Строительное материаловедение Спецкурс Лекция Модифицированные органические вяжущие и

Строительное материаловедение. Спецкурс. Лекция. Модифицированные органические вяжущие и асфальтополимербетоны Д. т. н. , профессор Братчун В. И. Для студентов специальности: ПГС, АДА, ТСК Дон. НАСА, каф. АДА 1

План лекции: Предисловие 1. Состав, структура и свойства нефтяных дорожных битумов 2. Роль матрицы асфальтобетона в формировании его свойств 3. Битумополимерные вяжущие и асфальтобетоны на их основе 4. Технологии производства битумополимерсерных вяжущих и асфальтополимербетонных смесей 5. Разновидности модифицированых сфальтополимербетонных смесей и полимерных систем 5. 1. Асфальтополимербетоны с комплексно модифицированной микроструктурой 5. 2. Литые асфальтополимербетонные смеси 5. 3. Щебеночно мастичные асфальтобетоны 2

Современные конструкции дорожных одежд 3

Рис. Групповой состав битумов 1. Масла = 40 -60 %; выделяют петролейным эфиром (легкий бензин); цвет – светло-желтый; = 911 – 925 кг/ м 3; Мn = 300 – 800; состав: Сn. H 2 n+2, Cn. H 2 n-6; придают подвижность, текучесть, снижают температуру размягчения битумов. 2. Смолы нейтральные и кислые = 20 -40 %; выделяют этиловым эфиром, бензолом, бензином; цвет – темно-коричневый; = 1056 - 1078 кг/ м 3; Мn = 600 – 800; состав: гетероциклические ароматические соединения, которые содержат функциональные группы: СООН, NH 2, H 2 S и др. ; конденсированная ароматика с алифатическими боковыми цепями; придают растяжимость, погодоустойчивость и адгезию битумам. 3. Асфальтены = 10 -30 %; – выделяют бензолом; цвет – черный; = 1117 - 1121 кг/ м 3; Мn = 1000 – 5000; состав: полициклические конденсированные ароматические структуры с включением гетероциклов, преимущественно с серой и азотом; обеспечивают вязкость, твердость, повышают температуру размягчения, хрупкости, адгезию битумов. 4. Карбены и карбоиды = 1 -3%; нерастворимые в бензине; цвет – черный; > 1250 кг/ м 3; Мn > 5000; состав: характеризуются более высокой степенью конденсированости в сравнении с асфальтенами; определяют вязкость и хрупкость битумов. Элементный состав, % Асфальтогеновые и другие карбоновые кислоты и их ангидриды – до 1 % - RCOOH (R = C 10…. C 14) Парафины 2 – 5 % С Н О S N ↓ ↓ ↓ 73 -87 8 -12 1 -5 до 1 4

Структура асфальтенов может быть также представлена одинаковыми четырехъядерными группами, которые связаны между собой гетероатомами. Каждая группа удерживает два ароматических и два нафтеновых ядра (стрелками показаны места, по которым легко происходит конденсация) (VII) S S S O VII 5

Содержание компонентов, массовой доли Содержание компонентов, % Молекулярная масса Интегральные диаграммы и дифференциальные кривые в долях распределения компонентов в зависимости от молекулярных масс для битумов трех структурных типов (І, ІІІ) (а) и схематическое изображение их (б). 6

Структурно-реологические типы битумов ІІ ІІІ А > 25% А < 18 % А = 21 -23 % С < 24 % С > 36% С = 30 -34 % М (У) > 50 % М (У) < 48 % М (У) < 45 -49 % Напряжение, τ∙ 10 -4 І Время, t· 10– 3 с Кинетика выхода напряжения сдвига на постоянный режим течения при скорости сдвига: 1 – 10, 5·10 1 с 1; 2 – 2, 1·10 2 с 1; 3 – 3·10 3 с 1; 4 – 8, 4·10 4 с 1 для битумов: І – (а – асфальтены 20, 1%; смолы 25, 9%; масла 54%); ІІ – (в – асфальтены 7, 4%; смолы 42, 9%; масла 49, 7%); ІІІ– (б – асфальтены 15%; смолы 41, 7%; масла 43, 3%) структурных типов 7

Наименование показателя Значение для марок БНД 40/60 БНД 60/90 БНД 90/130 БНД 130/200 1. Глубина проникания иглы (пенетрация) при температуре 25°С, 10 4 (0, 1 мм) от 40 до 60 от 61 до 90 от 91 до 130 от 130 до 200 2. Температура размягчения по «кольцу» и «шару» , °С от 51 до 57 от 47 до 53 от 43 до 49 от 39 до 45 3, 0 55 4, 0 65 6, 0 70 0, 8 1, 0 1, 2 60 60 55 50 6, 0 7, 0 5. Температура хрупкости, С, не выше 10 12 15 17 6. Температура вспышки, которую определяют в открытом тигле, ( С, не ниже) 240 230 220 3. Растяжение (дуктильность), м 10 2 (см), не меньше 3. 1. При температуре 0°С 3. 2. При температуре 25°С 4. Изменение свойств после прогревания: 4. 1. Изменение массы после прогревания, %, не больше 4. 2. Остаточная пенетрация, %, не меньше 4. 3. Изменение температуры размягчения, С, не больше 7. Сцепление со стеклом Не нормируется. Определение обязательное для накопления данных 8. Массовая часть парафинов, % Не нормируется. Определение обязательное для накопления данных 9. Растворимость в органическом растворителе, %, не меньше 10. Индекс пенетрации 99, 00 от – 2, 0 до + 1, 0 8

Строение пленки битума на минеральном зерне: І – ориентированный слой, ІІ – объемный битум; І а – твердообразная зона; І б – структурированная зона; І в – диффузионная зона 9

Анализ функций дёгтебетона (асфальтобетона), находящегося в покрытии автомобильной дороги. Функция дёгтебетона (асфальтобетона) противостоять транспортной нагрузке и климатическим факторам Элемент Обозначение Е 1 Е 2 Е 3 Функция Наименование Щебень Песок Минеральный порошок Обозначение Описание Ф 1 Выполняет в асфальтобетоне роль высокопрочного структурообразующего компонента, заполняющего наибольший объем бетона Ф 2 Заполняет основной объем пустот, оставшихся в щебеночном каркасе. Повышает удобоукладываемость дегтебетонной смеси (способствует переводу трения скольжения в трение качения). Снижает напряжение в монолите при укладке смеси Ф 3 Структурирует каменноугольное вяжущее. Увеличивает поверхность контактирования между зернами песка и щебня. Уменьшает тепловое расширение дегтя и скольжение при торможении транспорта. Повышает адгезионные и механические свойства дегтя. Увеличивает плотность минеральной смеси и дегтебетона 10

Элемент Обозначение Е 1 Е 2 Е 3 Е 4 Наименование Смесь песка и щебня Бинарная смесь минерального порошка и каменноугольного дегтя Деготь – композиционный Е 1 Е 2 Е 3 Е 4 материал, получаемый Соотношение уплотнением (Ку 0, 99) между перемешанной до однородного элементами – состояния (коэффициент внутренними вариации содержания ключевого факторами, компонента Vic 7%) при должно быть оптимальной температуре смеси оптимальным дегтя, щебня, песка и минерального порошка Функция Обозначение Описание Ф 1 Ф 2 Обеспечивает заполнение объема монолита. Воспринимает механические и тепловые напряжения в покрытии с последующей передачей их основанию или другому конструктивному слою Ф 3 Ф 4 Ф 1 Ф 2 Ф 3 Ф 4 Формирует структурированную непрерывную матрицу в дегтебетоне. Повышает плотность, водоустойчивость, морозостойкость и прочность дегтебетона в области высоких температур Обеспечивает сдвигоустойчивость (V 1), износ (V 2), трещиностойкость (V 3), водоустойчивость (V 4, морозостойкость(V 5), стабильность верхнего слоя покрытий автомобильных дорог (V 6, V 7) 11

