CC BY
2УДК 665.6
ПОЛИМЕР-БИТУМДЫ БАЙЛАНЫСТЫРГЫШТАР ЖЭНЕ КвМГРТЕКТЕ HAHOTYTIKTEP НЕГ1З1НДЕ АСФАЛЬТБЕТОН ЖАБЫНЫНЬЩ БЕР1КТ1Г1Н
АРТТЫРУ
Ж¥МАГ¥Л Д1ЛНАЗ ЖАЦСЫГ¥ЛЦЫЗЫ
И. Сэтбаев атындагы ^азак улттык техникалык зерттеу университетшщ Турысов атындагы Геология жэне мунай-газ ici институтыньщ магистранты
Еылыми жетекшici - НАУРЫЗОВА С.З. Алматы, ^азакстан
Аннотация: Тутцыр битум санатына жататын жэне жылы мезгшде жол жумыстарына цолданылатын БНД 70/100 маркалы мунай жол битумын орташа тэулгктгк температурада +5°С темен емес температурада взгерту мYмкiндiгi зерттелд1. Полимер-битум байланыстыргыштары (ПББ) Yшiн полимерлт материалдар реттде бутадиенмен стиролдыц жэне винилацетатпен этиленнщ соnолимерлерi цолданылды. Ыстыща тезiмдiлiгi мен сертмдтт жогары ПМБ алу Yшiн олардыц оцтайлы концентрациясы аныцталды. Кемiртектi нанотутттер битумга функционалды цоспа болды. Модификацияланган битум жэне олардыц негiзiндегi асфальтбетон цоспаларыныц физика-механикалыц сипаттамалары келтiрiлген. Асфальтбетонга аздаган мелшерде болса да нанотYтiктердi енгiзу 0-ден 50 °С-ца дейiнгi эртYрлi температурада ыгысуга тезiмдiлiк пен берттттщ жогарылауына экелетн керсетшген.
Клт свздер: битум BND 70/100; стирол бутадиеннщ жэне этиленвинилацетаттыц сополимерлерi; полимерлi битум байланыстыргыш; нанотYтiктер; асфальтбетон; ыгысуга тезiмдiлiк; жумыс температурасыныц диапазоны
Жолдардьщ бетю кабатыныц жай-^йне келш агыныныц механикалык эсер1мен катар, теракты курылымдык езгерютердщ Ke3i ретшде кызмет ететш сырткы температураньщ айтарльщтай ауыткуы кеп эсер етедь Жол тесемдершщ тозуыньщ ^шеюшщ Ka3ipri жагдайында асфальтбетонды жабынньщ берштш мэселесш шешу аркылы колданыстагы жол желюшш кeлiктiк-пайдалану жагдайын жаксартуга болады. ^аптамалардыц YCT^ri кабаттары Yшiн жогары берiктiкке, ыгысуга, жарыктарга жэне суга тeзiмдiлiкке жэне сонымен бiрге Yлкен серпiмдiлiкке ие материал кажет [1, 2].
Жол курылысыныц проблемалары саланы жогары сапалы материалдармен жэне ец алдымен асфальтбетон жабыныныц непзп к¥рамдас бeлiгi - туракты битум байланыстыргышпен камтамасыз ету мэселелерiмен тыгыз байланысты, онсыз жолды айтарлыктай жаксартуга сену киын. еуропалык децгейге жету Yшiн курылыс. Бул зерттеулер асфальтбетонды коспалар Yшiн жогары сапалы полимерльбитумды байланыстыргыштардыц (ПББ) жэне функционалды тYрлендiрiлген битумдардыц композицияларын эзiрлеу аркылы асфальтбетонды жабындардыц берiктiгiн арттырудыц eзектi мэселесш шешуге арналган. Бул зерттеулердш максаты конструкциялык-механикалык касиеттерi жэне температура турактылыгы жаксартылган асфальтбетон коспаларын алу болып табылады.
