МОДИФИЦИРОВАННЫЕ  ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ  МАСТИКИ

Салтанова  Юлия  Владимировна

студент  5  курса,  кафедра  автомобильные  дороги  НИ  ИрГТУ,  г.  Иркутск

E-mail:  saltanova.1991@mail.ru

В  настоящее  время  распространённым  способом  улучшения  физико-механических  характеристик  органических  вяжущих  является  их  модификация  полимерами.  Как  показано  рядом  авторов  [1—4]  применение  битумнополимерных  и  битумнорезиновых  композиционных  вяжущих  значительно  улучшает  свойства  битума  и,  что  не  менее  важно,  повышает  долговечность  дорожных  и  кровельных  материалов.  С  другой  стороны  стоимость  битумнополимерных  материалов  в  разы  превышает  стоимость  битума  марки  БНД,  что  ограничивает  область  применения  этих  материалов.  По  нашему  мнению,  наиболее  перспективным  модификатором  битума  может  выступать  резиновая  крошка  из  автомобильных  покрышек.  Так  как,  во-первых,  резиновая  крошка  во  много  раз  дешевле  сырья  из  полимеров,  во-вторых,  одновременно  с  задачей  улучшения  качества  органических  вяжущих  решается  проблема  утилизации  автомобильных  покрышек.  Тем  более,  что  в  Иркутском  регионе  освоена  технология  получения  битумнорезиновых  вяжущих  [4].

Помимо  резиновой  крошки  композиционное  вяжущее  может  содержать  ароматические  масла  (улучшающие  растворение  резины  в  битуме),  пластификаторы,  минеральные  добавки  (обычно  повышают  теплостойкость  композита),  и  другие  материалы,  изменяющие  конкретные  физико-механические  параметры  композита.  Когда  количество  добавок  достигает  десятков  процентов,  то  такой  материал  называется  мастикой.  Данная  работа  посвящена  исследованию  и  созданию  мастик  для  конкретного  вида  работ,  а  именно:  для  заливки  трещин  в  асфальтобетонных  покрытиях  и  для  ремонта  мягких  кровель.  Такие  мастики  должны  иметь  хорошую  морозо-  и  теплостойкость,  хорошую  адгезию  к  большинству  материалов,  а  материалы  для  заливки  трещин  и  хорошую  износостойкость.     В  целях  понижения  стоимости  композиционного  вяжущего  мы  ориентировались  на  добавки,  которые  являются  отходами  различных  производств  и  к  тому  же  достаточно  доступны,  т.  е.  образуются  в  больших  количествах.

Основными  измеряемыми  параметрами  являлись  температура  хрупкости  по  Фраасу,  которая  характеризует  морозостойкость  композита,  и  температура  размягчения  по  «кольцу  и  шару»,  которая  характеризует  теплостойкость.  Величина  адгезии  к  каменным  материалам  измерялась  по  методу  “А”  из  ГОСТ  11508-78  и  все  образцы  композита  выдерживали  испытания.  Таким  образом,  адгезия  битумнорезинового  композиционного  вяжущего  ко  всем  каменным  материалам  отличная,  этот  факт  подчёркивался  авторами  [4].

Измерения  температуры  размягчения  проводились  на  автоматическом  аппарате  КиШ-80  по  ГОСТ  11506-73,  в  этом  случае  у  исследователей  нет  никаких  сомнений  в  правильности  методики.  Измерения  температуры  хрупкости  проводились  на  автоматическом  аппарате  АТХ-20,  а  не  на  приборе  Фрааса  и  в  этом  случае  требуются  некоторые  комментарии.  Дело  в  том,  что  формально  АТХ-20  предназначен  для  измерения  температуры  хрупкости  нефтяных  битумов.  При  исследовании  битумнорезиновых  и  полимернобитумных  вяжущих  на  данном  приборе  возникает  опасность  неправильного  измерения  температуры  хрупкости.  В  самом  деле,  срабатывания  пьезодатчика  прибора  не  всегда  подтверждаются  визуальным  осмотром  образца,  т.  е.  отсутствует  видимая  трещина.  Данный  недостаток  прибора  АТХ-20  преодолевается  путём  настройки  пьезодатчика,  обязательным  визуальным  осмотром  образцов  и  испытанием  нескольких  образцов.  Первый  образец  всегда  служит  для  настройки  прибора.  Приведённые  данные  по  температуре  хрупкости  как  раз  соответствуют  испытаниям,  когда  срабатывания  пьезодатчика  и  визуальное  наличие  трещины  совпадали.

