"За статью проголосовало 0 человек"

ОЦЕНКА  КАЧЕСТВА  ПОЛИМЕРБИТУМНЫХ  ВЯЖУЩИХ  ПОЛУЧЕННЫХ  ПОЛИМЕРИЗАЦИОННЫМ  МЕТОДОМ

Лебедева  Кристина  Юрьевна

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

E-mail:  Kristina-lebedev@mail.ru

Изучены  физико-механические  характеристики  полимербитумных  вяжущих  полученных  полимеризационным  методом  на  основе  битума  нефтяного  дорожного  и  полистирола,  полиметилметакрилата  и  полибутилметакрилата.  Установлены  корреляционные  зависимости  температуры  хрупкости  и  температуры  размягчения  от  вида  и  содержания  полимера.  Исследована  зависимость  показателя  пенетрации  от  температуры.  Показано,  что  переход  вяжущего  в  пластичное  состояние  происходит  при  более  низких  температурах,  чем  температура,  определяемая  по  методу  «кольцо  и  шар».

Ключевые  слова:  полимербитумные  вяжущие,  полимеризационный  подход,  температура  хрупкости  и  размягчения,  пенетрация.

ВВЕДЕНИЕ

Используемые  повсеместно  в  практике  при  производстве  асфальтобетонов  вяжущие  на  основе  окисленных  нефтяных  битумов  не  всегда  обеспечивают  нужные  эксплуатационные  характеристики  и  долговечность  дорожному  асфальтовому  покрытию.  Это  обусловлено  теми  физико-химическими  характеристиками,  которые  заложены  в  самой  химической  природе  битумного  материала.  Существенно  повысить  качество  дорожного  покрытия  удается  при  использовании  композиционных  вяжущих  материалов  на  основе  битума,  например,  полимербитумных  вяжущих  [1].  Совмещение  свойств  битума  и  полимерного  вещества  способствует  резкому  улучшению  физико-механических  характеристик  вяжущего  материала:  повышается  теплостойкость  и  морозостойкость  вяжущего,  улучшаются  его  адгезионные  свойства.  Наиболее  распространенным  подходом  получения  полимербитумных  вяжущих  является  совмещение  (растворение)  уже  готового  полимера  с  битумом  [2].  Однако  подобный  подход  нельзя  назвать  универсальным,  поскольку  существует  весьма  ограниченный  ряд  полимеров,  совместимых  с  битумом.  Альтернативой  использования  уже  готовых  полимеров  является  полимеризация  соответствующих  мономеров  непосредственно  в  среде  битума.  Полимеризационный  подход  направлен  на  совмещение  битума  с  полимерами  в  момент  их  образования,  поэтому  можно  ожидать  получения  устойчивых  к  фазовому  разделению  композиций  на  основе,  даже,  несовместимых  с  битумом  полимеров.  Это  должно  существенно  расширить  как  набор  полимербитумных  вяжущих  (ПБВ),  так  и  спектр  их  физико-механических  и  эксплуатационных  характеристик.

  В  настоящей  работе  представлены  результаты  исследования  полимербитумных  вяжущих  полученных  полимеризационным  подходом  на  основе  полистирола  (ПС),  полиметилметакрилата  (ММА),  полибутилметакрилата  (БМА)  в  среде  битума  нефтяного  дорожного  (БНД)  с  целью  оценки  их  физико-механических  и  эксплуатационных  характеристик.  Выбор  полимеров  обусловлен  их  низкой  стоимостью,  а  так  же  распространенностью. 

Битум  —  это  многокомпонентная  система,  которая  до  температур  50—60  ^оС  существует  в  стеклообразном  состоянии  и,  только,  при  температурах  выше  90—100  ^оС  переходит  в  жидкое  состояние,  при  130—180  ^оС  битум  по  своим  гидродинамическим  характеристикам  не  отличается  от  обычных  органических  жидкостей  [3].  Наиболее  важными  показателями  вяжущих,  согласно  российских  нормативных  документов  [4],  являются  значения  температуры  размягчения  по  методу  «кольцо  и  шар»  и  температура  хрупкости.  Диапазон  температур  между  температурой  хрупкости  (которая  обычно  имеет  значение  от  –17  °С  и  ниже)  и  температурой  размягчения  (которая  обычно  имеет  значение  от  +43  °С  и  выше)  называется  рабочим  диапазоном  вяжущего,  так  как  в  этом  диапазоне  оно  находится  в  так  называемом  вязко-пластичном  состоянии. 

Вязко-пластичное  состояние  характеризуется  тем,  что  вещество  в  этом  состоянии  не  является  твёрдым  и  хрупким  и,  в  то  же  время,  не  течёт  как  жидкость  при  минимальных  сдвиговых  нагрузках.  Это  означает,  что  и  асфальтобетон,  на  основе  такого  вяжущего,  в  рабочем  диапазоне  температур  имеет  необходимые  потребительские  свойства:  он  в  меру  пластичен  (не  трескается)  и  не  течёт  (имеет  необходимую  сдвигоустойчивость).

