ПРИМЕНЕНИЕ  ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНОГО  АСФАЛЬТОБЕТОНА  НА  ПОЛИМЕРНО-БИТУМНЫХ  ВЯЖУЩИХ  В  ПОКРЫТИИ  АВТОМОБИЛЬНЫХ  ДОРОГ

Рязяпов  Марат  Шамильевич

студент  6  курса,  кафедры  автомобильных  дорог  КГАСУ, 
РФ,  г.  Казань

E-mail:  f_lays@mail.ru

Вдовин  Евгений  Анатольевич

научный  руководитель,  канд.  техн.  наук,  доцент  КГАСУ, 
РФ,  г.  Казань

В  настоящее  время  в  РФ  наиболее  распространенными  материалами  покрытий  автомобильных  дорог  является  асфальтобетон.  Обусловлено  это  рядом  положительных  качеств:  высокой  механической  прочностью,  хорошими  пластическими  свойствами  асфальтобетона,  достаточной  простотой  ремонта,  возможностью  полной  механизации  при  устройстве  покрытий,  повторного  использования  снятого  с  покрытия  асфальтобетона,  открытия  движения  сразу  после  окончания  строительства,  а  также  достаточной  экономической  эффективностью.

Асфальтобетонные  покрытия  на  основе  нефтяного  дорожного  битума  не  всегда  способны  обеспечить  в  условиях  современного  грузонапряженного  и  интенсивного  движения  требуемые  физико-механические  свойства  покрытий  и  их  долговечность  на  весь  срок  службы.  Низкая  эластичность  органических  вяжущих  веществ,  недостаточные  показатели  трещиностойкости  и  температурного  интервала  работоспособности  ограничивают  срок  службы  асфальтобетонных  покрытий  в  жаркий  летний  период  и  при  отрицательных  температурах.

Одним  из  основных  способов  повышения  сроков  службы  асфальтобетонных  покрытий  в  силу  физической  природы  и  структурных  особенностей  асфальтобетона  является  изменение  структуры  и  свойств  органических  вяжущих  материалов,  используемых  для  его  приготовления.

Применение  полимернo-битумных  вяжущих  (ПБВ)  в  дорожном  строительстве  повышает  долговечность  покрытий  и  снижает  затраты  на  ремонтные  расходы.  Асфальтобетон,  приготовленный  с  применением  модифицированных  битумов,  обладает  улучшенными  свойствами:  повышенной  тепло-  и  морозоустойчивостью,  водостойкостью,  прочностью,  сдвигоустойчивостью.

В  СССР  первые  работы,  направленные  на  улучшение  качества  покрытий  полимерными  материалами,  выполнены  в  1950  году.  А.И.  Лысихина  улучшала  свойства  битума  добавками  резинового  порошка  [4].  Позже  проводится  довольно  много  работ  по  улучшению  свойств  битумов  и  асфальтобетонов  эластомерами.

История  совмещения  битумов  с  полимерами,  точнее  с  натуральным  каучуком,  насчитывает  более  170  лет.  Первый  патент  на  такую  композицию  принадлежит  Ханкоку  (1823  г.),  а  в  1844  г.  имеется  патент  Касселя  на  использование  таких  композиций  в  дорожных  покрытиях.  В  1901  г.  во  Франции  была  утверждена  фирма  по  выпуску  мастики  из  битума  с  добавкой  каучука.  В  1922  г.  каучук  использовался  при  строительстве  дорог  в  Великобритании  [8]. 

Количество  полимеров,  используемых  для  модифицирования  битумов  можно  ограничить  следующими  видами:

• термореактивные  пластмассы  [3;  5]:  эпоксидные  смолы,  фурановые,  фуриловые,  фенолформальдегидные  смолы  и  т.  п.;

• термопластичные  полимеры  [7]:  полиэтилен,  полипропилен,  поливинилацетат,  полиизобутилен  и  т.  п.;

• эластомеры  [7]:  каучуки  общего  и  специального  назначения  (бутадиен-стирольный,  бутиловый,  хлопреновый,  изопреновый,  этилен-пропиленовый);

• Термоэластопласты  [1;  2]:  стирол-бутадиен-стирольный,  дивинил-стирольный,  стирол-изопрен-стирольный.

Анализ  существующих  групп  полимеров  с  целью  выбора  добавки  в  битум  показывает,  что  наиболее  приемлемыми  по  совместимости  и  термомеханическим  показателям  являются  неполярные  линейные  эластомеры  (каучуки).  Конечно,  в  не  вулканизированном  состоянии  они  характеризуются  малой  прочностью.  Вероятно,  что  можно  получить  в  битумах  структурные  сетки  из  макромолекул  каучуков  при  введении  вулканизатора,  но  его  количество,  по-видимому,  должно  быть  весьма  значительным,  кроме  того,  необходим  замедлитель  вулканизации,  чтобы  процесс  вулканизации  происходил  уже  в  уплотненном  покрытии.  Такой  процесс  в  настоящее  время  нереален.  Влияние  подобных  присадок  сводится  в  основном  к  повышению  вязкости.  В  некоторых  случаях  каучуки  были  использованы  в  вулканизированном  состоянии  (с  поперечными  связями),  т.  е.  в  виде  резиновой  крошки,  но  в  этом  случае  трудно  приготовить  дисперсию  в  битуме,  что  требует  высоких  температур  и  длительного  времени  девулканизации.  В  результате  чего  может  получиться  гетерогенное  связующее,  где  резина  действует  в  основном  как  упругий  наполнитель.

