Материал: Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура

ДОРОЖНО-ТРАНСПОРТНОЕ ХОЗЯЙСТВО И СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

ROAD TRANSPORT, AGRICULTURE

AND CONSTRUCTION MACHINES

DOI 10.36622/VSTU.2021.18.3.009

УДК 625.85

ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ ДЛЯ УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ ГОРОДСКИХ АГЛОМЕРАЦИЙ С ДОБАВКАМИ НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА

А. Б. Соломенцев, Режист Моиз, Жозеф Швендески Маселюс

Соломенцев Александр Борисович, канд. техн. наук, доцент кафедры проектирования городской среды, ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева», Орел, Российская Федерация, тел.:+7(910)748-17-58; e-mail: absolomentsev@mail.ru

Режист Моиз, студент Архитектурно-строительного института, ФБГОУ ВО «Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева», Орел, Российская Федерация, тел.: +7(953)625-37-61; e-mail: regismoise26@gmail.com

Жозеф Швендески Маселюс, студент Архитектурно-строительного института, ФБГОУ ВО «Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева», Орел, Российская Федерация, тел.: +7(953)812-18-51; e- mail: joseph.shwendesky@yahoo.com

Получены значения динамической вязкости битумного вяжущего с добавками низкомолекулярного полиэтилена в температурном интервале 60…160 °С. При введении полимерных добавок в дорожный битум вязкость битума повышается. Наиболее высокие значения динамической вязкости наблюдаются у полимерной добавки Вискодор – ПВ1, это ярко выражено при расходе 4 % добавки от массы битума и при температурах ниже 130°С. Добавка неокисленного низкомолекулярного полиэтилена Honeyvell Titan 7205 увеличивает вязкость в большей степени, чем добавка окисленного полиэтилена Honeyvell Titan 7686. Определены допустимые технологические температуры асфальтобетонных смесей с полимерными добавками на этапах структурообразования асфальтобетона.

Ключевые слова: добавки низкомолекулярного полиэтилена; термоэластопласты (ТЭП); добавки для теплого асфальтобетона; допустимые технологические температуры асфальтобетонных смесей; динамическая вязкость битумного вяжущего.

Для дорожных асфальтобетонных покрытий улично-дорожной сети городских агломераций отличительной особенностью является высокая динамическая нагрузка на покрытие, высокий износ поверхности покрытия из-за большой интенсивности движения и особенностей городского режима движения, работа покрытия в режиме сочетания действия нагрузок и обводнения покрытия в теплый период, а в холодный период – воздействие противогололедных реагентов. Эти особенности работы дорожных асфальтобетонных покрытий предъявляют повышенные требования в битумному вяжущему в асфальтобетоне и асфальтобетонных смесях. С целью повышения качества битумного вяжущего в него вводят различные добавки, в том числе и полимерные [1].

Оценка технологических параметров битумного вяжущего и асфальтобетонных смесей с добавками низкомолекулярного полиэтилена (динамической вязкости, технологических температур) позволит правильно выбирать дозировки добавок и производить устройство асфальтобетонных покрытий улично-дорожной сети при требуемых технологических параметрах.

©Соломенцев А. Б., Режист Моиз, Жозеф Швендески Маселюс, 2021

-85 -

Проведенными исследованиями установлено [1], что при добавлении термоэластопластов в битумное вяжущее увеличивается его динамическая вязкость, а также технологические температуры приготовления и уплотнения асфальтобетонной смеси. При оценке эффективности добавок для теплого асфальтобетона установлено [2], что введение 1,5 % добавки окисленного низкомолекулярного полиэтилена Honeyvell Titan 7686 в битумное вяжущее позволяет улучшить уплотняемость асфальтовяжущего при 50 ºC, при этом снижается почти вдвое водонасыщение образцов асфальтовяжущего. Honeyvell Titan 7686 относится к высокоэффективным адгезионным добавкам и при расходе от 0,8 до 2,0 % от массы битума в битумном вяжущем показатель сцепления битумного вяжущего с поверхностью кислой породы по ГОСТ 11508 – 74 колеблется между образцом № 1 и № 2, ближе к образцу №1 [3].

