Свойства катионных битумных эмульсий, модифицированных водным катионным латексом «Butonal ns 198» Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 625.768.5

ВЛАСТИВОСТ1 КАТ1ОННИХ Б1ТУМНИХ ЕМУЛЬС1Й, МОДИФ1КОВАНИХ ВОДНИМ КАТ1ОННИМ ЛАТЕКСОМ

«BUTONAL NS 198»

В.К. Жданюк, професор, д.т.н., В.Я. Терлецька, мол.наук.сп1вроб.,

ХНАДУ

Анотаця. Наведено результати досл1джень властивостей дорожшх бтумних та бтумно-пол1мерних емульст з р1зною швидюстю розпаду, а також бтум1в та бтумно-пол1мерних в 'яжучих, видыених з них.

Ключов1 слова: бтумна емульс1я, водний кат1онний латекс, емульгатори, утримуюча здатшсть, показник зчеплення, ф1зико-мехатчт властивост1.

Вступ

У кра!нах Захщно! Свропи широке застосування у дорожньому бущвнищга знаходять дорожш б^умш емульси, модифшоваш полiмерами. Такi емульси можна використовувати в якостi в'яжучого для влаштування тонких шорстких шарiв зносу способом поверхнево! обробки, для приготування емyльсiйно-мiнеральних

сyмiшей типу «Slurry Seal», холодного асфальтобетону, при реалiзащl технологи холодного ресайклингу старих

асфальтобетонних шарiв дорожнього одягу, змщнення rрyнтiв тощо. Практичний досвщ США стосовно застосування у дорожньому бущвнищга бiтyмних емyльсiй,

модифiкованих полiмерами класу термоеластопластiв, свiдчить про зростання у цьому випадку якостi дорожшх покритпв за рахунок пiдвищення !х зсуво-, трiщино-, морозо-, i водостшкосп.

Анал1з публжацш

До основних полiмерiв, якi

використовуються для приготування дорожшх бтумних емyльсiй, вiдносяться природний каучук, сополiмер стирол-бyтадieнy, сополiмер стирол^зопрену, сополiмер iзобyтилен-iзопренy,

полiхлорпропен та ш. Приготування дорожнiх бiтyмних емyльсiй, модифшованих полiмерами, може здiйснюватись за одшею iз трьох технологiчних схем. Перша

технолопчна схема передбачае попередне приготування дорожнього бгтуму, модифiкованого полiмером, з наступним його емульгуванням за традицшною технологiею. За другою технологiчною схемою передбачаеться об'еднання полiмерy (у вигщщ водного латексу) з водною фазою з наступним емульгуванням з б^умом, або подачу на емульгування водного латексу як окремо! складово! емульси одночасно з «купажем» та бiтyмом. Додавання безпосередньо в бiтyмнy емyльсiю водного латексу може реалiзовyватись за третьою технолопчною схемою [1].

Бiтyмнi емульси, що виготовленi за другою або третьою технолопчними схемами, американськi вчеш [2] пропонують розглядати як матерiали, якi одночасно мiстять у воднш фазi дрiбнодисперснi частки полiмерy та б^уму. Пiсля випаровування води частки полiмерy формують сiтчастy структуру у матриц з бiтyмy. Вiдомо, що наявшсть полiмерноl сiтки надае б^уму достатньо високо! еластичностi при низьких температурах, завдяки низькiй температyрi склування латексу та збiльшyе трiщиностiйкiсть шарiв покриття,

влаштованих iз застосуванням таких в'яжучих. Окрiм того, зростае теплостшюсть бiтyмy, що забезпечуе пiдвищенy стшюсть дорожнього покриття до утворення пластичних деформацiй у виглядi коли, гребшки, напливiв та iн. [3].

Мета та постановка задачi

Метою цього дослщження е оцiнка впливу водного катюнного латексу стирол-бутадiен-стиролу (комерцшна назва «Butonal NS 198»), що вiдноситься до класу термоеластопластiв, на властивосп катiонних дорожнiх бiтумних емульсш з рiзною швидкiстю розпаду та на властивост бiтумiв, видiлених з емульсп.

