Модификация битума полиэтиленовой оболочкой и технология производства асфальтобетона на его основе

УДК 625.84:620.191.33

МОДИФИКАЦИЯ БИТУМА ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ ОБОЛОЧКОЙ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА АСФАЛЬТОБЕТОНА

НА ЕГО ОСНОВЕ

Я.Н. Ковалев, профессор, д.т.н., В.Н. Романюк, доцент, к.т.н., Белорусский национальный технический университет

Аннотация. Рассматриваются изменения в технологии использования битума в производстве асфальтобетонной смеси на базе перехода к капсули-рованию битума в полиэтиленовую оболочку, а также свойства получаемых модифицированного битума и асфальтобетона.

Ключевые слова: битум, модификация, полиэтилен, капсула, асфальтобетон, энерготехнология.

Введение

Одним из путей улучшения теплотехнологии получения асфальтобетона, понижающего ее энергоемкость и упрощающего состав оборудования асфальтобетонных заводов (АБЗ), является применение капсулированного битума, т.е. битума заключенного в оболочку, например, из полиэтилена высокого давления (ПЭВД). При этом, кроме решения обозначенных выше прикладных задач, возможно повышение морозостойкости и улучшение других свойств битумов за счет добавок полимеров, образующих капсулирующую оболочку при обеспечении должной степени их совместимости, однако систематическая информация по этому вопросу крайне ограничена.

Известно, что получение модифицированного битумного вяжущего за счет смешения битума с полиэтиленом высокого давления (ПЭВД) создает предпосылки для использования ПЭВД в составе битумного вяжущего в ином качестве, резко расширяющем область применения ТТЭВД при производстве АБС: в качестве капсулирующей оболочки битумной частицы определенного диаметра. В результате указанного капсулирования битум превращается в квазидисперсный материал, свободный от слипания, свойства которого позволяют его получать в любое время года, накапливать на обычных складах, использовать в качестве тары либо мешки,

либо мягкие резиновые контейнеры, применяемые для перевозки удобрений, перевозить обычным транспортом. Наконец, радикально изменяется технология применения битума при производстве асфальтобетонной смеси. Из нее полностью исключается абсолютно все технологические операции, связанные с тепловой обработкой битума, до момента подачи его в смеситель. В итоге упрощается состав оборудования асфальтобетонных заводов (АБЗ), снижается энергроемкость производства.

Теоретические предпосылки применения капсулированного битума

Актуальность изложенного подхода комплексного применения ПЭВД при производстве АБС очевидна. Рассматривая такую комплексную задачу образования капсулиру-ющей оболочки на битумной частице определенного диаметра, неизбежно возникает ряд вопросов и, прежде всего, определяющий, каковы будут свойства асфальтобетона с применением битума, капсулированного в оболочку из ПЭВД.

Проведенные исследования по химической совместимости битума и ПЭВД, имеющиеся литературные данные позволяют надеяться на положительные результаты. Вместе с тем требуется апробация модифицированного вяжущего и технологии использования его в неразогретом состоянии в смесителе, когда

полиэтиленовая капсула в ходе перемешивания контактирует с горячим (температура 190 - 200 °С) минеральным заполнителем и за счет энергии последнего нагревается вместе с битумом до требуемой температуры операции. При этом ПЭВД должен «размазаться» по поверхности горячих МЗ, расплавиться (температура плавления ПЭВД 110 °С) и равномерно распределиться в массе асфальтобетонной смеси. Очевидно, что такая технология отличается от традиционной, когда битум (обычный или модифицированный ПЭВД) доводится до температуры АБС вне смесителя. Подобное изменение технологического процесса требует проверки

свойств асфальтобетона, полученного из АБС на основе предварительно неразогрето-го капсулированного битума. Из-за изменения условий подготовки модифицированного вяжущего и условий перемешивания можно ожидать у асфальтобетона отклонения от свойств, которые были получены в исследованиях, упомянутых в начале данного изложения, и отклонения от свойств, требуемых в нормативных документах на асфальтобетон.

