ПРИМЕНЕНИЕ  ПОЛИМЕРНО-БИТУМНЫХ  ВЯЖУЩИХ  В  АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ  СМЕСЯХ  ДЛЯ  СТРОИТЕЛЬСТВА  И  РЕМОНТА  ПОКРЫТИЙ  АВТОМОБИЛЬНЫХ  ДОРОГ

Низипова  Алина  Рустамовна

студент  5  курса,  кафедра  автомобильтные  дороги  КГАСУ, 
РФ,  г.  Казань

Газизов  Карим  Ильдарович

студент  4  курса,  кафедра  автомобильные  дороги  КГАСУ, 
РФ,  г.  Казань

Хафизов  Эдуард  Радикович

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

E-mail:  hafizov@ksaba.ru

Срок  службы  асфальтобетонных  покрытий  в  большей  мере  зависит  от  физико-механических  свойств  используемых  асфальтобетонных  смесей,  конструкции  дорожной  одежды  автомобильной  дороги,  уровня  технологии  ее  строительства,  состава  и  интенсивности  движения,  качества  эксплуатации  дорог.

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.

Наиболее  распространенными  такими  способами  является  модификация  полимерными  добавками  и  поверхностно-активными  веществами.  В  последние  15—20  лет  полимерно-битумные  вяжущие  (ПБВ)  стали  применяться  особенно  широко,  поскольку,  во-первых  возрос  объем  промышленного  выпуска  синтетических  полимерных  материалов,  во-вторых,  при  такой  модификации  битуму  передается  ряд  ценных  свойств,  присущих  полимерам:  эластичность  в  широком  интервале  положительных  и  отрицательных  температур,  прочность,  стойкость  к  старению  и  агрессивным  средам.

В  работе  были  подобраны  составы  ПБВ,  исследована  их  структура  и  проведен  сравнительный  анализ  показателей  их  свойств.  В  качестве  исходных  материалов  применялись  битум  БНД  60/90  производства  ОАО  "ТАИФ-НК"  и  модифицирующие  полимерные  добавки:  LG  Chem  и  Кратон  Д-1101.

Для  выбора  оптимального  состава  ПБВ,  была  изготовлена  серия  образцов  вяжущих,  модифицированных:  2,  3,  4  и  5  масс.  %  полимерных  добавок  различного  вида.

Исследования,  проведенные  в  соответствии  с  ГОСТ  [1],  показали,  что  совмещение  добавок  LG  Chem  и  Кратон  с  битумом  приводит  к  повышению  вязкости  и  теплостойкости  ПБВ  во  всем  диапазоне  концентраций  добавок.  При  этом  наблюдаются  повышение  температуры  размягчения,  снижение  пенетрации,  растяжимости,  и  главное  —  проявление  эластических  свойств,  характерных  для  полимеров,  что  коррелирует  с  дисперсным  характером  структуры  ПБВ  и  образованием  физической  полимерной  сетки.

Введение  полимерных  добавок  приводит  к  существенному  повышению  температур  размягчения  ПБВ,  а  их  концентрационные  зависимости  носят  линейный  характер.  Наиболее  высоким  показателем  (до  70…87,7  ^ОС)  обладает  вяжущее,  модифицированное  3…5  %  полимера  Кратон.  Интенсивность  же  роста  температур  размягчения  ПБВ,  модифицированных  эквивалентными  концентрациями  LG  Chem  несколько  ниже.

Концентрационные  кривые  пенетрации  ПБВ  при  25  ^ОС  имеют  убывающий  характер.  Показатели  монотонно  снижаются  с  увеличением  процентного  содержания  добавок,  в  среднем  на  50  %,  что  свидетельствует  об  увеличении  вязкости  вяжущего  и  снижению  его  пластических  свойств.

Показать  пенетрации  при  0  ^ОС  с  увеличением  содержания  полимеров  незначительно  возрастает.  Объясняется  это  вероятным  снижением  температурной  чувствительности  ПБВ  и  улучшением  их  низкотемпературных  свойств.

Растяжимость  ПБВ  при  25  ^ОС  снижается  с  76,0  до  40  и  24  см  при  концентрации  5  масс.  %  добавок  Кратон  и  LG  Chem  соответственно.

При  0  ^ОС  дуктильность  ПБВ  содержащих  добавки  Кратон  и  LG  Chem  незначительно  увеличивается,  что  коррелирует  с  данными  пенетрации  при  аналогичной  температуре  и  еще  раз  подтверждают  предположение  о  снижении  температурной  чувствительности  в  области  низких  температур.

В  таблице  1  приведены  сравнительные  показатели  физико-механических  свойств  экспериментальных  составов  ПБВ.

Таблица  1.

Показатели  физико-механические  свойства  полимерно-битумных  вяжущих

Анализ  зависимостей  показателей  физико-механических  свойств  ПБВ  от  концентрации  различных  видов  полимеров,  приготовленных  на  битуме  марки  БНД  60/90  показал,  что  их  характер  идентичен,  а  различие  заключается,  как  правило,  лишь  в  абсолютных  значениях  показателей  свойств.

Приведенные  данные  наглядно  показывают  что,  варьируя  содержанием  полимера  в  ПБВ  можно  добиться  любых  требуемых  эксплуатационных  показателей.  Последнее  предопределяет  возможность  и  необходимость  регламентирования  и  реализации  региональных  требований  к  вяжущим  [4].

