Влияние бутадиен-стирольного термоэластопласта на эксплуатационные характеристики дорожных битумов

Перерабатывая нефти различного состава и с большим разбросом по показателям качества, технологи столкнулись с проблемой получения высококачественных битумов. Известно, что даже небольшое изменение состава сырья (содержание парафиновых и ароматических углеводородов, асфальтенов и других компонентов) оказывает огромное влияние на качество получаемых битумов [1].

В условиях постоянного роста интенсивности движения и проблемы повышения эксплуатационной надежности дорожных битумов в покрытиях приобретает большую остроту. Следует принимать меры для увеличения срока службы дорожных покрытий.

Неудовлетворительная, недостаточная для условий России трещино-стойкость, пластичность, адгезия – является одной из главных причин преждевременного разрушения дорожных, мостовых и аэродромных асфальтобетонных покрытий. В связи с тем сегодня перед нефтеперерабатывающими заводами России главным образом стоит вопрос об улучшение качеств данного вида продукции.

Одним из способов улучшение качества битумов является введение различных модифицирующих добавок.

Процесс модификации битумов - это процесс, направленный на улучшение свойств битума за счет совмещения битума со специальными полимерными веществами - добавками. Введение подходящего полимера и получение модифицированного битума позволяет улучшить свойства битумного материала, а именно повысить тепло или морозоустойчивость, сопротивляемость нагрузкам, эластичность, долговечность и т.д. [2].

В настоящее время, ввиду многообразия искусственных материалов, предлагаемых нефтехимическими производствами, имеется богатый выбор используемых для модификации полимеров. Условно их можно классифицировать как термопласты (пластомеры); эластомеры и термоэластичные искусственные материалы [3].

В исследованиях для определения влияния термопластичных полимеров на эксплуатационные свойства битумов был использован битум марки БНД 60/90 ООО «Газпром нефтехим Салават», в качестве модификатора был опробован стирол-бутадиен-стирольный (СБС) блоксополимер марки ДСТ-30-01 (линейный блок-сополимер на основе стирола и бутадиена с содержанием стирола 30% масс.). Полимер вводился в битум в виде гранул, однако, возможно введение его в виде жидкости -раствора или эмульсии.

Бутадиен-стирольный термоэластопласт (ДСТ) относится к промышленной группе термопластичных резин. Необходимо отметить, что ДСТ сохраняет эластичность при низких температурах, не требуют вулканизации, при обычных температурах обладает свойствами вулканизованных резин, растворяется в ароматических, циклоалифатических и алифатических растворителях [4].

Анализ известных способов приготовления битумов, модифицированных полимерами, показывает, что все они предусматривают, как правило, повышенную температуру процесса (150200 °С) и интенсивное перемешивание компонентов для достижения однородности [2].

Процесс компаундирования вели в температурном интервале 160– 180°C с различным содержанием полимера при интенсивном перемешивании. Процесс смешения осуществляли от 3 до 7 часов (в зависимости от концентрации полимера). Для определения однородности пробы использовали метод стеклянной палочки (ГОСТ Р 52056–2003).

Физико-химические свойства полученного модифицированного битума представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Физико-химические свойства битума, модифицированного ДСТ-30-01

Основные характеристики битумов, которые определяют их пригодность к использованию являются незначительное изменение пластичности при изменении температуры, высокая цементирующая способность, вязкость, стабильность, долговечность, теплостойкость, упругость и т.д. Анализ, данных, представленных в таблице 1, показывает, что при увеличении содержания добавки в битуме происходит рост температуры размягчения и экстремально изменяются значения таких параметров как пенетрация и изменение температуры размягчения после старения в диапазоне концентраций 1,0-1,5% масс. ДСТ. При введении в битум 2,0-3,0% масс. добавки позволяет получить модифицированный битум стабильный к процессам термического старения.

Для наиболее полной оценки свойств модифицированных битумов были проведены испытания на растяжение и адгезию. Результаты исследований показаны на рисунках 4 и 5..

Рисунок 1 – Изменение растяжимости от концентрации ДСТ – 30 – 01

Рисунок 2 – Изменение адгезии от содержания полимерных добавок

По результатам исследования можно прийти к выводу, что модифицированные битумы более термостабильны, обладают повышенной теплостойкостью. С увеличением содержания полимера происходит структурирование дисперсной структуры битума.

Анализ результатов исследований показал, что при содержании полимерного модификатора марки ДСТ-30-01 в количестве 2% масс. можно получить битумы с улучшенными эксплуатационными показателями в соответствие с требованиями стандартов к дорожным маркам битума.