О нормативных требованиях к дорожному битуму как материалу целевого назначения Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.863.2

О НОРМАТИВНЫХ ТРЕБОВАНИЯХ К ДОРОЖНОМУ БИТУМУ КАК МАТЕРИАЛУ ЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Т.С. Худякова, к.т.н., заместитель генерального директора, ООО «Испытательный центр «Дорсервис»

Аннотация. Опыт дорожников Санкт-Петербурга свидетельствует о том, что соответствие качества дорожных битумов российского производства требованиям ГОСТ22245-90 не гарантирует работоспособность их в составе дорожного покрытия. Необходимо регламентировать вязкость и другие показатели после испытания битума по методике ASTMD 1754.

Ключевые слова: дорожный битум, кинематическая, динамическая вязкость, методика старения в динамическом режиме.

Введение

Согласно положений теории композиционных материалов, роль битума в составе дорожного асфальтобетона заключается не только в «склеивании» зерен минерального материала, но и в обеспечении когезионной прочности покрытия, а также деформативной способности его в реальных условиях эксплуатации при воздействии динамических нагрузок (сдвиг и др.). Теоретически соответствие фактического качества дорожного битума нормативным требованиям, в частности ГОСТ 22245-90 [1], должно быть гарантом стабильности и обеспечивать эксплуатационную надежность дорожного покрытия на расчетный период времени. Однако на практике дело обстоит иначе.

Несмотря на соответствие требованиям ГОСТ 22245-90 качества битумов марки БНД, изготавливаемых нефтеперерабатывающими заводами нашей страны, такие разрушения асфальтобетонных покрытий, как эрозия, трещины, колейность, наплывы, появляются практически в первые годы их эксплуатации. Как показывает многолетний опыт дорожников Санкт-Петербурга, несмотря на высокую прочность сцепления битума с мрамором (показатель, регламентируемый требованиями отечественного стандарта), проблема адгезионной прочности дорожных покрытий реально существует, но успешно решается непосредственно на ас-

фальтобетонном заводе путем применения ПАВ или замены кислого минерального материала на основной (типа габбро). Естественен вопрос: зачем в нормативе присутствует показатель сцепления? Преждевременные разрушения асфальтобетона под воздейст-ви-ем деформационных нагрузок свидетельствуют о недостаточной когезионной прочности дорожного битума марки БНД и, как следствие, о необеспеченности его эксплуатационной надежности в составе дорожного покрытия показателями физико-механи-ческих свойств, включенными в отечественный стандарт.

Зарубежные стандарты, в отличие от российского, регламентируют значения показателей физико-механических свойств битума после испытания его в динамическом режиме (метод ASTM D 1754 или ASTM D 2872), имитирующем негативное воздействие на всю массу битума кислорода воздуха при высокой температуре, аналогичное имеющему место в асфальтосмесителе при изготовлении горячих асфальтобетонных смесей (табл. 1). Известно, что именно на стадии изготовления горячих асфальтобетонных смесей нефтяные битумы старятся, в значительной степени теряя ресурс эксплуатационных свойств. В отличие от российских требований, зарубежные стандарты предусматривают оценку и регламентацию значений вязкости дорожного битума при 135 °С и 60 °С.

Показатель Единица измерения В 85

Пенетрация при 25 °С 0,1мм 70 - 100

Температура размягчения °С >43

Дуктильность при 25 °С см *

Температура вспышки °С > 220

Кинематическая вязкость при 135 °С мм2/с > 260

Динамическая вязкость при 60°С Сет > 120

Растворимость в толуоле % масс. > 99,5

Температура хрупкости по Фраасу °С < -10

После прогрева при 163°С в течение 5 час.:

Изменение массы % масс. >-0,4<0,2

Динамическая вязкость при 60°С Сет + **

Коэффициент затвердевания 3

* - показатель не нормируется, т. к. фактические значения растяжимости как до, так и после испытания по методике А8ТМ D 1754 всегда превышают 100 см;

** - определяется для расчета коэффициента затвердевания.

Таблица 2 Нормативные требования к битуму дорожному улучшенному марки БДУ 70/100 ТУ

38.1011356-91 (изменение №2)

Наименование показателя Норма по ТУ 38.1011356-91 для БДУ 70/100 (изменение №2)

