Долговечность и качество дорожного полотна определяется тем, насколько прочная связь образовалась между вяжущим битумным компонентом и минеральными наполнителями. Если достаточный уровень прочности не достигнут, то будет происходить разрушение покрытия, его отслоение, а также будут образовываться трещины. Все это характеризуется термином «адгезия битума», который описывает межфазное взаимодействие соединений различной природы, находящихся в непосредственном контакте.
При изготовлении дорожного покрытия используется две составляющие – первая поверхность из битума, а последующие из минеральных материалов. Чем более прочная связь будет образована между поверхностями, тем более качественным будет дорожное полотно. Общепринятым подходом является увеличение уровня адгезии для повышения эксплуатационных характеристик дорожного полотна.
Образование адгезионной связи
Для образования адгезионного типа связи необходимо полноценное прохождение двух стадий. На первой происходит перемещение на молекулярном уровне битума к субстрату. Это сопровождается пространственной ориентацией молекул в прилегающем слое (межфазном) – это транспортная стадия. Это возможно только когда битум находится в жидком агрегатном состоянии, соответственно, перед нанесением его потребуется расплавить.
После этого имеет место быть вторая стадия взаимодействия между битумом и минеральным наполнителем, которая реализуется за счет реализации физико-химических связей различного типа (вандерваальсовы силы, образование общих электронных пар и т.д.). Адгезия имеет логичный завершающийся этап, на котором формируется постоянные межмолекулярные связи между фазами, находящимися в непосредственном контакте. Это сопровождается отвердеванием всей структуры.
Проблема адгезии битумных материалов
Физическая природа взаимодействия битума и прилегающего минерального материала может быть охарактеризована при помощи теории двойного электрического поля. Процесс адгезии очень зависим от полярности участвующих мальтенов битума и асфальтенов. Прямая характеристика полярности – это значение электропроводности для каждого из компонентов, измеренная в среде неполярного растворителя.
Обычный битум характеризуется своей выраженной гидрофобностью, но тем не менее, в нем есть небольшое содержание и гидрофильных компонентов (это, по большей части нафтеновые и асфальтеновые органические кислоты). Для указанных соединений характерно взаимодействие по типу хемосорбции с минеральными добавками асфальта.
Кроме этого, в составе битума присутствуют и другие органические соединения (смолистые вещества, соединения с бензольными кольцами, гетеросоединения), но все они не способны обеспечивать необходимый уровень адгезии с минеральным слоем при формировании асфальтобетона.
Пути решения проблемы
Одним из перспективных направлений по улучшению качества асфальтобетона представляется предварительная обработка минерального слоя. Когда в качестве субстрата используется песчано-гравийная смесь, то уровень адгезии может быть увеличен, если предварительно произвести обработку растворами минеральных солей железа или алюминия. После диссоциации они в форме свободных ионов с положительным зарядом будут создавать прочную связь с гидроксильными группами силикатов, что позволит увеличить уровень сцепления битума с минеральной добавкой. Это также существенно повышает эксплуатационные свойства готового асфальтобетона.
Еще один путь для улучшения адгезии – это применение растворов поверхностно-активных веществ, способствующих уменьшению значения поверхностного натяжения, за счет чего возрастают процессы адсорбции и хемосорбции в контактирующем фазовом слое.
В дорожном строительстве распространено использование в качестве добавок к асфальтобетону различных отходов из других секторов производства – нефтехимического, пищевого или лесохимического. Качество и эффективность таких
присадок отличаются невысоким уровнем из-за существенных вариаций в составе.