12

где: Rср – предел прочности асфальтобетона; δстр, δср – соответственно толщина пленки битума, отвечающая начальному участку структурообразования на концентрационной кривой прочности асфальтовяжущего и толщина пленки в асфальтобетоне фактического состава; Купл – коэффициент, характеризующий уменьшение толщины пленки органического вяжущего при уплотнении; n – коэффициент, характеризующий интенсивность структурирования битума минеральной поверхностью; вязкость и когезия органического вяжущего учитывается значением Rстр (где Rстр – максимальная прочность асфальтовяжущего оптимальной структуры); Кпов – коэффициент развития поверхности, характеризующий закономерности формирования структуры композиционных материалов от структурообразующих факторов 13

Стирол – бутадиен – стирол … – СН 2 – СН = СН – СН 2 – СН – … Содержит 21 25% стирола или α метил стирола; молекулярная масса 15 400 тыс. ; плотность 0, 93 г/см 3; температура стеклования от – 52°С до – 56°С; получают бутадиен стирольные каучуки совместной полимеризацией бутадиена и стирола. СБС не кристаллизуется, растворяется в алифатических и ароматических углеводородах, хлороформе, четыреххлористом углероде. 14

Атактический полипропилен – (–СН 2 – СН = СН –)n – АПП мягкий эластичный продукт плотностью 840 845 кг/м 3 с температурой размягчения 30 80°С; – средняя молекулярная масса 10000 40000; модифицируют нефтяной битум при 160 170°С (1 20% по массе). Глубина проникания битума с указанной добавкой составляет (70 120)· 0, 1 мм при 25°С. Относительное удлинение АПП при 25°С от 100 до 400%. Прозрачен, нетоксичен, значительно дешевле многих термоэластопластов. Ведение АПП в нефтяной битум значительно повышает термостабильность органического вяжущего (асфальтополимербетоны стареют в 2 3 раза медленнее, чем традиционные горячие асфальтобетоны). 15

Специфическим свойством битумополимерных вяжущих, отличающих их от традиционных битумов, является эластичность. Величина эластичности при 25°С Э 25=80 85%, при 0°С Э 0=70 75%. Данные, приведенные на рис. , свидетельствуют о том, что при 2, 5 3, 5% полимера ДСТ З 0 рост эластичности вяжущего замедляется и в дальнейшем выходит на плато. Такой характер формирования эластичности, наблюдаемый при температурах 0 и 25°С является убедительным доказательством формирования эластичной, сопряженной сетки, образованной надмолекулярными образованиями полимера и асфальтенами битума. 16

Тхр, °С Тхр Тр, °С 80 -20 П 25 -30 -40 0 ТР 60 Э 25 С 2 С 4 6 8 40 Содержание полимера, % Зависимость эластичности ( Э 25), температуры размягчения ( Тр), хрупкости ( ▲ Тхр) и пенетрации ( П 25) от концентрации полимера 17

а б в Фазовые состояния битумов, модифицированных полимерами: а) среда битум, фаза полимер; б) среда полимер, фаза битум; в) переходная система ( по данным F. Durrieu) 18

Свойства битумополимерных вяжущих на основе битумов разной марочной вязкости (БПВ→БНД+3% СБС) Значение показателей для битумов и БПВ Наименование показателей свойств 40/60 БПВ 60/90 БПВ 90/130 БПВ 130/200 БПВ Пенетрация, 0, 1 мм 25°С 0 °С 53 26 36 20 75 25 47 26 96 33 53 27 145 41 70 34 Температура размягчения, С 53 66 49 63 47 63 43 59 Температура хрупкости, С 17 19 20 21 23 24 Растяжение при 25 °С, см 20 21 42 38 68 69 67 84 Эластичность при 25 С, % 79 82 86 93 0, 102 0, 154 0, 079 0, 132 0, 044 0, 105 0, 036 0, 080 Когезия при 25 С, МПа 19

Свойства битума, модифицированного разным количеством полимера СБС Наименование и состав БПВ Показатели качества П 25, 1/10, мм Тр, С Тхр, С Э 25, % до, МПа БНД 40/60 с 3 % СБС 36 66 17 79 0, 154 БНД 90/130 чистый 96 47 21 0, 044 БНД 90/130 с 1, 5 % СБС 67 54 20 0, 081 БНД 90/130 с 3, 0 % СБС 53 63 21 86 0, 105 БНД 90/130 с 6, 0 % СБС 50 91 27 98 0, 143 БНД 90/130 с 10 % СБС 40 112 35 92 0, 183 20

Содержание в битуме индустриального масла, % Зависимость температуры хрупкости чистых битумов БНД 60/90 (кривая 1), БНД 90/130 (кривая 2) и модифицированных битумов БНД 60/90 (кривая 1), БНД 90/130 (кривая 2) от содержания масла І 40 А. (По данным Л. М. Гохмана): исходные битумы (светлые значки); модифицированные битумы (темные значки). 21

Зависимость температуры размягчения (Тр) чистых битумов БНД 60/90 (кривая 1), БНД 90/130 ((кривая 2) и этих же битумов модифицированных 3, 5 % полимера (кривая 3, 4), а также зависимость (кривая 5) пенетрации П 25 битума БНД 60/90, модифицированного 3, 5 % полимера, от содержания масла І 40 А. (по данным Л. М. Гохмана). 22

τк П 25 Зависимость между температурой размягчения (Тр), когезией ( к) и пенетрацией (П 25) исходных битумов (светлые значки) и битумов, модифицированных 3 % СБС (темные значки) 23

Влияние прогрева на изменение свойств БМП в верхнем и нижнем слоях цилиндрического сосуда Показатели Вид и количество полимера в вяжущем Пенетрация при 25 °С, 1/10 мм Температура размягчения, С Эластичность при 25 С, % Верх Низ 1, 5 % ДСТ 30 01 83 81 49 49, 2 55 57 3 % ДСТ 30 01 108 55 >91 50, 9 100 48 5 % ДСТ 30 01 126 38 99 60, 0 99 52 3 % ДСТ 30 Р 01 130 67 >80 45, 8 100 42 3 % Кратон 1) Д 1101 81 82 48, 0 48 59 56 1, 5 % Кратон 2) Д 1101 94 91 47 46 68 55 3 % Кратон 2) Д 1101 83 79 51 50 72 68 5 % % Кратон 2) Д 1101 130 45 94 58 99 57 1, 5 % Кратон Д 1186 98 83 66 47 98 47 3 % Кратон Д 1186 108 62 107 51 99 52 5 % Кратон Д 1186 103 41 113 72 98 43 2 % Элвалой АМ 90 83 56 57 68 72 4 % Бутонал NS 198 75 61 54, 5 49, 5 77 47 24

