Смесевые полимерные композиции как основа адгезионного слоя для битумных лент

Развитие сети автомобильных дорог подразумевает ее регулярные реконструкцию и ремонт [1]. Проведение ремонтных работ по всей ширине дорожной одежды не всегда возможно как по причине малой ширины захватки типовых асфальтоукладчиков, так и в силу значительного числа полос на современных автомобильных трассах. Следовательно, при формировании полос движения необходимо учитывать образование продольного сопряжения между ними и заблаговременно прорабатывать вопрос надежного крепления стыка, формируемого из холодной или еще не до конца остывшей асфальтобетонной или полимерасфаль-тобетонной смеси и свежим или ранее сформированным слоем покрытия.

Принимая во внимание только возможности материаловедения, можно заключить, что надежное склеивание соседних слоев покрытия возможно с применением полимерных материалов. Они либо должны присутствовать в объеме укладываемых смесей, либо могут быть дополнительно нанесены на боковую грань той полосы, которая была уложена ранее. В качестве третьего варианта в последние годы все чаще рассматривается применение стыковочных битумно-полимерных лент (СБПЛ). Материал, поставляемый в рулоне, распределяется вдоль боковой поверхности продольного шва заблаговременно, до проведения процесса укладки горячей асфальтобетонной смеси (АБС). Под воздействием высокой температуры от горячей смеси СПБЛ нагревается, расплавляется и заполняет отверстия и неровности, образовавшиеся в ходе укладки и уплотнения в исходном и горячем граничном слоях асфальтобетона [2, 3].

Однако на практике работники дорожностроительной отрасли сталкиваются со сложностями использования стыковочных лент в условиях низких весенних или осенних температур, а также при проведении работ при температуре точки росы или повышенной влажности на объекте работ. В первом случае подвижность высокомолекулярных компонентов в граничных слоях ленты и слое АБС значительно понижена в силу температурной зависимости вязкости битумно-полимерных смесей. Во втором случае отсутствие крепления объясняется наличием следов влаги на поверхности примыкающих поверхностей, что также снижает прочность крепления. В итоге нарушается вертикальность расположения ленты в зоне продольного шва, что ведет не только к преждевременному раскрытию трещины в зоне примыкания двух полос, но и к образованию битумного пятна на поверхности покрытия автомобильной дороги и снижению характеристик сцепления в этом месте пневматической шины с дорожным покрытием.

Это потенциальные дефекты, закладываемые изначально, еще на этапе проведения дорожностроительных работ. Зонами их проявления являются стыки покрытий в продольном и поперечном направлениях, швы и соединения полос асфальтобетонных покрытий, места примыканий к металлическим, цементным и железобетонным конструкциям и т. п. [4–7].

Требования к межремонтным срокам дорожных покрытий, а соответственно, и к швам сопряжения очень высоки. Они должны быть водонепроницаемыми, поскольку микротрещены в поверхностном слое способны к разрастанию под воздействием движения, влаги и климата [3]. Именно поэтому большое внимание уделяется разработке клеевых составов для обеспечения кратковременного, но надежного крепления СПБЛ на боковой поверхности асфальтобетонного покрытия в период проведения процесса укладки и уплотнения соседней полосы.

Но, по отмеченным выше причинам, необходимо улучшить адгезионные свойства таких лент, в том числе за счет нанесения на боковую поверхность ленты отдельного клеевого слоя [3–5]. Основная задача в таком случае состоит в том, чтобы компоненты клея обеспечили удовлетворительное крепление массива ленты на боковой поверхности в месте стыка уже при незначительном ударном воздействии или прижатии.

Ранее авторами уже рассматривался вопрос о применении адгезионных составов на основе смеси полимеров и органических растворителей для решения указанных задач [3, 8].

Целью данной работы является изучение возможности создания адгезионных составов для битумных лент на основе остаточных битумных по-гонов переработки нефти и полимерной смеси полиэтилена высокого давления и бутадиенстирольного термоэластопласта.

