Строительство и архитектура

К.т.н. Галлямова З.О.

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

Повышение эксплуатационных свойств асфальтобетона

Рост требований к транспортно-эксплуатационным характеристикам автомобильной дороги, связанный с ростом скоростей движения и увеличением количества тяжелых и сверхтяжелых грузовиков на магистральных дорогах, отчетливо выявляет недостаточность существующего в настоящее время уровня качества дорожных покрытий. В связи с чем, срок службы дорожных покрытий сокращается из-за преждевременного выхода асфальтобетонных покрытий из строя.

Асфальтобетон относится к группе коагуляционных структур с ярко выраженными упруго-вязко-пластическими свойствами. Последние обусловлены тем, что сцепление частиц твердой фазы в коагуляционных структурах осуществляется через тонкие прослойки жидкой среды – прямые контакты между твердыми частицами минерального остова отсутствуют, и слабые межмолекулярные силы сцепления обуславливают прочность всего материала. Поэтому толщина прослоек жидкой фазы и ее свойства являются определяющими. В асфальтобетоне жидкой фазой является битум, и поэтому, вязко-пластичные свойства, эластичность и прочность его зависят, главным образом, от свойств битума, толщины битумных прослоек, которыми связаны минеральные частицы и силой сцепления битума с их поверхностью. Поэтому, несмотря на то, что битума в асфальтобетоне содержится мало (4-8%), проблема изменения свойств асфальтобетона, в основном, решается путем модификации битума и регулирования его взаимодействия с минеральным наполнителем.

Поэтому, нами предпринято исследование свойств полимер-битумного связующего в асфальтобетоне. Полимерные битумы имеют большой диапазон рабочих температур (разница между температурой размягчения и температурой хрупкости) — до 100°С (обычные битумы до 60 °С). Кроме того, покрытия из асфальтобетонных смесей на полимер-битумном вяжущем обладают повышенным сцеплением с колесом автомобиля. Также, за счет снижения температуры нагрева материалов, представляется возможным удлинить строительный сезон благодаря возможности укладывать и уплотнять смеси при пониженных температурах.

Для решения данной задачи, нами проведена модификация дорожного битума марки БНД-90/130 девулканизированной резиновой крошкой, а также термоэластопластами, результаты испытаний которых представлены в таблице 1.

Термоэластопласты содержат в определенном соотношении этиленпропиленовый каучук тройной (СКЭПТ), полиэтилен (ПЭВД), изопреновый каучук (СКИ-3).

Девулканизированная резиновая крошка – вторичное сырье, образующееся при утилизации отработанных автомобильных шин и различных резинотехнических изделий. Необходимо иметь в виду, что резиновая крошка представляет собой вулканизованный материал, и ее, как таковую, можно использовать только как слабо набухающий наполнитель. Для того чтобы организовать взаимодействия в битумной среде, крошку необходимо предварительно девулканизовать. В результате деструкции вулканизационных и сажевых структур (в составе резиновых изделии имеется технический углерод – сажа) под влиянием механических и термических воздействий, резина превращается в пластичный продукт – девулканизат, способный подвергаться технологической обработке и повторно вулканизоваться при введении в него вулканизующих агентов.

Состав и основные свойства битум-полимерных композиций

Таблица 1

Состав	Дуктильность при 25^0С, см	Эластичность, %	Плотность, г/см^3	Водопогло-щение, %
				1 сут.	42 сут.
БНД-90/130	42	7,4	1,0153	0,08	0,823
БНД-90/130 + 4%ТЭП	17	10,33	1,0162	0,08	0,69
БНД-90/130 + 6%ТЭП	19	12,8	1,0211	0,084	0,672
БНД-90/130 + 10%ТЭП	31	27	1,0234	0,105	0,58
БНД-90/130 + 20%ТЭП	85	89	1,0239	0,112	0,479
БНД-90/130 + 5% дестр. резин. крошки	140	91	-	0,008	0,51

Оптимальные свойства композиции достигаются в том случае, когда полимер образует в массе композиции непрерывную фазу (13-15 объем.%). При более низких концентрациях полимер представляет собой дисперсную фазу, которая, хотя и влияет на свойства композиции, не может в полной мере проявить такие свойства полимера, как эластичность, морозостойкость и механическая прочность.

Тепло-и-морозостойкость системы, обычно, обеспечивается свойствами полимера и, поэтому нет необходимости использовать теплостойкие битумы с высоким содержанием асфальтенов. Гораздо лучше подойдут смолистые битумы с высоким содержанием ароматических масел. Одно из полезных свойств битума в составе композиции - адгезия к различным материалам, а она достигается в основном за счет смолистых компонентов.

На основе разработанных полимер-битумных вяжущих были изготовлены и испытаны асфальтобетонные смеси, результаты которых представлены в таблице 2.

Таким образом, данные таблицы показывают, что модификация дорожных битумов термоэластопластами и девулканизированной резиновой крошкой приводит к явному положительному эффекту в свойствах асфальтобетонов на их основе и превосходят требования ГОСТ.

Показана несомненная эффективность и перспектива улучшения технологических и эксплуатационных свойств битумных систем путем модификации последних выбранными полимерами. Модификация битумных вяжущих полимерами позволяет в 5-10 раз повысить срок службы дорожных покрытий, что является немаловажным фактором. Тем самым, значительно экономятся материальные, трудовые и энергетические ресурсы, уменьшается материалоемкость покрытий.

Результаты испытаний асфальтобетонных смесей на основе

битум-полимерных вяжущих

Таблица 2

Состав	Объемный вес, г/см^3	Водона-сыщение, %	Набуха-ние, %	Предел прочности при сжатии, МПа				Коэф. водостой-кости
				R0	R20	Rв20	R50
Мин.ч. -100% БНД-90/130 -5%	2,49	1,07	0,09	8,2	2,65	3,55	0,73	1,34
Мин.ч. -100% (БНД-90/130 + 4%ТЭП)-5%	2,47	1,0	0,01	11,3	4,18	4,0	1,3	0,96
Мин.ч. -100% БНД-90/130 -6%	2,33	3,1	0,9	-	1,9	1,2	0,6	0,63
Мин.ч. -100% (бит.+резин.кр.)-6%	2,34	1,87	0	-	2,27	2,02	0,1	1,0
ГОСТ 9128-97	-	1,5-4	0,5	11	2,5	-	1,2	0,9

Литература:

1. Платонов А.П. Полимерные материалы в дорожном строительстве.- М.: Транспорт, 1993

2. Розенталь Д.А., Куценко В.И., Мирошников Е.П. Модифицирование битумов полимерными добавками. - Строительные материалы. – 1995. -№9.-с.23.