ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИМЕРАСФАЛЬТОБЕТОНОВ В СВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯ

Наиболее распространенным типом до­рожных покрытий в России и за рубежом являются асфальтобетонные, устраиваемые с применением нефтяных дорожных биту­мов. Увеличение грузонапряженности и интенсивности движения ав­томобилей приводит к преждевременному их износу и разрушению предопределяя срок службы равный 6-ти годам. В результате, несмотря на незавершенность сети автомобиль­ных дорог России, имеющих твердое покрытие, более 90 % материальных, трудовых и энергетических ресурсов выделяется дорожной отраслью на их ремонт и реконструкцию.

Одним из важнейших условий повышения долговечности ас­фальтобетонных покрытий является улучшение свойств битумов и правильный выбор их с учетом условий эксплуатации. Эффективным способом повышения качества является регулирование их свойств путем применения различных мо­дифицирующих добавок (полимеров, резиновой крошки, серы, адге­зионых добавок и др.). Применение полимеров для модификации би­тумов относится к одной из наиболее активно внедряющихся техно­логий строительства и ремонта покрытий автомобильных дорог.

До настоящего времени критерий выбора тех или иных полимерных добавок в битум регламентировался действующими ГОСТ Р 52056 на полимерно-битумные вяжущие и ГОСТ Р 9128-2013 на дорожные полимерасфальтобетоны.

Полимерно-битумные вяжущие (ПБВ) получают растворением полимера в битуме или предварительным растворением полимера в специальном растворителе (индустриальном, сланцевом масле, ди­зельном топливе и др.) с последующим смешением раствора полиме­ра с битумом.

Необходимым условием получения ПБВ является совместимость обоих компонентов, т.е. способность полимера растворяться или на­бухать в дисперсионной среде битума.

Способы приготовления битумов, модифицированных полимера­ми, предусматривают, как правило, повышенную температуру про­цесса (150 - 200°С) и интенсивное перемешивание компонентов. Температура разложения большинства используемых для модифика­ции битумов полимеров (полиэтилена, полипропилена, этиленпропи­леновых каучуков, термоэластопластов и др.) значительно превышает температуру совмещения их с битумом. Следовательно, реакции тер­мо - и механодеструкции полимеров в массе битумов не происходят, а если и имеют место, то протекают в очень незначительной степени. Битумы при нагревании размягчаются, а термопластичные полимеры, независимо от того, были они кристаллическими или аморфными, пе­реходят в вязкотекучее состояние. Повышенная температура ускоряет набухание или растворение полимера в битуме.

Объяснение механизмов структурообразования ПБВ позволило провести более широкие исследования по применению различных по­лимеров в качестве модифицирующих добавок к битумам.

Пространственная структурная сетка в ПБВ образуется при опре­деленном содержание полимера. Л. М. Гохманом выдвинута гипотеза о том, что содержание полимера, при котором он образует простран­ственную структурную сетку в битуме, определяется способностью молекул полимера к ассоциации. Прочность структурной сетки за­висит от прочности связей в узлах сетки и количества узлов, а эла­стичность - от гибкости цепей между узлами. По способности макро­молекул к ассоциации все полимеры можно разделить на две группы.

1. Полимеры, макромолекулы которых характеризуются склонно­стью к ассоциации. К таким полимерам относятся:

2. Полимеры, макромолекулы которых не проявляют склонности к ассоциации. Макромолекулы таких полимеров образуют простран­ственную сетку за счет случайных зацеплений и переплетения цепей.

Компоненты ПБВ не вступают между собой в химическое взаимодей­ствие, и полимерные добавки действуют как армирующий элемент. Структурообразующие добавки существенно повышают механиче­ские свойства и температурную устойчивость вяжущего и разделяют­ся по форме частиц на волокнистые и порошкообразные наполнители.

Для получения структурной сетки в битуме при минимальном со­держании полимера следует ориентироваться на полимеры первой группы. Для образования пространственной структуры в растворе требуется значительно большее содержание полимера второй группы, чем первой при одинаковой молекулярной массе.

Используемые для модификации битумов полимерные добавки подразделяются на четыре класса:

- термопластичные полимеры (термопласты или пластомеры);

- каучукоподобные полимеры (эластомеры);

- термоэластопласты (термопластичные резины);

- термореактивные полимеры (реактопласты)- смолы.

Рассмотрим основные полимерные добавки, используемые для получения модифицированных битумов (табл. 1).

Таблица 1.

 Классификация полимерных добавок, применяемых для модификации нефтяных дорожных битумов

Современные этап развития стандартизации России направлен на гармонизацию отечественных стандартов с Европейскими и Североамериканскими (EN, AASHTO и др.), и многие из них уже реализованы в виде новых ПНСТ и Межгосударственных стандартов стран Таможенного союза.

Примером гармонизации стандартов является освоение в России системы "Суперпэйв", позволяющей на основе результатов механических испытаний битума и асфальтобетонной смеси по методикам, имитирующим реальные условия работы дорожного покрытия, оптимизировать состав смеси, в том числе по виду и содержанию вяжущего [1].

По мнению американских ученых,  внедрение  метода «Суперпэйв» в дорожных департаментах США привело к следующим положительным результатам:

-приведена к единообразию документация по проектированию составов и контролю качества асфальтобетона на национальном уровне;

-повысилось качество применяемых дорожных битумов;

-увеличилась доля применения полимерно-битумных вяжущих различных марок в соответствии с климатическими условиями регионов;

-минеральная часть асфальтобетонных смесей стала в большей степени ориентирована на применение дробленых каменных материалов с угловатой формой зерен;

- большее внимание стали уделять зерновым составам минеральной части асфальтобетонных смесей;

- каркасные смеси на основе крупных фракций щебня (номинальный размер зерен, определяемый рассевом на ситах с отверстиями квадратной формы, должен быть 9,5 мм, 12,5 мм, 19 мм, 25 мм или 37,5 мм) стали чаще применяться в конструктивных слоях дорожных покрытий;

-с внедрением экономического стимулирования повысилась значимость контроля качества строительства при приемке асфальтобетонных покрытий.

Отдельного  внимания заслуживает раздел "Суперпэйв", посвященный нормированию и подходу к выбору того или иного битумного вяжущего для конкретных условий (по признаниям американских коллег, наиболее проработанный). Суть его в том, что марка битумного вяжущего определяется интервалом работоспособности (PG Grade) между двумя температурами испытания, соответствующими минимальной и максимальной расчетным температурам асфальтобетонного покрытия в рассматриваемом регионе строительства.  В этом реализуется гибкий практический подход, позволяющий в действительности спрогнозировать "поведение" битумной пленки в структуре асфальтобетона.

Список литературы:

1. Радовский Б.С. "Суперпейв": проектирование состава смеси//Автомобильные дороги. – 2014. – № 9 (994). – С. 34-39.