Асфальтбетонныц курылымы жабынныц кажетп кызмет ету мерзiмi iшiнде жогары ыгысуга жэне жарыктарга тeзiмдiлiктi камтамасыз етуi керек. Сондыктан бул жумыста койылган максатка материалдыц эртYрлi акаулар мен деформациялардыц жиналуына тeзiмдiлiгiн аньщтайтын модификацияланган байланыстырушы материалдарды пайдалана отырып, асфальтбетон коспаларын дайындау аркылы кол жетюзшедь
Жол органикалык байланыстыргыштарыныц сапасын жаксарту Yшiн колданылатын полимерлер эдетте 4 топка бeлiнедi: - резецке тэрiздi полимерлер;
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
- термопластикалык эластомерлш полимерлер;
- термореактивт пластмассалар;
- термопластикальщ пластмассалар.
Дегенмен, олардьщ арасында етюр сызык жок, сондыктан бул белу ете ерiктi. ^азiргi уакытта полиэтилен, полипропилен, полистирол, этилен винилацетат (EVA), полиэтилентерефталат сиякты термопластиктердi, сондай-ак полибутадиен, хлоропрен, этиленпропилен негiзiндегi каучуктарды (SKEPT-Estyrene, SKEPT-Estyrene) колданатын полимер-битум байланыстыргыштары. , дивинилстирол жэне полиуретан [3 - 14].
Барлы; дерлiк эдебиет кездерi ец кеп таралган мунай жол битумына негiзделген ПББ касиеттерш сипаттайды
Бул жумыста заманауи талаптарга сай модификацияланган битум дайындау Yшiн негiз ретiнде БНД 70/100 маркалы битум (ГОСТ 33133-2014) тацдалды. Ол туткыр битум санатына жатады жэне жылы мезгiлде жол жумыстарына колданылады, орташа тэулiктiк температура кемiнде +5 ° C. Материал жендеу жумыстарына, сондай-ак жаца жолдарды тесеуге кещнен колданылады.
¥сынылган тэжiрибелiк жумыста модификаторлардыц байланыстыргыш заттыц физикалык-механикалык касиеттерiне эсерi, сонымен катар оцтайлы концентрациясы бар ПББ непзшдеп асфальтбетон касиеттерi зерттеледi. Полимер модификаторлары ретiнде бутадиеннщ стиролмен жэне этиленнщ винилацетатпен сополимерлер1 пайдаланылды:
Бутадиен мен стирол сополимерi (SBS) - стиролдьщ катты блоктары бутадиеннщ «сершпелерЬ» аркылы жалгасатын жасанды каучук. Битуммен араласканда олар жогары серпiмдi курылымды курайды. Полимерлi коспа ретiнде битумга 2,5 - 6,0% (БНД сыныбына байланысты) SBS енгiзу битумныц жумсарту температурасы мен аязга тeзiмдiлiгiн арттырады, органикалык байланыстыргышка жогары серпiмдiлiк беред^ бул асфальттыц ыстыкка тeзiмдiлiгi мен ыгысуга тeзiмдiлiгiн арттырады. бетон [4, 5]. ¥нтакты полимердi колдану араластыру кезiнде зертханалык жагдайда да бiртектi байланыстыргышты тез дайындауга мYмкiндiк береди
Iрi полимер тYЙiршiктерi коллоидты дшрмендермен жабдыкталган арнайы жабдыкта полимерлш курылымдьщ желш1 кдлыптастыру уипн молекулальщ денгейге дешн усак;талады.
Этилен винилацетат - этилен мен винилацетат мономерiн сополимерлеу аркылы алынган термопластикалык зат, оныц курамы сополимердiц механикалык касиеттерiн аныктайды; EVA сополимерi модификацияланган битумда катты желiнi курайды жэне деформацияга карсы турады. Термопластика 155 - 180 °С температурада битумда тез ерид^ бул асфальтбетонга ПМБ дайындау процесш жецiлдетедi жэне SBS пайдалану кезшдепдей кымбат жэне технологиялык кYPделi жабдыкты сатып алуды кажет етпейдi [13].
