9. Особенности технологии приготовления полимерно-армированного асфальтобетона

Известно, что на формирование структуры асфальтобетона, а, следовательно, и на его свойства большое влияние оказывают особенности технологического процесса приготовления асфальтобетонных смесей. Температурный режим приготовления асфальтобетонной смеси определяется маркой применяемого битума и погодными условиями. Основной фактор, определяющий минимальную температуру асфальтобетонной смеси - придание битуму требуемой вязкости, необходимой для хорошего обволакивания минеральных зерен и обеспечивающей надлежащую подвижность асфальтобетонной смеси при ее распределении и уплотнении.

Согласно требованиям действующих нормативных документов минимальная температура приготовления щебеночных асфальтобетонных смесей на битуме БНД 60/90 составляет 140⁰С. С увеличением температуры приготовления качественные показатели асфальтобетонной смеси улучшаются, что можно объяснить повышением смачивающей способности битума вследствие снижения его вязкости, способствующее распределению битума тонкой равномерной пленкой на поверхности минеральных зерен и повышению адгезионной прочности между битумом и минеральным материалом.

Значительное повышение температуры приготовления асфальтобетонной смеси (свыше 170⁰ С) неоправданно, так как может привести к ухудшению эксплуатационных свойств асфальтобетона вследствие интенсивного протекания термоокислительных процессов в битуме при высоких температурах. При этом в битуме происходят необратимые изменения структуры и деформативных свойств.

Особенности приготовления полимерно-дисперсно-армированного асфальтобетона с добавкой ППД (полиэтилен-пропиленовая добавка) заключаются в необходимости создания благоприятных условий для расплавления и растворения полиэтиленовой составляющей в битуме в процессе перемешивания асфальтобетонной смеси. Для решения данной задачи предложена следующая последовательность приготовления асфальтобетонной смеси:

- минеральные материалы (щебень, песок) нагреваются до температуры, превышающей температуру плавления полиэтилена, то есть свыше 130⁰ С;

- добавка ППД вводится на нагретый минеральный материал и перемешивается с ним (сухое перемешивание), образуя на поверхности минеральных зерен тонкую полиэтиленовую пленку. Не растворившаяся полипропиленовая составляющая равномерно распределяется среди минерального материала;

- вводится битум, нагретый до температуры 130 - 140⁰ С;

- вводится минеральный порошок;

- полное перемешивание всех компонентов производится при температуре 120 - 160⁰ С в зависимости от вязкости битума.

Таким образом, температура приготовления смеси, а также температура битума при введении назначены с учетом проведенных и апробированных результатов исследований ряда авторов. Влияние температуры минеральных материалов при введении ППД на свойства асфальтобетонной смеси исследовалось в данной работе.

Исследования проводили на щебеночной асфальтобетонной смеси, приготовленной с использованием битума БНД 60/90. Температуру минеральных материалов при введении ППД (0,5% ) варьировали от 140⁰ С до 200⁰ С с шагом 15 ⁰С. Время сухого перемешивания - 30 секунд. Результаты испытаний представлены в таблицах 11 и 12.

Анализ зависимостей свойств полимерно-дисперсно-армированного асфальтобетона показал, что при более низких температурах 140 - 155⁰ С показатель водонасыщения и коэффициент водостойкости асфальтобетона ухудшаются. При данных температурах возможно не полное расплавление полиэтиленовой составляющей ППД на поверхности минерального материала, что приводит к снижению обволакивающего эффекта ППД и снижению адгезионной прочности на границе битум - минеральные зерна. Наилучшей водостойкостью обладает асфальтобетон, при приготовлении которого температура минеральных материалов составляла 170⁰ С. Дальнейшее повышение температуры ухудшает водостойкость асфальтобетона, что обусловлено термическим старением полиэтиленовой составляющей ППД при высоких температурах, при котором полимеры утрачивают свои деформативные и пластичные свойства.

Аналогичный характер имеет зависимость прочности асфальтобетона на растяжение при 0⁰ С от температуры нагрева минеральных материалов. Резкое снижение прочности при повышении температур свыше 180 ^0С свидетельствует об ухудшении трещиностойкости асфальтобетона. Таким образом, введение ППД при высоких температурах снижает эффект полимерного армирования асфальтобетона.

Прочность асфальтобетона на сдвиг при повышении технологических температур повышается, так как высокие температуры способствуют образованию в асфальтобетоне более жесткой структуры. При этом на поверхности минерального материала происходит не только процессы расплавления РПЭП и обволакивания зерен, но и процессы спекания, приводящие к образованию прочного жесткого каркаса.

