CC BY
197
УДК 625.7.06
ПОЛІПШЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ БІТУМІВ ШЛЯХОМ МОДИФІКАЦІЇ ПОЛІМЕРНОЮ ДОБАВКОЮ НА ОСНОВІ ВТОРИННОГО ПОЛІЕТИЛЕНУ
С.В. Кіщинський, інженер, зав. відділу, ДерждорНДІ
Анотація. Одним з головних чинників, що стримують застосування модифікованих бітумів, є їх висока вартість. У ДерждорНДІ на основі вітчизняного вторинного поліетилену розроблена полімерна добавка Полідом, що при значно меншій вартості за ефективністю не поступається зарубіжним термоеластопластом. Бітуми, модифіковані 3 — 3,5 % Полідому, відповідають вимогам ТУ У В. 2.7 — 24.1 — 03450778-198 «Бітуми, модифіковані полімерами».
Ключові слова: бітуми, модифіковані бітуми, полімерна добавка, вторинний поліетилен, термоеластопласт, пластифікатор, Полідом, фізико-механічні характеристики.
Вступ
Сьогодні одним з найбільш ефективних напрямків поліпшення властивостей бітумів є модифікація їх полімерами різних класів. Модифікація знижує чутливість бітуму до змін температури та тривалого навантаження, збільшує їх когезійну міцність, надає пружності та поліпшує низькотемпературну поведінку. Як наслідок, підвищується міцність, зсуво- та тріщиностійкість дорожніх покриттів, зростає їх опір руйнуванню через втому.
Актуальність модифікації бітумів полімерами
Обсяги застосування модифікованих бітумів в промислово розвинутих країнах постійно зростають і сьогодні становлять біля 10 % усіх дорожніх бітумів.
Серед полімерних модифікаторів біля 75 % складають термоеластопласти (СБС, СБР, СБ, СІС та інші). Популярність термоеластопластів обумовлена поєднанням у них пружних та термопластичних властивостей. Вони збільшують когезійну міцність та температуру розм’якшення бітумів, надають їм високої еластичності, покращують низькотемпературну поведінку.
Головною причиною, що стримує темпи зростання випуску модифікованих бітумів, є висока вартість полімерів (до 30 грн. за 1 кг), що робить їх в 1,5 -
2,5 рази дорожчими, ніж немодифіковані бітуми.
Розробка полімерної добавки на основі вторинного поліетилену
У зв’язку з цим в ДерждорНДІ була виконана робота з розробки полімерної добавки, яка при
значно меншій вартості за ефективністю не поступається закордонним термоеластопластам.
Проведений пошук показав, що найбільш придатною основою для створення модифікатора є вторинний поліетилен - дешевий продукт переробки відходів поліетилену високого тиску. З усіх полімерів, що виробляються в Україні, тільки вторинний поліетилен здатний до безпосереднього суміщення з бітумами. Водночас він значно дешевший, ніж кондиційні полімери. Як типовий термопласт, поліетилен підвищує в’язкість, когезійну міцність та температуру розм’якшення бітуму, забезпечує стабільність структури в’яжучого при тривалому зберіганні за робочих температур. В той же час він не надає бітумам еластичності та не поліпшує їх низькотемпературну поведінку.
У зв’язку з цим для надання бітуму потрібних властивостей було прийнято рішення доповнити вторинний поліетилен мінімально достатньою кількістю ефективного термоеластопласту.
В ролі другого компонента були випробувані термоеластопласти: KRATON D, Саіргеп, ДСТ-30, катіонний латекс Виюпаї Ж 198, аніонний латекс ВШюпаї Ж 104. Серед досліджених термоеластопластів кращі показники досягаються при застосуванні латексів серії Виюпаї. Імовірно, це пов’язано з латексною формою полімеру, що забезпечує краще його суміщення та взаємодію з вторинним поліетиленом.
Було встановлено, що краще суміщення вторинного поліетилену з термоеластопластом та бітумом (особливо в’язких марок), а також більш високі фізико-механічні характеристики модифікованих бітумів досягаються при використанні пластифікаторів:
нафтового гудрону, масел, нафтових екстрактів та інших продуктів нафтопереробки.
Композиція з оптимальним співвідношенням вторинного поліетилену, термоеластопласту та пластифікатора отримала назву модифікатора бітуму Полідом.
Слід зазначити, що потрібний вміст термоеласто-пласту у Полідомі в 2,5 - 3 рази менший, ніж це необхідно при модифікації бітуму самим лише термоеластопластом.