Разработанные  составы  ПБВ  могут  быть  весьма  эффективными  в  производстве  асфальтобетонов  с  высокими  техническими  показателями,  удовлетворяющих  требованиям  условий  эксплуатации  автомобильных  дорог.

Исследования  проводились  с  приготовлением  асфальтобетонных  смесей  относящихся  к  типам  Б  и  ЩМА,  которые  изготавливались  и  испытывались  по  стандартной  методике.

В  качестве  вяжущих  применялись  составы  ПБВ,  содержащие  оптимальное  количество  полимерных  добавок  LG  Chem  и  Кратон.  Содержание  вяжущего  в  составе  асфальтобетонной  смеси  варьировалось  в  пределах:  5…6,5  масс.  %  для  типа  Б  и  6…7,5  масс.  %  для  ЩМА.  Эффективность  асфальтобетонов  оценивалась  путем  анализа  концентрационных  зависимостей  показателей  их  физико-механических  свойств  и  сравнения  с  асфальтобетонами  на  исходном  битуме.

Результаты  определения  физико-механических  свойств  асфальтобетонов  типа  Б  и  ЩМА  с  различными  добавками  полимеров  на  битуме  производства  ОАО  «ТАИФ-НК»  приведены  в  таблицах  2  и  3.

Анализ  зависимостей  физико-механических  свойств  асфальтобетонов  показал,  что  введение  добавок  полимеров  улучшает  деформативную  способность  асфальтобетонов  при  низких  температурах.  Это  подтверждается  снижением  показателя  предела  прочности  при  сжатии  при  0  ^ОС  (R₀).  Так,  для  типа  Б  показатель  R_o  уменьшается  в  среднем  на  15  %,  в  сравнении  с  асфальтобетоном  на  исходном  битуме,  для  ЩМА  данный  показатель  уменьшается  в  среднем  на  18  %.  В  тоже  время  прочность  асфальтобетонов  всех  типов  при  20  ^ОС  (R₂₀)  возрастает  на  25—35  %,  прочность  при  50  ^ОС  (R₅₀)  увеличивается  на  35-38  %  для  типа  Б  и  на  25—40  %  для  ЩМА.  Важно  отметить,  что  величина  прочности  при  сжатии  для  асфальтобетонов  с  применением  ПБВ  при  положительной  температуре  выше,  чем  при  применении  обычных  битумов,  а  при  низких  температурах  (0  ^ОС)  наблюдаются  иные  соотношения  между  прочностями.

Таблица  2. 

Физико-механические  показатели  асфальтобетона  типа  Б  на  ПБВ  с  использованием  LG  Chem

Таблица  3. 

Физико-механические  показатели  щебеночно-мастичного  асфальтобетона  на  ПБВ  с  использованием  Кратон

Показатель  водонасыщения  (W)  асфальтобетонов  типа  Б  с  увеличением  содержания  ПБВ  в  смеси  с  5  до  6,5  %  снижается  в  среднем  на  30  %,  а  для  ЩМА  с  увеличением  содержания  ПБВ  с  6  до  7,5  %  на  20  %.  При  этом  возможно  уменьшение  показателя  водонасыщения  в  образцах  асфальтобетонов  ниже  требуемых  ГОСТ  9128  для  образцов,  отформованных  из  исходных  смесей,  что  не  снижает  прочностных  характеристик  и  является  положительных  фактором,  повышающим  устойчивость  асфальтобетона  к  воздействию  воды.  Это  связано  с  высокой  исходной  структурированностью  вяжущего  и  с  повышенной  долей  закрытой  пористости  в  асфальтобетоне,  обусловленной  присутствием  полимерных  добавок.

Коэффициент  водостойкости  (К_В)  асфальтобетонов  при  введении  добавок  полимеров  остается  высоким  в  режиме  водонасыщения  под  вакуумом.  Введение  добавок  полимеров  в  асфальтобетон  типа  Б  приводит  к  повышению  коэффициента  водостойкости  с  0,88  до  0,95—1,00,  а  для  ЩМА  с  0,92  до  0,99.

Таким  образом,  сравнительный  анализ  изменения  физико-механических  свойств  асфальтобетонов  типа  Б  и  ЩМА  приготовленных  на  ПБВ  показал,  что  показатели  асфальтобетонов  превосходят  аналогичные  показатели  для  асфальтобетонов  на  исходном  битуме,  а  также  минимально  допустимые  требования  ГОСТ  [2;  3].

Список  литературы:

1. ГОСТ  22245-90.  Битумы  нефтяные  дорожные  вязкие.  Технические  условия.  М.:  Изд-во  стандартов,  1992,  —  13  с.
2. ГОСТ  9128-2013.  Смеси  асфальтобетонные,  полимерасфальтобетонные,  асфальтобетон,  полимерасфальтобетон  для  автомобильных  дорог  и  аэродромов.  Технические  условия.  М.:  Стандартинформ,  2014,  —  55  с.
3. ГОСТ  31015-2002  Смеси  асфальтобетонные  и  асфальтобетон  щебеночно-мастичные.  Технические  условия.  М.:  ГУП  ЦПП,  2002,  —  22  с.
4. Хафизов  Э.Р.,  Фомин  А.Ю.  Применение  модифицированных  битумов  для  дорожного  строительства  Республики  Татарстан.  //  Известия  КГАСУ.  Казань.:  КГАСУ  —  2014.  —  №  4(30).  —  С.  303—307.