Объекты и методы исследования

Остаточным вяжущим, использованным в качестве дисперсионной среды, являлся битумный погон переработки Ярегской нефти с исходной вязкостью, равной при 100 °С 599,2 сСт, а при 135 °С – 115,8 сСт. Учитывая жизненный цикл вяжущего от момента его производства через изготовление асфальтобетонных смесей до многолетней эксплуатации в дорожном покрытии, в табл. 1 также приведены некоторые показатели качества и их значения для вяжущего, состаренного по методу RTFOT и по методу PAV.

Полимерной основой для контактных клеев в данном исследовании являлись отечественные полимеры: линейный блок-сополимер бутадиенстирольного термоэластопласта ДСТ 30-01 (ТУ 2294-021-00148889-2014) и полиэтилен высокого давления марки 10803-020 (ГОСТ 16337-77), а также их смесь в различных соотношениях [9–11].

Битумные погоны с высоким показателем пе-нетрации (более 350) выполняли роль нелетучего растворителя, имеющего высокое сродство как к поверхности СПБЛ, так и к слою асфальтобетонной смеси или асфальтобетона. Подробно функ-

Таблица 1

Физико-механические показатели исходного вяжущего

№ п/п Наименование показателя Остаточный битум Показатели качества и значения для исходного битумного вяжущего 1 Глубина проникания иглы, 0,1 мм, при температуре 25 °С >350 2 Температура размягчения по кольцу и шару, °С 28,3 3 Температура хрупкости, °С –18 4 Сдвиговая устойчивость: (G*/sin δ) не менее 1,0 кПа при 10 рад/с 0,361 Показатели качества и значения для вяжущего, состаренного по методу RTFOT 5      { Сдвиговая устойчивость: (G*/sin δ) не менее 2,2 кПа при 10 рад/с 0,5246 Показатели качества и значения для вяжущего, состаренного по методу PAV 6 Усталостная устойчивость: (G*·sin δ) не более 5000 кПа, при 10 рад/с 1290 циональное назначение каждого из вышеупомянутых ингредиентов в составе адгезионной композиции было описано ранее в [3].

Методика изготовления смесевой композиции для проведения исследований сводилась к диспергированию компонентов в жидком вяжущем высокоскоростным диспергатором Silverson в течение 90 минут при 600–1000 об/мин при температуре 160 ± 5 °С.

Свойства полученных в ходе работы битумно-полимерных смесей оценивались на соответствие требованиям существующих национальных стандартов [12–15].

Результаты и их обсуждение

Традиционными показателями качества битумных материалов в России являются следующие условные показатели: глубина проникания иглы, температура размягчения и дуктильность. Это объясняется как доступностью измерительного оборудования, так и краткой временной продолжительностью стандартных испытаний. Поэтому указанные измерения были проведены для составов на основе полимеров-модификаторов и битумного погона, причем количественный состав модификаторов изменялся. Определение характеристик смеси проводилось как отдельно для ПЭВД марки 10803-020 и ДСТ 30-01 (табл. 2), так и для их смеси с постепенным увеличением содержания ПЭВД (табл. 3).

Анализ данных, приведенных табл. 1 и 2, показывает, что размягчение смесевой битумной композиции, модифицированной полимерами любого состава, наступает при температурах, превышающих температуру размягчения исходного битума. При этом теплофизические показатели смесевых композиций, представленные в табл. 2, подтверждают возможность полного плавления СПБЛ с клеевым слоем подобного состава в случае укладки горячих асфальтобетонных смесей по традиционной технологии, когда температура асфальтобетонных смесей, соответствующих ГОСТ 91282013, колеблется в пределах от 110 до 130 °С [16].

Учитывая, что клеевая пленка в случае ее образования на границе раздела поверхность стыковочной битумно-полимерной ленты / асфальтобетонная смесь (АБС) должна по уровню своих физико-механических показателей соответствовать как самой СПБЛ, так и АБС, для составов на основе смеси термопласта и термоэластопласта дополнительно были определены и иные показатели, а именно: дуктильность, эластичность и изменение температуры размягчения после прогрева в тонких плёнках (табл. 3).