Технические требования к ПБВ на основе блоксополимеров типа СБС (ОСТ 218. 010 -98), ТУ УВ. 2. 7 – 24. 1– 0340778– 198– 2002 Нормы по маркам Наименование показателей Глубина проникания иглы, 0, 1 мм, не меньше: при 25°С при 0°С Температура размягчения по кольцу и шару, °С, не ниже ПБВ 300 ПБВ 200 ПБВ 130 ПБВ 90 ПБВ 60 ПБВ 300 90 200 70 130 50 90 40 60 32 Метод Испытания 40 25 По ГОСТ 11501 78 По ГОСТ 11506 73 45 47 49 51 54 56 Растяжимость, см, не менее: при 25°С при 0°С 30 25 30 20 30 15 25 11 15 8 Температура хрупкости, °С, не выше – 40 – 35 – 30 – 25 – 20 – 15 Эластичность в % не менее: при 25°С при 0°С 85 75 80 70 7 7 6 6 5 5 По ГОСТ 18180 72 По ГОСТ 11506 73 Температура вспышки, °С, не ниже 220 220 230 По ГОСТ 4333 87 Сцепление с мрамором или песком Выдерживает по контрольному образцу № 2 Изменение температуры размягчения после прогрева, °С, не более Однородность По ГОСТ 11505 75 Однородно По ГОСТ 11507 78 см. данном разделе По ГОСТ 11508 74 (метод А 0 см. данном разделе 25

Температурная зависимость вязкости чистого битума БНД 60/90 (◊) и битума с 3 % линейного СБС – (□), с 5% СБС Δ, с 7% СБС –(○) ( по данным D. A. GORDON и R. Behzad) 26

6 17 16 13 5 1 14 6 15 9 10 18 8 7 3 11 12 4 2 Принципиальная технологическая схема производства асфальтополимерсеробетонной смеси: 1 – Склад СКМС 30; 2 – ёмкость растворителя СКМС 30; 3 – ёмкость для приготовления раствора СКМС 30; 4 – битумоварочный котёл; 5 – силосный склад технической серы; 6 – циклон; 7 – бункер для межоперационного складирования технической серы; 8 – шнековый питатель; 9 – битумонасос; 10 – мешалка; 11 – битумоварочный котёл приготовления битумополимерсерного вяжущего; 12 – расходный битумный котёл битумополимерсерного вяжущего; 13 – бункер для межоперационного складирования известнякового щебня; 14 – сушильный барабан; 15 – мельница; 16 – дозатор раствора СКМС 30; 17 – силосный склад активированного СКМС 30 минерального порошка; 18 – асфальтосмеситель. 27

Установка для модифицирования битумов 28

29

ЭЛВАЛОЙ АМ – этиленглицидилакрилат – гранулированный, гранулы белого цвета диаметром (1 -3)· 10 -3 м; = 842, от 8600 до 16000, Тпл=60°С, n=10 -20; сертификат качества со спецификациями фирмы – производителя «DUPON» . 30

Термограммы исходного битума (Bi) и Элвалоя (El), совмещение в системе Bi – El; начальные стадии взаимодействия в системе «БПВ – МП» Зависимость теплового потока W от температуры Т в системе Bi – El: (а) – исходный Bi; (б) – исходный El; (в) – система Bi – El, первый нагрев; (г) – система Bi – El, повторный нагрев. Зависимость теплового потока W от температуры Т в системе МП Bi. El: (а) – нагрев первый; (б) – повторный нагрев; 16 мг Bi, 1 мг El и 2, 8 мг МП. 31

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭПОКСИГРУППЫ El с ПФК сдвоенные цепи (с Н 4 Р 2 О 7) и узлы (с ПФК nакт. > 2) остаток H 4 P 2 O 7 H 5 P 3 O 10 El H 6 P 4 O 13 остаток 32

Свойства органических вяжущих 33

Зависимость коэффициента относительного изменения пенетрации (А), температуры размягчения (Б), адгезии (В), когезии (Г) и интервала пластичности (Д) органических вяжущих от способа модификации; индексы соответствуют составам органических вяжущих приведенных в таблице 1 2 А 3 1 2 Б 3 1 2 В 3 1 2 Г 3 1 2 3 Д 34

Зависимость средней плотности мелкозернистого асфальтобетона (тип Б) от температуры Т: индексы у кривых соответствуют составам асфальтобетонных смесей табл. 35

Диаграмма уплотнения мелкозернистых асфальтобетонных смесей (тип Б): индексы у кривых соответствуют составам асфальтобетонных смесей табл. ; температура построения зависимости F=f(Δℓ) T=90°C 36

ФИЗИКО МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АСФАЛЬТОБЕТОНОВ Состав асфальтовяжущего вещества в мелкозернистом асфальтобетоне (тип Б) Битум 40/60, МП известняковый не активирован Битум 130/200 + МПШН с 2% ПОЭС Битум 130/200 + 2, 5% Элвалоя АМ; МПШН с 2% ПОЭС Средняя плотность, , кг/м 3 2338 2329 2332 2339 Набухание, Н, % от объема 0, 6 1, 0 0, 81 0, 42 2, 94 3, 8 3, 28 3, 12 6, 8 3, 1 1, 1 7, 4 2, 4 1, 1 7, 8 3, 1 1, 4 8, 1 3, 6 1, 7 0, 78 0, 92 0, 95 0, 96 6, 2 6, 6 5, 6 4, 8 Показатели Водонасыщение, W, % от объема Предел прочности при сжатии, МПа, при 0°С 20°С 50°С Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении, Квд Коэффициент теплоустойчивости, Битум 130/200 +2, 5% Элвалоя АМ; 0, 2% ПФК; МПШН с 2% ПОЭС 37

ПОКАЗАТЕЛИ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ УПЛОТНЯЕМОСТЬ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ № п/п 1 2 3 Состав асфальтобетонной смеси Работа, затраченная на уплотнение, А, Dж Коэффициент уплотнения, Ку, Приращение средней плотности бетона, Мелкозернистая асфальтобетонная смесь (тип Б), приготовленная на битуме БНД 40/60 (П 25 = 59 град. ); минеральный порошок известняковый не активирован (Т=100°С) 647 1, 27 509 Мелкозернистая асфальтополимербетонная смесь на битуме БНД 130/200 с 2% Элвалоя АМ; МПШН с 2% ПОЭС (Т=80°С) 491 0, 92 538 Мелкозернистая асфальтополимербетонная смесь на битуме БНД 130/200 с 2% Элвалоя АМ и 0, 2% ПФК 105; МПШН с 2% ПОЭС (Т=90°С) 511 1, 06 486 38

ЗНАЧЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ СДВИГОУСТОЙЧИВОСТЬ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНОВ ПО МЕТОДУ МАРШАЛЛА (ТЕМПЕРАТУРА ИСПЫТАНИЯ 60°С) № п/п 1 2 3 Вид асфальтовяжущего в смеси Условная Устойчивость, пластичность, Р, Н 1/10, мм Условная жесткость, А, Н/мм Нефтяной дорожный битум П 25 = 59 град. шкалы пенетрометра; минеральный порошок известняковый не активирован 46 15256 3316 Нефтяной дорожный битум БНД 130/200 модифицированный 2, 5% Элвалоя АМ; минеральный – порошок – шлам станций нейтрализации, активированный 2, 5% ПОЭС 35 16245 4641 Нефтяной дорожный битум БНД 130/200, модифицированный 2, 5% Элвалоя АМ и 0, 2% ПФК 105; минеральный порошок – шлам станций нейтрализации активированный 2, 5% ПОЭС 32 19050 5953 39

АТМОСФЕРОСТОЙКОСТЬ АСФАЛЬТОБЕТОНОВ Зависимость коэффициента теплового старения Кст от времени прогрева в климатической камере ИП при температуре 60 С мелкозернистых асфальтобетонов, отличающихся видом асфальтовяжущего вещества (АВВ): 1, 2, 3 – индексы составов АВВ 40

