1.5. Модифицированные битумы и виды модификаторов.

К добавкам, конечной функцией которых является улучшение качества дорожного полотна, относятся следующие типы материалов: 1.    Модификаторы битума; 2.    Адгезионные присадки к битуму; 3.    Стабилизаторы ЩМАС (щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси); 4.    Модификаторы асфальтобетонной смеси; 5.    Структурирующие добавки в асфальтобетонную смесь; При низких температурах битум становится твердым и хрупким, при высоких – мягким и текучим. Битум модифицируют различными эластомерами, применение которых имеет цель улучшить эксплуатационные характеристики битума при экстремальных температурах. При модификации битума стирол бутадиен стиролом полимербитумная смесь становится мягкой и более гибкой при низкой температуре, и более вязкой при высокой температуре. Применение различных присадок к битуму направлено на улучшение отдельно взятого свойства битума: адгезии с минеральной составляющей асфальтобетонной смеси или пластической текучести при низких температурах. Существует присадка, предотвращающая окисление битума и, как следствие, образование микротрещин на поверхности. Под стабилизаторами ЩМАС, как правило, понимают волоконные добавки, которые применяются для предотвращения стекания битума из смеси при транспортировке и укладке. Волокна стабилизатора равномерно распределяются в смеси при перемешивании, выполняя функцию микроскопического каркаса, армирующего битум. Также на российском рынке присутствуют модификаторы асфальтобетона на основе резиновой крошки. Подобные модификаторы вводятся в смеситель при приготовлении асфальтобетонной смеси в отличие от модификаторов битума, улучшение битума которыми является трудоемким и энергоемким процессом. Под структурирующими добавками понимают минеральный порошок или цемент.

Свойства и характеристики модификаторов  [7] СБС (SBS) (стирол-бутадиен-стирол) и прочие сополимеры стирола (SBR, SEBS, SIS, SEPS и т. п.) Высокоэластичные полимеры (синтетические каучуки), которые придают битумам гибкость при низких температурах. СБС - покрытия обладают отличной адгезией и высокой устойчивостью к резким перепадам температуры (с переходом через 0°С). Кроме того, СБС-материалы высокоэластичны, морозостойки, а также легко повторяют форму той поверхности, на которую укладываются. При модификации битума с помощью СБС создается полимерная матрица, представляющая в данном случае трехмерную сетку, образованную благодаря взаимодействию полистирольных блоков в, так называемые, полистирольные домены. Внутри этой эластомерной сетки в виде мельчайшей дисперсии распределен битум. Производство качественного модифицированного СБС битума чрезвычайно сложный технологический процесс. Для этого необходимо использовать совместимый СБС битум, отличающийся повышенным содержанием ароматических соединений. Собственно, СБС может использоваться либо в виде порошка тонкого помола, либо в виде гранул. В первом случае возможно получение качественных смесей на обычных смесителях. В случае применения гранулированного СБС необходимо наличие гомогенизатора - устройства, "перетирающегося" полимер с битумом. Без гомогенизатора смесь получается неоднородной (негомогенной). Теплостойкость такой неоднородной смеси может быть иногда даже несколько выше, но гибкость на холоде будет существенно хуже и с течением времени начнет постоянно ухудшаться. Как показывает опыт, именно гибкость может служить косвенным критерием качества СБС-материала. Материалы, в которых применяется СБС-модификатор высокого качества (например, фирмы SHELL) достигают гибкости до -30°С. В то же время материалы с гибкостью хуже -20°С имеют, либо недостаточную концентрацию полимера в битуме, либо в них использован несовместимый с СБС битум. На практике такие материалы довольно быстро разрушаются.

Сополимеры этилена - ЭВА (EVA) Этиленвинилацетат и ЭМА (EMA) Этиленметилакрилат При использовании для модификации битумов данные вещества позволяют улучшить свойства битумов за счет изменения реологических свойств. Изменение реологических свойств ведет к повышению температуры размягчения, увеличению жесткости при высокой температуре и, следовательно, к повышению устойчивости к постоянной деформации, а также за счет улучшения гибкости битума при низких температурах, о чем свидетельствуют повышение его дуктильности, температуры хрупкости по Фраасу и результаты тестов, проводимых с помощью реометра BBR. Кроме того, повышается прочность битума (и соответственно его стойкость к образованию трещин), понижается его пенетрация, что также увеличивает сопротивление деформации без существенного изменения производственного процесса. Повышается и вязкость, но не до такого уровня, который повлиял бы на сам производственный процесс. Этиленовые сополимеры легко смешиваются с битумом. Это подтверждено на практике при использовании ЭВА, а также экспериментально в лабораторных условиях. Перечисленные свойства пластомермодифицированных связующих, а также устойчивость при хранении, вязкость и способность к перемешиванию были проанализированы при различных (от 3 до 7 %) уровнях модификации различных битумов.

Классификация модификаторов асфальтобетонных смесей, битумов и прочих добавок, используемых для дорожных полотен Добавки, целью применения которых является улучшение качества дорожного полотна, вводятся либо в битум, либо непосредственно в асфальтобетонную смесь. При этом, добавка определенного типа может вводиться как в битум, так и в асфальтобетонную смесь в двух различных технологических процессах. Прежде всего, речь идет о регенерированных каучуках. Модификатор «Унирем», который представляет собой регенерированный каучук с различными вспомогательными материалами, подразумевает введение в битум, но вместе с тем существуют резинобитумное вяжущее «Битрэк», полученное путем перемешивания битума с измельченной вулканизированной резиной в присутствии катализаторов.

Рис 1.4 Классификация добавок к битуму и асфальтобетонным смесям в дорожном строительстве [8]

 

 

Наиболее часто применяемыми в дорожном строительстве модифицирующими добавками для битума являются эластомеры и термопласты.

Поверхностно-активные вещества предназначены для улучшения адгезии битума с минеральной частью асфальтобетонной смеси. Существует два типа ПАВ – анионные и катионные. Стабилизирующие добавки применяются для щебеночно-мастичной смеси. В данных добавках используются два типа волокон – целлюлозные и минеральные. Применение смол для снижения склонности к пластической текучести битума при низких температурах более характерно для стран Европы и США. В первую очередь речь идет об эпоксидной и полиуретановой смолах. Использование быстровысыхающего масла для предотвращения окисления также чаще встречается в странах Запада. При модификации битума СБСом возможно добавление индустриального масла в качестве вспомогательного материала. Помимо вышеуказанных добавок существуют другие комплексные решения. Например, Duroflex WA-80 от компании Rub Berlin GMBH, который вводится в асфальтобетонную смесь и представляет собой стирол-акрило-нитрильные сополимеры с целлюлозой и полиэстером. Также к ним относятся такие решения как «Унирем» и «КМА». Стабилизирующие добавки для ЩМАС (щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси). Стабилизаторы ЩМАС чаще всего представляют собой гранулированные целлюлозные волокна, однако возможно и применение минерального волокна. Указанные добавки применяются для увеличения прочности и стойкости к деформации ЩМА. Также целью применения является снижение показателя «стекание» ЩМАС. Основным стабилизатором, применяемым для ЩМАС как в России, так и в Европе, является Viatop-66, производства немецкой фирмы JRS Gmbh.