Статья опубликована в рамках: XIII Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 31 октября 2013 г.)
Наука: Технические науки
Секция: Архитектура, Строительство
Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции
- Условия публикаций
- Все статьи конференции
дипломов
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.
№ |
Резина |
аромат. масло |
Отвер-дитель |
Пластифи-катор |
Тем-ра хрупкости, °С |
Тем-ра размягчения, °С |
1 |
21 |
10 |
9 м.п |
3 |
–27 |
+46,3 |
2 |
22 |
12 |
0 |
7 |
–31,6 |
+49,7 |
3 |
22 |
16 |
0 |
3 |
–32 |
+56,3 |
4 |
22 |
15 |
6 м.п. |
4 |
–31,6 |
+61,9 |
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.
№ |
Резина |
аромат. масло |
Отвер-дитель |
Пластифи-катор |
Тем-ра хрупкости, °С |
Тем-ра размягчения, °С |
1 |
21 |
10 |
9 м.п. |
3 |
–35 |
+48,3 |
2 |
21 |
10 |
9 м.п |
3 |
–36 |
+50,6 |
3 |
21 |
10 |
9 м.п.+ 10 м.у.. |
3 |
–34 |
+59,5 |
4 |
21 |
10 |
9 м.п.+ 10 к.п. |
3 |
–34 |
+54 |
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.
№ |
Резина |
аромат. масло |
Отвер-дитель |
Пластифи-катор |
Тем-ра хрупкости, °С |
Тем-ра размягчения, °С |
1 |
21 |
10 |
9 м.п.+ 30 н.п. |
3 |
–28 |
+70,5 |
2 |
28 |
10 |
9 |
3 |
–30 |
+49 |
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
дипломов
Оставить комментарий