Структура и свойства битумов
с гелеобразующим модификатором БАГ

К.т.н. Галдина В.Д.

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, Россия

Структура и свойства битумов

с гелеобразующим модификатором БАГ

Основными недостатками дорожных битумов, снижающих долговечность асфальтобетонных покрытий, являются [1 – 4]: 1) повышенная хрупкость при низких температурах; 2) пониженная теплоустойчивость при высоких температурах; 3) старение битума в процессе приготовления асфальтобетонных смесей и эксплуатации; 4) недостаточная прочность сцепления (адгезия) с поверхностью каменных материалов, особенно кислой природы; 5) отсутствие эластических свойств.

Повышение качества дорожных битумов достигается введением в их состав модифицирующих добавок (полимерных, адгезионных, структурирующих, ингибиторов старения и др.) [1 – 6].

В дорожном строительстве зарубежных стран и России в последние годы для строительства и круглогодичного ремонта дорожных покрытий успешно применяются холодные смеси Мультигрейд [6, 7]. Модифицированные битумы для смесей Мультигрейд получают с использованием специального реагента – МАК-порошка, который переводит битум в гелеобразное состояние. Недостатком МАК-порошка является его высокая температура плавления (не менее 180 °С), что вызывает технологические трудности при приготовлении модифицированных битумов, особенно разжиженных для холодных смесей.

ЗАО НПО «Алтайспецпродукт» (г. Бийск) выпускает гелеобразующий модификатор БАГ по ТУ 2494-017-3399233-2007 с изм. 2 (СТО 33992933-001-2008) двух модификаций на основе олеиновой кислоты (БАГ-О) и диметилитерефталата (БАГ-ДМТ). Модификатор БАГ – однородное, твердое или пастообразное вещество темно-коричневого цвета с температурой вспышки не ниже 230 °С, температурой каплепадения 80 – 150 °С, кислотным числом 70 – 125 мг КОН/г, щелочным числом 40 – 80 мг КОН/г. При нагревании до 100 °С модификатор БАГ переходит в жидкое состояние, удобное для смешения с битумом, образуя однородное вяжущее [6].

Гелеобразующий модификатор БАГ использовали для модификации жидкого битума марки МГ 70/130 и вязких битумов марок БНД 60/90 и БНД 90/130. Модифицированные битумы с модификатором БАГ готовили в лабораторном смесителе при продолжительности перемешивания 1 ч и температуре 90 – 100 °С (для жидких битумов) и температуре 140 – 150 °С (для вязких битумов). Условная вязкость жидкого битума повышается при добавлении к нему модификатора БАГ, что свидетельствует о переходе жидкого битума в гелеобразное состояние (табл. 1).

Таблица 1

Условная вязкость жидких битумов

Состав жидкого битума, мас. %		Дозировка модификатора БАГ, % от массы жидкого битума		Условная вязкость С⁵₆₀, с
БНД 60/90	Дизельное топливо летнее	БАГ-О	БАГ-ДМТ	Условная вязкость С⁵₆₀, с
83	17	-	-	115
83	17	1,5	-	304
83	17	-	1,5	238

Гелеобразующий модификатор БАГ структурирует вязкие дорожные битумы, увеличивая теплоустойчивость, интервал пластичности, индекс пенетрации и коэффициент структуры. Вязкость битумов и температура размягчения повышаются без ухудшения показателей трещиностойкости, понижается растяжимость, улучшаются адгезионные свойства, повышается стойкость к термоокислительному старению (табл. 2). Структура битума БНД 60/90 изменяется от структуры золь-гель к структуре, близкой к гелю, битума БНД 90/130 – от структуры, близкой к золю, к структуре золь-гель.

На основе гелеобразных битумов были изготовлены холодные и горячие асфальтобетонные смеси. Холодные асфальтобетонные смеси на основе гелеобразных жидких битумов не слеживаются при отрицательных температурах. Асфальтобетоны на жидком битуме с гелеобразующими модификаторами, уплотненные при температуре – 10°С, характеризуются довольно высокими показателями прочности, водостойкости и отвечают требованиям ГОСТ 9128 к холодному асфальтобетону II марки типа Б_х.

