Исследование влияния адгезионной присадки на эксплуатационные свойства вяжущего

Вестник технологического университета. 2016. Т.19. №24

УДК 625. 85. 06

И. Н. Галимуллин, Н. Ю. Башкирцева, Н. С. Гараева

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АДГЕЗИОННОЙ ПРИСАДКИ

НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ВЯЖУЩЕГО

Ключевые слова: поверхностно-активное вещество, адгезионная присадка, модификатор, эксплуатационные свойства, дорожный битум, щебеночно-мастичный асфальтобетон, комплексная добавка, когезия.

Исследовано влияние комплексной стабилизирующей добавки на когезию дорожного битума. Установлено, что комплексные стабилизирующие добавки способны изменять когезию вяжущего, тем самым увеличивая адгезию битума на поверхности каменного материала.

Keywords: surface-active compound, adhesive additive, modifier, performance properties, road bitumen, stone-mastic asphalt, complex additive, cohesion.

The influence of complex stabilizing additives on the cohesion of bitumen. It is found that the complex stabilizing additives capable of changing the cohesion road bitumen, thereby increasing the adhesion of the bitumen on the surface of the stone material.

Введение

В мире все больший интерес у работников дорожной отрасли вызывает применение технологии укладки верхнего слоя покрытия на основе щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА), который в свою очередь предъявляет высокие требования к качеству используемых материалов., в котором важную роль играет битум Известно, что производимые в России битумы имеют низкий интервал упруго-пластических свойств, слабую адгезию к минеральным материалам и склонность к старению, что негативно сказывается на качестве вяжущих работающих в дорожном покрытие [1, 2].

Одним из отличий ЩМА от обычного асфальтобетона является использование стабилизирующих добавок на основе целлюлозных волокон, которые позволяют гомогенизировать битум и предотвратить тем самым расслаивание смеси при погрузке, транспортировке и укладки, тем самым увеличивая толщину битумного слоя в дорожном покрытие.

Большое значение на долговечность покрытия оказывает высокая энергия когезии и прочная адгезия дорожного битума на каменном материале. Слабые адгезионные и когезионные свойства проявляются вследствие проникновения воды между битумной пленкой и поверхностью каменного материала, которая в первую очередь разрушает силы межмолекулярного действия (когезию) при воздействии агрессивной среды, затем проникает в плохо смоченные битумом участки (поры, углубления), отделяя с поверхности каменного материала пленку вяжущего [3].

Целью настоящей работы являлось исследование влияния комплексных стабилизирующих добавок на когезионную прочность дорожного битума [4, 5, 6].

Экспериментальная часть

В качестве комплексных стабилизирующих добавок использовали добавку, полученную из небеленной и беленной хвойной целлюлозы и с адсорбированным гидрофобным связующим на поверхности (соли натриевых высших карбоновых кислот от См-С22) которое является анионным ПАВ.

В качестве контрольных образцов использовали битум марки БНД 60/90 (ОАО «ТАИФ-НК») и адгезионную добавку фирмы Ак^оШЬе! «Wetfix», который

показывает высокую прочность битумной пленки с минералами как основной так и кислой породы [7].

Испытания на когезию образцов битума проводили на сангалыкском щебне, с помощью прибора «Константа-АЦ». Принцип работы прибора заключается в отрыве грибка с поверхности предварительно подготовленного щебня и обработанного органическим вяжущим. Для снижения погрешности, выбрали оптимальную площадь грибка, равной 180 мм2 которому соответствует грибок под номером 1 [8, 9]. Испытуемые поверхности щебней предварительно выровняли, с помощью шлифовальной машины (рис. 1), затем термостатировали при температуре 100°С.

Подготовленный щебень опускали на 5 секунд в модифицированный битум, затем прикрепляли на его поверхность грибок и давали остыть. Образец щебня с прикрепленным на него грибком термостатировали при разных температурах (от -27 до +50°С) в течение 30 минут.

Рис. 1 - Подготовленные образцы щебня

Состав исследуемых стабилизирующих добавок представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Состав стабилизирующих добавок

Образец Описание

СД-1 Небеленная целлюлоза 100%

СД-2 Беленная целлюлоза 100%

СД-3 Небелёная целлюлоза ~90% с содержанием связующего ~10%

СД-4 Белёная целлюлоза ~90% с содержанием связующего ~10%

Вестник технологического университета. 2016. Т. 19. №s24

Обсуждение результатов

В ходе проведенного исследования, результаты которого представлены на рис. 2, наблюдается изменение когезии при разных значениях температуры. Это связано с тем что, в первом температурном интервале с -10 до +20С° вяжущее находится в упруго-пластичном состоянии, после +20С° происходит переход в пластично-вязкое состояние, свыше 50 С° битум находится в истинно вязком состоянии. При понижение температуры от -10С° система переходит в упруго-хрупкое состояние.