Функционалдык модификатор ретiнде бiр кабыргалы кемiртектi нанотYтiктер (SWCNTs), «OCSiAl» пайдаланылды.
БYгiнгi тацда курылыс материалдары мен буйымдарыныц функционалдык касиеттерiн жаксарту Yшiн нанокомпозиттердi пайдалану гылым мен жогары технологиялык ендiрiстегi жаца перспективалы багыт болып табылады. Кемiртектi нанотYтiктердi косу механикалык касиеттерi жаксартылган, оныц шшде берiктiгi жогарылаган композиттердi алуга мYмкiндiк
бередi [15]. Кeмiртектi нанотYтiктер ете жещл материал болып табылады, бiрак, екiншi жагынан, олардыц рекордтык жогары меншiктi берштш мен икемдiлiгi бар. Сондыктан SWCNTs 0,01%-дан бастап ультра темен концентрацияларда косканда материалдардыц касиеттерш айтарлыктай жаксартады [16]. Кeмiртектi нанотYтiктер жогары бетпк энергияга ие, сондыктан агломераттар тYзуге бейiм, бул оларды эртYрлi орталарга енгiзудi киындатады. Бул зерттеуде жол битумыньщ матрицасына SWCNT бiркелкi енriзудi жаксарту Yшiн тэуелсiз белшектер емес, OCSiAl компаниясы арнайы эзiрлеген SWCNT концентраты пайдаланылды [16].
Экспериментт1к эдктеме жэне зерттеу нэтижелер1
Битумды байланыстыргышты дайындау келесi технология бойынша жYргiзiлдi: модификатор алдын ала сусыздандырылган битумга бeлiктерге бeлiнедi жэне 160 - 180 ° С дейiн кыздырылады, бул ретте STEGLER МВ-6 зертханалык Yстеме араластыргышымен 100 -жылдамдыкпен араластырады. Берiлген концентрацияга сэйкес 150 айн/мин. Содан кешн 1 - 2 минуттан кейiн бiртектi коспа алынганша жэне модификатор толыгымен ер^енше 500 - 800 айн/мин жылдамдыкпен араластыра бастайды. Араластыру уакыты 40 - 60 минут, коспаныц температурасы 165 - 185 °С. Дайындалган полимер-битум байланыстыргыштары белме температурасына дешн салкындатылды жэне дайындалганнан кейiн келес кYнi сыналады.
БНД 70/100 маркалы битум негiзiндегi байланыстыргыш заттардыц непзп физикалык-механикалык касиеттерiн зерттеу нэтижелерi 1 -кестеде келтiрiлген.
2-кесте
Бастапкы жэне модификацияла^ан битумныц физикалык-механикалык кepсeткiштepi
^осп а мелш epi, масс. % Сакина мен шар бойынша жумсару температу расы, °С ГОСТ 11506-73 Фраас бойынша сыну температу расы, °C ГОСТ 11507-78 25 °C температ урада иненщ ену теревдш, 0,1 мм ГОСТ 11501-78 0 °C температ урада иненщ ену теревдш, 0,1 мм ГОСТ 11501-78 C03bWFbI штык 25 °C, см ГОСТ 11505-78 0 °C кезшде CO3ЫЛFЫ штык, см ГОСТ 11505-78 МpамоpFа немесе K¥MFа адгезия ГОСТ 11508-74
БНД 70/100
0 48 -18 84 23 94,1 4,0 канаFаттан арлык
ПБ 5+ СБС
1 53 -20 72 24 95,8 5,7 канаFаттан арлык
2 59 -20 73 26 84,6 6,9 жаксы
3 68 -23 64 27 76,0 13,8 жаксы
4 76 -26 53 25 69,9 22,6 жаксы
8 107 -41 18 9 23 11 жаксы
ПБ1 ; +эва
3 52 -17 66 20 60,5 0,5 канаFаттан арлык
4 58 -17 54 23 97,6 0,6 канаFаттан арлык
10 74 -11 64 24 7 3 канаFаттан арлык
Битум + ОУНТ
0,01 55 -19 57 27 32 3 жаксы
0,02 56 -19 59 28 21 1,6 жаксы
0,1 60 -18 46 17 15 0,8 жаксы
Битумга SBS косканда оньщ физикалык-механикалык касиеттерi концентрациясыньщ жогарылауымен eзгередi, жумыс температурасыныц диапазоны айтарлыктай артады, оц жэне терю температурада байланыстыргыш серпiмдi жэне пластикалык болады, минералды материалдыц байланыстыргышка жабысуы жаксарады; Дегенмен, СБС жогары концентрациясы (4%-дан астам) ПМБ Yшiн кажет емес, eйткенi байланыстыргыш зат шамадан тыс туткыр болады, оны жумсарту Yшiн жеткiлiктi жогары температура кажет жэне зауытта асфальтбетон коспаларын дайындау Yшiн мундай ПМБ колдану киын. SBS оцтайлы концентрациясы 3% к¥райды.
