CC BY
77
УДК 665.775:665.7.038.2
ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА СЦЕПЛЕНИЕ ОКИСЛЕННЫХ И ОСТАТОЧНЫХ БИТУМОВ С ТВЕРДОЙ ПОДЛОЖКОЙ
С.В. Кудрявцева Вальдес, ассист., к.т.н., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
Аннотация. Представлены результаты сравнительных исследований окисленных и остаточных битумов различных марок с близкими значениями пенетрации. Показано влияние способа получения битумов на их стандартные свойства, а также на сцепление со стеклянной подложкой в воде.
Ключевые слова: окисленные битумы, остаточные битумы, поверхностно-активные вещества, адгезия.
ВПЛИВ ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНИХ РЕЧОВИН НА ЗЧЕПЛЕННЯ ОКИСЛЕНИХ I ЗАЛИШКОВИХ Б1ТУМ1В 13 ТВЕРДОЮ П1ДКЛАДКОЮ
С.В. Кудрявцева Вальдес, асист., к.т.н., Харк^вський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет
Анотаця. Подано результати пор1вняльних досл1джень окислених i залишкових бтум1в р1зних марок iз близькими значеннями пенетрацИ Показано вплив способу отримання бiтумiв на гх стандартт властивостi, а також на зчеплення зi скляною тдкладкою у водi.
Ключов1 слова: окислен бтуми, залишковi бтуми, поверхнево-активт речовини, адгезiя.
INFLUENCE OF SURFACE-ACTIVE SUBSTANCES ON ADHESION OF OXIDIZED AND RESIDUAL BITUMEN WITH A SOLID SUPPORT
S. Kudriavtseva Valdes, Т. Аsst., Ph. D. (Eng.) Kharkiv National Automobile and Highway University
Abstract. The results of comparative studies of oxidized and residual bitumen of different brands with similar values of penetration are offered. The influence of the process of bitumen production on its standard properties as well as adhesion to a glass substrate in water is shown.
Key words: oxidized bitumen, residual bitumen, surfactants, adhesion.
Введение
Асфальтобетонные покрытия, обеспечивая высокую комфортность и эффективность движения транспортных средств, тем не менее разрушаются раньше предусмотренного срока не только вследствие действия нагрузок, а из-за действия различных климатических факторов (увлажнение, циклическое замораживание и оттаивание, перегрев и переохлаждение покрытий). Поэтому с целью увеличения водоустойчивости асфальтобетонов на основе битумных вяжущих и сцепле-
ния битумного вяжущего с минеральной подложкой производят модификацию битумов поверхностно-активными веществами.
Анализ публикаций
Настоящей работе предшествовали исследования [1-5], посвященные изучению адгезионной стойкости битумных вяжущих с ПАВ в водной среде. Однако остается недостаточно исследованным взаимодействие ПАВ и битумов, которые были получены по различным технологиям - окисленные и остаточные.
Цель и постановка задачи
Целью работы являлось изучение влияния поверхностно-активных веществ на адгезионные свойства дистилляционных и окисленных битумов.
Исследование влияния ПАВ на свойства окисленных и остаточных битумов
Свойства нефтяных битумов обусловлены несколькими факторами, такими как: природа и свойства сырья; тип технологии получения битума; технологические параметры процесса приготовления битумов. Производство нефтяных битумов осуществляется на нефтеперерабатывающих заводах из нефтей, имеющих различный химический состав и свойства.
В настоящее время битумы получают тремя основными способами [5]: первый способ -атмосферно-вакуумная перегонка нефти (ди-стилляционные или остаточные битумы); второй - окисление нефтяных остатков (окисленные битумы); третий способ - смешивание остатков, полученных при перегонке нефти (компаундированные битумы).
Сущность эксперимента состояла в сравнении влияния различных катионактивных поверхностно-активных веществ (ПАВ) на сцепление с поверхностью стекла битумов различных марок, технологии получения.
В данной работе определяли свойства чистых битумов, остаточных (европейского производства) и окисленных (украинского производства), и модифицированных поверхностно-активным веществом украинского производства УДОМ-3 и широко распространенным в Украине ПАВ шведского производства WETFIX BE (производитель «Akzo Nobel»). Концентрация ПАВ в битуме была принята на основании более ранних исследований [1] и рекомендаций производителей [6].
