ПРИМЕНЕНИЕ В АСФАЛЬТОБЕТОНАХ РЕЗИНОВОЙ КРОШКИ

APPLICATION OF RUBBER CRUMBS IN ASPHALT CONCRETE

Damiil Maximov

master's student, group 2-STF-22STF-106M, Academy of Construction and Architecture, Samara State Technical University,

Russia, Samara

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена ознакомлению с применением резиновой крошки в асфальтобетонах для изучения ее влияния на свойства и физические характеристики.

ABSTRACT

The article is devoted to the introduction of the use of rubber chips in asphalt concrete to study its effect on properties and physical characteristics.

Ключевые слова: битум, резина, модификатор, крошка резины, битумно-резиновая композиция, асфальтобетон, асфальтовое покрытие.

Keywords: bitumen, rubber, modifier, rubber crumb, bitumen-rubber composition, asphalt concrete, asphalt coating.

Нефтяной дорожный битум - основной вид вяжущего или клея, успешно применяемого в дорожной отрасли при строительстве и ремонте дорожных покрытий, пластичный, способный без разрушения выдерживать воздействие низких температур и температурных перепадов, а также приложенных деформаций. Однако специфические условия эксплуатации таких высоконагруженных объектов дорожного строительства как мосты, путепроводы, развязки и пр. обуславливают необходимость предъявления более высоких требований к асфальтобетонным покрытиям.

Удовлетворить эти требования в полной мере нормируемые марки дорожных битумов уже не в состоянии. Кроме того, с каждым годом возрастают нагрузки из-за увеличения интенсивности движения. Негативно влияет на дорожное покрытие использование шипованной резины. Во всем мире постоянно проводят работы по созданию новых современных дорожных материалов и технологий, корректировке нормативных требований к их физико-химическим свойствам с целью повышения долговечности дорожных покрытий в современных условиях их эксплуатации.

Рассмотрим более подробно возможности модификации битума.

Одним из основных направлений является модификация битума различными полимерными добавками. Поиск наиболее эффективных модификаторов, отработка оптимальных рецептур модифицированного битума, полимерно-битумных эмульсий, а также анализ целесообразности их использования по тому или иному назначению, начатый в 50-е гг. прошлого столетия, продолжается и по сей день.

Главным ориентиром для принятия технических решений являются результаты постоянно обобщаемого практического опыта.

Экономически эффективными модификаторами свойств нефтяных битумов являются те, которые доступны и рентабельны в применении. С технической точки зрения, для создания на основе битумов композиционных материалов с заданным комплексом свойств могут применяться только те модификаторы, которые:

• не разрушаются при температуре приготовления асфальтобетонной смеси;
• совместимы с битумом при проведении процесса смешения на обычном оборудовании при температурах, традиционных для приготовления асфальтобетонных смесей;
• в летнее время повышают сопротивление битумов в составе дорожного покрытия к воздействию сдвиговых напряжений без увеличения их вязкости при температурах смешения и укладки, а также не придают битуму жесткость или ломкость при низких температурах в покрытии;
• химически и физически стабильны, сохраняют присущие им свойства при хранении, переработке, а также в реальных условиях работы в составе дорожного покрытия.

К настоящему времени за рубежом накоплен значительный опыт по применению при строительстве и ремонте дорожных покрытий композиционных материалов на основе битума и ряда модификаторов, таких как сера, каучук (полибутадиеновый, натуральный, бутилкаучук, хлоропрен и др.), органо-марганцевые компаунды, термопластичные полимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол, этилен-винилацетат (EVA), термопластичные каучуки (полиуретан, олефиновые сополимеры), а также блоксополимерыстирол-бутадиен-стирола (СБС).

Наибольшее применение находят полимеры типа СБС, что обусловлено их способностью не только повышать прочность битума, но и придавать полимерно- битумной композиции эластичность — свойство присущее полимерам, причем при небольшой концентрации полимера (3^5% от массы битума)

Сотрудниками Российской Академии Наук, Государственного Российского Дорожного института и научно-производственной фирмы «Инфотех», был проведен анализ одной из важнейших эколого-экономических проблем, а именно, масштабной утилизации полимерных отходов, и, в частности, многотоннажных отходов резины из изношенных шин и других изделий. Совместными усилиями были проведены исследования по оценке сравнительной эффективности известных способов утилизации и возможностей использования продуктов рециклинга.

Логичным выводом из рассмотренных фактов была бы попытка решать проблемы рециклирования резины и улучшения качества битумных вяжущих совместно, в увязке друг с другом.

В результате, была разработана универсальная технология химического модифицирования нефтяных битумов мелкодисперсной резиновой крошкой и БИТумноРезиновые Экологически чистые Композиционные материалы на ее основе, сокращенно - технология и материалы БИТРЭК. Причем основное внимание было уделено улучшению свойств отечественных низкокачественных окисленных битумов.