Глубина проникания иглы, 0,1мм, при: 25°С 71-100

0°С Не менее 20

Температура размягчения, °С Не ниже 47

Растяжимость, см, при: 25°С Не менее 100

0°С Не менее 3,5

Температура вспышки, °С Не ниже 230

После испытания по методике ASTM D 1754:

Изменение массы, % Не более 0,3

Глубина проникания иглы при 25°С, % от первоначальной величины Не менее 65

Растяжимость при 25°С, см Не менее 100

Температура хрупкости, °С Не выше -15

Результаты испытаний

Положительные результаты эксплуатации опытных участков дорожных асфальтобетонных покрытий, устроенных в 90-е годы на объектах Санкт-Петербурга и Ленинградской области с использованием дорожного битума фирм «NESTE»,«NYNAS» (изготавливаемого из остатков переработки тяжелой нефти Венесуэлы и Ливии), позволили убедиться в том, что качество битумов зарубежного производства обеспечивает более высокую долговечность покрытий в северо-западном регионе России, по сравнению с битумом дорожным марки БНД. И это несмотря на то, что последний характеризуется более низкими значениями показателя «температура хрупкости по Фраасу» (до минус 26 °С). Сов-

местными усилиями специалистов Санкт-Петербурга и Ухты (республика Коми) на промышленную основу было поставлено производство битума дорожного улучшенного марки БДУ, изготавливаемого Ухтинским НПЗ из остатков переработки тяжелой нефти Ярегского месторождения. Нормативные требованиями к битуму этой марки (ТУ 38.1011356-91 (изм. № 2) были сформулированы специалистами Дорожного комитета Ленинградской области с учетом методических подходов к оценке качества дорожных битумов за рубежом (табл. 2).

Анализ результатов постоянного мониторинга качества битумов разных производителей, поступающих на дорожный рынок Санкт-Петербурга и Ленинградской области, свиде-

строительном сезоне 2007 года

Наименование показателя Норма по ГОСТ 22245-90 Проба БНД от 24.03. Мо- сковский НПЗ Проба БНД-У от 30.07. ОАО «СЛАВ- нефть-Я- НОС» Проба БНД от 09.04. Нижнекамский НПЗ Проба БНД от 19.07. Рязанский НПЗ Проба БНД-У от 07.03. Битумное производство г. Кстово

Пенетрация, 0,1 мм при:25 °С 0 °С 61-90 Не менее 20 75 26 78 26 88 30 78 26 70 28

° О Не ниже 47 49 48 48 48 53

Растяжимость, см, при: 25 °С 0 °С ■О го Л1 Л1 > 140 > 3,5 140 1,0 > 140 > 3,8 140 1,0 45 2 сп

Температура хрупкости, °С Не выше -15 -17 - -22 - -21

Температура вспышки, °С Не ниже 230 > 300 > 300 282 > 300 296

Изменение температуры размягчения после прогрева*, °С Не более 5 2 2 2 2 4

Индекс пенетрации От -1 до +1 -0,4 -0,6 -0,3 -0,6 +0,4

Сцепление с мрамором Контр. обр. №2 Соответствует контрольному образцу №2

Сцепление с гранитом Камено-горского месторождения (фр. 5-10 мм) * * - Неудовлетворительное

Кинематическая вязкость при 135 °С, мм2/с, - 431 349 369 414 770

Динамическая вязкость при 60 °С, Па-с - 233 179 199 211 526

После прогрева в тонкой пленке по методике ASTM D 1754-98:

Изменение массы, % - -0,10 -0,20 -0,80 +0,01 -0,50

П25, % от первоначальной величины - 65 65 65 68 68

Растяжимость при 25 °С, см - 96 45 32 > 100 30

Температура хрупкости, °С - -17 - -20 - -19

° О - 55 54 55 52 60

Кинематическая вязкость при 135°С, мм2/с, - 759 529 655 586 1 338

Динамическая вязкость при 60 °С, Па-с - 779 427 731 453 1 999

* - по методике ГОСТ 18180 [2]; ** - по методике ГОСТ 11508 [3] в режиме бурного кипения.

