Учебное пособие 800467

Рассматривая влияние модифицирующих добавок на физико-

механические показатели асфальтобетона полукаркасной структуры типа Б, (см. табл. 2.6—2.7), можно отметить, что наиболее значительно предел прочно-

сти 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 кон-

трольным составом традиционного асфальтобетона типа Б.

Положительное влияние модифицирующих добавок отмечается и на показатель прочности асфальтобетона как каркасной, так и полукаркасной структуры при 0 0С в сравнении с традиционным составом на вязком битуме, но в меньшей степени, чем в области высоких температур. Это, вероятно, можно объяснить особенностью структуры щебенистого 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. Таким образом, при температуре 0 0С традиционный вязкий битум позволяет обеспечить соответствие требуемого по ГОСТ 9128-97 показателя предела прочности при сжатии для рассматриваемого асфальтобетона как каркасной, так и полукаркасной структуры.

2.2. СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И МОДИФИКАЦИЯ ХОЛОДНОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА

Xолодный асфальтобетон является искусственным строительным материалом конгломератной структуры, состоящим из смеси минеральных материалов, объединенных жидким битумным вяжущим, полученным разжижением вязких нефтяных битумов различными растворителями [2, 3, 7]. Приготовление

холодной асфальтобетонной смеси проводится по горячей технологии, но в сравнении с горячими смесями при более низкой температуре — 105…120 ºС.

Укладка холодной асфальтобетонной смеси в покрытие выполняется в холодном виде при температуре не ниже +5 ºС.

Одной из характерных особенностей холодного асфальтобетона, отличающих его от горячих материалов, является способность оставаться рыхлым в течение длительного срока – до 6 месяцев после приготовления. Эта особенность холодного асфальтобетона создает большие удобства в практике строительства и ремонта покрытий и, кроме того, позволяет его укладывать и затем уплотнять холодную смесь тонкими слоями по 1,0—1,5 см. Эти положительные стороны холодного асфальтобетона зарекомендовали его отличным ремонтным материалом для дорожных покрытий.

Способность холодной асфальтобетонной смеси оставаться в рыхлом виде, не комковаться определяет возможность его применения и служит одним из решающих показателей качества материала. Для оценки возможности длитель-

63

ным материалам. Для приготовления традиционных холодных смесей применяют жидкие битумы (по ГОСТ 11955-82), отличающиеся вследствие малой вязкости и наличия растворителя малой величиной когезии.

В настоящее время в дорожном строительстве основным способом приготовления жидкого битума является разжижение вязких битумов различными разжижителями — лигроином, керосином, соляровым маслом, мазутом и др. Технологический процесс приготовления жидкого битума состоит из следующих операций:

-нагрева вязкого битума в битумном котле, снабженном системой обогрева до температуры 100 °С для получения жидких битумов класса БГ и 120 °С для классов СГ и МГ;

-подачи разжижителя в котел и перемешивания его с вязким битумом при соответствующих пропорциях при помощи циркуляции и др. способами;

-выдачи готового жидкого битума.

Применяемые для приготовления жидкого битума вязкие окисленные битумы марок БН и БНД по ГОСТ 22245-90, как правило, характеризуются недостаточными адгезионными свойствами. Наличие разжижителя значительно снижают и без того недостаточное сцепление вязкого исходного битума с минеральной поверхностью. К тому же приготовление холодных смесей происходит при более низких температурах в сравнении с горячими асфальтобетонными смесями, что также влияет на величину адгезионных свойств жидкого битума к минеральным материалам. Таким образом, низкие адгезионные и когезионные свойства жидких битумов приводят к низкой прочности, водостойкости и недостаточной устойчивости холодного асфальтобетона при высоких положительных температурах.

Традиционно для повышения физико-механических свойств холодного асфальтобетона в качестве минеральных материалов использовали известняковые материалы, позволяющие обеспечить хорошее сцепление с жидким битумом даже при низких температурах приготовления холодных смесей. Однако холодные покрытия на известняковых материалах быстро полируются, приобретая гладкую поверхность с низкими сцепными свойствами. Этот недостаток устраняют введением в состав смеси до 20—25 % гранитных высевок не крупнее 10 или 15 мм, т. к. более крупный щебень ухудшает формирование слоя покрытия.

Улучшение гранулометрического состава холодных смесей, повышение количества минерального порошка незначительно улучшают вышеуказанные свойства холодного асфальтобетона. И даже наоборот, чрезмерное количество минерального порошка приводит к формированию очень тонких пленок, которые по мере увеличения вязкости жидкого битума в процессе эксплуатации за счет испарения разжижителя ещё более истончаются, что приводит к ускоренному старению дорожного покрытия. Подвергаясь воздействию климатических факторов, через 3—4 года эксплуатации в покрытии очень тонкие битумные пленки в холодном асфальтобетоне становятся хрупкими, интенсивно стареют, что приводит к накоплению деформаций и преждевременному разрушению покрытий.

65

Для улучшения качества покрытий и увеличения объёма применения холодных асфальтобетонных смесей необходимо повысить прочность и теплоустойчивость холодного асфальтобетона, улучшить коррозионную стойкость (водостойкость), что можно сделать, в первую очередь, за счет улучшения свойств жидких битумов.

