ВЛИЯНИЕ ПОЛИМЕРОВ И ПОВЕРХНОСТНО АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА СВОЙСТВА ВЯЗКИХ ДОРОЖНЫХ БИТУМОВ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ВЛИЯНИЕ ПОЛИМЕРОВ И ПОВЕРХНОСТНО АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА СВОЙСТВА ВЯЗКИХ ДОРОЖНЫХ БИТУМОВ

Годжаев Э.М.1, Мамедов Э.А.1, Мусаев Т.П.1, Алиева А.Ш.2 @

Азербайджанский технический университет;

2Сумгаитский государственный университет

Аннотация

В предъявленной работе, для улучшения качества дорожных покрытий были получены различные модификаторы и экспериментальным путем выявлен оптимальный состав и оптимальное количество модификаторов способствующих улучшению качества дорожных покрытий. В результате проведенных исследований выявлено, что при добавки 0,1-1,0% композитов из поверхностно-активных веществ амиды органических кислот и плотные эфиры на вязкого нефтяного битума,прилипапил каменным материалом и их эластичность увеличивается. Эти модификаторы способствуют уменьшению температуры, вязкости битума и в результате происходит равномерное распределения твёрдых наполнителей на поверхности изделия, а это в свою очередь препятствует ухудшению качества асфалтного покрытия.

INFLUENCE OF POLYMERS AND SURFACE ACTIVE SUBSTANCES ON THE PROPERTIES OF VISCOUS ROAD BITUMENS

Gojayev E.M.1, Mamedov E.A.1, Musaev T.P.1, Alieva A.Sh.2

1Azerbaijan Technical University; 2Sumgait State University

Summary

In the present work, to improve the quality of road surfaces, various modifiers have been obtained and the optimum composition and the optimum number of modifiers that improve the quality of road surfaces have been determined experimentally. As a result of the conducted studies, it was found that with the addition of 0.1-1.0% of the surfactant composites from the surfactants, the amides of organic acids and dense esters of viscous oil bitumen stuck to the stone material and their elasticity increased. These modifiers contribute to a decrease in temperature, viscosity of bitumen and, as a result, uniform distribution of solid fillers on the surface of the product, which in turn prevents the deterioration of the quality of the asphalt coating.

Для улучшения производственной технологии дорожных покрытий и качества битума используются различные модификаторы. Как известно, с целью усиления адгезивных свойств, эластичности и устойчивости, температурным изменениям в состав битума добавляют поверхностно-активные вещества и различные полимерные материалы. Эти вещества являются модификаторами. Добавления модификаторов в состав битума улучшает адгезию битума к минеральным наполнителям, увеличивает стойкость асфальта к действию воды, тепла и холода. С технической точки зрения получение композита полимер-битум должно удовлетворять следующим требованиям:

- В процессе получения асфальтобетонная смесь не должна разлагаться.

- При изготовлении смеси традиционной технологией, асфальтобетон должен растворяться с битумом.

® Годжаев Э.М., Мамедов Э.А., Мусаев Т.П., Алиева А.Ш., 2017 г.

- При высоких температурных условиях битум должен увеличить сопротивление смещения, а при низких температурных условиях должен увеличить жесткость смеси.

- Длительное время должны сохраняться присущие им характерные свойства и физико-химические параметры.

- Для получения связующего материала и смесей, используются термопластические, термоэластопластические материалы, эластомеры, а также термоактивные полимеры [1].

Полимер-битумная смесь, как правило, получается растворением полимера в битуме или же в специальном растворителе (техническое масло И-10А, И-20А, дизельное горючее, гудрон, и др.) при высоких (150-2000С) температурах с интенсивным смешиванием. В процессе получения и заготовки асфальта для улучшения показателей битума, используются термопластические полимеры - полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, поливинилацетат, полистирол, полиизобутилен, нефте- полимерные смолы и др. [2-6]. Имеются сведения по исследованию влияния олигомера, имеющего низкую полимеризацию, на показатели битума.

Композиты битум-полимер обладают высокими механико-прочностными свойствами и высокой вязкостью. В случае длинных полимерных цепей, когда эти цепи соединяются между собой, улучшаются механические показатели композитов битум-полимер.

В случае коротких цепей, текучесть композитов оказывается высокой. Добавка битума в полимер не сопровождается химической реакцией между компонентами битума и полимера, а образуется в результате взаимодействия компонентов. Для надежного использования этих композитов требуются пластификаторы. В качестве пластификаторов, могут использоваться масла^а- олигер в отношении равном 10:1^10, полученные после селективного очищения масляных фракций. В составе масляной фракции в высоком количестве находятся ароматические соединения. Полиэтилен является синтетическим, термопластическим неполярным полимером. Имеются две отличающиеся структурные модификации полиэтилена. Один из модификаций обладает линейной структурой, степень поляризации больше 5000. В другой молекуле полиэтилена имеются 4-6 атомов углерода, образующие произвольно соединенные между собою сетки [7].