тельствует о том, что при схожести значений показателей физико-механических свойств, регламентируемых требованиями ГОСТ 22245-90, битумы марки БНД 60/90 после испытания их на старение по методике ASTM D 1754 различаются по растяжимости при 25 °С и вязкости в 2 и более раза (табл. 3). В отличие от битума марки БНД 60/90, качество битума марки БДУ 70/100 в промышленных партиях поставок стабильно по значению показателей, нормируемых отечественным и зарубежными стандартами. По значению показателей физико-механических свойств (в том числе и по «растяжимости при 25 °С» после испытания на старение в динамическом режиме) битум марки БДУ

является качественным аналогом остаточных битумов зарубежного производства (табл. 4). Битумы нефтяные дорожные разных марок (БНД, БДУ, БНДУ и др.), поступающие на дорожный рынок Санкт-Петербурга и Ленинградской области с разных НПЗ, абсолютно по-разному ведут себя в покрытии.

Комплексная система контроля качества дорожных битумов на соответствие российским и зарубежным нормам и наблюдения за состоянием устроенных на их основе асфальтобетонных покрытий позволяет утверждать, что причиной тому - принципиальное различие в значениях показателей растяжимости при 25 °С и вязкости (особенно динамической

ных в строительном сезоне 2007 года

Наименование показателя ГОСТ 22245-90 Проба от 31.05 Проба от 24.07 Проба от 09.07 Проба от 29.08 Проба от 06.09

Пенетрация, 0,1 мм при: 25 °С 0 °С 61-90 > 20 73 29 74 24 73 24 70 26 78 30

Тр, °С не ниже 47 48 49 49 49 49

Растяжимость, см, при: 25 °С > 55 > 140 > 140 > 140 > 140 > 140

0 °С > 3,5 > 4,1 > 4,0 > 3,9 > 3,5 > 3,8

Температура хрупкости, °С не выше -15 -20 -20 -20 -20 -22

Температура вспышки, °С > 230 296 290 > 300 >300 >300

Изменение Тр после прогрева*, °С < 5 2 2 2 1 1

Индекс пенетрации От -1 до +1 -0,7 -0,4 -0,5 -0,5 -0,3

Сцепление с мрамором К. обр. №2 Соответствует контрольному образцу № 2

Сцепление с гранитом Каменогорского месторождения (фр. 5 - 10 мм) * * - Неудовлетворительное

Кинем. вязкость при 135 °С, мм2/с - 475 495 485 547 448

Динамическая вязкость при 60 °С,Па.с - 275 328 306 370 262

После прогрева в тонкой пленке по методике ASTM D 1754-98:

Изменение массы, % - -0,29 -0,25 -0,28 -0,30 -0,12

П25, % от первоначальной величины - 74 70 73 69 64

Растяжимость при 25 °С, см - > 140 > 140 > 140 > 140 > 140

Температура хрупкости, °С - -19 -19 -20 -19 -21

Тр, °С - 52 53 53 54 53

Кинем. вязкость при 135 °С, мм2/с, - 638 709 736 734 588

Динамическая вязкость при 60 °С, Па.с - 653 776 692 965 647

* - по методике ГОСТ 18180; * * - по методике ГОСТ 11508, но в режиме бурного кипения воды.

при 60 °С), определяемых до и после испытания битума на старение в динамическом режиме по методике ASTM D 1754 (или ASTM D 2872).

Выводы

Использование на протяжении уже 15 лет в составе асфальтобетонных смесей взамен битума марки БНД 60/90 битума марки БДУ 70/100 (наряду с минеральными материалами породы габбро) позволило практически исключить такие виды разрушений, как эрозия, наплывы, колейность, даже на грузонапряженных трассах Санкт-Петрбурга и Ленинградской области. При этом безремонтный срок службы дорожных покрытий увеличился с 1 - 2 лет (устраиваемых на битуме марки БНД) до 7 и более. На основании накопленного практического опыта работы с битумами разных марок можно сделать вывод о том, что для повышения долговечности дорожных покрытий вышеназванные новые

для России методы оценки и показатели физико-механических свойств дорожного битума должны быть включены в нормативные требования, предъявляемые к дорожным битумам отечественного производства.

Литература

1. ГОСТ 22245-90. Битумы нефтяные дорож-

ные вязкие. Технические условия.

2. ГОСТ 18180. Битумы нефтяные. Метод

определения изменения массы после прогрева

3. ГОСТ 11508. Битумы нефтяные. Методы

определения сцепления битума с мрамором и песком

Рецензент: В.А. Золотарев, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 15 декабря 2007 г.