Разработка полимерных добавок для модификации дорожного битума сообщение 2. Использование модифицированного дорожного битума в асфальтобетонах и щебеночно-мастичных асфальтобетонах

Вестник технологического университета. 2016. Т. 19, №17 УДК 678.073:665.775

С. И. Вольфсон, Ю. Н. Хакимуллин, Л. Ю. Закирова, А. Д. Хусаинов, И. С. Вольфсон, Д. Б. Макаров, В. Г. Хозин

РАЗРАБОТКА ПОЛИМЕРНЫХ ДОБАВОК ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ДОРОЖНОГО БИТУМА

СООБЩЕНИЕ 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО ДОРОЖНОГО БИТУМА

В АСФАЛЬТОБЕТОНАХ И ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНЫХ АСФАЛЬТОБЕТОНАХ

Ключевые слова: термоэластопласты, битум-полимерное вяжущее, битум.

Рассмотрено влияние состава и концентрации смесевых ТЭП в битум-полимерныом вяжущем на физико-механические свойства асфальтобетона и щебеночномастичного асфальтрбетона битум-полимерного вяжущего. Показано значительное улучшение основных характеристик асфальтобетона и щебеночномастичного асфальтобетона на основе модифицированного смесевым ТЭП битум-полимерного вяжущего. Полученные композиции характеризуются повышенной прочностью и сдвиговой устойчивостью при плюсовой температуре, хорошей деформативностью при отрицательной температуре.

Keywords: bitumen, bitumen-polymer binder, termoelastoplast.

The influence of the composition and concentration of TPE-mixed bitumen binder on the physico-mechanical properties of the asphalt concrete and stone mastic bituminous concrete bitumen-polymer binder. It is shown significant improvement in the basic characteristics of asphalt concrete and rubble-mastic asphalt-based TPE-modified bitumen mixed-polymer binder. The resulting compositions are characterized by high strength and shear resistance at zero temperature, good deformability at temperatures below freezing.

Введение

В сообщении 1 излагаются результаты исследования физико-механических свойств дорожного битума БНД 60/90, модифицированного смесевым ТЭП (БПВ). Показано улучшение всех технических характеристик БПВ, что должно положительным образом отразиться на эксплуатационно-технических характеристиках асфальтобетонов.

Сообщение 2 посвящено изучению физико-механических свойств асфальтобетонов и щебеноч-но-мастичных асфальтобетонов с использованием разработанного БПВ.

Экспериментальная часть

Состав мелкозернистой плотной асфальтобетонной смеси тип Б марка II для устройства верхнего слоя покрытия представлен в табл. 1.

Состав щебеночно-мастичной асфальтобетонной

Таблица 1 - Состав асфальтобетонной смеси

смеси ЩМА-15 для устройства верхнего слоя покрытия представлен в табл. 2.

Для изучения технических характеристик асфальтобетонов и щебеночно-мастичных асфальтобетонов использовали комплекс стационарного оборудования, соответсвующего требованиям действующих нормативных документов (ГОСТ 12801-98, ГОСТ 31015-2002 [1].

Коэффициент водостойкости (Кв) рассчитывали по формуле:

йв

I/" _ "С Ж

КВ _ „20,

СЖ

где Rвсж - предел прочности при сжатии образцов после их насыщения водой при температуре (20 ± 2)° в вакуумной установке, МПа; R 20сж - предел прочности при сжатии образцов, выдержанных в нормальных условиях при температуре (20 ± 2)°, Мпа.

Наименование материалов Состав минераль-ной части асфальтобетонной смеси, %

Щебень фр.5-15 М 1200 41,0 39,2

Песок из отсева дробл. щебня М 1200 32,0 30,6

Песок природный Лесная гавань 19,0 18,2

Мин. Порошок активированный ОАО КДС 8,0 7,7

Битум БНД (БПВ) 4,5 4,3

Состав минер. части асфальтобетонной смеси: щебень - 47,3 %; песок - 52,7 %

Таблица 2 - Состав ЩМА-15

Наименование материалов Состав минеральной части асфальтобетонной смеси, %

Щебень фр.5-15 М 1200 76,0 71,39

Песок из отсева дробл. Фр. 0-10 мм М 1200 12,0 11,28

Мин. порошок активированный ОАО КДС 12,0 11,28

Стабилизирующая добавка «Виатоп 66» 0,45 0,42

Битум БНД (БПВ) 6,0 5,63

Состав минер. части асфальтобетонной смеси: щебень - 72,6 %; песок - 27,4 %

Обсуждение результатов

Органический вяжущий материал, являясь основным структурообразующим компонентом асфальтобетона, во многом предопределяет его физико-механические свойства. Поэтому основной задачей лабораторных исследований явилось изучение свойств образцов асфальтобетона, изготовленных на основе битумов и БПВ.