Таким образом, оптимальная температура нагрева минеральных материалов при введении ППД составляет 170⁰ С. Более низкие температуры приводят к ухудшению всех исследуемых показателей асфальтобетона. При нагреве минеральных материалов до температур свыше 185⁰ С наблюдается повышение прочности асфальтобетона на сдвиг при 60⁰ С, однако, как уже отмечалось выше, асфальтобетон теряет деформативные и упругие свойства.

Наиболее важная роль в формировании структуры асфальтобетона принадлежит качеству перемешивания компонентов асфальтобетонной смеси. При приготовлении полимерно-дисперсно-армированного асфальтобетона необходимо обеспечить равномерное распределение регранулята полимерных этилен-пропилена среди минерального материала. Равномерность распределения ППД зависит от температуры смеси при введении, от размера гранул, от количества вводимой добавки и от времени сухого перемешивания, т.е. времени перемешивания ППД с нагретым минеральным материалом.

Анализируя перечисленные факторы, следует заметить, что оптимальная температура (170⁰ С) минеральных материалов при введении ППД определена из условия получения асфальтобетона, обладающего наиболее высокими эксплуатационными показателями. Размер гранул обусловлен технологическими возможностями оборудования предприятий, выпускающих данный продукт. Следовательно, в данной работе необходимо исследовать влияние времени сухого перемешивания на свойства полимерно-армированного асфальтобетона.

В ходе проведенных исследований получены зависимости свойств полимерно-армированного асфальтобетона от времени сухого перемешивания. . При непродолжительном времени сухого перемешивания 5-10 сек. (полное время перемешивания соответственно 45-50 сек.) приготовленная асфальтобетонная смесь обладает пониженным коэффициентом водостойкости и невысокими прочностными показателями, так как за этот период в смеси не происходит равномерного обволакивания минеральных частиц полиэтиленовой пленкой и равномерного распределения волокон среди песчаных и щебеночных частиц. Данный вывод подтверждается полученными при испытаниях значениями однородности асфальтобетонной смеси - коэффициентом вариации средней плотности уплотненных образцов.

Увеличение времени перемешивания способствует повышению однородности асфальтобетонной смеси и как следствие, повышению прочностных показателей и коррозионной устойчивости асфальтобетона.

Наибольший рост прочности асфальтобетона наблюдается в интервале 5-20 секунд, и составляет 20-25%. Дальнейшее увеличение времени сухого перемешивания до 40 сек. обеспечивает прирост прочности асфальтобетона на сдвиг на 10%, при этом прочность асфальтобетона на растяжение при 0⁰С несколько снижается, что обусловлено интенсификацией окислительных процессов полимерной составляющей ППД в ходе длительного перемешивания. Таким образом, на основе проведенных испытаний определено оптимальное время сухого перемешивания - 20-30 секунд.

Таблица 11 Физико-механические свойства полимерно-дисперсно- армированного асфальтобетона при различных температурных режимах

№ п/п	Наименование показателей	Температура минерального материала
		140	155	170	185	200
1	Водонасыщение , % по объему	2,85	2,42	2,21	2,18	2,36
2	Плотность, г/см3	2,367	2,371	2,375	2,38	2,389
3	Коэффициент водостойкости	0,915	0,933	0,941	0,942	0,934
4	Предел прочности на растяжение при 00 С, МПа	1,92	2,10	2,17	1,98	1,69
5	Предел прочности на сдвиг, МПа при 600С	1,73	1,84	2,01	2,12	2,15

Таблица 12. Физико-механические показатели полимерно-дисперсно-армированного асфальтобетона при различном времени перемешивания

№ п/п	Показатели свойств	Время сухого перемешивания/ Время полного перемешивания, сек
		5 / 45	10 / 50	20 / 60	30 / 70	40 / 80
1	Плотность, г/см3	2,359	2,366	2,372	2,375	2,377
2	Водонасыщение, % по объему	2,63	2,38	2,25	2,21	2,18
3	Коэффициент водостойкости	0,918	0,932	0,940	0,941	0,944
4	Предел прочности на сжатие при 200С	4,75	4,96	5,18	5,28	5,44
5	при 50 0 С	1,64	1,76	1,90	1,92	1,97
6	Предел прочности на растяжение, МПа, при 00 С	1,74	1,98	2,20	2,17	2,09
7	Предел прочности на сдвиг, МПа, при 600С	1,65	1,82	1,95	2,01	2,15