Технические условия. М.: Госстандарт России, 2003.
3. ГОСТ 9128-2009. Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия. М.: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, 2010.
4. ГОСТ 31015-2002. Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия. М.: Госстрой России, 2003.
5. ОДМ 218.2.003-2007. Рекомендации по использованию полимерно-битумных вяжущих материалов на основе блоксополимеров типа СБС при строительстве и реконструкции автомобильных дорог. М.: Росавтодор, 2007.
6. Гун Р.Б. Нефтяные битумы. М.: Химия, 1973.
7. СП 131.13330.2012. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*.М.: Минрегион России, 2012.
8. ГОСТ 22245-90*. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия. М.: Госстандарт СССР, 1996.
9. ОДМ. Рекомендации по применению битумно-резиновых композиционных вяжущих материалов для строительства и ремонта покрытий автомобильных дорог (для опытного применения). М.: Росавтодор, 2003.
10. ГОСТ 11508-74*. Битумы нефтяные. Методы определения сцепления битума с мрамором и песком. М.: Госстандарт СССР, 1974.
11. ГОСТ 12801-98. Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний. М.: МНТКС, 1998.
12. Шестаков В.Н., Пермяков В.Б., Ворожейкин В.М. Технологическое обеспечение качества строительства асфальтобетонных покрытий: метод. рекомендации. Омск: Изд-во СибАДИ, 1999. 240 с.
13. Ковалев Я.Н. Дорожно-строительные материалы и изделия: учеб.-метод. пособие. Минск: Новое знание. М.: ИНФРА-М, 2013. 630 с.
14. Волкова Е.В., Сидорова Д.С. Реконструкция автомобильных дорог в сложных природных условиях Сибири и Дальнего Востока // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. № 7. С. 81-85.
Информация об авторах
Шабаев Сергей Николаевич, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Автомобильные дороги», тел.: 89043710429, e-mail: [email protected]; Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, 650000, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28.
Иванов Сергей Александрович, ассистент кафедры «Автомобильные дороги», тел.: 89133026153, e-mail: [email protected]; Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, 650000, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28.
Information about the authors
Shabaev S.N., Candidate of Technical Sciences, associate professor, Head of Automobile Thoroughfares Department, tel.: 89043710429, e-mail: [email protected]; Kuzbass State Technical University of T.F. Gorbacheva; 650000, Kemerovo, 28 Vesenniaia street.
Ivanov S.A., assistant, Automobile Thoroughfares Department, tel.: 89133026153, email: [email protected]; Kuzbass State Technical University of T.F. Gorbacheva; 650000, Kemerovo, 28 Vesenniaia street.
