Поверхностно-активные добавки для дорожных битумов

Из истории можно добавить, что в 1974 году Минавтодором РСФСР был утвержден методический документ о применении литого асфальтобетона при строительстве автомобильных дорог, разработанный в Саратовском филиале ГипродорНИИ.

В настоящем материале представлены результаты широкомасштабного использования литого асфальтобетона на основе полимер-битумных вяжущих в Саратовской области для устройства конструкций дорожной одежды мостового полотна на ряде мостовых объектов, а также при ремонте городских улиц в г. Саратове. За основу было взято наилучшее по мнению авторов техническое решение финской фирмы «Лимминякяйнен» как по составу литого асфальтобетона, так и по конструкции дорожной одежды мостового полотна. Проведенное технико-экономическое обоснование по мостовому полотну из обычного и литого асфальтобетона с учетом проектной интенсивности показало положительный результат расчета инвестиций для инновационного проекта с применением литого асфальтобетона на основе полимер-битумных вяжущих для мостового полотна.

Особенностью конструкций из литого асфальтобетона на основе полимер-битумных вяжущих является единая природа основы - один и тот же битумный материал, обеспечивающий единство и совместную работу слоев между собой в силу одинаковой деформативности, обеспечение слипаемости слоев при технологической температуре 190-200°С, отсутствие необходимости в уплотнении (плотность равна единице), высокая сопротивляемость трещино-, сдвиго- и колееобразованию, морозоустойчивость, прекрасная совместимость с температурными деформациями мостовых металлических пролетов. Литой асфальтобетон органичен в работе с другими видами конструкционных элементов дорожной одежды мостового полотна: обычным асфальтобетоном, гидроизоляцией, деформационными швами, из него наилучшим образом устраиваются направляющие водосточных элементов. Свойства материала и технологии обеспечивают условия удаления воды с поверхности, а также требуемое сцепление колес транспортных средств с дорожным покрытием

Полимербитумное вяжущее обладает высокомолекулярной устойчивой структурой, великолепно связывает битум и исключают его вытапливание и избыточное образование на поверхности дорожного полотна, имеет хорошие адгезионные свойства по отношению к выбранному каменному материалу - карельскому щебню из габродиабаза. Фактически литой асфальтобетон является строительным материалом нового поколения, параметры которого не соответствуют Государственным стандартам на обычный асфальтобетон и должны иметь собственные нормативы. Стоимость литого асфальтобетона практически колеблется от стоимости обычного асфальтобетона до полуторакратного значения цены последнего. Типовым приемом существенного удешевления стоимости конструкции дорожной одежды может служить использования в качестве основы обычного асфальтобетона с покрытием из литого асфальтобетона. Устройства дополнительного слоя шероховатой поверхностной обработки кроме россыпи и прикатки щебня катком 1,5 тонн не предполагается.

Применяемый полимербитум относится к нефтяным дорожным битумам, модифицированным полимерной добавкой SBS (типа стирол-бутадиен-стирола). Для получения полимербитума используют модификаторы калпрен, финапрен и отечественные аналоги, например, ДСТ-30-01. Для модификации требуется 8,5-10% SBS по массе, время приготовления - 4 часа при температуре битума от + 180°С в зависимости от вида полимерной добавки. Разжиженный полимербитум изготовляется из полимербитума и растворителя типа Solvessa 100; предусматривается, что он содержит не менее чем 0,5% по весу поверхностно-активного вещества (ПАВ) типа диамина.

Мастика представляет собой смесь полимербитума ПБВ 40-60, минерального порошка и песка. Используется для гидроизоляции подземных сооружений, проезжей части мостов по металлическим, бетонным и деревянным основаниям. Бесшовная гидроизоляция достигается путем укладки мастики в горячем виде. Минимальная толщина слоя мастики составляет 17-20 мм. Изоляция наносится в один или два слоя. В качестве вяжущего могут быть применены полимербитумы ПБВ 40-60.

