Влияние термопластичных полимеров на эксплуатационные характеристики дорожных битумов

Основным потребителем нефтяных битумов является дорожное строительство. В настоящее время до 90% производимого во всем мире объема товарных битумов потребляется дорожной отраслью, которая позволяет обеспечить транспортную инфраструктуры для стратегического развития любой страны.

В нашей стране существует острая проблема качества дорожных битумов с точки зрения их эксплуатационной надежности в составе дорожных покрытий, однако для ее решения необходимо добиться соответствия показателей товарных свойств битумов дорожных вязких марки БНД требованиям действующего ГОСТ 22245-90 и нового ГОСТ 33133-2014. Поэтому для создания современных асфальтобетонных покрытий необходимо внедрение в практику дорожного строительства новых материалов на основе битумов улучшенного качества, способных обеспечивать более высокую прочность, долговечность дорожных покрытий, по сравнению с потенциальными возможностями нефтяных битумов [1]. В частности, использование модифицированных битумов для приготовления асфальтобетона и верхних слоев дорожной одежды позволит обеспечить повышение долговечности и прочностных характеристик автомобильных дорог [3].

Главной целью модифицирования является получение битумов или материалов на их основе, которые позволили бы расширить интервал пластичности битумов, усилить адгезию к металлическим и минеральным материалам, увеличить устойчивость к старению, обеспечить коллоидную и механическую прочность, расширить рабочий интервал температур, обеспечить экологическую безопасность получения и применения модифицированных битумов [2].

Для повышения надежности и долговечности работы покрытий в настоящее время рекомендуется использовать битумы, модифицированные полимерами, так называемые полимерно-битумные вяжущие (ПБВ).

Широкое использование модифицированных битумов взамен обычных объясняется их специфическими свойствами. Например, полимернобитумные вяжущие имеют большой диапазон рабочих температур (разница между температурой размягчения и температурой хрупкости до 100 °С, обычные битумы до 60 °С), обладают высокой эластичностью [4].

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 блоксополимер марки KTR-101 (стирол-бутадиен-стирольный каучук). Полимер вводился в битум в виде гранул, однако, возможно введение его в виде жидкости -раствора или эмульсии.

СБС-модификатор (стирол-бутадиен-стирол), добавляемый в битум-это искусственный каучук, который придает битуму гибкость. СБС-модификатор активно влияет на свойства битума, в том числе уменьшает хрупкость, увеличивает эластичность, при этом относительное удлинение увеличивается до сотни раз, остаточное удлинение уменьшается, улучшаются усталостные свойства, а, следовательно, долговечность или срок службы [2].

Модифицирующий эффект от введения полимера в битум зависит от правильности проведения процесса приготовления полимерно-битумной композиции [1], при этом еще необходимо следить чтобы полимер полностью растворился в нефтепродукте.

Для определения однородности пробы использовали метод стеклянной палочки (ГОСТ Р 52056-2003).

Процесс компаундирования вели в температурном интервале 160180°C с различным содержанием полимера при интенсивном перемешивании. Процесс смешения осуществляли от 3 до 7 часов (в зависимости от концентрации полимера). Физико-химические свойства полученного модифицированного битума представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Физико-химические свойства сырья после добавления полимера KTR-101

На основании опытных данных построили графики зависимостей температуры размягчения битума от концентрации добавки и изменения температуры размягчения битума после старения от концентрации добавки (рисунки 1, 2).

Также по полученным данным построили график зависимости глубины проникания иглы при 25°С от концентрации добавки (рисунок 3).

Рисунок 1- График зависимости температуры размягчения битума       от концентрации добавки

Рисунок 2 – График зависимости изменения температуры размягчения битума после старения от концентрации добавки

Рисунок 3 - График зависимости глубины проникания иглы при 25°С от концентрации добавки

Анализ результатов исследований показал, что модифицированные битумы более термостабильны, обладают повышенной теплостойкостью. С увеличением содержания полимера растет температура размягчения и происходит структурирование дисперсной структуры битума.

По результатам исследований можно сделать вывод, что при содержании полимерного модификатора марки KTR-101 в количестве  2% масс. можно получить дорожные битумы с улучшенными эксплуатационными показателями в соответствие с требованиями ГОСТ.