При цьому та кількість термоеластопласту, що знаходиться в Полідомі, при введенні в бітум самостійно не надає бітуму такої еластичності, як у композиції із вторинним поліетиленом. Хоча останній на еластичність не впливає. Це свідчить про наявність синергетичного ефекту при суміщенні двох компонентів Полідому в присутності пластифікатора.
Оптимальний вміст Полідому у бітумі складає 3 - 3,5 %, температура нагрівання в’яжучого при модифікації 195 - 200 °С, тривалість суміщення -2 - 3 год. Результати дослідження впливу вмісту полімерної добавки на властивості в’яжучого наведені в табл. 1.
Т аблиця 1 Фізико-механічні характеристики модифікованих бітумів з різним вмістом Полідому
Показники властивостей Бітум БНД 90/1З0 Бітум з Полідо-мом, % Бі- тум БНД 60/90 Бітум з З,5 % Полідому
2,5 З,0
Глибина проникнення голки, 0,1 мм при 25 °С 108 86 65 69 52
при 0 °С 25 22 20 18 18
Температура розм’якшення, °С 45 48 55 48 57
Розтяжність, см при 25 °С >100 52 З8 >100 28
при 0 °С 5,2 9,5 14 4,З 8,0
Температура крихкості, °С -21 -22 -2З -18 -19
Еластичність, % - 42 66 - 67
Індекс пенетрації -0,4 -0,4 +0,6 -0,9 +0,6
Інтервал пластичності, °С 66 70 78 66 76
Проведені випробування показали, що за своїми властивостями бітуми, модифіковані Полідомом, відповідають вимогам ТУ У В.2.7-24.1-03450778-198 «Бітуми, модифіковані полімерами».
Характеристики бітумів з Полідомом є типовими для модифікованих в’яжучих на основі термоеластоплас-тів. Знижується в порівнянні з вихідними бітумами глибина проникнення голки та розтяжність при 25 °С, зростають температура розм’якшення, розтяжність та пенетрація при 0 °С, індекс пенетрації, розширюється інтервал пластичності.
Еластичність, якої набуває в’яжуче при введенні Полідому в бітум, є однією з ознак ефективності полімеру і свідчить про наявність або відсутність структурної сітки в бітумополімерному в’яжучому, про нову конформацію його структурних елементів, що забезпечують когезійну міцність в’яжучого та міцність при втомленні.
Відносно слабкий вплив полімерів при малому їх вмісті на температуру крихкості відомий. Зростання індексу пенетрації свідчить про зміну структурного типу бітуму: переходу структури від типу «золь» до типу «золь-гель», що, як правило, забезпечує більш високу когезію в’яжучого та стабільність його структури. Збільшення інтервалу пластичності обумовлює розширення діапазону робочих температур в’яжучого.
Висновки
Доведена можливість використання вторинного поліетилену для модифікації бітумів. На основі вторинного поліетилену розроблена полімерна добавка, що отримала назву модифікатора бітуму По-лідом. Бітуми, модифіковані Полідомом, відповідають вимогам ТУ У В.2.7-24.1-0З450778-198 «Бітуми, модифіковані полімерами». Встановлено, що оптимальний вміст Полідому у бітумі складає З -
З,5 %, температура суміщення Полідому з бітумом - 195 - 200 °С, тривалість процесу 2 - З год.
Низька вартість таких компонентів, як вторинний поліетилен та пластифікатор, а також в З рази менший вміст термоеластопласту, ніж це потрібно для модифікації бітумів, обумовлює набагато нижчу вартість Полідому в порівнянні з закордонними модифікаторами класу термоеластопла-стів і визначає помітний економічний ефект при його застосуванні.
Література
1. Кіщинський С.В. Використання вторинного
поліетилену для модифікації бітумів // Дороги і мости. - Київ: ДерждорНДІ / Зб. наук. статей. - 2006. - Вип. 5. - С. 24З - 258.
2. Модифицированные битумные вяжущие, спе-
циальные битумы и битумы с добавками в дорожном строительстве / Под ред. В.А. Золотарева. - Харьков: ХНАДУ, 200З. - 228 с.
3. Вторичное использование полимерных матери-
алов / Под ред. Е.Г. Любешкиной - М.: Химия, 1985. - 192 с.
4. Веренько В.А. Новые материалы в дорожном
строительстве. - Минск: УП «Технопринт», 2004. - 170 с.
5. Merfy M., O'Mahony M. Bitumens modified with
recycled polymers // Materials and Structures. - 2000. - № ЗЗ.
Рецензент: В.О. Золотарьов, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 8 вересня 2006 р.
