CC BY
182
УДК 665.775:665.7.038.2:544.777
ВЛИЯНИЕ ВИДА ПОЛИМЕРА И ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА СЦЕПЛЕНИЕ БИТУМА С МИНЕРАЛЬНОЙ ПОДЛОЖКОЙ
С.В. Кудрявцева, аспирант, ХНАДУ
Аннотация. Рассмотрено влияние разных видов полимеров на свойства чистых битумополимерных вяжущих и этих вяжущих, содержащих ПАВ. Совместное использование полимера и ПАВ повышает сцепление вяжущего с минеральной подложкой.
Ключевые слова: битум, полимер, поверхностно-активное вещество, битум, модифицированный полимером, сцепление.
Введение
Настоящей работе предшествовали исследования [1 - 4], посвященные изучению влияния совместного использования полимеров типа СБС и поверхностно-активных веществ (ПАВ) на сцепление битумов, модифицированных полимером (БМП), и водоустойчивость асфальтобетона.
Анализ публикаций
В дорожном строительстве широкое применение нашли такие модификаторы как: термопластичные и специальные полимеры [5]; поверхностно-активные вещества. Введение в битум модификаторов позволяет изменять и улучшать его свойства. Введение ка-тионоактивных ПАВ влияет на адгезионные свойства битума, повышая его сцепление с кислыми каменными материалами. Введение полимера в битумное вяжущее влияет на свойства асфальтобетона следующим образом: повышается прочность и сдвигоустой-чивость, трещиностойкость (в зависимости от % содержания полимера), повышается водоустойчивость, а следовательно и долговечность асфальтополимербетона.
Асфальтобетонные смеси с битумом, модифицированным эластомером, согласно [6], обладают более высоким сопротивлением уплотнению, чем обычные асфальтобетонные смеси, а также асфальтополимербетоны менее склонны к развитию пластических де-
формаций на напряженных участках дороги в моменты спуска и остановки автомобиля, а также большей способностью выдерживать изгибающие деформации, особенно в холодное время года.
Сведения о разных видах полимеров (термо-эластопласты, терполимеры, полимерные ла-тексы), могут быть сведены к следующему.
Термоэластопласт типа стирол-бутадиен-стирол (SBS) - линейный полимер, который, благодаря своему строению (стирольные блоки, связаны между собой эластичными блоками бутадиена), придает эластичность (способность к обратимым деформациям) системе битум-полимер.
Терполимер ELVALOY (комбинация этиленовой цепи с функциональными группами бутилакрилата и глицидил метилакрилата) [7], может участвовать в реакции сшивки с составляющими битума - асфальтенами. Система становится стабильной, предупреждается ее расслоение.
Полимерный латекс - катионоактивный полимерный латекс, содержащий катионоак-тивное вещество, повышает сцепление с кислыми каменными материалами.
Работа выполнена под руководством проф. В.А. Золотарева.
Совместная работа полимеров и ПАВ, в качестве битумных модификаторов, и ее влияние на свойства битумного вяжущего, еще недостаточно изучены.
Целью данной работы является оценка влияния вида полимера и поверхностно-активного вещества на сцепление битума с минеральной подложкой.
Объекты исследования
В качестве объектов исследования были использованы: окисленный битум марки БНД 130/200; линейный полимер типа 8В8-KRATON 1101, терполимер - ELVALOY-АМ, полимерный катионный латекс -BUTONAL № 198; поверхностно-активное вещество (ПАВ) - катионоактивная добавка Wetfix ВЕ [8]. В соответствии с ранее выполненными исследованиями было установлено оптимальное количество полимера и добавки.
Экспериментальные исследования
В качестве исходного битума был выбран битум марки БНД 130/200, так как в менее вязком битуме полимер и добавка сильнее проявляют свое влияние. Эта зависимость подтверждается данными Д.К. Томпсона [6], согласно которому, чем выше температура размягчения или молекулярная масса данного битума, тем меньше эластомер влияет на его свойства.
Модификация битумов полимерами и ПАВ осуществлялась по технологии изложенной в [1], состоящей в том, что поверхностно-активное вещество вводится за 15 минут до окончания получения битумополимерного вяжущего.
