Увеличение значений физико-механических показателей БНД 90/130 за счёт введения полимерного модификатора и пластификатора на основе индустриального масла

Некачественные дороги всегда были одной из проблем нашей страны. Низкие эксплуатационные характеристики материалов, используемых в дорожном строительстве, приводят к тому, что уже на 3–4 год эксплуатации подавляющему количеству дорог в России требуется проведение капитального ремонта, тогда как за рубежом средний межремонтный срок службы составляет 8–10 лет [1]. В большинстве случаев низкое качество дорожных покрытий связано с показателями некондиционного вяжущего, входящего в состав асфальтобетонных смесей (АБС). Поэтому, с улучшением качества дорожного вяжущего можно рассчитывать на улучшение эксплуатационных показателей дорожных покрытий [2].

Целью исследования является получение модификатора определенной рецептуры с использованием полимерных материалов, который улучшит эксплуатационные характеристики битума. В настоящее время в качестве модификаторов используется достаточно широкий спектр материалов, среди которых присутствуют: сера, каучуки (полибутадиеновый, натуральный, бутилкаучук, хлоропрен и др.), органо-марганцевые компаунды, термопластичные полимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол, этилен-винилацетат (ЭВА), термопластичные каучуки, полиуретан, олефиновые сополимеры, а также блок-сополимеры стирол-бутадиен-стирола (СБС) [3].

Тамбовская область относится к третьей дорожно-климатической зоне, поэтому для приготовления асфальтобетонных смесей рекомендуется использование дорожных битумов БНД 60/90 и БНД 90/130, отличающимися показателями температуры размягчения и пенетрации.

В качестве дорожного вяжущего был выбран битум марки БНД 90/130. Процесс модификации дорожного битума модификаторами проводилась в лопастном лабораторном смесителе периодического действия при температуре 160 °C и скорости вращения перемешивающего устройства 800 об/мин в течение 60 минут [4].

Модификация битума осуществлялась совместным введением полиэтилена (ПЭ), термоэластопласта (ТЭП) и поверхностно-активной адгезионной добавки (ПААД) в различном соотношении от 0,1 % до 3 % модификатора. При оценке физико-механических характеристик была выявлена оптимальная рецептура вяжущего. Результаты экспериментальных исследований приведены в таблице 1 и на рисунке 1.

Таблица 1

Физико-механические показатели БНД 90/130, модифицированного ТЭП, ПЭ и ПААД.

Как показали экспериментальные данные, представленные в таблице 1, лучшие физико-механическими показатели при введении в БНД имеет Модификатор 1, дуктильность и эластичность модифицированного вяжущего удовлетворяют требованиям ГОСТ для ПБВ, однако, при хранении из-за старения битума, его показатели, в частности пенетрация, ухудшаются. Для решения этой проблемы возникает необходимость введения в битум пластификатора, в качестве которого используется индустриальное масло И-40.

При модификации битума возникает вопрос о времени введения масла и его содержании, поскольку на высоких температурах масло может выгорать, в связи с этим были рассмотрены различные способы его введения в ПБВ: в процессе смешения в смесителе при температуре 160 С? и в термошкафу. Полученные результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2

Физико-механические показатели БНД 90/130, модифицированного термоэластопластом ТЭП, полиэтиленом, поверхностно-активной адгезионной добавкой (ПААД) и индустриальным маслом И-40

Рис. 1. Показатели пенетрации БНД 90/130, модифицированного термоэластопластом (ТЭП), полиэтиленом, поверхностно-активной адгезионной добавкой (ПААД) и индустриальным маслом И-40.

Рис. 2. Показатели дуктильности БНД 90/130, модифицированного термоэластопластом (ТЭП), полиэтиленом, поверхностно-активной адгезионной добавкой (ПААД) и индустриальным маслом И-40.

Рис. 3. Показатели температуры размягчения БНД 90/130, модифицированного термоэластопластом (ТЭП), полиэтиленом, поверхностно-активной адгезионной добавкой (ПААД) и индустриальным маслом И-40.

Рис. 4. Показатели эластичности БНД 90/130, модифицированного термоэластопластом (ТЭП), полиэтиленом, поверхностно-активной адгезионной добавкой (ПААД) и индустриальным маслом И-40.

Анализ полученных данных показал, что результаты изменения физико-механический свойств, зависят от способа и времени введения индустриального масла в дорожное вяжущее. Введение масла в конце цикла смешения и в термошафу при температуре 120 С? имеют лучшие физико-механические показатели, что видно из представленного графика. Полученные вяжущие обладают высокими показателями дуктильности и пенетрации, температура размягчения и эластичность входят в пределы ГОСТ 52056–2003 «Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блок сополимеров типа стирол-бутадиен-стирол», что полностью удовлетворяет требованиям Тамбовской области, находящейся в третьей дорожно-климатической зоне.

Увеличение температуры размягчения модифицированного ПБВ способствует уменьшаю образование на дорожных покрытиях колеи в жаркие месяцы, а также улучшает показатели морозостойкости асфальтобетонных смесей [5].

Литература:

1.         Гохман Л. М. Битумы, полимерно-битумные вяжущие, асфальтобетон, полимер-асфальтобетон: Учебно-методическое пособие / Л. М. Гохман — М.: ЗАО «Экон-информ», 2008. — 117 с.

2.         Руденский А. В. Органические вяжущие для дорожного строительства / И. М. Руденская, А. В. Руденский — М.: «Транспорт», 1984. — 229с.

3.         Производство битумов в России: проблемы и задачи. —url: http://www.zapsib-stroika.ru/profit/research/detail.php?ID=1089

4.         Беляев П. С. Модификация дорожного битума термоэластопластом ДСТ совместно с полиэтиленом / П. С. Беляев, О. Г. Маликов, С. А. Меркулов, Д. Л. Полушкин, В. П. Беляев // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. П. Вернадского. Спецвыпуск 39. с 184–189.

5.         Калгин Ю. И. Дорожные битумоминеральные материалы на основе модифицированных битумов: монография / Ю. И. Калгин; Воронеж. гос. архит.– строит. ун–т. — Воронеж: Изд–во Воронеж. гос. ун–та, 2006. — 272с.