В качестве вяжущего для асфальтобетона могут быть использованы битумы БНД 60/90, БНД 90/130 или полимербитумные вяжущие ПБВ 40-60.

Литой асфальтобетон типа I, II, представляет собой смесь полимербитума ПБВ 40-60, минерального порошка, песка и каменного материала. Несмотря на вибрацию ортотропной плиты от движения транспорта и температурных напряжений, в уложенном на плите слое литого асфальтобетона трещины не образуются. Литой асфальтобетон обладает хорошей износостойкостью, влагонепроницаем, поэтому его успешно применяют в качестве покрытия для мостов с большой интенсивностью движения.

Для приготовления смесей в качестве вяжущего применяют нефтяные глубокоокисленные вязкие дорожные битумы с температурой вспышки не ниже +2400С, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 22245-95. При выборе битума для смесей типа I, II и IV предпочтение отдается вязким нефтяным теплостойким битумам с узкими пределами колебаний по показателю глубины проникания.

При приготовлении составляющих дорожных одежд мостового полотна рекомендуется. При применять модифицированные (для обычного асфальтобетона) и полимер-битумные вяжущие (для литого асфальтобетона). При неудовлетворительной адгезии вяжущего с поверхностью щебня применяют поверхностно-активные вещества. Виды и дозировку добавок, а также требуемый температурный режим вяжущего при введении поверхностно-активных веществ следует применять в соответствии с ГОСТ 28478-90. Для приготовления асфальтобетонных смесей рекомендуется применять порошок минеральный, параметры которого удовлетворяют требованиям ГОСТ 16557-78.

Полимербитум приготавливается в смонтированной на асфальтобетонном заводе дорожного предприятия смесительной установке «Ahesfrom» объемом 6 куб. м. Время приготовления составляет 4 часа при температуре нагрева битума +200-+210°С. В стадии смешивания необходимо остерегаться местного перегрева битума. Полимербитум должен быть использован не позднее, чем через 6 часов после расплавления.

Приготовление разжиженного полимер-битумного вяжущего производится из полимербитума ПБВ 60 в следующем процентном отношении по весу: полимербитум ПБВ 60 - 34%; растворитель - 9%; адгезионное вещество - диамин - 0,5%; бензин - 56,5%.

Емкость смесителя (двух смесителей) для модификации битума должна быть около 8000 кг. На асфальтобетонном заводе необходим погрузчик с вместимостью ковша 1,5 м³. Необходимое количество работников на асфальтобетонном заводе 4-6 человек. Емкости для литого асфальтобетона - 4 штуки: по две 5000 л (5 м³), 7000 л (7 м³). Грузовики 4-осные - 2 штуки (в комплекте с емкостями). Устройство для модифицирования битума (объем 6000 л (6 м³)), трубопроводы, соединители, клапаны. Распределители литого асфальтобетона с шириной распределения 4,5 м, масса 4000 кг. Распределитель щебня, ширина 4,5 м, масса 1500 кг. Полевая дорожная лаборатория с оборудованием. Сервисная (обслуживающая) машина (грузовик) - бортовая типа «Соболь». КАМАЗ 5501, 5511 - автосамосвал для доставки асфальтобетона. Асфальтоукладчик на резиновом ходу, каток весом 3-4 тонны.

Полимербитум доставляется на объект в нагревающих емкостях (котлах-кохерах). Котлы снабжены трубами и запорными кранами для слива полимербитума в специальные металлические лейки вместимостью 15 литров, с последующим разливом в нужном месте мостового полотна. Для выполнения этой операции требуется два специалиста (имеющих практические навыки) и один подсобный рабочий.