Результати дослiджень

Для виконання дослiджень за допомогою лабораторно! установки (виробництва заводу «Укрбудмаш») [4] були виготовлеш повiльнорозпадна та швидкорозпадна катюнш дорожнi бiтумнi емульсп iз застосуванням катiонних емульгаторiв, вiдповiдно Redicot Е-11 та Redicot Rm007 (виробництво шведсько! фiрми «Akzo Nobel»).

Для приготування емульсiй застосовували нафтовий дорожнiй б^ум марки БНД 60/90, який характеризувався такими показниками властивостей: температура розм'якшення за кiльцем i кулькою - 49 °C, пенетрацiя при 25 °C - 77 мм-1, пенетращя при 0 °C - 24 мм-1, дуктильшсть при 25 °C - 100 см, i^^^ пенетрац! - -0,39, зчеплення з поверхнею скла - 12 %.

Модифшащю виготовлених катiонних дорожнiх б^умних емульсiй, водним катiонним латексом, «Butonal NS 198» здшснювали шляхом змшування латексу з готовою холодною б^умною емульсiею. Концентрацiя латексу у склащ емульсп складала 4,7 % вщ маси бiтуму.

Порiвняльнi дослiдження показниюв фiзико-механiчних властивостей катiонних б^умних емульсiй i емульсiй, модифiкованих катюнним латексом, здiйснювали згiдно з вимогами [5]. Мщшсть зчеплення бiтумiв з виготовлених емульсш з поверхнею зерен щебеню визначали за стандартною методикою зпдно з [5] та !х утримуючу здатнiсть за методом Вiалiта.

Наведенi на рис. 1 даш свiдчать про те, що для бггумних та бiтумно-полiмерних дорожшх емульсiй властивi близькi значення показника умовно! в'язкостi. При цьому введення водного катюнного латексу

«ВШюпа1 № 198» до складу як повшьнорозпадно!, так i швидкорозпадно! дорожньо! б^умно! емульсп викликае зростання показника !х iндексу розпаду (рис. 2), що може бути пов'язане зi збшьшенням вмiсту поверхнево-активних речовин в емульсп, за рахунок ПАВ, якi входять до складу катюнного водного латексу. Експериментальними дослщженнями

встановлено, що катюнш бiтумно-полiмернi емульсп та традицшш катюнш дорожш бiтумнi емульсп характеризуються високою величиною показника зчеплення з поверхнею гранiтного щебеню, визначеного за стандартною методикою (рис. 3).

-а

н о

'52

со "(О

К «

О

I швидкорозпадна □ повiльнорозпадна

Рис. 1. Показники умовно! в'язкосп по С425 катiонних бiтумних емульсiй (без штриховки - традицшш б^умш емульсп, з штриховкою - бiтумно-полiмернi емульсп)

□ швидкорозпадна □ повiльнорозпадна

Рис. 2. 1ндекс розпаду катiонних б^умних та бiтумно-полiмерних емульсiй (без штриховки - традицшш бггумш емульсп', з штриховкою - б^умно-полiмернi емульсп)

1 ,1 80

в ю

60 g 40

S У |й 20 а

(U

§

£ О

С с

0

I швидкорозпадна □ повiльнорозпадна

6

4

2

0

Рис. 3. Показники зчеплення бгтумних та бiтумно-полiмерних емульсш з поверхнею граштного щебеню (без штриховки - традицшш бiтумнi емульси, з штриховкою - бпумно-полiмернi емульси)

Вихiдному дорожньому бггуму марки БНД 60/90, прийнятому для приготування дослiджуваних бiтумних та бпумно-полiмерних емульсш, характерна величина показника зчеплення з поверхнею того ж граштного щебеню на рiвнi 15 %. Порiвняння отриманих даних дозволяе констатувати, що наявнiсть катюнних емульгаторiв Redicot Яш007 або ЯЕ-

11 у складi бггуму iз дослiджуваних емульсiй позитивно впливае на зростання величини показника зчеплення бпумно! плiвки з поверхнею щебеню. Додаткове введення до складу емульси водного катюнного латексу «ВШюпа1 № 198» викликае достатньо помiрне зростання величини вказаного показника (на 4 - 5 %).