Технология позволяет модифицировать и улучшать низкокачественные, так называемые «выжатые», окисленные дорожные битумы с помощью дешевых эластомерных модификаторов, в основном резиной из отходов производства и амортизированных шин. Получать резинобитумные материалы БИТРЭК, в которых резина не разлагается и не растворяется, а связывается с компонентами битума прочными, но достаточно подвижными химическими связями и проявляет свои высокие эксплуатационные качества уже в составе нового композиционного материала. Благодаря такой структуре, имеющиеся как в битуме, так и в резине опасные и токсичные соединения как бы заключены в полимерную клетку и химически связаны, поэтому их выделение значительно затруднено. Неоднократные испытания показали, что по своим санитарно-гигиеническим свойствам материалы БИТРЭК более чистые, чем битум и резина в отдельности и отвечают самым жестким экологическим требованиям.

За счет частиц резины, связанных определенным образом между собой и с компонентами битума в гетерогенную пространственную структуру, у материала появляется достаточная для большинства эксплуатационных целей степень эластичности. Такая структура может удерживать в своем объеме большое количество мелкодисперсных наполнителей без заметной сегрегации.

Высокие адгезионные свойства вяжущих обеспечиваются введением в их состав в процессе изготовления большого количества дополнительных активных химических групп, которые, с одной стороны, увеличивая полярность асфальтенов, дают вклад во внутримолекулярные водородные связи, чем стабилизируют гетерогенную структуру вяжущего, с другой стороны, резко повышают плотность межмолекулярных ассоциативных связей, которые в данном случае дают вклад в адгезионные свойства материала. Причем большая часть адгезионноактивных групп химически связывается с каучуковыми цепями резины, специально подготовленными для этой операции на начальном этапе, то есть адгезионные свойства присущи самому материалу БИТРЭК. В этом состоит принципиальное отличие повышения адгезионных свойств мастик и вяжущих от их повышения за счет введения добавок поверхностно-активных веществ.

Эффективное совмещение битума с резиновой крошкой достигается в данной технологии за счет введения специальных химических веществ, определенным образом регулирующих молекулярные процессы деструкции и сшивки частиц резины и конденсированных компонентов битума. Суммарный расход реагентов не превышает 1-1,5% от массы битума при введении в него 5-15% резиновой крошки. В качестве химических агентов и инициаторов полимеризации могут использоваться неорганические окислители, органические перекиси, гетеросоединения, координационные соединения металлов с переменной валентностью и синтезированные из доступных химических веществ комплексные соединения переходных металлов, способные катализировать процесс «живой» радикальной полимеризации на поверхности частиц резины и в объеме вяжущего.

Химические вещества, участвующие в полимеризационном процессе, позволяют создать условия, при которых возможно практически полностью локализовать подвижные неспаренные электроны проводимости в коллоидных частицах битума и добиться их стабилизации. Коагуляция и выпадение кристаллов асфальтеновой фракции и углеродистых графитоподобных образований при старении в данном случае сильно кинетически и стерически затруднены и, практически, не происходят. Как и гелеобразование, которое нередко случается при модифицировании битумов каучуками и эластомерами типа СБС, когда нарушается равновесие и стабильность коллоидного состояния из-за конкуренции полярных молекул асфальтенов и полимера по отношению к жидкой дисперсионной фазе.

Вязкость такой полидисперсной системы при повышенных температурах естественно возрастает, так как поперечные химические связи уменьшают взаимную подвижность частиц, что, кстати, происходит и в случае добавок в битум полимеров. Однако достаточная для практических целей текучесть расплавленного вяжущего сохраняется.

По сравнению с использованием дорогостоящих модификаторов на основе синтетических каучуков и эластомеров типа СБС, резиновая крошка является значительно более дешевым продуктом, что также делает новую технологию одним из наиболее экономичных способов модификации дорожных битумов.

Достигаемые физико-механические свойства битумных вяжущих материалов, герметиков и мастик позволяют применять их практически во всех известных дорожных и строительных конструкциях с высоким положительным эффектом. Высокие адгезионные свойства и стойкость материалов к старению обеспечивают надежность и долговечность эксплуатации объектов.

Модификация проводится в стандартных обогреваемых емкостях для хранения битума. Для предварительного перемешивания резиновой крошки используются обычные битумные насосы или барботирование сжатого воздуха, что категорически недопустимо в случае применения термоэластопластов. Дальнейшее перемешивание не требуется и во многих случаях просто запрещено, поскольку химический процесс модификации идет в среде выделяющихся реакционных газов, которые пронизывают весь объем смеси.

Список литературы:

1. Л.М. Гохман Комплексные органические вяжущие материалы на основе блоксополимеров типа СБС. Уч. пособие. М., ЗАО «ЭКОН-ИНФОРМ», 2004, 585 с.
2. The Shell Bitumen Handbook. Fifth Edition. Shell Bitumen. 2003, 460 с.
3. К.В. Кортянович. Улучшение свойства дорожных битумов модифирующими добавками. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Уфа, 2007г.