Обоснование степени деструкции резиновой крошки в резинобитумном вяжущем

Исследование возможности использования резиновой крошки при производстве асфальтобетонных смесей и укладке из них слоев покрытия предпринимались еще с 1960-1970-х гг. Однако большое количество построенных опытных участков как в России, так и за рубежом не давали положительных результатов, причем как при «сухом», так и при «мокром» методе получения. В действительности только одна из разновидностей «мокрого» метода получила достаточно широкое распространение сначала в США, а затем и в других странах. Это так называемый прорезиненный битум «Asphalt Rubber» (AR), который был изобретен в конце 1960-х гг. Ч. Макдональдом. После окончания действия патента в 1992 г. произошел резкий скачок потребления AR вяжущего, который в последние годы был усовершенствован [1].

Мнения авторов [2-17], объясняющих механизм процессов, протекающих при объединении битумов с полимерами, не всегда совпадают. В большинстве случаев процесс термомеханической пластификации изношенной резины авторы описывают следующим образом: при совместной термомеханической обработке измельченная резина набухает в масляных фракциях битума (гудрона или дегтя), что ослабляет межмолекулярные связи в резине. В результате продолжающихся подвода тепла и механических воздействий происходит разрыв по этим ослабленным связям, т.е. осуществляется девулканизация резины с образованием каучукового вещества, которое структурирует битум (гудрон или деготь). Но наиболее достоверные сведения приведены в работе [15], в которой отмечается, что при добавлении резины к битуму асфальтены остаются без изменений, в то время как в мальтенах часть резины растворяется, увеличивая вязкость среды, а часть остается в виде гранул, более или менее набухших вследствие адсорбции частицами резины мальтенов.

Оценка степени деструкции резиновой крошки в вяжущем

Для получения резинобитумного вяжущего использовались следующие компоненты:

• -    битум марки БНД 60/90 (производитель: АО «Газпромнефть-ОНПЗ», г. Омск);

• -    минеральное масло ПН-6Ш (производитель: ООО «Газпромнефть-смазочные материалы», г. Москва);

• -    резиновой крошки с размером частиц 0-1 мм (производитель: ООО «ЭКО-Шина», г. Новокузнецк Кемеровской обл.).

Для оценки влияния технологического процесса модификации битумов резиновой крошкой на ее степень деструкции было принято решение получить резинобитумное вяжущее при двух различных способах:

• 1.    В одну стадию путем смешения (по массе) 73,4 % битума, 6,6 % минерального масла и 20 % резиновой крошки при постоянном перемешивании при температуре 230±5°С в течение 3 ч.

• 2.    В две стадии путем смешения (по массе) на первой стадии 50 % битума, 12,5 % минерального масла и 37,5 % резиновой крошки при постоянном перемешивании при температуре 230±5°С в течение 1,5 ч (первый инвариант второго способа) или 3 ч (второй инвариант второго способа) с получением концентрированной суспензии резинобитумного композита с последующим смешением на второй стадии 52,5 % концентрированной суспензии резинобитумного композита с 47,5 % битума.

Степень деструкции резиновой крошки определяли путем оценки изменения ее гранулометрического состава, характеризующегося средневзвешенным размером частиц. Для этого резиновую крошку заданного гранулометрического состава после получения резинобитумного вяжущего экстрагировали из конечного продукта путем растворения мальтеновой части керосином и уайт-спиритом, высушивали при температуре 60°С до постоянной массы, остаток просеивали через сито с размером ячеек 0,05 мм и повторно определяли ее гранулометрический состав.

Средневзвешенный размер частиц определялся по формуле:

n

D = ∑ D i ⋅ η i , i = 1

где D_i – средневзвешенный размер частиц i -й фракции, мм, определяемый полусуммой размера ячеек данного и предыдущего сит; η _i – частный остаток на i -м сите, доли ед.; n – число фракций.

Степень уменьшения средневзвешенного размера части определялась по зависимости:

Δ= ^{D 0 - Dt} ⋅ 100%,

D 0

где Dt – средневзвешенный размер частиц резиновой крошки после термомеханической об работки, мм; D0 – средневзвешенный размер частиц исходной резиновой крошки, мм.

Гранулометрические составы резиновой крошки до и после термомеханической обработки, ее средневзвешенный размер частиц, а также степень уменьшения размера частиц приведены в таблице. Кривая гранулометрического состава приведена на рисунке 1.

Таблица

Гранулометрические составы резиновой крошки до и после термомеханической обработки, ее средневзвешенный размер частиц ( D_t ) и степень уменьшения размера частиц (Δ)