Композиционное  вяжущее  всегда  приготовлялось  на  основе  битума  марки  БНД  90/130  производства  АНКХ  г.Ангарск,  температура  хрупкости  –21°С,  температура  размягчения  +46°С.  В  качестве  растворяющего  агента  использовалась  ароматическое  масло  выпускаемая  АНКХ.  Резиновая  крошка  (далее  «резина»)  получалась  из  отработанных  автомобильных  покрышек  на  предприятии  ИП  Митюгин  г.  Братск.  Микрокремнезём  с  примесью  углеродных  наночастиц  (далее  «м.у.»),  каменноугольный  (далее  «к.п.»)  и  нефтяной  (далее  «н.п.»)  пек  являются  отходами  производства  Братского  алюминиевого  завода,  минеральный  порошок  (далее  «м.п.»)  производится  Олхинским  известковым  заводом  г.  Шелехов.  В  качестве  пластификатора  использовались  отработанные  обезвоженные  масла.  Все  разновидности  вяжущих  описанных  далее,  изготовлены  на  промышленной  двух  реакторной  установке  оригинальной  конструкции,  информация  на  сайте  www.bitumen-rubber.com.  Отметим,  что  данная  технология  ,  в  отличии  от  всех  известных  в  мире  аналогов,  использует  крупную  (до  5—7  мм),  а  значит  дешёвую  резиновую  крошку.

Как  было  исследовано  ранее  [4],  оптимальное  содержание  резины  в  композите  составляет  20—25  %  по  массе.  При  таком  содержании  резины  наблюдается  минимальная  температура  хрупкости  и  приемлемая  для  дорожных  строителей  температура  размягчения.  Поэтому  в  наших  исследованиях  содержание  резины  почти  всегда  находилось  в  данном  диапазоне.  То  что,  в  нашем  случае  можно  говорить  о  растворении  (девулканизации)  резины  говорит  тот  факт,  что  у  композита  температура  хрупкости  ниже,  чем  у  битума,  а  температура  размягчения  выше.  Аналогичное  явление  наблюдается  при  растворении  в  битуме  искусственных  полимеров  [3].  Далее  нами  принята  следующая  система  обозначений  в  таблицах.  В  каждом  столбце  под  названием  ингредиента  приводится  его  массовая  доля  в  %,  в  данном  образце  композита,  содержание  битума  равно  100  %  минус  сумма  всех  ингредиентов  в  строке.  Под  отвердителем  мы  имеем  ввиду  компоненты,  повышающие  температуру  размягчения  и  в  соответствующих  ячейках  помимо  процентного  содержания  указывается  вид  отвердителя.

На  первом  этапе  было  проведено  исследование  физико-механических  характеристик  композита  в  зависимости  от  содержания  ароматического  масла  и  минеральных  добавок,  см.  таблицу  №  1. 

Таблица  1.

Таким  образом,  повышение  содержания  ароматического  масла  приводит  улучшению  растворения  резины,  что  благотворно  отражается  на  температуре  размягчения.  Добавление  мин.порошка  повышает  теплостойкость  не  ухудшая  морозостойкость  композита.  Ароматическое  и  отработанное  масло  являются  разжижителями  битума  и  тот  факт,  что  температура  размягчения  образцов  выше,  чем  у  исходного  битума  говорит  о  растворении  резиновой  крошки.  Образец  №  1  как  раз  демонстрирует,  что  плохое  растворение  резины  не  компенсируется  увеличением  содержания  отвердителя.  Состав  №  4  демонстрирует  очень  хорошие  физико-механические  характеристики  и  может  использоваться  в  качестве  мастики  для  заделки  трещин  в  асфальтобетонных  покрытиях,  для  ремонта  кровель  и  даже  в  качестве  заменителя  битума  при  производстве  асфальтобетона.  Заметим,  что  все  используемые  ингредиенты  имеют  стоимость  меньше  чем  битум  марки  БНД  90/130.  Единственная  проблема  это  то,  что  ароматическое  масло  имеет  достаточно  сильный  запах.  Поэтому  в  дальнейших  исследованиях  мы  постарались  минимизировать  его  содержание.

Процесс  девулканизации  резины,  который  вносит  основной  вклад  в  изменение  свойств  мастики  зависит  не  только  от  содержания  ароматического  масла,  но  также  от  других  параметров  обработки:  температура  растворения,  интенсивность  механического  воздействия  и  т.  п.  В  таблице  №  2  представлены  результаты,  полученные  при  минимальном  содержании  ароматического  масла,  и  при  дополнительных  воздействиях  на  композит.