Для исследования использовалась добавка Honeywell Titan 7686, которая производится компанией Honeywell (США) и представляет собой окисленный полиэтилен низкого давления с молекулярной массой 5000…15000, внешний вид – порошок средней крупности белого цвета, температура размягчения – 115…140 ºC, плотность – 0,9 г/см3, кислотное число – 25 мгКОН/г (здесь и далее сведения о добавках приводятся из информационных материалов и презентаций компаний-производителей), а также добавка неокисленного низкомолекулярного полиэтилена этого же производителя Honeyvell Titan 7205. Исследовалась также многофункциональная полимерная добавка Вискодор – ПВ1, представляющая собой многокомпонентную композицию на основе модифицированного низкомолекулярного полиэтиленового воска в виде гранул от светлокоричневого до черного цвета. Плотность добавки Вискодор – ПВ1составляет от 0,9 до 1,10 г/см3, увеличение температуры размягчения битума с 3 % добавки должно быть не менее 40 %. Производитель – ООО «Селена» г. Шебекино, Белгородской области.

Для сравнения использовались полученные данные по динамической вязкости и технологическим температурам для полимерно – битумного вяжущего с использованием термоэластопластов марки СБС Л 30-01А, которые выпускаются в настоящее время компанией «СИБУР» на предприятии АО «Воронежсинтезкаучук». По внешнему виду они представляют собой гранулы белого цвета, не имеющие запаха, и являются продуктами блоксополимеризации бутадиена и стирола в растворе углеводородов в присутствии литийорганического инициатора. Содержание связного стирола в полимерной части термоэластопластов составляет 30 %, плотность при 20°С составляет 0,95 г/см3, вязкость раствора в толуоле при 25 ºC – 13 сП . В добавке СБС Л 30-01А массовая доля основного компонента – сополимер стирола с 1,3 бутадиеном составляет 98,75.

Полимерные добавки вводились в битум нефтяной дорожный вязкий производства АО «Газпромнефть-Московский НПЗ» марки БНД 60/90 по ГОСТ 22245-90. Расход полимерных добавок в битуме составлял 2 и 4 % от массы битума. Добавка Honeyvell Titan 7686 расплавлялась в битуме до образования однородной массы при температуре 160°С в течении 40…60 минут, добавка Honeyvell Titan 7205 расплавлялась при 180 ºC в течение 90 – 135, а добавка Вискодор – ПВ1 расплавлялась при 170°С в течение 30…45 минут. Определялся показатель сцепления битумного вяжущего с полимерными добавками по ГОСТ 11508-74. Отличное сцепление при расходе 2 % (образец № 1) и хорошее (образец № 2) при расходе 4 % в битуме показывает вяжущее с добавкой Honeywell Titan 7686, вяжущие с другими добавками показывают плохое сцепление (образец № 3) с поверхностью минерального материала.

Динамическая вязкость битума с добавками определялась при различных температурах и расходах добавок с помощью ротационного вискозиметра Brukfild RVDV-II-PR. Технология проведения измерений подробно описана в работе [1].

Для получения смеси битума с полимерной добавкой образец битума БНД 60/90 массой 200г нагревали до температуры 160…180 °С и однородного жидкого состояния. Затем

- 86 -

вводилась полимерная добавка в количестве 2 или 4 % от массы битума, проводилось тщательное перемешивание битума с добавкой при помощи лабораторной мешалки МЛ-2-01 в течении 30-50 минут до полного растворения добавки. Температура, показатель сцепления с поверхностью кислого минерального материала и время растворения полимерных добавок в битуме приведено в табл. 1. Из табл. 1 видно, что наиболее легко растворяется в битуме добавка Honeywell Titan 7686, сцепление битумного вяжущего при 2 % добавки в битуме с поверхностью каменного материала отличное, т.е. добавка работает как адгезионная. Все остальные добавки не улучшают сцепление битума с минеральными материалами.

После стабилизации значения температуры образец битума с добавками в камере термоячейки термостатировался в течении 30 минут. После этого, проводилось измерение динамической вязкости при различных скоростях сдвига. Значения динамической вязкости битума БНД60/90 с полимерными добавками представлены в табл. 2, где приведены значения динамической вязкости исходного дорожного битума без добавок, а также полимернобитумного вяжущего на основе термоэластопластов СБС Л 30-01А.

Ранее были установлены диапазоны допустимых значений динамической вязкости дорожного битума в производственных условиях при технологических температурах приготовления и уплотнения асфальтобетонных смесей, что позволило предложить методику определения допустимых технологических температур асфальтобетонных смесей [4]. В нижеприведенных исследованиях использовали следующие значения динамической вязкости битумного вяжущего для технологических этапов:

приготовление асфальтобетонной смеси – менее 0,3 Па·с;

начало уплотнения асфальтобетонной смеси – 0,3…1,5 Па·с;

окончание уплотнения асфальтобетонной смеси – 20…120 Па·с.