3 - 4% концентрациядагы EVA сополимерi битум байланыстыргыштыц температуралык диапазонын кецейтедь Оц температурада модификацияланган битумныц пластикасы таза битумга караганда жаксырак болады, бiрак 0 °С-та ену жэне узарту кeрсеткiштерi айтарлыктай нашарлайды. 4% -дан жогары концентрациядагы EVA модификаторы ПМБ пластикасына ец жаксы эсер етпейдi сынгыш температура индикаторы нашарлайды, бiрак жогары температурага тeзiмдiлiк жаксарады.
SWCNT-модификацияланган битум жаксы адгезияга ие жэне оц температурада байланыстырушы зат пластик болып табылады. Битумдагы SWCNT концентрациясы 0,010,02% температурага тeзiмдiлiктi 1,17 есе арттырады.
1-суретте наномдификаторсыз асфальтендi шайыр кешенiнiц (ARC) байланыстыргышыныц микрокурылымы кeрсетiлген (курылымныц бiртектi жэне тегiстелгенiн кeруге болады). Бiрак SWCNTs битумга енгiзiлгенде, ASC микрокурылымы айтарлыктай eзгередi, нанообъектiлер айналасында ASC курылымыныц ерекше курылымы пайда болады жэне байланыстыргыштыц курылымы айк;ынырак; болады [15].
6
Сурет 1. Битумды байланыстыргыштыц асфальтты-шайырлы кешендерiнiц курылымыныц микрофотосуреттерг a - SWCNT 1*10-5% модификациялайтын коспа; b -модификаторсыз
Алынган полимер-битум байланыстыргыштардыц жэне SWCNT модификацияланган битумдардыц берiктiгi, тозуга тeзiмдiлiгi жэне суга тeзiмдiлiгi болуы керек жол тесемдершщ касиеттерше эсерiн бакылау Yшiн курамында минералды компоненттерi бар асфальтбетон коспаларыныц (АБС) сынак партиялары жYргiзiлдi [17]. Зерттеу Yшiн модификаторлардыц минималды жеткiлiктi концентрациясы бар модификацияланган битумдар алынды: SBS - 3%, EVA - 3% жэне SWCNT - 0,02%. ABS ГОСТ 9128-2013 талаптарымен аньщталган катынаста
алынган, кыздырылган ^йде киыршык тасты, табиги киыршык кумды, минералды унтак пен байланыстыргышты араластыру аркылы дайындалды.
ABS-тщ сапалы; кeрсеткiштерi 2-кестеде жинакталган.