Для ощнки мщност зчеплення щебеню з шаром бпуму iз дослiджуваних емульсiй за допомогою методу Вiалiта використовували митий граштний щебiнь фракци 5 - 10 мм кубовидно!' форми (виробництво

Кременчуцького кар' ероуиравлшня

«Кварц»). Утримуючу здатнiсть шару бiтуму iз бпумно! та бiтумно-полiмерноl емульси визначали у вщсотках як вiдношення кiлькостi щебшок, що залишились на пластинi тсля випробування, до вихщно! кiлькостi щебшок, укладених на пластину, заповнену емульсiею. Вважали, що емульсiя пройшла випробування, якщо здатнiсть шару бiтуму утримувати зерна щебеню складае не менше 90 %.

Випробування за методом Вiалiта бiтумних та бiтумно-полiмерних емульсiй при рiзних температурах показали, що при позитивних температурах (25 °С та 50 °С) бiтуми, як iз швидкорозпадних, так i повiльнорозпадних емульсiй характеризуються абсолютною утримуючою здатнiстю. Загальний вигляд пластин тсля випробування наведено на рис. 4.

аб

Рис. 4. Загальний вигляд пластин тсля випробування швидкорозпадно!

катюнно! бнумно!' емульси (а - при позитивних температурах, б - при температурi мшус 10 °С)

Результати дослщження утримуючо!' здатностi бiтумiв iз емульсш на рiзних емульгаторах при низьких температурах представлен на рис. 5.

Наведет на рис. 5 залежност вказують, що бiтуми iз швидкорозпадно!' та повшьнорозпадно! бiтумно-полiмерних емульсiй характеризуються бшьшою величиною утримуючо! здатностi в дiапазонi температур вiд мiнус 5 до мшус 25 °С, порiвняно зi звичайними катiонними дорожнiми бпумними емульсiями. Отриманi данi свiдчать, що всi бiтумнi емульси, модифiкованi катюнним водним латексом, витримали випробування за методом Вiалiта. При цьому вихщш бiтумнi емульси, що використовувались для виготовлення бiтумно-полiмерних шляхом введення до !х складу водного латексу «Виюпа1 NS 198», не витримали випробування (за винятком повiльнорозпадно! бiтумно! емульси при

температурi мiнус 5 °С).

^

100

л■

£ 90'

К

ё 80

? 70 2 60

я 50

£

£ -5 -10 -15 -20 -25 Температура , °С -*- швидкорозпадна * пов1льнорозпадна

Рис. 5. Температурна залежнють утримуючо! здатносп шару бпуму 1з швидкорозпадних та повшьнорозпадних емульсiй (суцiльнi лши - традицшш

s » о to

ti «

S .5 f ^

g §

>

Я p

'-J

ß S'

№ о

Sc

ti О о и

et

я

№ HQ

-е* s

я-Vi

w о

ti я s

№ о

Sc

ft

X

s

s

я

я g §

о ^ Я Л

я

s ß S о

ft

я о

я ft •в

я

g

ft я

H

1ндекс пенетрацй E.iacTH4HÍCTb при 25 ° С, % Розтяжнють при 25 °С, см Показник зчеплюваносп Í3 поверхнею скла шеля прогр1вання, % Змша температури розм'якшення nie ля прог|:нвання. ° С -S s ° В- -a s g'l й 2 я я 0. о' Зчеплюванють Í3 поверхнею скла, % Температура розм'якшення, °С Пенетращя, 1/10 мм, при температур!: 25 °С о°с Назва показнишв

i о Ъо I ЧО 00 00 о ОЧ О "(Л 00 U) К» 00 к» швидко розпадна tri И Фактичш значения для в'яжучих Í3 емульс1й

1 о Ъо I 00 о чо ОЧ ОЧ о Ч*) ЧО ЧО 00 К» ОЧ OJ розпаднаповшьно

1,08 ЧО о о чо ЧО о ЧО ЧО (Л ОЧ К» о швидко розпадна ПБЕ

о ON К» (Л О О ОЧ о Ч*) ЧО ЧО (Л 4^ К» о розпаднаповшьно

H pa

Ol ti я

в »

©

w Я Я о

л В.