Термопластичные  полимеры  по  имеющимся  в  литературе  данным  являются  эффективными  лишь  при  содержании  их  в  битуме  в  количестве  10–15  %  по  весу,  причем  вязкость  таких  ПБВ  в  диапазоне  температур  объединения  его  с  минеральным  материалом  так  высока,  что  делает  его  нетехнологичным.  Они  не  обладают  упругими  свойствами,  и  при  нагреве  вместе  с  битумом  стремятся  разделиться,  что  приводит  к  образованию  неоднородных  (грубых)  дисперсий  при  охлаждении.

Термореактивные  пластмассы  эффективны  в  битуме  только  в  присутствии  отвердителя,  причем  химически  необратимые  связи,  которые  образуются  при  этом,  могут  нарушать  технологические  режимы  приготовления  АБС  и  устройства  из  них  дорожных  покрытий.

Таким  образом,  из  существующих  классов  полимеров,  предъявленным  требованиям  удовлетворяют  термоэластопласты,  т.  к.  они  сочетают  в  себе  необходимые  преимущества  по  сравнению  с  полимерами  других  классов.

Поэтому  целью  данной  работы  явилось  исследование  физико-механических  характеристик  щебеночно-мастичного  асфальтобетона  ЩМА-15  на  основе  нефтяного  дорожного  битума,  модифицированного  термоэластопластом.

В  качестве  полимера  был  применен  стирол-бутадиен-стирольный  термоэластопласт.  Битум  использован  марки  БНД  60/90,  а  полимерно-битумное  вяжущее  ПБВ-60.  Перед  исследованием  физико-механических  характеристик  полимерасфальтобетона,  было  установлено  оптимальное  содержание  полимерных  добавок  в  составе  ПБВ.  Результаты  испытаний  асфальтобетонов  представлены  в  таблице  1,  полимерасфальтобетонов  в  таблице  2.

Таблица  1. 

Физико-механические  показатели  асфальтобетона

Таблица  2.

Физико-механические  показатели  полимерасфальтобетона

Основные  выводы:

1. Проведенные  исследования  физико-механических  свойств  щебеночно-мастичного  асфальтобетона  ЩМА-15  на  ПБВ-60  с  использованием  стирол-бутадиен-стирольного  термоэластопласта  показали,  что  все  значения  полимерасфальтобетона  превосходят  аналогичные  показатели  свойств  асфальтобетона  на  исходном  битуме.
2. Показатели  физико-механических  свойств  образцов  ЩМА-15,  приготовленных  с  применением  ПБВ  на  стирол-бутадиен-стирольном  термоэластопласте,  превосходят  показатели  ГОСТ  9128-2013  и  ГОСТ  31015-2002.
3. Повышение  теплостойкости  и,  как  следствие,  сдвигоустойчивости  асфальтобетона  достигается  вследствие  введения  в  состав  битума  добавок  полимеров  способствующих  образованию  прочной  пленки  вяжущего  на  поверхности  минерального  материала.
4. Улучшение  свойств  щебеночно-мастичной  смеси  при  использовании  стирол-бутадиен-стирольного  термоэластопласта,  позволит  получить  покрытие  более  трещиностойкое  и  устойчивое  к  образованию  пластических  деформаций,  что  в  конечном  счёте  продлит  его  срок  службы.

Список  литературы: 

1. Горшенина  Г.И.,  Михайлов  Н.В.  Полимер-битумные  изоляционные  материалы.  –  М.:  Недра,  1967.  –  240  с.
2. Гун  Р.Б.  Нефтяные  битумы.  –  М.:  Химия,  1973.  –  429  с.
3. Руденская  И.М.,  Руденский  А.В.  Органические  вяжущие  для  дорожного  строительства.  –  М.:  Транспорт  1994.  –  255  с.
4. Лысихина  А.И.  Дорожные  покрытия  и  основания  с  применением  битумов  и  дегтей.  –  М.:  Автотрансиздат,  1962.  –  265  с.
5. Соколов  Ю.А.,  Готлиб  Е.М.  Модифицированные  эпоксидные  клеи  и  покрытия  в  строительстве.  –  М.:  Стройиздат,  1990.  –  175  с.
6. Федотов  Щ.Л.,  Фершуков  О.А.,  Хрущев  О.А.  Полимерные  материалы  на  крайнем  севере.  –  Л.:  Стройиздат,  1983.  –  96  с.
7. Худякова  Т.С.  Разработка  принципов  создания  морозостойких  полимер-битумных  композиций.  –  Л.:  Химия,  1993.  –  151  с.
8. Thompson  P.D.  Highway  Res.  –  1969,  –  №  273,  –  р.  87–98.