Зависимость коэффициента водостойкости при длительном насыщении Квд от времени насыщения мелкозернистых асфальтобетонов, отличающихся видом асфальтовяжущего вещества (АВВ): 1, 2, 3 – индексы составов АВВ 41

Зависимость коэффициента морозостойкости F от количества циклов попеременного замораживания оттаивания мелкозернистых асфальтобетонов, отличающихся видом асфальтовяжущего вещества (АВВ): 1, 2, 3 – индексы составов АВВ 42

Общий вид битумоварочного котла, оснащенного диспергатором и мешалкой, для приготовления битумополимерного вяжущего с использованием терполимера Элвалой АМ на АБЗ филиала Новоазовского автодора ООО ГАК «Автомобильные дороги Украины» дочернего предприятия Донецкий облавтодор. Общий вид участка асфальтобетонного покрытия автомобильной дороги «подъезд к поселку Мангуш» , построенного из асфальтополимербетонной смеси, которая содержит Элвалой АМ и полифосфорную кислоту ПФК 105. 43

Схема производства асфальтобетонной смеси по традиционной технологии (на примере асфальтосмесительной установки ДС 168): 1 – мокрый пылеуловитель; 2 – циклон; 3 – кабина дистанционного управления АБЗ; 4 – нагреватель битума; 5 – термобункер готовой асфальтобетонной смеси; 6 – асфальтосмеситель; 7 – силос минерального порошка; 8 – дозатор битума; 9 сушильный барабан; 10 – бункера питатели щебня и песка. 44

Схема производства асфальтобетонной смеси по беспыльной технологии : 1 бункера питатели песка и щебня 1; 2 – дозатор; 3 – ленточный конвейер; 4 – приемный бункер асфальтосмесителя; 6 – дозатор минерального порошка из силоса 5; 7 установка для разогрева битума до рабочей температуры; 8 – асфальтосмеситель; 9 – бункер; 10 – ленточный конвейер; 11 – сушильный барабан смеситель; 12 – экран, предохраняющий смесь от перегрева; 13 – бункер; 14 – скиповой подъемник; 15 – термос бункер готовой асфальтобетонной смеси. 45

Схема производства асфальтобетонной смеси по турбулентной технологии в барабанном асфальтосмесителе: 1 – агрегат питания щебнем и песком; 2 – ленточный конвейер; 3 – силос минерального порошка; 4 – битумопровод; 5 – форсунка продуктов сгорания топлива; 6 – скиповый подъемник; 7 – термобункер; А зона просушивания и нагрева МП; Б – зона смешивания ММС; В – зона обволакивания ММ; Г – зона окончательного приготовления АБС (асфальтобетонной смеси). 46

Схема производства асфальтобетонной смеси по двухступенчатой технологии (применительно к установке Д 645 3): 1 – агрегат питания щебнем и песком; 2, 10 – сушильный барабан; 3, 7 – элеватор; 4 – грохот; 5 – бункеры; 6 – дозаторы; 8 – смеситель непрерывного действия; 9 – силос минерального порошка; 11 – бункер горячего минерального порошка; 12 – дозатор непрерывного действия; 13 – шнек питатель; 14 – вибросмеситель; 15 – горячий битум; 16 – скиповый подъемник; 17 – термос бункер. 47

Общий вид асфальтосмесительной установки фирмы AMMANN (Германия) с подачей холодного рийсайклинга – асфальтобетонной смеси в смеситель 48

Серия AMMANN GLOBAL 160 отличается высокой экономичностью. За счет строгого соблюдения размеров 20 фунтовых контейнеров перевозка заводов чрезвычайно экономична – по всему миру. Версии QUICK сохраняют все преимущества стационарных заводов. Постепенное обновление завода можно осуществить также беспроблемно как и интегрирование после включенных бункеров отгрузки, уже имеющихся приемных дозаторов и битумных хозяйств 49

GLOBAL QUICK 160 с битумными танками, емкостью каждый 50 м 3, с термомаслянным обогревом, полностью на стальных переносных рамных конструкциях 50

Асфальтосмесительная установка ДС 168637 производительностью 160 т/ч (Кредмаш) 51

Асфальтосмесительная установка ДС 168637 производительностью 160 т/ч (Кредмаш) 52

Для получения ровного асфальтобетонного дорожного покрытия и обеспечения высокопроизводительной работы по его устройству организуется непрерывное и равномерное поступление асфальтобетонной смеси с температурой, не ниже указанной в табл. Температура смеси, °С Вид смеси Марка битума при выпуске из смесителя в асфальтоукладчике при укладке в конструктивный слой, не ниже 140… 160 120. . 140 100 БНД 40/60 БНД 60/90 БНД 90/130 БН 60/90 Горячая БН 90/130 БНД 130/200 БНД 200/300 БНД 130/200 БН 200/300 СГ 130/200 Теплая МГ 130/200 МГО 130/200 Холодная МГ 70/130 МГО 70/130 90… 100… 120 70 90… 100 5 53

Технология строительства асфальтобетонного покрытия автомобильной дороги 54

Литым асфальтобетоном называется искусственный строительный материал, образующийся в результате охлаждения и затвердевания, без участия уплотняющих средств или при уплотнении только вибробрусом асфальтоукладчика, горячей литой асфальтобетонной смеси. Повышенная уплотняемость литого асфальтобетона обеспечивается большим содержанием в смеси асфальовяжущего вещества (битум 8 10% + минеральный порошок 15 23%). Все межзерновые поры минерального остова, заполнены асфальтовяжущим веществом (пример состава ЛА → «Берлинский рецепт» ): базальтовый щебень фракции 2 8 мм – 40%; песок – 28, 5%; минеральный порошок – 22% (частицы известняка мельче 0, 871 мм); битум БНД П 25 = 45 град – 7, 55%. Литой асфальтобетон применяют для устройства верхнего слоя покрытия (слоя износа), толщиной 2, 5 4 см. Абсолютно водоустойчивый, морозостойкий, обладает повышенной сдвигоустойчи востью. Срок службы слоев 25 35 лет. В Европе ежегодно производят 1 млн тонн ЛА. 55

56

Физико механические свойства литого асфальтобетона № п/ п Показатели свойств 1 Нормы по типам І ІІ ІІІ ІV V Пористость минерального остова, % по объему, не более 20 22 22 2 Водонасыщение, % по объему, не более 1, 0 5, 0 7, 0 0, 5 3 Прочность при сжатии при температуре +50°С, не менее 1, 0 0, 7 1, 0 4 Подвижность смеси при 200°С, не менее, мм 30 25 – – 30 5 Глубина вдавливания штампа при температуре +40°С, мм, в пределах 1, 6 1, 4 – – 1 10 6 Прочность на растяжение при разрыве при температуре 0°С, МПа, не менее не более 2, 5 6, 0 2, 5 5, 5 2, 5 6, 0 7 Показатель однородности, не более 0, 16 0, 18 0, 16 57

Х 2 Х 1 Формулы перехода от кодированных значений факторов к натурным Зависимость: предела прочности на растяжение при изгибе Rизг (МПа), (а) при 0°С (У 1); подвижности асфальтополимерсеробетонной смеси ОК (мм) при 170°С (б); глубины погружения штампа при 40°С h (мм), (в) и области оптимальных составов Optimal (г) асфальтополимерсерных вяжущих веществ от соотношения в системе механоактивированного бутадиенметилстирольным каучуком СКМС 30 известнякового минерального порошка и битумополимерсерного вяжущего Х 1 = 15 + 5·Х 1 Х 2 = 8, 5 + 2·Х 2 58