Cd

ti

S

H

я

Cd О о H

в Cd

tl H

to V

X s,

I §

Cd Я Я

ё о

Cd

to *

. . Я

X Я

о\ S Я ®

« P S

я о

tl

Cd О

tl

Я s

ft « ^

р я

Cd s

S *

ft

ti О о и £

H Д и р № К

о\о s

H яс Я

g W ^ Я ►©* to

u> Я

g s

5 S

Q я

Я р

►S

12 °

Я Cd

S V

ft Cd

S

№ Я

to о о и to'

ñ ft

Я №

Cd

tl

H

43 О

u> Я

Я V

Cd tl

О №

о н

Й й

ft H H

Яс Я Р

О О

В о

ft

5 1

Cd H

й S

Р я

о S

Н р

Я 43

Cd О 43

5 № ^

» я « °

Cd i

tl Ol О S H Ж

я S о а я

Cd

И & ft

S s

ЕЗ ^

£L t №

(УЗ Sc

Я О

£ « 00 p

îf H

Я

о\ я

Ч- й

я я я

о я я о

о v;

я §

о я я я

Oï о\ н' н'

я я

0

1

Я -

о

tl

ft 43

я

№ о

s я

s 1

и

S"

H л 43 SS H V! 43 SS

и я

р Й

tl № ? §

ft Я

tl О

£ Я

О р

H

ft

g

я ft 43

ц

ft

H

о

to о

H H p ft

3

я

g

V

5 л о

u> 43

to о

p u>

H s

f £ 2-Я

Se я я

Cd X

p я о P H H

S О 2. я я

g Cd

vi g"

s *

ЯСЯ

я

u

5' я g

Я О

~ я я

S о\

¡I

я

X

w to

p 43 Л о

U>

о\ ¡*¡ g d II

« о

ft я s.

to X

g я

Я О

2 ft

3 43

S я

Cd

я я

tl я

я р

<4

ft я

Б ft я я

Cd

я to я о о н.

43 о

W

я

to

я я с

ц ц в

Cd 43

Я ft

a <*>

в V

►5 й

С\

И ft

||

M

Sc ^ «

о

I— tl ^ ®

оо Я

я о

Cd

S" № я о 43 о

W

я

tl № о

№ S

Cd 3.

►а и ° to'

»

I

я V я

, а

to 2

я *§*

я' р

С- н to p

5 &

m о яс

•it в

S В.

О ft

s

а » й Я

to я

s ^

tl я ^

H ft 43

w s

tl о К n

tl H

о я

tl

to а.

Я Cd

и

Cd ft to ft я я to

to о

о

я

tl

to

я §

о я я я

X

о\ н"

и

s

о

s о я

я s

2. Koichi Takamura. Improved fatigue resistance of Asphalt emulsion residue modified with SBR Latex //AEMA Annual Meeting in Nashville, 2003.

3. Louw К., Spence K. and Kuun P. The use of bitumen emulsions as a cost effective solution for constructing seals during winter // 8 conference on asphalt pavements for Southern Africa, September, 2004.

4. Жданюк В.К., Терлецька В.Я., Кривохижа

О.М., Микитенко С.М. До питання про застосування емульсш б^умних дорожшх при бущвнищга та ремонт автомобшьних дор^ // Автошляховик Украхни. - 2005. - №6. - С.33 - 35.

5. ТУ У В.2.7-24.1-03450778-092-2002. «Емульсп бiтумнi дорожш».

Рецензент: В.О. Золотарьов, професор, д.т.н.,

ХНАДУ.

Стаття надiйшла до редакцп 15 грудня 2007 р.