Температура, "С

Рис. 2 - Когезия битума

Почти у всех модифицированных образцов битума происходит увеличение когезии, по сравнению с исходным битумом. Отрыв грибка с поверхности щебня происходит по связи битум/битум, что характеризует наличие межмолекулярного когезионного разрушения, которая наступает раньше, чем произойдет адгезионный отрыв. Это в свою очередь объясняет прочное сцепление битумной пленки, особенно у образцов с добавкой Wetfix, СД-3 и СД-4. Данные образцы показали высокую адгезию к каменному материалу в ходе раннее проведенных исследований [10].

У образца с добавкой Wetfix когезия при 20 С° увеличивается в 2 раза. Почти те же самые показатели что и у исходного битума имеют и образцы с добавками СД-1 и СД-2, не значительно, но все же увеличивая когезию, которое происходит, скорее всего, за счет распределенных в битуме волокон размером от 0,1 до 2 мм препятствующее преждевременному разрушению. Наличие в составе добавок СД-3 и СД-4 поверхностно-активного вещества (ПАВ), значительно увеличивают силу когезии до 44 и 46,8 3 кг/см2 при 20С° соответственно по сравнению с исходным образцом битума. Для всех образцов кривая изменения когезии от температуры одинакова.

На графике (рис.2), в диапазоне температур от -10 до -23С° наблюдается резкое уменьшение энергии когезии. Это связано, по-видимому, с переходом системы из структурированной жидкости в твердо-образную конденсационную структуру. А точку перегиба можно характеризовать как температуру начала стеклования, которая начинается чуть раньше, чем температура хрупкости. Это связано с тем, что в низком диапазоне температур, важную роль при переходе системы из эластичного в хрупкое состояние играет скорость приложения нагрузки. Вследствие того что скорость напряжения мала, за это время успевает развиться эластическая деформация и хрупкое разрушение происходит при температуре несколько ниже, чем температура начала стеклования.

Выводы

В результате проведенного исследования образцов битума с комплексными стабилизирующими добавками различной природы установлено, что наличие на поверхности волокон ПАВ анионного типа увеличивает удельное усилие отрыва грибка с поверхности каменного материала.

Литература

1. Электронный ресурс, Щебеночно-мастичный асфальтобетон, http://informavtodor.ru/media/price_2.doc

2. S.R. Shatnawi, J van Kirk, TRB Research Record 1417, 168-177

3. В.И. Костин, Новые технологии в дорожном строительстве, 18-26 (2009).

4. И.Н. Галимуллин, Н.Ю. Башкирцева, Н.А. Лебедев, О.К. Нугманов, Вестник Казанского технологического университета, 8, 2014. 267-280

5. И.Н. Галимуллин, Н.Ю. Башкирцева, О.К. Нугманов, Н.П. Григорьева, Вестник Казанского технологического университета, 23, 2014. 345-348

6. И.Н. Галимуллин, Н.Ю. Башкирцева, Н.А. Лебедев, Вестник технологического университета, 13, 2015. 14-17

7. AkzoNobel Surface Chemistry, Adhesion promoters Technical Bulletin, 1-28

8. Я.И. Пыриг, Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета, 60, 2013. 33-36

9. В.А. Золотарев, Дорожная техника, 1, 2009. 16-23

10. И.Н. Галимуллин, Н.Ю. Башкирцева, Н.А. Лебедев, Вестник технол. ун-та, 3, 2015. 96-98

© И. Н. Галимуллин, доцент кафедры химической технологии переработки нефти и газа КНИТУ, krekit@bk.ru; Н. Ю. Башкирцева, д-р техн. наук, проф., зав. каф. химической технологии переработки нефти и газа КНИТУ, bashkircevan@bk.ru; Н. С. Гараева, доцент той же кафедры.

© 1 N. Galimullin, assistant professor, of "Chemical technology of petroleum and gas processing" department of KNRTU, krekit@bk.ru; N. Yu. Bashkirtseva, professor of "Chemical technology of petroleum and gas processing" department of Kazan national research technological university, bashkircevan@bk.ru; N. S. Garaeva, assistant professor, of the same Department.