Исследования проводились с приготовлением асфальтобетонных смесей (АБС) относящихся к типу Б и щебеночно-мастичных асфальтобетонов (ЩМА-15), которые изготавливались и испытыва-лись по стандартным методам, предусмотренных для плотных асфальтобетонов из горячих мелкозернистых смесей ГОСТом 9128-97 и щебеночно-мастичных асфальтобетонов ГОСТом 31015-2002.

Результаты определения физико-механических свойств асфальтобетона типа Б приведены в табл. 3. Как видно из результатов, приведенных в табл. 3 все образцы АБС отвечали требованиям стандартов. Следует отметить, что' введение добавки сме-севого ТЭП в вяжущее приводит к повышению показателя предела прочности при сжатии при 0° С от 5 до 40 % в зависимости от вида и содержания сме-севого ТЭП. В тоже время прочность асфальтобетона при 20 °С возрастает на 20-50 % при введении 2 - 4 % ТЭП, а прочность при 50 °С возрастает от 60 до 100 %. Наибольшая прочность образцов наблюдается при использовании смесевого ТЭП-2.

Таким образом, величина прочности при сжатии для асфальтобетонов с применением БПВ при положительной температуре выше, чем при применении обычного битума, а при низких температурах (0°С) наблюдается незначительное повышение предела прочности при сжатии.

Таблица 3 - Физико-механические свойства асфальтобетонных смесей тип Б

Состав Средняя плотность асфальтобетона, г/см3 Водонасыщение, % по объему Предел прочности при сжатии, МПА Коэффициент водостойкости

Ro К-20 я в К-50

М/з плотная АБС на битуме БНД 60/90 2,49 1,87 7,5 4,6 3,9 1,5 0,84

М/з плотная а/б смесь на БПВ (БНД 60/90 + 2 % ТЭП-1) 2,52 0,87 10,0 6,4 6,4 2,4 0,99

М/з плотная АБС на БПВ (БНД 60/90 + 4 % ТЭП-2) 2,51 0,94 10,5 6,6 6,6 2,8 0,99

М/з плотная АБС на БПВ (БНД 60/90 + 2% ТЭП-2) 2,51 1,53 9,4 7,1 6,8 3,1 0,95

М/з плотная АБС на БПВ (БНД 60/90 + 4 % ТЭП-2) 2,52 0,73 9,3 6,3 6,2 2,7 0,97

М/з плотная АБС на БПВ (БНД 60/90 + 2 % ТЭП-3) 2,51 1,27 8,0 5,6 5,3 2,5 0,95

М/з плотная АБС на БПВ (БНД 60/90 + 4 % ТЭП-3) 2,51 1,40 8,0 5,5 5,1 2,7 0,93

ГОСТ 9128-97 тип Б, II марка не норм. 1,5-4,0 не более 12,0 не менее 2,0 не менее 0,9 не менее 0,75

Водостойкость асфальтобетонов при введении добавок ТЭП остается высокой в режиме водона-сыщения под вакуумом. Из табл. 3 видно, что при использовании добавок смесевого ТЭП, объемное водонасыщение образцов снижается с 1,87 % до минимальных 0,73 % для состава с вяжущим БНД 60/90 + 4 % ТЭП-2, а коэффициент водостойкости повышается с 0,84 до 0,93-0,99. Это свидетельствует о большем объеме замкнутых пор в асфальтобетоне при применении БПВ [2].

Таким образом, сравнительный анализ изменения физико-механических свойств асфальтобетонов типа Б приготовленных на БПВ и традиционном битуме показал, что показатели АБС с применением БПВ не уступают показателям АБС на чистом битуме, а по некоторым показателям значительно их превосходят.

Результаты физико-механических свойств асфальтобетонной смеси ЩМА-15 представлены в таблице 4. Как следует из данных табл. 4 объемное водонасыщение образцов снижается с 3,17 % до минимальных 1,93 % для состава с вяжущим БНД 60/90+4 %ТЭП-2, а коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении возрастает.

Сдвигоустойчивость по коэффициенту внутреннего трения при содержании смесевого ТЭП в битуме 2 % практически не изменяется, но происходит резкий рост показателя сцепления при сдвиге при 50°С.

Таким образом, анализ полученных данных позволяет предполагать, что щебеночно-мастичный асфальтобетон на БПВ является более устойчивым к образованию наплывов и волн в условиях, способствующих их образованию, и является более сдвигоустойчивым.