МЕТОДИКА  ПРОВЕДЕНИЯ  ИЗМЕРЕНИЙ  И  РЕЗУЛЬТАТЫ.

Полимербитумные  вяжущие  получали  полимеризационным  методом  на  основе  полистирола  (ПС),  полиметилметакрилата  (ММА),  полибутилметакрилата  (БМА)  в  среде  битума  нефтяного  дорожного  (БНД).  Для  этого  соответствующий  мономер  водился  в  БНД  где  и  проводилась  дальнейшая  полимеризация  с  образованием  полимербитумных  вяжущих.  Далее  в  таблицах  и  на  графиках  указывается  содержание  соответствующих  мономеров  в  %  по  массе  от  содержания  битума.

Исследования  температуры  хрупкости  проводились  согласно  ГОСТ  11506-2003  «Битумы  нефтяные.  Метод  определения  температуры  хрупкости  по  Фраасу».  Измерение  температуры  хрупкости  проводилось  на  приборе  АТХ-20,  хотя  формально  этот  прибор  не  соответствует  требованиям  ГОСТа.  Проблема  заключается  в  том,  что  срабатывания  пьезодатчика  могут  не  совпадать  с  визуальным  определением  наличия  трещины.  После  правильной  настройки  уровня  сигнала  пьезодатчика,  эти  не  совпадения  можно  свести  практически  к  нулю.  В  наших  измерениях  отмечался  только  один  случай  не  совпадения,  который  был  исключён  из  анализа.  Поэтому  можно  сказать,  что  наши  измерения  соответствовали  требованиям  ГОСТ  11506-2003.  Были  получены  следующие  результаты  для  полимербитумных  композиций.

Таблица  1. 

Температура  хрупкости  БНД+PS

Таблица  2. 

Температура  хрупкости  БНД+БМА

Таблица  3. 

Температура  хрупкости  БНД+ММА

Исследования  температуры  размягчения  проводились  согласно  ГОСТ  11506-2003  «Битумы  нефтяные.  Метод  определения  температуры  размягчения  по  кольцу  и  шару».  Были  получены  следующие  результаты.

Таблица  4. 

Температура  размягчения  БНД+PS

Таблица  5. 

Температура  размягчения  БНД+БМА

Таблица  6. 

Температура  размягчения  БНД+ММА

Исходный  битум  марки  БНД  имел  следующие  показатели:  температура  хрупкости  –22  °С,  температура  размягчения  +53,9  °С.

Исследования  пенетрации  проводились  согласно  ГОСТ  11501-78  «Битумы  нефтяные.  Метод  определения  глубины  проникания  иглы». 

ВЫВОДЫ.

Все  образцы  полученных  полимербитумных  вяжущих  проявляют  общие  закономерности  с  небольшими  отличиями,  результаты  температуры  хрупкости  показывают  наилучшие  результаты  в  при  содержании  полимерного  материала  в  интервале  2,5—5  %.  При  этом  эти  лучшие  результаты  не  превосходят  результаты  БНД,  что  может  обуславливаться  низким  качеством  полимерного  вещества  получаемого  в  среде  битума.  Измерения  температуры  размягчения  показывают,  что  в  интервале  содержания  полимерного  вещества  1—15  %  результаты  практически  равны  и  не  превышают  результаты  для  БНД,  что  так  же  свидетельствует  о  низком  качестве  полимерного  вещества,  но  так  же  говорит  о  не  полном  протекании  процесса  полимеризации  мономеров  в  полимер,  что  приводит  к  содержанию  остаточного  мономера  который  выступает  в  качестве  разбавителя  для  полученных  ПБВ.

Следует  отметить,  что  переход  в  вязкотекучее  состояние,  который  мы  связываем  с  наличием  излома  на  кривых  пенетрации,  происходит  на  10—20  градусов  ниже,  чем  температура  размягчения,  фиксируемая  по  методу  «кольцо  и  шар».  В  дальнейшем  планируется  изучить,  как  переход  в  вязкотекучее  состояние  влияет  на  свойства  асфальтобетона.

Работа  выполнена  на  оборудовании,  закупленном  по  программе  ПНР-3.

Список  литературы:

1.Галдина  В.Д.  Модифицированные  битумы.  Омск:  СибАДИ,  2009.  —  228  с.

2.Гохман  Л.М.  Битумы,  полимерно-битумные  вяжущие,  асфальтобетон,  полимерасфальтобетон.  М.:  ЗАО  «ЭКОН-ИНФОРМ»,  2008.  —  117  с.

3.Печеный  Б.Г.  Битум  и  битумные  композиции.  М.:  Химия,  1990.  —  256  с.

4.Гохман  Л.М.,  Гурарий  Е.Н.  Все  начинается  с  битума  //  Автомобильные  дороги.  —  2005.  —  №  5.  —  С.  34—37.