Приведенные интервалы использовались для определения технологических температур дорожного битума с добавками низкомолекулярного полиэтилена и других полимерных добавок.

Средние значения динамической вязкости битумного вяжущего с полимерными добавками в интервале температур 60…160ºC приведены в табл. 2, а зависимости динамической вязкости битумного вяжущего с полимерными добавками от температуры приведены на рис. 1, 2 в виде диаграмм.

Из табл. 2 и рис. 1 видно, что на этапе приготовления асфальтобетонной смеси при 150 ºC и введении 4 % добавки Вискодор-ПВ1 динамическая вязкость битумного вяжущего увеличивается в 6 раз по сравнению с битумом без добавок, как и для термоэластопластов

- 87 -

марки СБС Л 30-01А, при 4 % добавки Honeyvell Titan 7205 вязкость вяжущего увеличивается в 2 раза, при 4 % добавки Honeyvell Titan 7686 вязкость вяжущего увеличивается в 1,7 раза.

Из табл. 2 видно, что на этапе начала уплотнения асфальтобетонной смеси при температуре 120 ºC и введении 4 % добавки Вискодор-ПВ1 динамическая вязкость битумного вяжущего увеличивается в 31 раз по сравнению с битумом без добавки, в то время как введение 4 % добавки термоэластопластов марки СБС Л 30-01А увеличивает вязкость вяжущего в 11,6 раза, при 4 % добавки Honeyvell Titan 7205 вязкость битумного вяжущего увеличивается в 14,3 раза, а при 4 % добавки Honeyvell Titan 7686 вязкость увеличивается в 9,3 раза.

Таблица 2

Средние значения динамической вязкости дорожного битума БНД 60/90 с добавками

Рис. 1. Зависимость динамической вязкости битума с полимерными добавками от температуры на этапе приготовления асфальтобетонной смеси

Из табл. 2 и рис. 2 видно, что на этапе окончания уплотнения асфальтобетонной смеси при температуре 90 ºC и введении 4 % добавки Вискодор-ПВ1 наблюдается лавинообразное

- 88 -

увеличение динамической вязкости битумного вяжущего в 248 раз по сравнению с битумом без добавок, в то время как введение 4 % добавки темоэластопластов марки СБС Л 3001 А увеличивает вязкость вяжущего в 11,2 раза, при 4 % добавки Honeyvell Titan 7205 вязкость вяжущего увеличивается в14,3 раза, а при 4 % добавки Honeyvell Titan 7686 вязкость увеличивается в 8,3 раза.

Анализируя реологическое поведение битума с добавками, следует отметить, что наиболее вязким является битумное вяжущее с модификатором битума Вискодор-ПВ1, как при расходе добавки 2 %, так и 4 % от массы битума. По-видимому, в многокомпонентной добавке Вискодор-ПВ1 присутствуют компоненты, которые при понижении температуры ниже 100 ºC начинают формировать кристаллические жесткие структуры, что приводит к увеличению динамической вязкости битумного вяжущего. Если при расходе добавки Вис- кодор-ПВ1 2% от массы битума среднее значение динамической вязкости битумного вяжущего при 90 ºC составляет 41,27 Па·с, то при расходе 4 % среднее значение динамической вязкости увеличилось в 45 раз и составило 1845 Па·с (табл. 2).

Рис. 2. Зависимость динамической вязкости битума с добавками от температуры на этапе окончания уплотнения асфальтобетонной смеси

Следует отметить также неустойчивость режимов изменения динамической вязкости битумного вяжущего с добавкой Honeyvell Titan 7205 при расходе 4 % от массы битума при температуре 110, 120 и 130 ºC, что выражалось в постоянных колебаниях значений динамической вязкости при постоянной скорости вращения шпинделя. Это явление можно объяснить образованием в битумном вяжущем при рассматриваемых температурах локальных неоднородностей добавки Honeyvell Titan 7205 с повышенной вязкостью, что и приводило при сдвиговом деформировании слоя битумного вяжущего к неустойчивости значений динамической вязкости.

Влияние окисления низкомолекулярного полиэтилена с образованием в нем и в добавке Honeyvell Titan 7686 полярных кислородсодержащих карбоксильных групп [5] выражается не только в повышении адгезионных свойств битумного вяжущего , но и в снижении средних значений динамической вязкости по сравнению с неокисленным низкомолекулярным полиэтиленом Honeivell Titan 7205. Так, при температуре 90 ºC и

- 89 -