2-кесте
А типт ысты; усак тYЙiршiктi тыгыз асфальтбетон коспасыныц физика-механикалык касиеттерi, I марка_____
ГОСТ 12801-98 бойынша 4,5 % БНД 4,5% ПБВ 4,5% ПБВ 4,5% ПБВ
бакыланатын кeрсеткiштер 70/10 (0,02 % ОУНТ) (3%СБС) (3%ЭВА)
Орташа тыгыздык, г/см3 2,38 2,38 2,41 2,39
Судыц каныктылыгы, кeлем бойынша % 3,0 2,7 2,4 2,8
Суга тeзiмдiлiк 0,91 0,95 0,97 0,94
0 °C, МПа-да бeлу кезiнде 4,8 4,5 5,3 5,0
созылу берiктiгiне непзделген
жарыкшактарга тeзiмдiлiк
Iшкi Yйкелiс коэффициент бойынша ыгысу турактылыгы 0,35 0,91 0,93 0,9
Ец жогары кысу кYшi, МПа: - 50 °C 1,2 2,8 2,6 2,7
- 20 °C 3,2 4,9 5,7 5,8
- 0 °C 6,5 8,4 12,2 12,4
1. Битумды кeмiртектi нанотYтiктермен модификациялау оныц касиеттерiн айтарлыктай eзгертедi (1-кесте 0,02% мeлшерiнде SWCNT жумсарту температурасын 1,17 есе арттырады, морттылы; температурасын сэл тeмендетедi, 0 ° C-та байланыстыргыштыц пластикасын 1,2-ге арттырады). уакыт пен адгезия касиеттерш жаксартады. Асфальтбетонныц берiктiгi мен деформациялы; касиеттерiне наномодификацияланган битум байланыстыргыштарыныц эсерш зерттеу (2-кесте) нанотутштердщ ^лденец байланыстырушы агент ретiнде эрекет ететiнiн жэне асфальтбетон коспаларында осындай модификацияланган байланыстыргыштарды пайдаланудыц суга тeзiмдiлiгiн арттыруга кeмектесетiнiн кeрсеттi. асфальтбетон 1,04 есе жэне ыгысуга тeзiмдiлiгi 2,86 есе, сондай-ак 0-ден 50 ° C-ка дешнп температурада созылу берiктiгi. SWCNTs пайдалану ABS дайындау алдында оларды асфальтбетон зауытында (ACP) резервуардагы битум байланыстыргышпен тiкелей араластыру аркылы мYмкiн болады.
2. ЭВА негiзiндегi термопластика жол битумыныц реологиялык касиеттерiн eзгертедi, ол АБС курамында су, жарыкшак жэне ыгысуга тeзiмдiлiк сиякты кeрсеткiштерге оц эсер етедi (2-кесте). Асфальтбетон коспаларын eндiру кезiнде модификацияланган битумды алдын ала дайындамай-ак, бул модификаторды кез келген типтеп асфальт зауытындагы асфальтбетон араластыргышта ыстык тас материалына тшелей колдануга болады.
3. Стирол-бутадиен стирол (SBS) типт термопластикалык эластомер непзшдеп ПМБ битумнан айырмашылыгы асфальтендi кешендердщ коагуляциялык кацкасымен бiрге SBS типт блок-сополимер макромолекулаларыныц косымша серпiмдi курылымдык желiсiн камтиды, ол айырмашылыкты аныктайды. оныц касиеттерi мен битум касиеттерi арасында. Бул жагдайда бул желi тYзiлетiн ец аз полимер мeлшерi 2,0 - 2,5% полимердi курайды. Полимер курамыныц жогарылауы тордыц берштшн, демек, байланыстыргыштыц серпiмдiлiгi мен ыстыкка тeзiмдiлiгiн жэне багдарлау эсерiне байланысты тeмен температурада оныц иiлгiштiгiн жэне жарыкшакка тeзiмдiлiгiн арттырады. SBS - эртYрлi колданбаларга арналган ец танымал битум модификаторы. Мундай ПМБ-да дайындалган асфальт таза БНД^-мен салыстырганда айтарлыктай жогары суга жэне жарыктарга тeзiмдiлiкке ие (2-кесте). жэне жогарыда талкыланган PMBs. Тагы бiр мацызды фактор, жогарыда аталган ПББ-га караганда,
сапамен катар, SBS байланыстыргыштарын колданып АБС дайындау экономикалык жагынан
тиiмдiрек.