В результате поляризации этилового радикала, эти полимеры получаются при высоких (1000-3000 атм.) давлениях, при температуре 1800С и с участием кислородного инициатора. Полученные при высоких давлениях полиэтилены более эластичны, имеют относительно низкую кристаллизацию. Эти полиэтилены получают и в нашей республике.

Для добавления к битуму в качестве I образца взято поверхностно-активное вещество, полученное путем взаимодействия нефтяной нафтеновой кислоты и технического триэтаноламина при 160-180°С в среде толуола. Полученное ПАВ представляет собой сложный эфир нефти новой кислоты, является вязкой жидкостью тёмного цвета, имеет кислотное число 5,0-9,0 мг КОН/г, содержание воды 0,1-0,2% (таблица).

С целью равномерного распределения и растворения полимера в битуме были изготовлены растворы полиэтилена в органическом растворителе (II смесь). В качестве растворителя использовали циклогексан. Полимеры в растворителе расширяются и растворяются при температуре 70-800С. При подготовке смеси битум-полимер, компоненты выдерживаются при температуре 100С выше температуры смягчения битума в течении одного часа, смешиваются, далее температура смеси увеличивается до 100-1200С, ещё раз интенсивно смешивается и постепенно охлаждается. В составе полученной смеси битум - полимер, объем полиэтилена составляет 3^5об.% (II смесь).

При изготовлении другой полиэтиленовой смеси, используется отходный материал, полученный при производстве полиэтилена - олигомер (III смесь). Олигомер, мягкая парафинообразная масса при комнатной температуре. Часть олигомера находится в жидком состоянии и хорошо растворяется в битуме. Отметим, что при получении этой смеси олигомер

в состав битума добавляется в объеме 3-5%. При получении смеси к битуму наряду с олигомером добавляются и поверхностно-активные вещества, полиэфирные смолы и фосфатные кислоты. В составе смеси на основе олигомера компоненты выбираются в следующем соотношении - полиэтиленовые олигомеры: полиэфирные смолы: фосфатные кислоты: поверхностно-активная вещества - 1:0,4:0,05:0,2. Здесь в качестве поверхностно-активных веществ используются масляные кислоты и синтезированные при 1800С на основе полиэтиленполиамина смеси из аминов масляной кислоты. В качестве IV смеси - смесь из имидазелина - использованы вещества, полученные после одновременного смешивания амидовых, имидазелиновых соединений и серы при температуре 70 -750С. V смесь получается добавлением в IV смесь полиэтилена.

Были экспериментально исследованы влияния добавок на температуры размягчения, растяжки, прилипания к каменным материалам. В битум добавлено 0,5^3% реагентов. Полученные результаты приводятся в таблице. В таблице изменение свойств вязкого битума зависит от количества поверхностно-активных веществ (смеси I и IV) и их композитов на основе полимерных материалов. Как следует из таблицы температура размягчения контрольного чистого битума и битума с добавкой композитов по стандарту AZS 050-2001 находится в пределе требований, предъявленных дорожному вязкому нефтяному битуму.

Сравнение полученных результатов показывает, что в зависимости от материала и его количества температура размягчения по сравнению с контрольным битумом увеличивается на +2,60С. В отличие от этого, температура размягчения смеси, полученной добавлением композитов в битум, уменьшается. При добавке композитов полимер+ПАВ в битум в объемном проценте 1,5^3%, температура его смягчения уменьшается на 50С по сравнению с контрольным битумом. Полученные результаты также показывают, что 0,5% добавки в I смесь способствует увеличению глубины проникновения иглы в вязкий битум. Выявлено, что 0,5% добавки в I смесь по сравнению с контрольным битумом 65-70 (0,1мм) способствует увеличению глубины проникновения иглы в смеси битума до 90-95-98. С дальнейшим увеличением добавки глубина проникновения иглы стабилизируется. Глубина проникновения в битум раствора полиэтилен высокого давления в 35% циклогексанона в объеме 3,0% увеличивается и достигает значения 85-92(0,1 мм).