CМ КC НМ НДС (см) (Е, η, ε, σизг, …) = НДС (кс) = НДС (нм) (1) где: НДС – напряженно деформированное состояние старого материала (см), контактного слоя (кс) и нового материала (нм) соответственно; Е, η , ε, σизг – модуль упругости (МПа), вязкость (Па·с), относительная деформация и предел прочности при изгибе (МПа) соответственно 59

Когезия контактного слоя (σк (кс)) не должна превышать значения адгезии (σа) в системе СМ КС НМ более четырех (2). σк (КС) < 4 σа (НМ и СМ) (2) (3) (4) где: Дс – долговечность системы (лет); – предел прочности при изгибе системы c учетом изменения её в процессе старения, МПа; F – морозостойкость; Kвд – коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении; Тстекл – трещиностойкость, °С (МПа); Кстар – коэффициент старения; – предел прочности при изгибе нового материала, контактного слоя и ремонтируемого покрытия соответственно c учетом изменения его в процессе эксплуатации, МПа. 60

Прибор для определения глубины погружения штампа при контроле качества литых асфальтобетонных смесей 61

ТЕРМОГРАММЫ БИТУМОПОЛИМЕРСЕРОВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ Зависимость теплового потока W от температуры Т при нагреве битумополимерсерного вяжущего состава в массовых частях компонентов: битум нефтяной дорожный П 25=59 град. – 100; бутадиенметилстирольный каучук СКМС 30– 2; техническая сера– 30. 62

АТМОСФЕРОСТОЙКОСТЬ ЛИТОГО АСФАЛЬТОПОЛИМЕРСЕРОБЕТОНА Зависимость коэффициента теплового старения Кст от времени прогрева в климатической камере ИП 1 при температуре 75°С мелкозернистого асфальтового бетона, отличающегося составом асфальтовяжущего вещества: 1 – вяжущее – нефтяной дорожный битум П 25=59 град шкалы пенетрометра, известняковый минеральный порошок (МП) не активирован: 2, 3 – Б – П 25=59 град шкалы пенетрометра модифицирован 2% мас. СКМС 30 и 40% технической серы, МП механоактивирован 0, 5% мас. СКМС 30; 2 и 3 отличаются содержанием модифицированного органического вяжущего 2 5%, 3 9, 5% и активированного минерального порошка 2 7, 2%, 3 – 17, 5% 63

Зависимость коэффициента длительной водостойкости Квд от времени водонасыщения мелкозернистого асфальтобетона, отличающегося составом асфальтовяжущего вещества: 1 – вяжущее – нефтяной дорожный битум П 25=59 град шкалы пенетрометра, минеральный порошок известняковый (МП) не активирован: 2, 3 – Б – П 25=59 град шкалы пенетрометра модифицирован 2% мас. СКМС 30 и 40% технической серы, МП активирован 0, 5% мас. СКМС 30; 2 и 3 отличаются содержанием модифицированного органического вяжущего 2 5%, 3 9, 5% и активированного минерального порошка 2 7, 2%, 3 – 17, 5%. 64

Зависимость коэффициента морозостойкости F от количества циклов попеременного замораживания оттаивания n мелкозернистого асфальтобетона, отличающегося составом асфальтовяжущего вещества: 1 – вяжущее – нефтяной дорожный битум П 25=59 град. шкалы пенетрометра, минеральный порошок известняковый (МП) не активирован; 2 – литой асфальтополимерсеробетон: битум П 25=59 град. шкалы пенетрометра модифицирован 2% мас. СКМС 30 и 40% технической серы, МП активирован 0, 5% мас. СКМС 30: содержание органического вяжущего – 9, 5, активированного МП – 17, 5% 65

Комплект для транспортирования литой асфальтобетонной смеси КДМ-1501 Оборудование представляет собой блок, в состав которого входит рама 1 и теплоизолированная емкость 2 , в которую встроена лопастная мешалка 3 с вертикальным расположением вала 4. Привод мешалки осуществляется от автономного дизельного двигателя 5 через редуктор 6 с использованием клиноременной 7 и цепной 8 передач. Температура смеси в котле поддерживается за счет системы подогрева 9 , работающей на сжиженном газе из баллонов 10. Загрузка литой асфальтобетонной смеси осуществляется через загрузочный люк 17 в верхней части котла, а выгрузка по лотку 12 через люк с шиберным затвором 13 в нижней части котла. 66

Котёл для литого асфальта КДМ 150 предназначен для транспортировки литой асфальтобетонной смеси к месту его укладки с непрерывным перемешиванием и поддержанием температуры или подогревом смеси при температуре окружающего воздуха от 10 °С до +40 °С, при этом температура самой смеси не должна опускаться ниже 180°С. Уплотнение смеси катками не требуется. Для выравнивания поверхности покрытия следует применять только легкие рельсовые либо ручные валики. 67

Устройство покрытия из литой асфальтобетонной смеси 68

Значения показателей, характеризующих сдвигоустойчивость литого асфальтобетона по Маршаллу Условная пластичность, 1/10, мм Устойчивость, Р, Н Условная жесткость, А, Н/мм 1 Нефтяной дорожный битум П 25=59 град. шкалы пенетрометра; минеральный порошок известняковый не активирован 46 15256 3316 2 Нефтяной дорожный битум П 25=59 град. шкалы пенетрометра модифицирован 2% СКМС 30 и 40% технической серы; известняковый минеральный порошок активирован 0, 5% СКМС 30 38 23080 5980 № п/п Вид асфальтовяжущего в смеси 69

Щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА) был разработан в 1966 году в Германии и, начиная, с 1970 года, стал широко применяться в дорожном строительстве, получив название «Splittmastixasphalt» (SMA). Этот вид асфальтобетона появился как результат борьбы дорожных служб Германии с интенсивным разрушением дорожного полотна и образованием в нем колей из за роста интенсивности движения бельшегрузных транспортных средств и применения шипованных шин. Поверхность покрытий, получаемая применении ЩМА, характеризуется комфортными и безопасными ездовыми качествами, а ее текстура отличается шероховатостью и способностью поглощать шум при движении транспортных средств. 70

Высокое содержание прочного щебня (σст>120 МПа) кубовидной формы (70 80%) в составе минеральной части ЩМА создает каркасную структуру, которая обеспечивает повышенную сдвигоустойчивость покрытия нежесткой дорожной одежды, построенной из ЩМАС. Повышенное содержание, битумополимерного вяжущего в составе ЩМА, в сравнение с традиционными горячими мелкозернистыми асфальтобетонами обеспечивает формирование на поверхности зерен минерального материала пленку мастики и, соответственно, высокую длительную водостойкость и морозостойкость асфальтобетонного покрытия. Основное назначение, вводимой в состав ЩМАС стабилизирующей добавки – препятствовать расслаиванию щебеночно асфальтобетонной смеси при её транспортировании, укладке и уплотнению вследствие структурирующего действия целлюлозного или полимерного волокна на органическое вяжущее и удерживать более толстые пленки вяжущего на поверхности зерен щебня. 71

