Активное использование модифицированного битума является актуальной проблемой. В нашей научной работе мы разберём актуальность данной тематики, а также поговорим об основных проблемах и возможностях применения модифицированного битума.
Эксплуатация дорог происходит в непростых условиях вследствие возрастающего транспортного потока и количества автомобилей. Особенно это касается тех дорожных покрытий, которые созданы на основе вяжущих компонентов. Высокая интенсивность движения и серьёзные осевые нагрузки порождают деформацию асфальтового покрытия на автомобильных дорогах, строительство которых велось с использованием обычного, а не модифицированного битума.
Чтобы сделать асфальтовое покрытие более долговечным и надёжным, в работе используют битум с модифицирующими полимерными добавками. Это обусловлено более качественными эксплуатационными характеристиками материала.
Модифицированный битум сохраняет эксплуатационные характеристики в более широком температурном диапазоне. Например, между температурой размягчения и хрупкости у битумов с модифицирующими добавками присутствует разница в целых 100 ºC. В то же время у классического битума такая разница составляет 60 ºC.
Асфальтобетон, в составе которого есть модифицированный битум, устойчивы к деформациям и характеризуются высокой степенью эластичности. Битумные материалы с модифицирующими добавками обеспечивают асфальтобетону более медленное старение. Так, исследовательская работа иностранных специалистов показала, что рабочие характеристики асфальтобетона на основе модифицируемого битума после 10 лет активной эксплуатации сохраняют практически такую же вязкость. Модификация битума выполняется с использованием искусственных материалов. Они представлены в широком разнообразии и изготавливаются на производствах нефтехимической промышленности. В продаже можно найти большое количество полимерных материалов для модификации битумов.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛИМЕРОВ ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ БИТУМОВ
Полимерные составы, которые используются для модификации битумов, классифицируются по 3-м группам. Среди них выделяют пластомеры (термопласты), термоэластичные искусственные вещества и эластомеры.
Пластомеры
Материалы этой группы представлены линейными полимерами малой разветвлённости. В процессе нагрева он размягчается, а после охлаждения вновь затвердевает. Битум, в котором присутствуют добавки в виде термопластов, имеет повышенную жёсткость и вязкость (при условии эксплуатации в условиях нормальной температуры). При этом эластичность материала сохраняется на прежнем уровне.
Термоэластичные материалы
Компоненты модификатора под воздействием высоких температур размягчаются, а также легко деформируются при нагреве. Искусственный термоэластичный материал впервые стал применяться в 1965 году. Среди этой группы веществ наиболее популярным считается стирол-бутадиен-стирол. Данный компонент является блокополимером, включающим в себя стирол и полибутадиен.
Эластомеры
Модифицирующий компонент складывается из удлинённых полимерных цепочек с разветвлениями. Он сохраняет эластичность в широком диапазоне температур, от минусовых до + 200 ºC. Эластомеры делают битум более вязким, повышая его эластичность. Однако у битума с эластомерной модифицирующей добавкой есть и свои минусы. Он плохо хранится, а в процессе приготовления состав нужно перемешивать постоянно, чтобы искусственный материал не отделялся от самого битума.
Модификация битума эластомерами придаёт ему эластичности. Эластомеры чаще всего представлены полибутадиены, натуральным либо переработанным каучуком.
МОДИФИЦИРОВАННЫЙ БИТУМ И ЕГО МОДИФИКАТОРЫ
Производство модифицированного битума осуществляется путём подмешивания в обычный битум искусственных полимеров. Также материал может быть получен путём добавления в битум природных и синтетических смол, хлорида марганца, неорганических солей и природного асфальта.
Конечные свойства модифицированного битума зависят от технологии ввода полимерных добавок. Другие страны в процессе производства битума используют специальные технологии. Производственный процесс осуществляется на базе нефтеперегонных заводов или обогащающей установки и предусматривает регулярный лабораторный контроль качества продукта.
Битум с модификаторами полностью подготовлен к хранению, его можно перевозить и перерабатывать. На европейских предприятиях битумы модифицируют с применением полимера стирол-бутадиен-стирола. Такая добавка обеспечивает получение так называемого СБС-модифицированного битума. Консистенция вводимого полимера может быть разной (порошок, гранулированная смесь, твёрдое либо жидкое вещество). После внесения добавок битум нужно тщательно перемешать, чтобы материал получился однородным.
Выбор исходного полимера для модификации битума нужно проводить тщательно, чтобы готовая смесь впоследствии хранилась долго. Пригодные для длительного хранения битумные составы характеризуются однородностью. При нахождении в резервуаре асфальто-смесительной установки битумный состав не разделяется на фазы.
Модифицированные битумы современного производства может храниться без потери качеств достаточно долгое время. Продолжительность такого хранения может достигать 6 недель и более.
МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРУЕМОГО БИТУМА
Модифицируемый битум изготавливают по 2-м технологиям:
- в мешалках с большим срезывающим усилием (коллоидальные мельницы);
- внесение полимеров в битум химическим путём, с использованием специальной мешалки, имеющей небольшое срезывающее усилие.
Стабилизировать полимерно-битумный состав, изготавливаемый при помощи коллоидной мельницы, помогает сера или серные соединения. Между серой и модифицирующими добавками происходят особые реакции, которые порождают новые химические соединения. В составе модифицированного битума эти вещества разделяются равномерно благодаря решётчатой структуре.
При использовании второй технологии осуществляется предварительная обработка полимера (например, стирол-бутадиен-стирола), что обеспечивает практически полное растворение компонента при перемешивании с битумом.
Использование коллоидальных мельниц для производства битума с модифицирующими добавками имеет существенный минус. После переработки в материале появляются полимеры с уменьшенным молекулярным весом (по сравнению с тем, что был у них изначально). Происходит это потому, что в процессе приготовления состава коллоидальные мельницы прилагают срезывающие усилия, которые меняют молекулярную структуру полимерной добавки. Мешалки, в которых срезывающее усилие меньше – позволяют изготавливать битум, характеризующийся более высокими параметрами размягчения и хорошей пластичностью готового модифицируемого битума.
Активное применение полимеров, которые плохо сочетаются с химической формулой самого битума (полиэтилен, каучук), требует использования особых установок на базе асфальтобетонных заводов. В дальнейшем это даёт возможность сразу использовать полученный состав для производства асфальтобетона, не дожидаясь разделения добавки на отдельные фазы.
