Учебное пособие 1925

на основе полимеров типа СБС (ДСТ, «Кратон» и др.). Другие модификаторы битумов имели, в основном, опытное применение.

Однако, несмотря на значительный объем опытного строительства дорожных покрытий с применением модифицированных битумов, а также проведенные по этому направлению научные исследования, многие вопросы до настоящего времени изучены недостаточно. Применение модификаторов из числа полимеров класса термоэластопластов и эластомеров позволяет повысить физикомеханические свойства вяжущего и битумоминеральных смесей, но требует значительных затрат на модификацию. Так, по данным ЗАО «Техпрогресс», стоимость модификации одной тонны битума приводит к 100 % удорожанию по исходному битумному вяжущему. К тому же многие вопросы эффективности применения модификаторов из числа полимеров класса термоэластопластов и эластомеров для повышения устойчивости к колееобразованию многощебенистых асфальтобетонных смесей решены недостаточно. В значительном количестве случаев, например при модификации битумов термоэластопластами, требуется дополнительное применение поверхностно-активных веществ для улучшения адгезионных свойств получаемого битумно-полимерного вяжущего. Таким образом, разработка новых эффективных добавок и исследования в области уточнения технического и экономического эффекта применения известных модификаторов, несомненно, актуальны для дорожной отрасли.

Значительное снижение сроков службы дорожных покрытий в последние годы в процессе эксплуатации подтверждают необходимость дальнейшего изучения асфальтобетона и обоснования требований к применяемым для его приготовления материалам. Анализу долговечности дорожных покрытий на основе новых компонентов и их деформационного поведения под действием эксплуатационных нагрузок.

2.3. Физико-механические и деформационно-прочностные характеристики горячего модифицированного асфальтобетона

Прочностные свойства слоев асфальтобетонных покрытий практически полностью определяются деформационно-прочностными и реологическими характеристиками асфальтобетона [8, 9, 10, 20, 27, 90, 91, 92]. Асфальтобетон как термопластичный материал обладает сложным комплексом физикомеханических и реологических свойств, в значительной степени зависящих от температуры, состава минеральной части смеси и свойств применяемого вяжущего. Как уже было отмечено ранее, наилучшим комплексом деформационнопрочностных свойств обладают каркасные асфальтобетоны, полученные с применением модифицированных или улучшенных вяжущих.

71

С целью изучения влияния модифицирующих добавок синтетических каучуков различных типов, а также бутадиен-стирольных термоэластопластов были приготовлены плотные горячие асфальтобетонные смеси типа «А» (каркасной структуры) и типа «Б» (полукаркасной структуры) на основе модифицированного битума. Составы плотного асфальтобетона типов «А» и «Б» были подобраны в соответствии с требованиями ГОСТ 9128-2009.

В качестве модифицирующих добавок были использованы синтетические каучуки типов СКД, СКС-30 АРКПН, СКС-30 АРКМ-15, СКС-30 АРКМ-27, а также термоэластопласт ДСТ 30-01, свойства которых приведены в первой главе. В качестве исходного битума при приготовлении модифицированных вяжущих был использован нефтяной битум БНД 60/90. Содержание каучука в би- тумно-каучуковом вяжущем составляло 2,0; 2,5; 3,0 %, а при исследовании влияния ДСТ 30-01 было приготовлено полимерно-битумное вяжущее, полученное путем введения 3,5 % полимерной добавки и 7 % пластификатора – индустриального масла, по массе в исходный битум БНД 60/90. Полученное вяжущее на основе ДСТ 30-01 отвечало требованиям ГОСТ 52056-2003 для марки ПБВ 60.

Контрольные смеси одинакового гранулометрического состава были приготовлены на БНД 60/90. Результаты определения показателей физикомеханических свойств асфальтобетона на БКВ, ПБВ и БНД типа «А» и «Б» приведены в табл. 2.1, 2.2, а также рис. 2.2- 2.7.

Рис. 2.2. Зависимость предела прочности при сжатии при 0 0С модифицированного асфальтобетона каркасной структуры (тип «А») от вида синтетического каучука и его содержания в вяжущем

72

Таблица 2.1

Физико-механические свойства асфальтобетона каркасной структуры (типа «А») на модифицированном и традиционном битуме

73

Таблица 2.2

Физико-механические свойства асфальтобетона полукаркасной структуры (типа «Б») на модифицированном и традиционном битуме

74

Рис. 2.3. Зависимость предела прочности при сжатии при 200С модифицированного асфальтобетона каркасной структуры (тип «А») от вида синтетического каучука и его содержания в вяжущем

Рис. 2.4. Зависимость предела прочности при сжатии при 500С модифицированного асфальтобетона каркасной структуры (тип «А») от вида синтетического каучука и

его содержания в вяжущем

75

Рис. 2.5. Зависимость коэффициента температурной чувствительности модифицированного асфальтобетона каркасной структуры (тип «А»)

от вида синтетического каучука и его содержания в вяжущем

Рис. 2.6. Зависимость предела прочности при сдвиге (по методу Никольского) модифицированного асфальтобетона каркасной структуры (тип «А»)