Технико-экономическая целесообразность применения ЩМА для устройства слоев износа нежестких дорожных одежд § Себестоимость 1 т ЩМА в сравнении с традиционной горячей асфальтобетонной смеси выше на 30 35% (большее количество органического вяжущего на 1, 5 2, 0%; более высокого качества минеральные материалы; дополнительное использование стабилизирующего волокна VIATOP 66 из целлюлозного волокна (0, 45% от объема смеси). § ЩМА укладывается более тонким слоем, чем обычный асфальтобетон 25 35 мм по сравнению с 35 50 мм, что позволяет уменьшить расход материала на 1 кв. м до 40%. § Долговечность дорожного покрытия из ЩМА превосходит срок службы покрытия асфальтобетона в 2 3 раза (предел прочности при сжатии ЩМА в 1, 5 4 раза выше, чем для асфальтобетона), более высокая усталостная прочность, морозостойкость и водостойкость, способность противостоять колееобразованию. 72

Cтабилизирующие добавки – гранулы, которые состоят из молекул α и β целлюлозы с ρ=1580 кг/м 3. Торговые марки: VIATOP, TOPCEL, TECHNOCEL 1004, INTEREIBRA, ANTROCEL, ГАСЦЕЛ Приведены свойства на примере стабилизирующей добавки VIATOP PREMIUM Наименование показателя Значение Содержание целлюлозных волокон ФКИЩСУД ЯЯ 8 1 89 92% Средняя длина гранулы 2 8 мм Средняя толщина гранулы 4± 1 мм Объемная плотность 470 540 г/л Термическое разрушение 220°С Температура возгорания 500°С Растворимость в воде (при 20°С) нерастворим Базовый исходный материал техническая целлюлоза Содержание целлюлозы 80 ± 5% Водородный показатель, р. Н 7, 5 ± 1 Средняя длина волокон 1, 1 мм Средняя толщина волокон 45 мкм Пенетрация битума при 25°С (50 70)· 0, 1 мм Температура размягчения битума по Ки. Ш 48 54°С 73

Зерновой состав частиц ЩМА Вид ЩМАС и ЩМА Содержание минеральных зерен, %, по массе, меньших данного размера, мм 20 15 10 5 2, 5 1, 25 0, 63 0, 315 0, 17 0, 071 100 90 43 32 29 18 24 15 22 14 18 12 16 11 100 90 40 30 29 19 26 16 22 13 20 11 17 11 15 10 100 90 60 40 35 25 28 18 25 15 22 12 20 10 16 9 14 9 70 50 42 25 30 20 25 15 24 13 21 11 19 9 15 8 13 8 ЩМА 5 ЩМА 10 ЩМА 15 ЩМА 20 100 90 Показатели качества ЩМА по степени расслоения должны отвечать требованиям Время выдержки в бункере асфальтосмесителя, часы Время транспортирования в автомобиле, часы Значение показателя расслоения, % ≤ 0, 5 0, 5 1, 0 1 2 менее 0, 25 0, 20 0, 10 0, 5 1, 0 2, 0 ≤ 0, 5 0, 20 0, 15 0, 5 1, 0 2, 0 0, 5 1, 0 0, 15 0, 75 0, 5 1, 0 2, 0 0, 05 0, 03, не больше 74

Физико-механические свойства ЩМА с учетом климатических условий работы асфальтобетонных покрытий Показатель Нормы, в соответствии к районированию А 1, А 2 А 4, А 5 А 3, А 6 А 7 1. Пористость минеральной части (остова), % по объему 15 19 2. Остаточная пористость, % по объему 1, 5 3, 5 1, 5 4, 0 1, 5 3, 5 2, 0 4, 5 3. Водонасыщение, % по объему: лабораторных образцов вырубок и кернов покрытия, не более 1, 10 3, 5 1, 0 3, 5 4, 0 1, 0 3, 5 1, 5 4, 0 4, 5 4. Предел прочности при сжатии, МПа, при температуре: 20ºС 50ºС 2, 1 0, 60 2, 2 0, 65 2, 1 0, 6 2, 4 0, 7 5. Коэффициент внутреннего трения, не менее 0, 91 0, 92 0, 91 0, 94 6. Сцепление при сдвиге при температуре 50ºС, МПа, не менее 0, 16 0, 18 0, 16 0, 22 2, 0 5, 0 2, 2 5, 5 2, 0 6, 0 3, 0 6, 5 0, 9 0, 85 0, 9 0, 75 7. Предел прочности при растяжении при раскалывании при температуре 0ºС, МПа 8. Водостойкость при длительном водонасыщении, не менее 75

Использование ЩМА в верхних слоях покрытий позволяет обеспечить: увеличение интенсивности движения; повышенную нагрузку на ось колеса; снижение шума; долговечность; повысить коэффициент сцепления колеса автомобиля с поверхностью покрытия; улучшить видимость дорожной разметки 76

Физико-механические свойства литого асфальтобетона № п/п Нормы по типам Показатели свойств І ІІ ІІІ ІV V 1 Пористость минерального остова, % по объему, не более 20 22 22 2 Водонасыщение, % по объему, не более 1, 0 5, 0 7, 0 0, 5 3 Прочность при сжатии при температуре +50°С, не менее 1, 0 0, 7 1, 0 4 Подвижность смеси при 200°С, не менее, мм 30 25 – – 30 5 Глубина вдавливания штампа при температуре +40°С, мм, в пределах 1, 6 1, 4 – – 1 10 6 Прочность на растяжение при разрыве при температуре 0°С, МПа, не менее не более 2, 5 6, 0 2, 5 5, 5 2, 5 6, 0 7 Показатель однородности, не более 0, 16 0, 18 0, 16 77

Компоненты щебеночно мастичного асфальтобетона ЩМА 0/5 ЩМА 0/8 ЩМА 0/11 78

Основа для долговечного взаимодействия дисперсной структуры TECHNOCEL Специалистам известно как эффективна целлюлоза в качестве стабилизирующей добавки в асфальты. Целюлозное волокно TECHNOCEL благодаря своим уникальным свойствам зарекомендовал себя наилучшим битумоносителем в асфальтах: • имеет пространственную структуру • устойчив к воздействию нагрева до 250 С • экологически чист • физиологически и токсилогически безопасен Трехмерный каркас из TECHNOCEL волокон 79

Стабилизирующая добавка в ЩМА Topcel представляет собой гранулированный материал и состоит из 90 -93% целлюлозного волокна и 7 10% восковой смеси, служащей оболочкой гранулы. Рассматривая вопросы технологичности применения стабилизирующей добавки Topcel, необходимо остановиться на следующих моментах: Топсел не гигроскопичен – он не увлажняется под воздействием атмосферной влаги. В процессе хранения достаточно просто не допускать длительного прямого попадания влаги непосредственно на материал. Необходимо хранить добавку Topcel в под навесом, в транспортной таре. Время «сухого» перемешивания компонентов смеси зависит от количества вводимой добавки: чем больше вводится добавки, тем больше время «сухого перемешивания, необходимого для равномерного распределения по объему перемешиваемой смеси, нагрева и «распушения» волокна. При использовании Топсел дополнительное время перемешивания составляет 5 7 секунд. Своими термостойкими качествами гранулы Topcel полностью соответствуют требованиям ГОСТ 31015 2002 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно мастичные. Технические условия» и, как показала практика, не сгорают ни на одной операции технологического цикла производства смеси. 80

Помимо эксплуатационных характеристик, рассмотренных выше, стабилизирующую добавку TOPCEL характеризуют следующие показатели: § термоустойчивость при нагревании до температуры 250°С; § токсилогическая и физиологическая безопасность применения; § лёгкое и эффективное выделение волокон целлюлозы из гранул; § качественный транспортабельный материал для автоматического дозирования; § не подвергается слеживаемости при хранении. TOPCEL – гранулированные волокна, изготовленные из чистого волокна TECHNOCEL, были разработаны специально для автоматического дозирования на смесительной установке. 81