В составе III смеси наряду с полимером находится и фосфорная кислота и, соответственно, при добавлении этих веществ к битуму увеличивается вязкость смеси и уменьшается глубина проникновения иглы вглубь материала. В этом случае глубина проникновения составляет 63-64(0,1 мм). Полученные на основе масляной кислоты и полиэтиленполиамин поверхностно-активных веществ, а также участие серы в композиционных материалах и смеси толуол и циклогексан при добавке в состав битума способствуют увеличению глубины проникновения иглы 94-96 (V смесь).

Влияния на растяжение битумных образцов были определены по ГОСТ-11505-75 дуктилометром при температуре 230С. Полученные результаты показывают, что при концентрациях 0,5 и 0,75% I смеси показатели растяжки по сравнению с контрольным битумом увеличиваются. В других случаях, добавка реагентов в битум отрицательно влияет на его показатели растяжки и эластичность материала ухудшается.

Одним из основных показателей битума является его прилипание к каменным материалам. Этот показатель обеспечивает долгосрочность асфальтобетонных образцов и улучшает качества дорожных покрытий. В результате проведенных исследований выявлено, что во всех концентрациях I и IV смесей (ПАВ) увеличивается степень покрывания битумом каменных материалов, Однако, полимерные композитные смеси уменьшают этот показатель. Поэтому смеси I и IV типа являются перспективными материалами для подготовки асфальтобетонного покрытия.

Таким образом, выявлено, что при добавке 0,5-1,0% композитов из поверхностно-активных веществ - амидов органических кислот и плотных эфиров в вязкий нефтяной битум, прилипание к каменным материалам и их эластичность увеличивается. При подготовке асфальтного покрытия добавка в состав битума модификаторов и стабилизаторов способствует уменьшению температуры, уменьшению вязкости битума и в результате происходит равномерное распределение твердых наполнителей на поверхности изделия, а это в свою очередь препятствует "старению" асфальтного покрытия.

ВЫВОДЫ

1. Для модификации вязких дорожных битумов были изготовлены композиционные материалы, состоящие из полиэтилена высокого давления, полиэфирных смол, Лапрола 3603 и фосфорных кислот.

2. Были исследованы влияние поверхностно - активных веществ на основе аминов, полимерных композиций и их смесей на свойства битума. Установлено, что поверхностно-активные вещества во всех случаях улучшают свойства битума.

Литература

1. Колмановская А.С., Михайлов В.В. Дорожные битумы. М.: Транспорт, 1973, 256с.

2. СТАРФЛЕКС ЛД. Полимер для модификации асфальта. /www.Google.az

3. Полимерный модификатор Kumho KTR-401./www.Google.az

4. А.С.Ширкунов, В.Г.Рябов, И.К.Чудаков. Получение полимербитумных вяжущих с использованием модификатора ELVALOY 4170 RET на основе строительного битума марки БН 70/30 и неокисленных высококипящих нефтепродуктов. 106-112

5. Mодификация битумов и асфальтбетонов комплексной добавкой на основе вторичного полиэтилена./ Кищинский С. В.

6. Патент.РФ 2301812.Окисленный атактический полипропилен с полярными функциональными группами, способ его получения и установка для осуществления способа.

7. И.П.Лосев, Е.Б.Тростянская. Химия синтетических полимеров. «Химия», 1971, 616 с.

Таблица

Влияние поверхностно-активных веществ и полимерных композитных смесей на свойства

вязкого дорожного битума

Название показателей Требования дорожному битуму по AZS 050-2011 Контрольный битум Количество смесей %

I (ПАВ на основе нефтяной кислоты) II (ПВД циклог ексан) III (олиго мер/L-3603-H3PO4/ ПАВ) IV ПАВ- (Масляные Кислоты+PEPA) +S8 V( полимер ПАВ+PEPA +S8)

0.5 0.75 1.0 3.0 3.0 0.5 1.0 1.5 3.0

Температура размягчения обруча и шарика, °С 49-54 49.6-50.0 50.1; 50.3 49.6; 49.8 50.4; 50.9 44.9; 45.0 46.0; 46.7 50.7; 51.2 52.5; 52.6 46.0; 46.3 45.1; 45.3

Растягивание 25°С,мм >70 90-96 100-100 95-100 60-62 45-47 52-56 71-72 70-71 53-62 51-60

Глубина погружения иглы °,1 мм, 25°С. 50-70 65-70-75 90-95-98 65-70-75 65-7075 84-92 63-64 95-96 94-95

Каменный материал сцепления хорошо удов. хорошо хорошо хорошо плохой плохой хорошо хорошо плохой плохой

Индекс пенетрация -0.2+-0.6 -0.2+-0.6 +0.03+ +0.7 -0.4+-0.8 -0.4+ -0.1 -1.3+ -1.04 -0.4+ -1.0 -0.63+ -0.51 -0.95+ -0.85