от вида синтетического каучука и его содержания в вяжущем

76

Как следует из приведенных результатов, применение модификаторов незначительно влияет на физические показатели асфальтобетона (среднюю плотность, водонасыщение), но очень значительно на механические и деформатив- но-прочностные показатели материала как каркасной, так и полукаркасной структуры. Рассматривая прочность асфальтобетона в области повышенных температур (при 50 0С), отмечают значительное улучшение показателя в 1,05 - 1,5 раза. Наиболее эффективно для повышения указанного показателя применение каучуков типов СКС-30 АРКМ-15 и СКД при содержании модификатора в количестве 2,5-3 % по массе. Применение указанных модификаторов практически в 1,5 раза повысило предел прочности при сдвиге каркасного асфальтобетона (определенного по методу Никольского) в сравнении с контрольным составом (см. рис. 2.5). Применение в качестве модификатора термоэластопласта ДСТ 30-01 не менее эффективно (в сравнении с каучуками) позволяет увеличить показатель прочности при 50 0С и предел прочности при сдвиге.

Анализ влияния модифицирующих добавок на прочность асфальтобетона каркасной структуры при 0 0С также показал положительный эффект в сравнении с традиционным составом на вязком битуме, но в меньшей степени, чем в

77

области высоких температур. Это, вероятно, можно объяснить особенностью структуры каркасного асфальтобетона, в котором в силу преимущественного содержания крупных частиц меньше удельная поверхность наполнителя, и поэтому структурированные битумные пленки отличаются большей толщиной в сравнении с песчаными асфальтобетонами. Исходя из этого при температуре 0 0С традиционный вязкий битум позволяет на пределе обеспечить соответствие требуемого по ГОСТ 9128 - 2009 показателя предела прочности при сжатии. Применение в качестве модификаторов добавок синтетических каучуков позволяет несколько снизить предел прочности при сжатии при 0 0С и тем самым повысить трещиностойкость покрытий.

Рассматривая влияние модифицирующих добавок на физико-механические показатели асфальтобетона полукаркасной структуры (типа «Б»), приведенные в табл. 2.3, можно отметить, что наиболее значительно предел прочности при 50 0С позволяет повысить применение ДСТ 30-01 или каучука СКД. Применение указанных добавок позволяет повысить прочность при 50 оС в 1,4 - 1,7 раза, а предел прочности при сдвиге - на 10-15 % в сравнении с контрольным составом традиционного асфальтобетона типа «Б».

2.4. Применение полимерных адгезионных добавок для повышения физико-механических и деформационно-прочностных

характеристик горячего каркасного асфальтобетона

Некоторые применяемые в практике ПАВы являются отходами химического производства, и поэтому их составы и свойства нестабильны, что может отрицательно сказаться на показателе сцепления. Это требует разработки адгезионной добавки постоянного состава, что позволит получать стабильно высокий показатель сцепления вяжущего с минеральным материалом. Сложившаяся к настоящему времени научно-теоретическая база по применению полимеров в промышленности строительных материалов показывает, что синтез новых материалов на основе полимеров позволяет получить наиболее значительный эффект. К числу таких материалов относятся полимерные адгезионные добавки, которые объединяют в себе достоинства полимерных модификаторов и адгезионных присадок.

Исследованиями, проведенными в 2002-2003 гг. Калгиным Ю.И., Кондратьевым А.Н., Юдиным В.П., была разработана полимерная адгезионная добавка «Мобит», предназначенная для улучшения сцепления с каменными материалами кислых пород вязких битумов и битумно-полимерных вяжущих [76].

В указанной работе в качестве основы для полимерного поверхностноактивного вещества использованы полимеры, полученные анионной растворной полимеризацией в присутствии литийорганических соединений, типа бутадиена, стирола, изопрена, пиперена [51,76]. Этот метод позволяет получать полимеры с узким молекулярно-массовым распределением

(Мw / Мn = 1,1-1,3) и концевым звеном - СН2 – Li.

78

В качестве примера рассмотрим химизм процесса ранее полученного состава полимерного ПАВ.

Микроструктура цепей полимера из бутадиена описывается следующей формулой

(2.25)

Остатки бутадиеновых звеньев находятся в цис – 1,4-; транс – 1,4-, и 1,2 положениях. Средне-вязкостная молекулярная масса полибутадиена может находиться в пределах от 1000 до 10000 и оптимальная её величина выбирается исходя из технологических параметров. В качестве функциональной группы может быть продукт реакции кислорода, мочевины, ортофосфорной кислоты, метилпирролидона или диметилформамида с активным концом молекулы.

Полимер из стирола имеет формулу

(2.26)

Полистирол отличается от полибутадиена температурой стеклования, которая равняется (+ 95…+105) °С в зависимости от молекулярной массы. У полибутадиена температура стеклования (-90…-95) °С и зависит от содержания в нем 1,2 - звеньев.

Строение полиизопреновой цепи можно выразить формулой

(2.27)

Полиизопреновая цепь содержит мономерные остатки в виде 3,4 – звеньев, цис – 1,4 звеньев; транс – 1,4 звеньев. Температура стеклования такого полимера находится на уровне -65 °С.

Примером получения функциональной группы из полимера с концевой ОН

– группой может быть реакция с ортофосфорной кислотой:

(2.28)

По другому варианту при взаимодействии активного полимера с мочевиной образуется азотсодержащая концевая группа

80