Нанесение разжиженного полимербитума производится пневмораспылителем с широкой факельной форсункой. Температура не должна превышать +220°С. После обработки металлической поверхности разжиженным полимербитумом (РПБ) на него сверху наносят полимербитум ПБB 60 из расчета 3 кг/м2. Полимербитум должен отвечать требованиям к его качеству (ОСТ 218.010-98). Температура воздуха должна быть не менее +5°С. Температура полимербитума при укладке должна быть +180°-+210°С, ее проверяют при укладке на объекте с помощью специального термометра. Полимербитум доставляют на объект в нагревающихся емкостях (котлах - кохерах). Котлы снабжены трубками для слива с запирающимися кранами. Укладка полимербитума производится вручную - разливается на поверхность из металлической лейки, вместимость которой 15 литров, и разравнивается термостойкими резиновыми шпателями; толщина слоя около 4 мм. Работу (в зависимости от объема) могут выполнять 3 человека.

По результатам четырех- и пятилетней эксплуатации конструкции дорожной одежды мостовых объектов через р. Волга у с. Пристанное получены следующие результаты: отсутствие трещин, выкрашиваний, вспучиваний, хорошие условия стока воды, структура материала препятствуют возникновению гололеда за счет упругости материала и механического разрушения пленки гололеда при проезде транспортного средства, подтверждена высокая водонепроницаемость материала и конструкции, стабильность коэффициента сцепления, отсутствие трещин в стыках сопряжений с другими конструкционными элементами, уменьшение шумообразования относительно аналогичных конструкций и устройств шероховатой поверхностной обработки, хорошая адгезия с материалами дорожной разметки, отсутствие каких либо проявлений возможного пережога битума при указанных температурах приготовления, высокая личная оценка участников дорожного движения при проезде по мостовому переходу. Важнейшим достоинством указанной конструкции является применение в качестве гидроизоляции полимербитумной мастики.

Заключение

Рост количества грузовых автомобилей и нагрузок на ось создает сложные условия для эксплуатации автомобильных дорог, особенно эта проблема актуальна на оживленных автомагистралях (М1/Е30, дороги республиканского значения, улицы крупных городов). Основная проблема, возникающая в связи с высокими осевыми нагрузками и большой интенсивностью движения, - деформация асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог (колея).

Модификация битумов - это направленное улучшение их свойств путем совмещения с полимерными добавками. Введение подходящего полимерного модификатора придает вяжущему и всему кровельному материалу большую тепло- и морозоустойчивость, эластичность, повышенную сопротивляемость усталостным нагрузкам, повышает долговечность. В качестве полимерных модификаторов битума наиболее широко (при производстве кровельных материалов) используются следующие добавки: АПП (атактический полипропилен) иногда в смеси с ИПП (изотактическим полипропиленом) или СБС (стирол-бутадиен-стирол).

Материалы из модифицированных битумов называют полимерно-битумными, иногда в переводной литературе встречаются также термины - резинобитумы - материалы на основе битумов, модифицированных полимером СБС и пластобитумы, модифицированные АПП.

Материалы как с использованием АПП-модификатора, так и СБС-модифицированные имеют свои плюсы и минусы. При рассмотрении материалов с одинаковой основой, но с различными модификаторами можно выделить следующие их особенности. АПП материалы обладают высокой стойкостью к УФ-излучению и химической стойкостью к кислотам и щелочам, более высокой теплостойкостью, чем СБС материалы и хорошей адгезией к металлам и стеклу. СБС-материалы являются более эластичными, морозостойкими, а также легко повторяют форму той поверхности, на которую они укладываются. Вследствие низкой теплостойкости СБС материалов, существуют определенные трудности при их укладке способом наплавления. Поэтому работы необходимо проводить особенно тщательно.

Для повышения надежности и долговечности работы покрытий в настоящее время рекомендуется использовать битумы, модифицированные полимерами. Широкое использование модифицированных битумов вместо обычных объясняется их улучшенными свойствами. Асфальтобетоны, приготовленные с использованием полимерных битумов, имеют высокую устойчивость к деформациям за счет большой эластичности применяемых битумов. Кроме того, значительно замедляется процесс старения асфальтобетона. Исследования зарубежных ученых показывают, что у битумов, извлеченных из дорожных покрытий, прослуживших 10 лет, не наблюдается существенных изменений вязкости.