Применяемые в настоящее время традиционные технологии получения окисленных битумов на нефтеперерабатывающих заводах России не позволяют обеспечивать массовое производство исходного материала для получения жидких битумов с необходимыми характеристиками качества. Основным направлением получения высококачественных вяжущих для холодных асфальтобетонных смесей является модификация жидких нефтяных битумов, которая позволит обеспечить требуемые характеристики жидкого вяжущего, что обеспечит необходимую сдвигоустойчивость, трещиностойкость и износостойкость холодного асфальтобетона.

Для модификации жидких битумов необходим способ, позволяющий не только ввести полимер в жидкий битум, но и получить вяжущее с необходимой условной вязкостью. Вводя в вышеуказанный технологический процесс получения традиционного жидкого битума изменение в виде замены разжижителя на раствор полимера, можно получить жидкое битумно-полимерное вяжущее с условной вязкостью, соответствующее маркам традиционных жидких битумов, но отличающееся улучшенными свойствами вследствие присутствия полимера. Полимерная добавка, вводимая в битум в виде раствора, позволяет улучшить физико-механические свойства холодного асфальтобетона, а применяемый при приготовлении раствора полимера разжижитель — получить жидкий битум с необходимой вязкостью [7].

Проведенные исследования [7] показали, что основной задачей подбора параметров раствора полимера является определение необходимого количества растворителя, обеспечивающего полное растворение высокомолекулярного соединения. Было отмечено, что после введения полимера в битум в состоянии межмолекулярного раздробления дополнительное применение растворителя не требуется, а его избыток даже нежелателен для свойств получаемого вяжущего. Указанными исследованиями были подобраны вязкостные характеристики растворов каучуков типов СКД, СКС, СКИ и дивинилстирольного термоэластопласта и определен технологический режим приготовления раствора полимера (температура и время перемешивания) для достижения полной однородности раствора. В качестве основного растворителя был принят наиболее эффективный и доступный — керосин для технических целей.

Для приготовления раствора полимера могут использоваться как двухкомпонентные составы (полимер и растворитель), так и трехкомпонентные (полимер, растворитель, разжижитель). При этом количество растворителя (или растворитель + разжижитель) должно быть таково, чтобы условная вязкость раствора, определенная по истечению 50 мл через отверстие диаметром 5 мм, не превышала предела 1000 с для обеспечения возможности его перекачки на-

66

Жидкие модифицированные битумы отличаются от традиционного вяжущего повышенной температурой размягчения остатка после удаления разжижителя. В наибольшей степени это установлено для жидкого модифицированного битума на основе ДСТ, где температура размягчения возросла на 20,5 °С. Влияние каучуков на указанный показатель вяжущего значительно меньше. Так, рост температуры размягчения остатка при применении синтетических каучуков составил 2—4,5 °С. Вид и количество полимерной добавки в вяжущем значительно влияют на количество испарившегося разжижителя. Так, максимальное количество испарившегося разжижителя отмечается при введении 3,5—4 % полимера и наиболее значительно при применении каучуков типа СКД, СКИ. Меньшее ко-

личество испарившегося разжижителя установлено при применении каучука СКС в количестве 3—3,5 % по массе [7].

Для ответа на вопрос, каков же механизм влияния полимеров на структуру и свойства жидкого битума кратко остановимся на ранее проведенных исследованиях разжиженных нефтяных битумов.

В отношении разжиженных нефтяных битумов вопросы их структурообразования, а также зависимости свойств от структурообразующих факторов исследованы недостаточно. Современные представления о направленном структурообразовании жидких битумов базируются на исследованиях проведенных в 60-70-х годах А. С. Колбановской, В. В. Михайловым и др. исследователями.

Согласно А. С. Колбановской [42], введение небольшого количества разжижителя в битум І структурного типа с коагуляционным каркасом из асфальтенов приводит к частичной пластификации межкаркасной дисперсионной среды. Однако этого количества разжижителя недостаточно, чтобы нарушить взаимодействие между асфальтенами и, следовательно, привести к разрушению асфальтенового каркаса. При увеличении концентрации разжижителя в указанном типе битума происходит разрушение структурного каркаса асфальтенов, что сопровождается резким снижением вязкости, и дальнейшее повышение количества разжижителя превращает битум в разбавленную суспензию асфальтенов. В битуме ІІІ структурного типа происходят аналогичные вышеуказанному явления. Отличие заключается в смещении процесса превращения битума в разбавленную суспензию в сторону меньших концентраций разжижителя. У битума ІІ типа введение небольшого количества разжижителя приводит к разжижению дисперсионной среды, быстрому снижению вязкости и при увеличении концентрации разжижителя превращению битума в разбавленную суспензию асфальтенов. Таким образом, влияние разжижителя на структуру свойства битума в основном определяется структурным типом битума и концентрацией разжижителя. Ключ к пониманию структуры разжиженного нефтяного битума предоставляет теория ассоциации полимеров, согласно которой ассоциаты отсутствуют в предельно разбавленных системах. С возрастанием концентрации и понижением температуры возникновение ассоциатов неизбежно, при этом на степень ассоциации, кроме концентрации и температуры, оказывает влияние химическое строение структурных единиц, их молекулярная масса, а также химическая природа растворителя.

70