Качество исходных битумов и битумных вяжущих, модифицированных ПАВ, оценивали по таким показателям (табл. 1): пенетрация при 25 оС (П25); температура размягчения вяжущего (Тр); температура хрупкости (Тхр); растяжимость (дуктильность) при 25 оС (Д25); сцепление (С) со стеклянной подложкой в водяной бане при температуре 85 оС в тече-
ние 25 минут, по методу ХНАДУ ДСТУ Б. В.2.7-81-98 «Бггуми нафтовi дорожш в'язю. Метод визначення показника зчеплю-ваносп з поверхнею скла та кам'яних мате-рiалiв».
Полученные данные (табл. 1) свидетельствуют о превышении значений адгезии испытываемых исходных окисленных битумов над значениями адгезии исходных остаточных битумов. Полученные результаты испытаний свидетельствуют о существенном отличии свойств битумов, полученных по различным технологиям, следовательно, из сырья различного качества, что в последствии приводит к получению битумов различного группового состава и структуры.
Таблица 1 Свойства окисленных и остаточных битумов
Битум П25, мм-1 Т оС Т ± хр? оС Д25, см С, %
Битумы остаточные (дистилляционные)
50/70 E 52 48,3 -9,0 >100 7
70/100 E 79 44,7 -10,0 >100 7
100/150 Е 118 40,8 -13,0 >100 6
160/220 E 182 37,3 -15,0 >100 5
Битумы окисленные
БНД 40/60 50 53,8 -14,0 74 17
БНД 60/90 75 49,5 -15,5 >100 8
БНД 90/130 105 47,0 -18,0 >100 10
БНД 130/200 172 42,6 -20,0 >100 6
Битумы остаточные, исследуемые в данной работе, являются типичными битумами со структурой типа «золь», а битумы, окисленные ближе к битумам переходного типа, -«золь-гель».
Принятые для исследования дистилляцион-ные и окисленные битумы характеризуются низким показателем сцепления со стеклом, что может привести к низкой водоустойчивости асфальтобетонов на основе этих вяжущих [1]. Одним из основных путей повышения показателя сцепления вяжущего является введение поверхностно-активного вещества (ПАВ).
Свойства дистилляционных и окисленных битумов с добавкой WETFIX ВЕ и УДОМ-3 приведены в табл. 2-3 и на рис. 1.
Таблица 3 Свойства окисленных и остаточных битумов с 0,4 % ПАВ (УДОМ-3)
Битум П25, мм-1 Т оС С, %
Битумы остаточные (дистилляционные)
70/100 Е + 0,4 % УДОМ-3 92 44,5 52
100/150 Е + 0,4 % УДОМ-3 138 40,5 37
Битумы окисленные
БНД 60/90 + 0,4 % УДОМ-3 61 49,7 94
БНД 90/130 + 0,4 % УДОМ-3 101 47,2 92
Введение добавки WETFIX ВЕ в дистилля-ционные битумы различных марок практически не сказывается на значениях пенетрации, т.к. разница составляет менее 5,0 %, и на температуре размягчения - разница менее 0,6 °С, что находится в пределах ошибки.
Таблица 2 Свойства окисленных и остаточных битумов с 0,5 % ПАВ (WETFIX ВЕ)
Битум П25, мм-1 Т оС С, %
Битумы остаточные (дистилляционные)
50/70 Е + 0,5 % WETFIX ВЕ 51 48,9 99
70/100 Е + 0,5 % WETFIX ВЕ 80 44,7 100
100/150 Е + 0,5 % WETFIX ВЕ 116 40,3 100
160/220 Е + 0,5 % WETFIX ВЕ 174 36,6 100
Битумы окисленные
БНД 40/60 + 0,5 % WETFIX ВЕ 40 53,3 100
БНД 60/90 + 0,5 % WETFIX ВЕ 65 49,7 100
БНД 90/130 + 0,5 % WETFIX ВЕ 99 47,0 100
БНД 130/200 + 0,5 % WETFIX ВЕ 192 42,9 100
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
99 100 100 100
776
.Л .Л' .Л' .Л'
л* Ф
52
37
а
^ <<5
о\® о\® о\® о\®
Ь V V V
х
.Л .л
л* ^ У"5
о\® о\®
* -- *
10
Ййн
чС.<ь
100 100 100 100
71
94
92
Г
ч'"5 ч-
о\® о\® о\® в\®
^ к
х х х х сК1 Л?
