4.6. Совместимость битумов. Теория судативных реакций

Совместимость битумов и теория судативных реакций наиболее полно рассмотрены в работе Г. Л. Олиенсиса. В соответствии с общепринятыми представлениями в битумах рассматривается наличие трех основных компонентов: асфальтенов (лиофобной части), смол (лиофильных частиц), окружающих лиофобные частицы и защищающих их от слияния, и, наконец, масляной фазы, в которой суспензированы лиофобные частицы. Стабильность фаз битумов зависит от того, насколько лиофильные сольватирующие силы смол, по отношению к асфальтенам, больше или меньше десоватирующего или флокулирующего действия масел. Чем более тугоплавки асфальтены, и чем они плотнее, тем больше должна быть сольватирующая способность смол или тем меньше должна быть флокулирующая способность масел для удержания асфальтенов в диспергированном состоянии. При содержании в битуме относительно мягких и легко диспергируемых асфальтенов для стабильности такой системы достаточно иметь смолы со средней сольватирующей способностью. Тугоплавкие, плотные асфальтены удерживаются более сильно сольватирующими смолами.

Многие битумы обнаруживают тенденцию к так называемой эксудации – выпотеванию, т.е. к выделению определенного количества менее прочно удерживаемой жидкой фазы, что приводит к увеличению стабильности системы. Эта тенденция тем больше, чем менее стабилен битум. Например, окисленный битум при хранении склонен к выделению легких масел, что можно обнаружить по пятну на контактируемой с ним бумаге.

Некоторые битумы, особенно содержащие высококонденсированные тугоплавкие асфальтены, стремятся выделить из системы именно эту тяжелую составляющую. В таких случаях наблюдается выделение твердых осадков, а не легкой жидкой фазы. Однако, общий принцип в обоих случаях одинаков: каждый битум стремится освободить себя от плохо удерживаемой части компонентов, чтобы достигнуть более стабильного внутреннего равновесия. Если этот битум не находится в контакте с другим битумом, то сила этой тенденции носит название «потенциала эксудации». Если два битума привести в контакт друг с другом, происходит их взаимодействие, подобное диффузии или осмосу. Часть менее стабильно удерживаемых компонентов из битума с большим потенциалом эксудации переходит в битум с меньшим потенциалом. В результате потенциалы эксудации выравниваются, миграция эксудирующихся компонентов (особенно вначале) может быть ограничена слоем битума, непосредственно примыкающим к поверхности контакта, образуя зоны стабильного равновесия битума по обеим сторонам поверхности.

Глубина зон, время, необходимое для достижения их максимальной глубины, а также степень изменений, которые претерпевает битум под действием зоны, зависят от многих физических условий, в частности от типа битумов, разницы в их потенциалах эксудации, температуры.

В результате миграции компонентов битум-донор («эксудирующий») обедняется легкими компонентами, становится более твердым и хрупким в области близкой к поверхности компонента, а битум-рецептор («инсудирующий») делается более мягким. Эту реакцию одновременно эксудирующую и инсудативную называют «судативной».

Чаще всего наблюдается изменение только одного из двух битумов (твердеющего или размягчающего), а зона, подвергшаяся модификации, скрыта в невидимой области контакта между битумами. Тем не менее, реакция может принимать много различных форм. Рассмотрим некоторые из них. Имеется много материалов, в которых контактируют между собой два битума. Особенно тесно этот контакт осуществляется в битумных кровлях. При устройстве конструктивных слоев дорожных одежд из асфальтобетона, а также при ремонтных работах покрытий, нередко перед укладкой нового слоя производят пропитку перекрываемого слоя разжиженным битумом, содержащим значительное количество легких нефтяных фракций.

В перекрывающем слое асфальтобетонной смеси, как правило, используется более вязкий битум. В этом случае образуется система, в которой эксудативный потенциал пропиточного битума выше, чем у битума перекрывающего слоя. Инсудация в слое вышележащего битумного покрытия может проявляться в постепенном его размягчении (в результате поглощения масла), направленного в сторону поверхностного слоя. Такая тенденция к одновременному некоторому размягчению покровного слоя и незначительному поглощению им масляных фракций из пропиточного слоя, (при правильно рассчитанном его количестве) приводит к хорошему совмещению (склеиванию) слоев дорожной одежды. Попытка разделить эти слои без деформации и разрывов, как правило, не удается.

Однако если пропиточный битум был взят в избытке и содержал значительное количество легких масляных фракций, то судативные реакции начинают идти быстро. Покровной битум будет инсудативным по отношению к пропиточному, он начнет размягчаться и станет более тягучим, в результате перехода в этот слой более легких компонентов из пропиточного слоя. В этом случае существует опасность сдвига и колееобразования при достаточно высокой температуре окружающего воздуха, особенно на наклонных участках дорог с большой интенсивностью движения транспорта.