Перекрестки Взлетно посадочные полосы Гидротехнические сооружения 82

Полимер KRATONтм D в битуме: природа, преимущества и применения 83

Полимер KRATONтм D состоит из блоков полистирола и полибутадиена. В ходе синтеза молекулярная масса полимера контролируется с высокой точностью. Полистирольные и полибутадиеновые блоки получают путем полимеризации из растворов мономеров стирола и бутадиена. Взаимодействуя друг с другом они образуют полистирол полибутаеновые двойные блоки, полистирол полибутадиен полистирольные тройные блоки и разветвленные блоксополимеры. 84

На рисунке показаны различные молекулярные структуры, характерные для полимеров KRATON D. Некоторые марки полимеров KRATON D вместо полибутадиеновых блоков содержат полиизопреновые блоки, что обуславливает их, отличные от СБС марок, характеристики. Полиизопреновые марки редко применяются при модификации битума, но находят широкое применение в других областях. Характерные молекулярные структуры полимеров KRATON D polymers. 85

Полистирол и полибутадиен расслаиваются при низкой температуре, образуя разделенные микроскопические домены. В отдельных полимерах KRATON D полистирол образует твердые «острова» в «море» полибутадиена. Каучуковые молекулы полибутадиена связывают полистирольные «острова» , образуя при этом трехмерную сетку. Полибутадиен и, следовательно, полимер KRATON D сохраняют эластичность при температуре 60°С, тогда как полистирольные домены остаются жесткими вплоть до температуры стеклования полистирола, равной приблизительно 100°С. Таким образом, данный полимер обладает свойствами каучука в широком температурном диапазоне. 86

При нагревании продукта до температур, превышающих температуру стеклования полистирола, полимер становится пластичным. Полученную вязкую массу можно подвергать различным быстрым деформациям, например, формованию. Отходы производства могут быть расплавлены и легко подвергнуты повторному формованию. В смесях с битумом полибутадиен способен адсорбировать масляные компоненты в количествах, до 10 раз превышающих его собственный вес. Полистирольные домены также адсорбируют масла, особенно масла ароматической природы. Структура пространственной сетки образуется уже при 5% ном содержании полимера KRATON D, придавая продукту эластичность и обуславливая его совместимость в широком температурном диапазоне. 87

Смеси полимеров KRATONтм D с битумом Прибавление полимера KRATON D к битуму приводит к адсорбированию полимером мальтенов. Оставшиеся свободные молекулы мальтенов способны связываться с асфальтенами. Создается ситуация, когда два высокомолекулярных соединения растворены в одном и том же растворителе. Из физики полимеров известно, что если эти соединения не сильно подобны, они образуют гетерогенный раствор. Это касается и битумных смесей при низком содержании асфальтенов или полимера. Поскольку две фазы имеют разные плотности, неперемешиваемые растворы при хранении при высокой температуре имеют тенденцию к расслоению. Параметры растворения зависят от температуры и, следовательно, невозможно определить относится ли смесь к совместимому или несовместимому типу до тех пор, пока не установится постоянная температура. 88

Высокоароматичная мальтеновая фаза будет приводить к значительному ослаблению полистирольных домен и, как следствие, к ухудшению эксплуатационных характеристик при высоких температурах. Оптимальный состав модифицированного битума является компромиссом совместимости битума и полимера и эксплуатационных параметров модифицированного битума, как показано на рисунке иллюстрирующем эффект содержания асфальтенов и мальтеновой ароматичности в смесях полимера KRATON D. Полимер KRATON D – совместимость битума в зависимости от содержания асфальтенов и ароматичности мальтенов 89

Эффект образования пространственной сетки наблюдается при концентрациях полимера KRATON D свыше 3%. Тотальная пространственная сетка образуется при содержании в битуме свыше 7% полимера. Внесение свыше 14% полимера приводит к образованию настолько вязких смесей при температурах переработки, что традиционные методы, основанные на переработке жидких материалов, неэффективны. Для переработки таких высоковязких жидкостей требуются иные технологии. Влияние содержания полимера KRATON D и образование пространственной сетки на эксплуатационные параметры показано на рисунке, где приведена зависи мость температуры размягчения по Ки. Ш от содержания полимера. Как следует из графика, ощутимые изменения в эксплуатационных параметрах наблюдаются при увеличении содержания полимера, приводящего к образованию сетки. 90

Зависимость температуры размягчения от содержания полимера KRATON D 1101 Применения и достоинства полимера KRATON D Улучшение характеристик битума при добавлении полимеров KRATON D наиболее ощутимо в следующих применениях: §Модификация полимерами KRATON D битумных связующих в дорожной отрасли §Модификация битума полимерами KRATON D при производстве гидроизоляционных материалов, например, кровельных материалов. 91

§ Модификация битума полимерами KRATON D при производстве герметиков, применяемых в горячем виде или адаптированных к использованию при тем пературах окружающей среды (применяются растворители). § Модификация битума полимерами KRATON D при производстве адгезивов. § Модификация битума полимерами KRATON D при производстве звукопоглощаю щих материалов. § Модификация битумов полимерами KRATON D при производстве подложек ковров. § Битумные смеси с высоким содержанием полимера KRATON D образуют битумный эластомер, который используется при производстве технических продуктов. 92

Дорожные связующие асфальтов Заменяя немодифицированный битум на битум, модифицированный полимером KRATON D и используя его в качестве связующего при производстве асфальта, можно значительно увеличить срок службы и сохранность дорог за счет: § Уменьшения постоянной деформации и связанного с ней процесса образования колеи при повышенных температурах и при высокой транспортной нагрузке. § Уменьшение усталости и придание устойчивости к разрушениям дорожного полотна при низких температурах посредством предотвращения хрупкости даже в экстремально жестких климатических условиях. § Уменьшение потери агрегатов с наполнителями путем придания связующему высокой эластичности во всем интервале рабочих температур. § Уменьшение эффекта старения посредством сохранения эластичности даже при длительной эксплуатации, что особенно актуально в случае пористого асфальта и поверхностных покрытий, закрывающих острый наполнитель. 93

Водонепроницаемые материалы для кровель Заменяя немодифицированные вспененные битумы на битумы, модифицированные полимерами KRATON D можно значительно улучшить: § Понижение текучести, уменьшение постоянных пластических деформаций при повышенных температурах эксплуатации модифицированного битума. § Увеличение прочности, обусловленное эластичностью во всем рабочем интервале температур. § Гибкость при низких температурах, облегчающая деформацию во время установки даже при очень низких температурах без повреждения или ломания кровельного листа. § Устойчивость к повреждениям, возникающим при циклических движениях крыши, уменьшение числа слоев покрытий. § Этого можно добиться при использовании битума, модифицированного полимерами KRATON D, все более популярного при производстве широко используемых кровельных материалов для плоских крыш и крыш с небольшим уклоном. 94

Герметики Установлено, что производящиеся из модифицированного полимером битума герметики, с содержанием полимера от 6% до 15%, обладают значительными преимуществами. Они используются, главным образом, в строительной гражданской инженерной индустриях, также могут применяться для ремонта дорожных покрытий. Склеивающие герметики, как правило, изготавливаются из мягких битумных смесей с радиальными и линейными полимерами KRATON D на основе изопрена или бутадиена. Подобные герметики содержат большое количество наполнителей. Можно выделить следующие наиболее важные преимущества, вносимые полимерами в битумные герметики: § При добавлении полимера модифицированный битум приобретает эластичность, которая допускает значительные удлинения несмотря на сохраняемый низкий модуль. § Добавка полимера улучшает адгезивные свойства битума. § Наблюдается стабильность свойств продукта, сохраняющаяся даже при самых экстремальных температурах. 95