Оценка качества битумополимерных вяжущих с ПАВ производилась по следующим показателям (табл. 1, рис. 1): пенетрация при 25 °С (П25); температура размягчения вяжущего (Тр); растяжимость (дуктильность) при 25 °С (Д25); эластичность при 25 °С (Э25); сцепление (С) со стеклянной подложкой в водяной бане при температуре 85 °С в течение 25 минут, по методу ХНАДУ (ДСТУ Б. В.2.7-81-98 «Бггуми нафтовi дорожш в'язю. Метод визначення показника зчеплюваносп з поверхнею скла та кам'яних матерiалiв»).
Сцепление чистого битума со стеклом достаточно низкое - 16 %, что, вероятно, связано с его малой вязкостью.
Введение в чистый битум 0,7 % ПАВ Wetfix ВЕ приводит к значительному повышению показателя сцепления - 85 %. В то же время ПАВ практически не влияет на пенетрацию, температуру размягчения, растяжимость битумного вяжущего.
Введение в битумополимерное вяжущее 0,7% ПАВ сопровождается повышением сцепления до 99 %, приблизительно в 3,7 раза.
№ п/п Состав Свойства, средние значения
П25, мм-1 Тр, оС Д25, см Э25, % С, %
1 БНД 130/200 197 41,0 > 100 - 16
2 БНД130/200 + 0,7 % Wetfix ВЕ 194 40,0 > 100 - 85
3 БНД 130/200 + 3 % КЯАТт 1101 122 48,1 92 83 27
4 БНД 130/200 + 3 % КЯАТт 1101 + 0,7 % Wetfix ВЕ 122 47,9 79 80 99
5 БНД 130/200 + 1,7 % ELVALOY-АМ 159 43,9 > 100 59 23
6 БНД 130/200 + 1,7 % ELVALOY-АМ + 0,7 % Wetfix ВЕ 150 44,8 > 100 43 100
7 БНД 130/200 + 3,5 % BUTONAL N8 198 124 47,0 > 100 75 68
8 БНД 130/200 + 3,5 % ВШШ^ N8 198 + 0,7 % Wetfix ВЕ 109 46,6 > 100 61 99
Таблица 1 Влияние полимерных модификаторов и ПАВ на свойства битума марки БНД 130/200
Введение в битумополимерное вяжущее 0,7% ПАВ сопровождается повышением сцепления до 99 %, приблизительно в 3,7 раза.
Следовательно, катионноактивное ПАВ работает в БМП совместно с полимером.
Это также подтверждается совместной работой битума с полимерами других видов.
Введение ПАВ, как в случае чистого битума, мало влияет на такие свойства битумополи-мерного вяжущего как пенетрация, температура размягчения, растяжимость и эластичность.
При введении в битум 1,7 % ELVALOY-АМ показатель сцепления возрастает на 7 %, увеличивается вязкость, растет температура размягчения, приблизительно на 3 °С.
В отличие от битума, модифицированного КЯАТО^ом 1101 и BUTONAL № 198, когда температура размягчения увеличивается на 6 - 7 °С.
С добавлением в битум ELVALOY-АМ растяжимость не изменяется, появляется умеренная эластичность.
Введение 0,7 % Wetfix ВЕ в битумополимерное вяжущее с 1,7 % ELVALOY-АМ повышает сцепление до 100 %, в 4,3 раза, а эластичность снижает на 16 %.
В результате введения в битум катионного латекса, 3,5 % BUTONAL Ш 198, сцепление достигает 68%, что практически в 2,5 - 3 раза больше, чем у ранее рассмотренных битумо-полимеров, это обусловлено содержанием в составе BUTONAL'а № 198 катионоактив-ного вещества.
Изменение остальных показателей не отличается от того, что наблюдается у битумополи-меров с KRATON 1101 и ELVALOY-АМ.
Несмотря на то, что катионный латекс уже содержит в себе катионоактивное вещество, введение Wetfix ВЕ в количестве 0,7 % в битумополимерное вяжущее с 3,5 % BUTONAL № 198 повышает сцепление с 68 % до 99 %, т.е. в 1,5 раза, а эластичность снижает на 14 %.