ПАЙДАЛАНFАН ЭДЕБИЕТТЕР Т1З1М1:
1. Хученройтер Ю., Вернер Т. Асфальт в дорожном строительстве. М.: АБВ-пресс, 2013. 449 с.
2. Руденская И.М., Руденский А.В. Органические вяжущие для дорожного строительства. М.: Транспорт, 1984. 230 с.
3. Корнейчук Н.С., Лескин А.И., Рахимова Н.А. Полимернобитумное вяжущее на основе вторичного полипропилена для производства асфальтобетонных смесей // ИВД. 2017. № 2 (45).
4. Князев Ю.В., Буданцев В.В., Фролов В.А., Меркулов С.А. Использование полимерных материалов для модификации дорожного вяжущего // Молодой ученый. 2015. №12. С. 198 - 200
5. Щерба Ю.С., Котенко Н.П. Модификация нефтяного битума полимерными добавками: // Студенческая научная весна - 2018: материалы региональной науч.-техн. конф. (конкурса научно-технических работ) студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Ростовской области, г. Новочеркасск, 2018. С. 241 - 242.
6. Пат. РФ № 2211846. Способ получения полимернобитумного вяжущего (ПБВ) / Ю.И. Калгин, АН. Кондратьев, В.П. Лаврухин, В.П. Юдин - 10.09.2003. БИ. 2009. № 6.
7. Пат. РФ № 2648097. Способ получения полимернобитумного вяжущего на основе вспененного полиуретана/ Н.О. Плешаков, А.Г. Лысенко. 22.03.2018. БИ. 2018. № 9.
8. Котенко А.О., Котенко Н.П., Савостьянов А.П. Вторичное использование ПЭТ-бутылок в качестве добавок к асфальтобетонным смесям // Пластические массы. 2006. № 6. С. 51 -52.
9. Пат. РФ 2573012. Полимерно-битумное вяжущее / А.М. Сыроежко, В.В. Васильев, Ю.А. Урчева, А.М. Герасимов, Н.В. Майданова, Д.А. Панфилов, И.М. Дворко, О.М. Флисюк, Н.В. Лукьянов. // Б.И. 20.01.2016.
10. Пат. РФ 2158742. Полимерный модификатор битума / К.В. Раков, А.И. Суворова, М.В. Ковалева, В.Г. Матушкин, Н.С. Сухинин, В.А. Шеломенцев. Опубл. 10.11.2000.
11. Пат. РФ №2204539. Асфальтобетонная смесь / В.Г. Артюхов, В.А. Брагинец, В.П. Дыба, Н.П. Котенко, А.Я. Третьяк, М.Н. Филатова. Опубл. 20.05.2003.
12. Пат. РФ 2262492. Асфальтобетонная смесь / Н.П. Котенко, В.А. Брагинец, А.О. Котенко, А.П. Савостьянов, М.Н. Филатова, В.О. Юдин. 20.10.2005. // БИ. 2007. № 17.
13. Пат. РФ 2604217. Модификатор дорожных битумов и полимерно-битумное вяжущее на его основе / С В. Штепа, Ф.Н. Бахов, С В. Зюкин. Опубл. 10.12.2016.
14. Котенко Н.П.; Брагинец В.А., Котенко А.О. Влияние олигомерсодержащих отходов производства на качество дорожных битумов и асфальтобетонных смесей на их основе // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2003. № 1. С. 49 - 51.
15. Шеховцова С.Ю., Высоцкая М.А. Влияние углеродных нанотрубок на свойства ПБВ и асфальтобетона. Вестн. МГСУ. 2015. № 11. С. 110 - 119.
16. https://ocsial.com/ru/material-solutions/tuball/
17. Гохман Л.М. Битумы, Полимерно-битумные вяжущие, асфальтобетон, полимерасфальтобетон. Москва, 2008. 81 с.
