2456

Битумы, модифицированные НПС, рекомендуется применять для устройства поверхностной обработки. Установлено, что приживаемость щебня при устройстве поверхностной обработки составляет не менее 70 % после 3-х лет эксплуатации. ГП «РосдорНИИ» рекомендует применять для модификации битумов светлую НПС марок А или Б, выпускаемую сланцеперерабатывающим комбинатом.

Приготовление модифицированного битума можно осуществлять как в специальных установках для модификации битумов, так и в рабочих битумных емкостях, оборудованных системой двойной циркуляции и обогрева.

Удорожание модифицированных битумов с учетом стоимости НПС, процесса приготовления битума и дооборудования емкостей составляет не более 20 % от стоимости нефтяных дорожных битумов.

Проведенные исследования и производственный опыт показали, что нефтеполимерная смола является эффективной и доступной модифицирующей добавкой к битуму. Модифицированный битум обладает пластичностью при низких температурах, отличной адгезией к каменным материалам и высокой когезией. Эти свойства модифицированного битума, повышая эксплуатационные характеристики асфальтобетонных покрытий, способны увеличивать срок их службы.

246

3.3. Свойства битумно-каучуковых вяжущих

Улучшению свойств битумов добавками каучуков посвящено значительное количество работ [6, 12, 38, 45 – 48, 51, 53, 56, 63, 86 – 91]. В качестве модифицирующих добавок в битум используют бута- диен-стирольные, этиленпропиленовые, полихлоропреновые синтетические каучуки, полиизобутилен, «Каудест-Д». Добавки каучуков вводят в битум в количестве 2 – 7 % преимущественно в виде расплавов в углеводородных растворителях или маслах.

Добавки каучука в битум значительно улучшают его растяжимость и эластичность при низких температурах, повышают тепло- и трещиностойкость, усталостную долговечность и устойчивость к старению. Битумно-каучуковые вяжущие (БКВ) получают тремя способами: 1) смешением битума с небольшим количеством каучука (2 – 5 %) при температуре 150 °С; 2) предварительным растворением каучука (в индустриальном или сланцевом масле, керосине, сольвенте, дизельном топливе и др.) и объединением этого раствора с битумом; 3) введением латекса каучука в битум.

Во всех случаях одним из главных параметров режима смешения компонентов является температура. При повышенных температурах (140 – 180 °С) происходит разрыв молекул каучука, его деструкция и вследствие этого снижение воздействия на свойства битума. Поэтому длительность и температура перемешивания компонентов должны быть ограничены. При температуре 130 °С БКВ можно выдерживать не более 72 ч, при 160 °С – не более 12 ч, при 200 °С – не более 8 ч [6, 12].

Ю.И. Калгин [46] исследовал свойства вязких и жидких БКВ на битумах различных марок с добавками бутадиен-стирольного каучука СКС. Показатели физико-механических свойств БКВ на битуме БНД 90/130 с различным содержанием каучука марки СКС 30 АРКМ-15 приведены в табл. 3.13. Каучук вводился в битум в виде раствора в сланцевом масле. Содержание каучука составляло 2,0, 2,5 и 3,0 % в пересчете на сухое вещество.

Применение модифицирующей добавки привело к увеличению интервала пластичности, улучшению показателей деформативных свойств битума: пенетрации и растяжимости при 0 °С, понижению температуры хрупкости. Установлено, что оптимальная добавка каучука СКС составляет 2,5 % от массы битума. Оценка реологических характеристик и усталостных свойств исходных и модифицирован-

247

ных битумов, содержащих 2,5 % каучука марки СКС, показала, что введение каучука в исходный битум увеличивает примерно в 3 раза истинную вязкость и усталостную долговечность вяжущего.

Таблица 3.13

Физико-механические свойства битумно-каучуковых вяжущих

Асфальтобетон на БКВ обладает повышенными показателями водостойкости, теплоустойчивости, усталостной долговечности и сдвигоустойчивости, меньшей жесткостью при отрицательных температурах, большей устойчивостью к термоокислительному старению [46, 53]. Оценка термоокислительной устойчивости к старению асфальтобетонов на битуме и модифицированных битумах с одинаковой пенетрацией при 25 °С показала, что интенсивность старения асфальтобетонов различна (рис. 3.18 и 3.19).

а)

248

тона с применением различных видов вяжущих проходило с различной интенсивностью. Так, у асфальтобетона на ПБВ с «Каудест – Д» прочность понизилась на 54,8 %; с ДСТ 30-01 – на 43,6 %, на БКВ на

– 35,7 %. После 27,5 ч прогрева только асфальтобетон на БКВ сохранял требуемую по ГОСТ 9128 (для I марки асфальтобетона) прочность [46].