Выводы
Введение полимеров в битум, в принятом здесь количестве, независимо от их вида, приводит к увеличению консистенции и повышению температуры размягчения, незначительно улучшая при этом сцепление с минеральной подложкой.
Только в случае применения катионного латекса BUTONAL № 198 показатель сцепления битумополимерного вяжущего с минеральной подложкой значительно, в 2,5 - 3,0 раза, повышается без добавления катионоак-тивного ПАВ, так как оно уже содержится в латексе.
Рис. 1. Зависимость показателя Катионоактивное ПАВ лишь незначительно изменяет такие показатели как пенетрация, температура размягчения, растяжимость и эластичность битумополимерного вяжущего, независимо от того какой вид полимера использован.
Катионоактивное ПАВ, введенное в битумо-полимерное вяжущее, дополняет влияние полимера, что позволяет значительно увеличивать показатель сцепления с минеральной подложкой.
Выбирая оптимальный вариант совместного использования полимера и ПАВ, в качестве модификаторов битума, можно регулировать водные свойства получаемого битумополи-мерного вяжущего, а также асфальтополи-мербетона на его основе.
При содержании минимально-допустимого количества каждого полимера, из условий обеспечения пенетрации, теплостойкости и трещиностойкости вяжущего, введение в битум 0,7 % ПАВ обеспечивает показатель сцепления равный 99 - 100 %.
Литература
1. Золотарев В.А., Кудрявцева С.В., Агее-
ва Е.Н. Водоустойчивость битумополи-мерных вяжущих и асфальтополимербе-тонов на их основе // Вестник ХНАДУ/ Сб. научн. тр. - Харьков: ХНАДУ. -2006. - Вып. 34 - 35. - С. 152 - 156.
2. Кудрявцева С.В. Особенности технологии
введения ПАВ в битумополимерное вяжущее // Вестник ХНАДУ / Сб. научн. тр. - Харьков: ХНАДУ. - 2006. - Вып. 34 - 35. - С. 157 - 159.
3. Золотарев В.А., Кудрявцева С.В., Ефре-
мов С.В. Поверхностные свойства биту-
сцепления от вида полимера и ПАВ
мополимеров // Сб. статей и докладов ежегодной научной сессии Ассоциации исследователей асфальтобетона. - М.: Московский автомобильно-дорожный институт (государственный технический университет), 2007. - С. 12 - 20.
4. Золотарьов В.А., Кудрявцева С.В., Ефре-
мов С.В., Агеева О.М. Адгезшна стш--юсть у водному середовищi бiтумiв, модифшованих полiмерами i поверхне-во-активними речовинами // Автошляхо-вик Украши. - 2007. - № 2. - С. 34 - 37.
5. Всемирная дорожная ассоциация. Техниче-
ский комитет «Нежесткие дороги» (С8). Модифицированные битумные вяжущие, специальные битумы и битумы с добавками в дорожном строительстве. / Пер. с франц. д.т.н. В.А. Золотарева, инж. Л. А. Беспаловой; Под общей ред. д.т.н. В.А. Золотарева, д.т.н. В.И. Брат-чуна. - Харьков: ХНАДУ, 2003. - 229 с.
6. Томпсон Д.К. Каучуковые модификаторы.
Битумные материалы (асфальты, смолы, пеки) / Под ред. А. Дж. Хойберга: Пер. с англ. - М.: Химия, 1974. - 248 с.
7. Brevet d'mvention J.-L. Goodnch, R.-L.State.
US 5,556,900, Process for producing a polyepoxy polymer linked asphalt. Thermoplastic composition. September, 1996.
8. Золотарьов В.О., Агеева О.М., Пир^ Я I.,
Ефремов С.В. Вплив адгезшно1 добавки Wetfix BE на властивост б^уму та асфальтобетону // Автошляховик Украши. - 2002. - №1. - С. 29 - 31.
Рецензент: В.И. Братчун, профессор, д.т.н., Донбасская национальная академия строительства и архитектуры.
Статья поступила в редакцию 15 декабря 2007 г.