8
6
5
Рис. 1. Влияние содержания ПАВ (WETFIX ВЕ и УДОМ-3) на показатель сцепления дистилляционных и окисленных битумов со стеклянной поверхностью
Только для битумов марки 160/220 Е разница в значениях пенетрации (4,4 %) и температуры размягчения (0,7 °С) становится ощутимой.
Влияние добавки WETFIX ВЕ на окисленные битумы немного отличается: температура размягчения практически не изменилась, пе-нетрация битумов окисленных марок БНД 40/60 и БНД 60/90 уменьшилась на 20 и 13,3 % соответственно; в битуме марки БНД 90/130 это изменение составило 5,7 %, а для битума БНД 130/200 произошло увеличение пенетрации на 10,4 %.
Введение 0,5 % WETFIX ВЕ (табл. 2, рис. 1) привело к повышению сцепления практически для всех битумов до 100 %.
Применение УДОМ-3 (табл. 3, рис. 1), в концентрации 0,4 %, привело к более значительному повышению сцепления окисленных битумов и гораздо хуже у остаточных битумов. В случае добавки УДОМ-3 сцепление достигает для окисленных битумов 92-94 %, а для остаточных - 37-52 %.
Выводы
Обе принятые в исследовании поверхностно-активные добавки, WETFIX ВЕ и УДОМ-3, при введении в дистилляционные и окисленные битумы повышают сцепление битумного вяжущего со стеклом.
Применение различных ПАВ требует тщательного исследования, поскольку полезный вклад (увеличение показателя сцепления) добавок различен для битумов различного происхождения.
Необходимо провести углубленные исследования битумных вяжущих и асфальтобетонов на их основе с целью подбора соответствующих битумов и ПАВ, совместная работа которых позволит не только значительно повысить сцепление битума с ПАВ на первоначальном этапе приготовления, но и удерживать высокий уровень сцепления битумного
вяжущего и на более поздней стадии технологических процессов - смешения вяжущего с минеральными материалами.
Литература
1. Золотарьов В.О. Вплив адгезшно! добавки
WETFIX ВЕ на властивосп бггуму та асфальтобетону / В.О. Золотарьов, О.М. Агеева, Я.1. Пирк-, С.В. Ефремов // Автошляховик Украши. - 2002. - № 1. -С. 29-31.
2. Лысихина А.И. Поверхностно-активные
добавки для повышения водоустойчивости дорожных покрытий с применением битумов и дегтей / А.И. Лысихина. - М.: Автотрансиздат, 1959. - 232 с.
3. Писанко А. А. Разработка показателей
оценки эффективности применения ка-тионных поверхностно-активных веществ в асфальтобетоне: автореф. дис. на соискание учен. степени канд. техн. наук: 05.23.05 «Строительные материалы и изделия» / А.А. Писанко. - Х.: ХГАДТУ, 2001. - 18 с.
4. Соломенцев А. Б. Адгезионные свойства и
когезионная прочность дорожного битума с ПАВ класса имидазолинов / А.Б. Соломенцев, В.В. Круть, В.В. Маляр, В.А. Золотарев // Наука и техника в дорожной отрасли. - 1999. - № 1. -С.22-23.
5. Колбановская А.С. Дорожные битумы /
А.С. Колбановская, В.В. Михайлов. -М.: Транспорт, 1973. - 264 с.
6. Виробництво бггуму, що мютить адгезшну
добавку УДОМ-3: ТР 218-03450778381:2007. - ДерждорНД1, 16.04.2007. -18 с. (Технолопчний регламент. Державна служба автомобшьних дор^ Украши (УКРАВТОДОР), ДерждорНД1).
Рецензент: В.К. Жданюк, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 10 октября 2015 г.