Список используемой литературы

1. Волгушев А.Н. Применение серы в строительстве // Аналитический портал химической промышленности Newchemistry.ru: [сайт]. URL:

http://www.newchemistry.ru/letter.php? n_id=4348.

2. Евдокимова Н.Г. Модифицирование нефтяных битумов добавками // Нефтепереработка и нефтехимия; Сб. науч. Трудов / ИП НХП.-Уфа: Изд. ИП НХП, 2001. - Вып. 33. - С. 68-71.

3. Применение серобитумных вяжущих при строительстве объектов дорожного хозяйства // ООО «МосДорПроект»: URL: http://www.mosdorproekt.ru/sera.html.

4. Использование нефтяных остатков для производства нефтепродуктов и нефтехимикатов. М.: ОАО ЦНИИТЭнефтехим, 2003. - 71 с.

5. Новое поколение строительных материалов в технологии стройиндустрии и дорожном строительстве // Информационно-строительный портал

ProektStroy.ru. URL: http://www.proektstroy.ru/publications/view/11057? bigid=31.

6. Железко Е., Железко Т., Уралов А. Какие битумы нам нужны? // Автомобильные дороги, 2002. - №6. - С. 12-14.

7. Пустынников А.Ю., Рябов В.Г., Калимуллин Д.Т., Нечаев А.Н., Тресков Я.А. Получение компаундированных битумов улучшенного качества // Химия и технология топлив и масел, 2006. - №3 - С. 55-57.

8. Теляшев И.Р., Обухова С.А., Кутьин Ю.А., Теляшев Э.Г. Влияние технологических параметров на взаимодействие серы с нефтяными остатками. // Нефтепереработка и нефтехимия; Сб. науч. трудов / ИП НХП.-Уфа: Изд. ИП НХП. Вып. 33. 2001 г. - С. 76-81.

9. Кутьин Ю.А., Теляшев Э.Г., Везиров Р.Р., Викторова Г.Н. Об использо вании элементарной серы в производстве дорожных битумов // Нефтепереработка и нефтехимия; Сб. науч. Трудов / ИП НХП.-Уфа: Изд. ИП НХП, 2001. - Вып. 33. - С. 40-42.

10. Использование специальных добавок увеличивает срок службы дорожных и аэродромных покрытий // Автомоб. дороги: Аннотирован, библиограф. сб. по вопросам стр.-ва, ремонта и содержания автомоб. дорог и мостов (заруб, опыт) / Информавтодор, 2002 г. - Вып. 2. - С. 32-33.

11. Гохман Л.М., Гершкохен С.Л. Хрупкость органических вяжущих после многократного растяжения при отрицательных температурах // Автомобильные дороги, 1997. - №10. - С. 1-18.

12. Практическое руководство по устройству мостового полотна (одежды) с использованием полимер-битумных вяжущих на объектах мостового перехода черех р. Волга у с. Пристанное Саратовской области // - Саратов: Поволжский научный центр Академии Транспорта РФ. 2000 г.

13. Устройство конструкций дорожной одежды мостового полотна с использованием литого асфальтобетона на основе полимер-битумных вяжущих // - Проект отраслевых методических рекомендаций. Саратов, РОСДОРТЕХ. 2003 г.

14. Карташевский А.И., Кашина А.Г. Определение адгезии битумов к минеральным материалам // Нефтепереработка и нефтехимия. - 1971. - №4. - С. 11-

15. Розенталь Д.А., Сыроежко А.М. Изменение свойств дорожных битумов. // Химия и технология топлив и масел. - 2000. - №4.-С. 41-43.

16. Худякова Т.С., Розенталь Д.А. и др. Количественная оценка сцепления дорожных битумов с минеральным материалом // Химия и технология топлив и масел. - 1987. - №6.-С. 35-38.

17. Колбановская А.С., Михайлов В.В. Дорожные битумы. - М.: Транспорт. - 1973. - 250 с.

Размещено на Allbest.ru