Адгезивы Использование немодифицированного битума в качестве адгезива, несмотря на его удовлетворительную клейкость, ограничено. Это обусловлено небольшим рабочим интервалом температур (разницей между температурами размягчения и хрупкости) битума. Кроме этого, когезионная прочность чистого битума невелика. Добавление около 10%полимера KRATON D в битум может придать битуму следующие важные характеристики для адгезивных смесей: § пониженная текучесть при повышенной температуре; § когезионная прочность при повышенной температуре; § прочность склеивания; § увеличение клейкости по сравнению с немодифицированным битумом. В Таблице приведены примеры рецептур адгезивов, обладающих повышенной сопротивляемостью к отслаиванию. Следует заметить, что эксплуатационные характеристики модифицированного битума сильно зависят от исходного материала. 96

Сопротивляемость к отслаиванию битума, модифицированного 10% полимера KRATON D 1101, нанесенного на различные материалы Ед. изм. Выдержка 2 дня Выдержка 14 дней Модифицированный битум Н/см 9, 1 9, 6 Гладкая пихтовая фанера Н/см 8, 9 11, 9 Чистая грунтованная сталь Н/см 10, 0 9, 8 Распиленный бетон, замешанный на основе портландцемента Н/см 11, 4 12, 3 Оцинкованное методом горячего погружения железо Н/см 7, 4 9, 5 Материал Вязкость адгезива можно варьировать добавлением растворителя. Смеси также можно использовать в других направлениях, например, при производстве самоклеющихся кровельных материалов. Природа битума обуславливает специфичность производства высококачественных самоклеющихся кровельных полотен. Применяя смеси с полимерами KRATON D (СБС, СИС и СБ диблочные) можно объединить клейкость, адгезионную и когезионную прочности в одном соединении можно достичь баланса вязко эластичных характеристик, что гарантирует водонепроницаемость. 97

Поглощение звука Свойства и стоимость полимермодифицированного битума делают его под ходящим материалом при производстве звуко/шумопоглощающих материалов, которые особенно востребованы в автомобильной промышленности. Наиболее важными являются два типа материалов, изготавливаемых из модифицированного битума: виброгасящие и звукопоглощающие/звукоотражающие слои. Виброгасящие слои наносятся прямо на стальные панели с последующей термообработкой. Основными ингредиентами являются битум, волокна, латекс и усиливающий наполнитель. Второй класс материалов звукопоглощающие или звукоотражающие материалы. Применяются двухслойные системы с волокнистой «воздушной» структурой , в которой волокна удерживаются вместе при помощи смолы. 98

Этот слой является шумопоглощающим. Отражающий/изолирующий слой, называемый «тяжелым слоем» , отражает звук в адсорбирующий слой и является барьером для проникновения шума в кабину машины. Волокнистая структура формируется методом штампования (при повышенных температурах в сочетании со смолами), тяжелый слой формируется на последующей стадии. Эта двухслойная система часто скрепляется механическим способом, хотя также возможно и склеивание частей. Обе рецептуры, виброгасящих и звукоизолирующих материалов, используют полимеры KRATON D, наполнители. Для получения звукоизоляционного материала используется мягкий битум, а при получении виброгасящих материалов жесткий битум. 99

Технологическая схема асфальтосмесительной установки ДС 1 В 8 ч (стационарной с агрегатом пыли) 100

Асфальтобетонные установки в башенном исполнении 101

Асфальтобетонные установки в башенном исполнении 102

Асфальтобетонные установки в башенном исполнении 103

Асфальтобетонные установки в башенном исполнении 104

Микропроцессорная система управления 105

Высокомодифицированный битум (Hi. MA) Новое поколение асфальтовых покрытий Чем уникален Hi. MA Традиционные концентрации стирольных блок сополимеров улучшают характеристики, но, как видно из рис. , доминирующей фазой остается битум, который определяет основные свойства материала. Также вязкость полимер битумного вяжущего (ПБВ) может оказаться слишком высокой для создания и переработки смеси при обычных температурах. Полимер KRATON™ D 0243 обладает исключительной совместимостью и низкой вязкостью, что позволяет избежать этих проблем. Подход Hi. MA позволяет решать различные проблемы асфальтовых покрытий. Благодаря одновременному улучшению устойчивости к остаточной деформации и усталостному растрескиванию, применение высокомодифицированного битума позволяет создавать более тонкие и долговечные конструкционные покрытия и их верхние слои, материалы на основе эмульсий с большим временем жизни и с лучшими низкотемпературными характеристиками, и материалы, применяемые в местах сильных деформаций, например, для покрытия проезжих частей мостов. 106

Влияние концентрации СБС блок-сополимеров на морфологию смеси битум/полимер Традиционные концентрации стирольных блок сополимеров улучшают характеристики, но, как видно из рис. , доминирующей фазой остается битум, который определяет основные свойства материала. При повышении содержания полимера фазы инвертируются, вследствие чего «битум» начинает больше походить на резину Влияние концентрации СБС блок-сополимеров на температуру размягчения Это сильно влияет на физические характеристики. Как видно, резко возрастает температура размягчения и скачкообразно изменяется усталостная прочность. Увеличение концентрации полимера в 2 3 раза повышает значение усталостной прочности на 1 2 порядка 107

Немодифицированный асфальт (асфальт 250 мм) Технология высокомодифицированных нижних слоев асфальтобетонных покрытий позволяет снизить толщину покрытия на 30 40%, обеспечивая прямую экономию средств. Выполненные в Делфтском техническом университете (Нидерланды) лабораторные испытания и моделирование методом конечных элементов показали, что толщину покрытия можно уменьшить на 40% без потери устойчивости к повреждениям. Суммарное повреждение от 9000 осевых нагрузок KRATON™ Hi. MA (асфальт 150 мм) Суммарное повреждение от 9000 осевых нагрузок Уменьшение толщины на 40% 108

Составы Hi. MA компании Kraton Polymers позволяют создавать долговечные асфальтовые покрытия малой толщины, что снижает их стоимость и расширяет возможности по их обновлению в условиях жестких бюджетных ограничений. Технология Hi. MA позволяет строить более долговечные и менее дорогие в обслуживании дороги. Наша цель – сделать дорожные покрытия более экономичными. Материалы Hi. MA допускают более высокий уровень содержания полимера в смеси и позволяют достигать 50 процентного уменьшения толщины асфальтового покрытия. 109

Обобщенные результаты испытаний смесей Hi. MA, проведенных в Миннесоте, Нью Гемпшире и Вермонте Смесь Среднее кол во циклов ОТ до 93% снижения нагрузки Средняя температура разрушения материала по TSRST Средняя глубина колеи по APA после 8000 циклов HWTD – отслаивание, точка перегиба Смесь Hi. MA (Миннесота) 434 31. 8 °C 5. 92 mm 16, 700 Контрольная смесь без полимера (Миннесота) 133 32. 2 °C 6. 20 mm 14, 600 Смесь Hi. MA (Нью Гемпшир 2, 000* 33. 1 °C 5. 16 mm 10, 000 Смесь Hi. MA (Вермонт 2, 000* 30. 1 °C 2. 03 mm 10, 000 Смесь Hi. MA + 24% RAP (переработанное асфальтовое покрытие) (Вермонт) 1, 144 27. 8 °C 2. 87 mm HET * Смесь не достигла критерия оценки разрушения по результатам измерений 2 000 циклов прибором OT 110