Интересно отметить, что с ростом содержания термопласта в смеси с СБС-полимером термо-

Таблица 2

Показатели вяжущих, модифицированных различным содержанием ПЭВД марки 10803-020 и ДСТ 30-01

№ п/п	Содержание ПЭВД 10803-020, масс.%	Содержание ДСТ 30-01, масс.%	Глубина проникания иглы при 25 °С, усл. ед.	Температура размягчения, °С
1	0	0	>350	28,3
2	0	1	287	34,4
3	0	2	276	36,7
4	0	3	252	41,8
5	0	4	240	52,3
6	0	5	230	53,0
7	1	0	243	33,7
8	3	0	222	36,8
9	5	0	205	49,3
10	7	0	143	72,6

Таблица 3

Показатели вяжущих, модифицированных смесью с различным содержанием ПЭВД и ДСТ 30-01

Соотношение ПЭВД 10803-020 / ДСТ 30-01 (%/%) Глубина проникания иглы, усл.ед. Температура размягчения, °С Дуктильность, мм Температура хрупкости, °С Эластичность, % Значения после RTFOT при 25 °С при 0 °С при 25 °С при 0 °С при 25 °С при 0 °С Изменение температуры размягчения, °С Изменение массы, % 1/1 250 52 39,1 51 34 –23 75 46 3,3 0,2 2/1 202 50 44,8 49 32 –22 72 42 3,0 0,2 2,5/1 140 41 57,4 43 31 –21 55 39 2,7 0,1 3,5/1 108 30 68,1 34 26 –21 49 38 1,1 0,1 окислительные свойства композиции ухудшаются, то есть снижается изменение температуры размягчения в ходе старения по методу RTFOT. Очевидно, что это объясняется различием в химическом строении полиэтилена и бутадиен-стирольного термоэластопласта и наличием у полимеров последнего типа большого количества двойных связей в основной цепи.

При этом в случае использования в качестве смесевого модификатора совместно термопласта и термоэластопласта температура размягчения клеевого слоя, наносимого на поверхность СПБЛ, изменяется в пределах от 28,3 °С (для чистого остаточного битума) до 68,1 °С (в случае наличия в смеси 7 % ПЭВД марки 10803-020 и 2 % ДСТ 30-01).

Учитывая, что в соответствии с п. 5.2 СТО 22346590.001-2019 «Лента стыковочная би-тумно-полимерная «СВЕНСКАЯ». Технические условия», значения показателя «температура размягчения по кольцу и шару» варьируется в пределах от 85 °С (для марки «Свенская Winter type») до 100 °С (для марки «Свенская Южная»), то при контакте СПБЛ с горячей асфальтобетонной смесью клеевая пленка, удерживающая стыковочную ленту в вертикальном положении, прогреется и расплавится в первую очередь, обеспечив таким образом необходимый уровень реологиче ских свойств клеевой композиции, отвечающих за адгезионный контакт, и не помешав последующему взаимодействию основного массива ленты с приповерхностным слоем асфальтобетона или асфальтобетонной смеси.

Выводы

Полученные в результате проведённых исследований данные о влиянии соотношения термопласта ПЭВД марки 10803-020 и термоэластопла-ста ДСТ 30-01 на свойства смесевых композиций на основе остаточного битума указывают на возможность, с технологический точки зрения, рассматривать ее в качестве клея, удерживающего бортовую битумную ленту в вертикальном положении на боковой поверхности асфальтобетонного субстрата до момента укладки горячей асфальтобетонной смеси. Это подтверждают установленные теплофизические показатели битумно-полимерных смесей различного состава. При этом важно определить и абсолютные значения прочности связи, обеспечиваемые клеевыми составами в исследованных соотношениях. Работы в данном направлении будут продолжены.

Так же вероятно, что в качестве нефтяной основы клеевой композиции целесообразно применять утяжеленные гудроны или смеси гудрона с асфальтом с промежуточным уровнем вязкости.