Таблица 2

Свойства вязких битумов с модификатором БАГ-О

Показатель	Битум
Показатель	БНД 60/90	БНД 60/90 + + 2 % БАГ-О	БНД 90/130	БНД 90/130 + + 2 % БАГ-О
Глубина проникания иглы, 0,1 мм: при 25 °С	84	72	108	89
при 0 °С	28	24	31	26
Растяжимость при 25 °С, см	65	39	96	52
Температура размягчения, С	50	56	44	49
Температура хрупкости, °С	–17	–17	–22,5	–23
Изменение температуры размягчения после прогрева, °С	4	2	3	2
Интервал пластичности ИП = Т_р – Т^ф_хр, °С	67	73	66,5	72
Коэффициент структуры К_стр = ИП / Д₂₅	1,03	1,87	0,69	1,38
Индекс пенетрации	+0,2	+1,2	–0,8	–0,2
Структура битума	золь-гель	близкая к гелю	близкая к золю	золь-гель
Сцепление, выдерживает по контрольному образцу: - с песком - с мрамором	№ 3 № 1	№ 2 № 1	№ 3 № 1	№ 2 № 1

Горячие асфальтобетоны на битуме с модификатором БАГ-О и БАГ-ДМТ по сравнению с асфальтобетонами на битуме имеют более высокие показатели прочности при 50 °С, длительной водостойкости и морозостойкости, сцепления при сдвиге и стойкости к старению. При смешении гелеобразного битума с каменным материалом вяжущее образует более толстые пленки с прочными связями, удерживающими битум на поверхности камня, что способствует улучшению эксплуатационных свойств асфальтобетона.

Выполненные исследования показали:

1) холодные асфальтобетонные смесей на основе гелеобразного медленногустеющего битума с модификатором БАГ могут быть использованы для строительства и ремонта дорожных покрытий при отрицательных температурах;

2) горячие асфальтобетоны, приготовленные с модификатором БАГ, обладают повышенной сдвигоустойчивостью, водо- и морозостойкостью и устойчивостью к старению по сравнению с асфальтобетонами на битумах, что дает возможность повысить качество и долговечность асфальтобетона.

Литература

1. Полимерно-битумные вяжущие на основе СБС для дорожного строительства [Текст] / Л.М. Гохман и др // Автомобильные дороги: обзорная информация / Информавтодор. – М., 2002. – Вып. 4. – 112 с.

2. Иваньски, М. Асфальтобетон как композиционный материал (с нанодисперсными и полимерными компонентами) [Текст] / М. Иваньски, Н.Б. Урьев / Под ред. Н.Б. Урьева. – М.: Техполиграфцентр, 2007. – 668 с.

3. Руденская, И.М. Органические вяжущие для дорожного строительства [Текст] / И.М. Руденская, А.В. Руденский. – М.: ИНФРА, 2010. – 256 с.

4. Онищенко, А.М. Пути обеспечения сдвигоустойчивости асфальтобетонного покрытия мостов и путепроводов [Текст] / А.М. Онищенко, В.В. Мозговой, С.В. Кащинский // Сб. докладов ежегодной научной сессии «Ассоциация исследователей асфальтобетона». – М.: МАДИ (ГТУ), 2010. – С. 129 – 140.

5. Горячие асфальтобетонные смеси, материалы, подбор составов смесей и строительство автомобильных дорог в Северной Америке: передовой зарубежный опыт [Текст] / E.R. Brown и др. – Росавтодор, Национальный центр по асфальтовой технологии , NAPA. – 3-е изд., 2009. – 411 с.

6. Материалы для дорожного строительства [Текст] / С.А. Егоров и др. // Сб. статей и докладов ежегодной научной сессии «Ассоциация исследователей асфальтобетона». – М. МАДИ (ГТУ), 2011. – С. 43 – 50.

7. Парадек, С.В. Опыт приготовления разжиженного МАК-битума / С.В. Парадек // Наука и техника в дорожной отрасли. – 2008. – № 4. – С. 35 – 36.