Таблица  2.

Состав  №1  приготовлен  на  промышленной  установке  и  имеет  визуальные  неоднородности  размером  1—3  мм.  Составы  №  2—4  дополнительно  обработаны  на  лабораторном  высоко-скоростном  диспергаторе,  в  течении  1—2  минут,  и  визуально  однородны.  Кроме  того,  составы  приведённые  в  таблице  №  2  приготовлены  при  температуре  на  10—15  °С  выше,  чем  составы  из  таблицы  №  1.  Повышение  температуры  приводит  к  частичной  деструкции  полимерных  молекул  резины  и  это  приводит  к  дополнительной  пластификации  (понижению  температуры  хрупкости)  композита.  Для  того,  чтобы  повысить  температуру  размягчения  необходимо  добавлять  отвердители.  Интересно  отметить,  что  очень  сильное  воздействие  на  температуру  размягчения  оказывает  микрокремнезём  с  большой  примесью  углеродных  частиц,  которые  в  свою  очередь  содержат  некоторое  количество  наночастиц  углерода.  Составы  №  3—4  хорошо  подходят  для  ремонта  кровель  и  гидроизоляционных  работ,  в  том  числе  по  металлу.

Далее  были  исследованы  составы,  содержащие  большой  процент  добавок  и  имеющих  уникальные  характеристики  которые  представлены  в  таблице  №  3.

Таблица  3.

Состав  №  1  отличается  высокой  теплостойкостью  и  может  использоваться  в  качестве  дешёвого  гидроизоляционного  материала,  так  как  битума  в  его  составе  меньше  половины.  Состав  №  2  имеет  не  высокие  физико-механические  характеристики,  но  при  заливке  трещин  в  асфальтобетонных  покрытиях  он  показывает  самые  лучшие  результаты  на  автодороге  Тулун-Братск.  Большое  количество  резины  приводит  к  повышенной  износостойкости  и  эластичности.  Композит  текучий  (о  чём  свидетельствует  невысокая  температура  размягчения)  и  смачивает  края  даже  самых  мелких  трещин,  но  при  этом  на  поверхности  покрытия  остаются  частички  резины,  которые  препятствуют  истиранию  композита  колёсами  автотранспорта.  Интересно  отметить,  что  на  дороге  имеют  маленькую  долговечность  и  слишком  жидкие  мастики  —  они  легко  истираются  и  протекают  вглубь  трещин,  и  слишком  жёсткие  (имеющие  температуру  размягчения  80  °С  и  выше)  —  их  невозможно  залить  внутрь  трещины.

В  заключении  следует  отметить,  что  битумнорезиновые  композиционные  вяжущие  обладают  очень  широкой  гаммой  характеристик,  отличной  адгезией  практически  ко  всем  строительным  материалам  и  большой  долговечностью.  Это  позволяет  изготовлять  вяжущее  под  конкретные  практические  задачи.  Стоимость  таких  вяжущих,  заметено  ниже  стоимости  полимербитумных  вяжущих,  так  как  большинство  используемых  ингредиентов  являются  отходами  производства. 

Работа  выполнена  в  лаборатории  «Инновационных  строительных  и  дорожно-строительных  материалов»  прикафедре  автомобильных  дорог.

Список  литературы:

1.Алексеенко  В.В.,  Житов  Р.Г.,  Кижняев  В.Н.,  Митюгин  А.В.  Новые  технологии  получения  битумно-резиновых  композиционных  вя-жущих  для  дорожного  строительства  //  Наука  и  техника  в  дорожной  отрасли,  №  1,  —  с.  25—27,  (2010).

2.Гохман  Л.М.  Битумы,  полимер-битумные  вяжущие,  асфаль-тобетон,  полимерасфальтобетон.  Экон,  М.,  2008,  —  118  с.

3.Радзишевский  П.  Свойства  асфальтобетона  на  битумно-резиновом  вяжущем//  Наука  и  техника  в  дорожной  отрасли.  —  2007.  —  №  3.  —  С.  38—41.

4.Смирнов  Н.В.  Обзор  проведённой  работы  по  применению  битумно-резиновых  композиционных  вяжущих//  НПГ  «Информация  и  технология».  М.,  2004.  —  34  с.  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  www.bitrack.ru