Жидкие модифицированные битумы марок СГ 130/200 получали путем введения в вязкий дорожный битум растворов каучуков СКД, СКС, СКИ и ДСТ в керосине 10 и 12 %-ной концентрации. Содержание в вяжущем сухого полимера составляло 3 – 4 % по массе. Жидкие модифицированные битумы по сравнению с битумом марки СГ 130/200 характеризуются повышенной температурой размягчения остатка.

Вид и качество полимерной добавки в вяжущем значительно влияют на количество испарившегося разжижителя. Максимальное количество испарившегося разжижителя было выявлено при введении 3,5 – 4,0 % каучуков типа СКД и СКИ, наименьшее – при использовании каучука СКС. Совместное применение модификаторов каучука типа СКС и полимерной адгезионной добавки «Мобит» повышает вязкость, усталостную долговечность и адгезионные свойства жидких битумов. Это способствует повышению прочности и водостойкости холодного асфальтобетона [46].

В практике дорожного строительства за период 1995 – 2001 гг. использовались битумы, модифицированные растворами каучуков СКС. После 5 лет эксплуатации были обследованы участки автомобильных дорог Воронежской, Калининградской областей и Краснодарского края. Комиссионной оценкой установлен положительный опыт применения каучука СКС в качестве модификатора битумов [45]. Колеобразования, шелушения и выкрашивания покрытий с применением БКВ независимо от срока его службы не установлено. Отобранные вырубки показали, что асфальтобетон с применением БКВ характеризуется повышенной прочностью, теплостойкостью и водостойкостью.

Воронежским научно-производственным центром «РосдорНИИ» [72] разработаны технические условия «Битумно-каучуковые вяжущие для дорожного строительства», которые распространяются на БКВ, содержащие 2,0 – 2,5 % каучука СКС (табл. 3.14). Указанные БКВ отличаются широким интервалом пластичности, высокой теплоустойчивостью, трещиностойкостью и адгезией.

251

С целью повышения эксплуатационных свойств битумов в ДортрансНИИ РГСУ был разработан и использован в дорожном строительстве полимерный модификатор – масляный раствор синтетического высокомолекулярного полибутадиенового каучука (СВБ-М) [6]. Указанный модификатор представляет собой раствор полибутадиена в индустриальном масле марок И-20А, И-30А, И-50А. Содержание полимера в масле составляло 15 – 20 % масс. В табл. 3.15 приводятся результаты исследований физико-механических свойств вяжущего, полученного модифицированием битума марки БНД 60/90 полимерной добавкой СВБ-М при различном ее содержании. Введение добавки СВБ-М улучшает растяжимость вяжущего, особенно при 0 °С, понижает температуру хрупкости. Для каждого битума количество добавки подбирается опытным путем в зависимости от требуемых показателей свойств.

Таблица 3.15

Физико-механические показатели модифицированного вяжущего

Изучение устойчивости вяжущих к старению при выдерживании их в течение 720 часов при 70 °С в слое толщиной 4 мм показало, что модифицированное вяжущее стареет в значительно меньшей степени, чем исходный битум (табл. 3.16).

Групповой химический состав вяжущих до и после старения приведен в табл. 3. 17. При введении 2 % добавки СВБ-М в битуме наблюдаются структурные изменения: уменьшается содержание асфальтенов, увеличивается количество смол. Модифицированное вяжущее более устойчиво к старению. Полимерная добавка СВБ-М, адсорбируясь на асфальтенах битума, блокирует места возможных контактов в процессах структурообразования, препятствует возникновению коагуляционных структур, приводящих к ухудшению физикомеханических свойств битума [6]. Последнее согласуется и объясняет улучшение показателей свойств и структурного типа вяжущего Кстр.

253

Технические требования к модифицированному вяжущему приведены в табл. 3.18.

Таблица 3.16

Свойства вяжущих до и после старения

Технические требования к полимерно-битумным вяжущим на основе СВБ-М

254

ГП «РосдорНИИ» выполнены исследования по разработке составов и технологии получения модифицированных битумов с добавкой этилен-пропилен-диенового каучука (добавка «Модмэл») [63]. Приготовить БКВ с применением «Модмэл» можно двумя способами:

1)предварительным объединением каучука с маслом ПН-6 и получением маслонаполненного каучука, который затем смешивается с битумом;

2)одновременным объединением всех компонентов.

При температуре 150 – 160 °С время объединения битума с «Модмэл» и маслом составляет 4 – 6 ч, при температуре 180 – 200 °С

– 2 – 3 ч. Время растворения «Модмэл» в масле при 180 – 200 °С составляет 1 ч, объединение маслонаполненного модификатора с битумом до получения однородного БКВ – 20 – 30 мин.

Рекомендуемое содержание маслонаполненного модификатора в битуме составляет 10 % при соотношении «Модмэл» и масла в пределах от 1:4 до 2:3.

В табл. 3.19 приведены свойства БКВ, приготовленных по одно- и двухстадийной технологии при содержании в битуме 2,5 % «Модмэл»

255