В контексте изложения решить две задачи, касающиеся:

1) экспериментального исследования термодинамической совместимости ПЭВД с битумом БНД 90/130, результаты которого приводятся в данной работе;

2) экспериментального определения свойств асфальтобетона, полученного с применением битума, содержащего добавку ПЭВД в виде твердой фракции, которая распределяется в асфальтобетоне в ходе перемешивания в смесителе.

Результаты исследований

Исследования свойств термодинамической совместимости проводились с помощью двух независимых методов:

1) на обратном крутильном маятнике оригинальной конструкции, управляемом с помощью компьютера, разработанном в институте металлополимерных систем НАН РБ, позволяющем непрерывно фиксировать модуль сдвига ) и тангенс угла механических потерь ^5), т.е. получать релаксационные спектры. Были исследованы динамические механические свойства смеси битума с поли-

этиленом в широком температурном интервале; установлены фазовые переходы в смеси указанных материалов; определена степень совместимости химических компонентов смеси (битума и ПЭВД);

2) на основе широко известного дериватографического анализа с помощью дериватогра-фа ОД-102 (фирма «МОМ», Будапешт).

На основе сопоставления экспериментальных данных, полученных методом релаксационной спектроскопии, можно сделать следующие выводы.

1. Для массовых концентраций ПЭВД в битуме до 15 % отмечается удовлетворительная совместимость компонентов (смесь характеризуется наличием единой температуры стеклования).

2. Для тех же массовых концентраций ПЭВД в битуме до 15 % отмечается повышение морозостойкости смеси на 30 °С. Температура стеклования битума смещается в низкотемпературную область примерно на 30 °С: от плюс 5 °С у чистого битума до минус 25 °С у смеси битума и 15 % ПЭВД.

Эти результаты полностью подтверждены в ходе контрольных экспериментов, проведенных по методике дериватографического анализа с помощью дериватографа ОД-102 (фирма «МОМ», г. Будапешт). Вторая задача поставленная в данной работе, связана с экспериментальным определением свойств асфальтобетона, полученного с применением битума, содержащего добавку ПЭВД в виде твердой фракции, которая распределяется в асфальтобетоне в ходе перемешивания и разогрева в смесителе.

При проведении соответствующих экспериментов использовался следующий состав контрольной и опытных смесей для асфальтобетона (тип А): щебень фракций 5 -10 мм - 65 %; отсев - 14 %; песок природный - 15 %; минеральный порошок - 6 %; битум БНД 90/130 - 6 %. Асфальтобетонная смесь приготавливалась путем смешения минеральной части с битумом (П25=125) и гранулами ПЭВД в смесителе при двух режимах: в течение 15 минут при температуре 170 °С; в течение 2-х часов при температуре 175 °С.

Литература

Заключение

Результаты исследований свойств асфальтобетона свидетельствуют, что все показатели свойств асфальтобетона (тип А) соответствуют проекту ГОСТ 1033, а также (для сравнения) ГОСТ 9128-84 (для W, Н, R5o). Полученные результаты полностью согласуются с данными работ других авторов, перечисленных ранее, по применению битумополимерного вяжущего, полученного с использованием крошки ПЭВД (в количестве 1 - 1,5%), и битума БНД 60/90. Это дает основания для продолжения работ по развитию весьма перспективного направления, позволяющего надеяться на серьезное улучшение показателей технологии производства горячих АБС [1].

1. Ковалев Я.Н., Романюк В.Н. Капсулирова-ние битума химически совместимой полимерной добавкой, свойства модифицированного вяжущего и асфальтобетона на его основе / Наука и техника в дорожной отрасли. - 2007. - № 1. -С. 29 - 31.

Рецензент: В.А. Золотарев, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 15 декабря 2007 г.