Таблица 4

Вестник технологического университета. 2016. Т. 19, №17 - Физико-механические свойства щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси ЩМА-15

Состав Средняя плотность ЩМА, г/см3 Водона-сыщение, % по объему Предел прочности при сжатии, МПА Сдвигоустойчивость по: Трещи-ностой-кость при расколе, при 0°С Устойчив. к расслаиванию Водостойкость при длит, водона-сыщении КВ

К-20 К-50 Коэффициент внутреннего трения сцеплению при сдвиге при 50 °С

М/з плотная АБС на битуме БНД 2,53 3,17 3,4 0,81 0,95 0,19 2,9 0,17 0,88

М/з плотная а/б смесь на БПВ (БНД 60/90 + 2 % ТЭП-1) 2,52 3,01 3,8 1,1 0,95 0,26 3,9 0,15 0,90

М/з плотная АБС на БПВ (БНД 60/90 + 4 % ТЭП-2) 2,52 2,91 4,0 1,3 0,93 0,37 4,4 0,11 0,93

М/з плотная АБС на БПВ (БНД 60/90 + 2% ТЭП-2) 2,53 2,81 4,0 1,2 0,93 0,41 3,6 0,14 0,92

М/з плотная АБС на БПВ (БНД 60/90 + 4 % ТЭП-2) 2,54 2,20 4,6 1,7 0,84 0,54 4,4 0,09 0,95

М/з плотная АБС на БПВ (БНД 60/90 + 2 % ТЭП-3) 2,52 2,75 3,6 1,1 0,95 0,26 3,5 0,15 0,95

М/з плотная АБС на БПВ (БНД 60/90 + 4 % ТЭП-3) 2,54 1,93 4,4 1,6 0,74 0,58 4,8 0,12 0,96

ГОСТ 310152002 не норм. 1,0-4,0 не менее 2,2 не менее 0,65 не менее 0,93 не менее 0,18 не менее 2,5 не более 6,0 не более 0,2 не менее 0,85

В результате проведенных исследований показана целесообразность использования смесевого ТЭП как добавки в битум, т. к. его применение позволяет получить материалы, характеризующиеся повышенной прочностью и сдвигоустойчивостью при положительной температуре, хорошей деформативно-стью при отрицательной температуре.

Основные выводы

1 Модификация дорожного нефтяного битума смесевыми термоэластопластами положительно влияет на все технические характеристики битума (температура хрупкости и размягчения, пенетрация при 0°С и 25°С, эластичность), которые существенно превосходят значения ГОСТ 22245-90.

2 Данные составы битум-полимерных вяжущих могут быть весьма эффективными для получения

асфальтобетона с наилучшими эксплуатационно-техническими характеристиками в дорожной отрасли Республики Татарстан.

3 Показатели физико-механических свойств образцов асфальтобетона (тип Б) и щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА-15), приготовленных с применением БПВ, превосходят аналогичные показатели свойств асфальтобетонов на исходном битуме.

4 Повышение теплостойкости и, как следствие, сдвигоустойчивости достигается вследствие введения в состав битума смесевого ТЭП способствующего образованию прочной пленки вяжущего на поверхности минерального материала.

5 Улучшение свойств асфальтобетонных и щебе-ночно-мастичных смесей при использовании БПВ, позволит получить покрытие более устойчивое к пластическим деформациям, что в конечном счёте позволит продлить его срок службы и получить эко-

номический эффект от уменьшения затрат на эксплуатацию и ремонты.

2 СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги. Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986, 56с.

Литература

1 ГОСТ 9128-09. Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия. /МИТНС/ - М.: 2009 - 22с.

© С. И. Вольфсон - д-р тех. наук, проф., зав. кафедрой химии и технологии переработки эластомеров КНИТУ, svolfson@kstu.ru; Ю. Н. Хакимуллин - д-р тех. наук, проф. каф. химии и технологии переработки эластомеров КНИТУ; Л. Ю. Закирова - канд. техн. наук, доцент кафедры ХТПЭ КНИТУ, - д.т.н., проф. кафедры ХТПЭ КГТУ; А. Д. Хусаинов -канд. техн. наук., доцент кафедры ХТПЭ КНИТУ; И. С. Вольфсон - науч. сотр. каф. ХТПЭ КНИТУ; Д. Б. Макаров - канд. техн. наук, доцент кафедры технологии строительных материалов, изделий и конструкций КГАСУ; В. Г. Хозин - д-р техн. наук, проф.. зав. каф. технологии строительных материалов, изделий и конструкций КГАСУ.

© S. I. Volfson - doctor of technical sciences, professor, head of the Department Chemistry and Technology Processing of Elastomers KNRTU, svolfson@kstu.ru; Yu. N. Khakimullin - doctor of technical sciences, professor of the Department Chemistry and Technology Processing of Elastomers KNRTU; L. Yu. Zakirova - candidate of technical sciences, associate professor of the Department Chemistry and Technology Processing of Elastomers KNRTU; A. D. Husainov - candidate of technical sciences, associate professor of the Department Chemistry and Technology Processing of Elastomers KNRTU; I. S. Volvson - senior researcher at the Department Chemistry and Technology Processing of Elastomers KNRTU ; D. В. Makarov - candidate of technical sciences, associate professor of the Department of technology of building materials, products and structures, KSUAE; V. G. Khozin - doctor of technical sciences, professor, head of the Department of technology of building materials, products and structures, KSUAE.