Реологическая чувствительность дорожного битума к полимерным добавкам

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Реологическая чувствительность дорожного битума к полимерным добавкам

Соломенцев Александр Борисович

Аннотация

Дано определение реологической чувствительности и предложены формулы для расчета чувствительности битума с добавками к снижению температуры и увеличению расхода добавок. Определена реологическая чувствительность битума с добавками на этапах приготовления и уплотнения асфальтобетонной смеси.

Ключевые слова: полимерные добавки, динамическая вязкость дорожного битума с добавками, реологическая чувствительность битума с добавками, структурообразование асфальтобетона, допустимые технологические температуры битума с добавками и асфальтобетонных смесей.

Для получения однородной и соответствующей требованиям асфальтобетонной смеси, а также для уплотнения смеси и получения асфальтобетона с требуемыми структурой и свойствами необходимо создать определенные температурные условия. Эти условия зависят от вязкости битумного вяжущего, его расхода, степени модификации и наличия добавок, гранулометрического состава минеральной части и структуры асфальтобетонной смеси.

Введение полимерных добавок в дорожный битум приводит к увеличению его вязкости, что будет изменять технологические температурные диапазоны приготовления и уплотнения асфальтобетонных смесей, т.е. на этапах структурообразования асфальтобетона. Условимся под реологической чувствительность битумного вяжущего к полимерным добавкам понимать степень увеличения вязкости дорожного битума при снижении температуры или увеличении расхода добавок. На основе анализа требований и опыта приготовления и уплотнения горячих асфальтобетонных смесей в разных странах (таблица 1) для оценки реологической чувствительности вязкого дорожного битума БНД 60/90 к полимерным добавкам были выбраны следующие температурные интервалы: приготовление 150-180 С, начало уплотнения 120-140 С, окончание уплотнения 70-80 С.

Таблица 1 - Температура горячих асфальтобетонных смесей на этапах структурообразования асфальтобетона

В принятых температурных интервалах сравнили значения динамической вязкости дорожного битума БНД 60/90, полученных авторами, и европейского битума сортов 50/70, 70/100 [2] (таблица 2), а также из других источников (таблица 3) и приняли следующие интервалы допустимых значений динамической вязкости битума БНД 60/90 для различных этапов: приготовление - менее 0,3 Па·с, начало уплотнения - 0,3-1,5 Па·с, окончание уплотнения - 20-120 Па·с. Эти интервалы допустимых значений далее использовались для оценки температурных условий при получении и уплотнении горячих асфальтобетонных смесей на битуме с полимерными добавками.

температурный битум асфальтобетонный вязкость

Таблица 2 - Динамическая вязкость дорожного битума БНД 60/90 и сортов 50/70, 70/100

Примечание: динамическая вязкость дорожного битума сортов 50/70 и 70/100 получена пересчетом кинематической вязкости [2] по плотности при соответствующей температуре.

Таблица 3 - Допустимая динамическая вязкость дорожного битума на этапах структурообразования горячего асфальтобетона

При оценке реологической чувствительности и допустимых технологических температур использовались добавки термоэластопластов, термопластов и дробленой резины. В таблице 4 приведены сведения об используемых полимерных добавках. Термоэластопласты на стирольнойоснове производства южно-корейской компании Kumho Petrochemical линейной молекулярной структуры, синтезированные мономерами бутадиеном и стиролом в органическом растворителе отличаются структурой макромолекул: (S-B)Ч2 для марки KTR 101 и (S-B-S)для марки KTR 103; а также прочностью при растяжении (310 и 260 кг/см2 соответственно), вязкостью раствора в толуоле при 25С (4,5 и 2,0 сП соответственно) и удлинением (800 и 740 % соответственно). Итальянская термопластичная добавка Superplast состоит из смеси переработанных из вторичного сырья полимеров этилена. Гранулированная российская добавка РТЭП представляет собой многокомпонентную композицию на основе полиолефинового носителя, комплексный модификатор КМА КОЛТЕК, представляет собой композицию из девулканизированного (регенирированного) неполярного каучука в виде резиновой крошки, полимеров, химических агентов, гелеобразующего, сшивающего и адгезионного компонентов, а добавка УНИРЕМ-002 содержит активный резиновый порошок, гелеобразующий адгезионный агент, ускоритель набухания резины в битуме и сшивающий агент.

Таблица 4 - Сведения об используемых полимерных добавках

Добавки вводились в битум нефтяной дорожный вязкий производства Московского НПЗ марки БНД 60/90 по ГОСТ 22245-90. Расход полимерных добавок в битуме составлял 4,6 и 8 % от массы битума. Добавки KTR 101 и 103 расплавлялись в битуме при 200С в течении 40 минут до образования однородной массы без сгустков, комков и крупинок, добавка Суперпласт расплавлялась при 190С в течение 50 минут, РТЭП при 200оС в течение 60 минут с образованием желеобразной подвижной массы. Добавки КМА КОЛТЕК и УНИРЕМ-002 распределялись в битуме при 190оС в течении 30 минут. Далее определялась динамическая вязкость битума с добавками при различных температурах и расходах добавок с помощью ротационного вискозиметра Brukfild RVDV-II-PRO [7].

Таблица 5 - Значения динамической вязкости дорожного битума БНД 60/90 с полимерными добавками

Реологическую чувствительность дорожного битума БНД 60/90 к изменению температуры и расхода добавок можно оценить по относительному увеличению динамической вязкости битума с добавками в сравнении с битумом без добавок при выбранных технологических температурах асфальтобетонных смесей (таблица1): приготовления 180-150 оС, начала уплотнения 140-120 оС и окончания уплотнения 80-70 оС. Реологическую чувствительность битума к увеличению расхода полимерных добавок определяли по формуле:

, (1)

где зд - динамическая вязкость битума с добавкой при нижней допустимой температуре этапа приготовления или уплотнения смеси, Па·с;

зб - динамическая вязкость битума при нижней допустимой температуре этапа приготовления или уплотнения смеси, Па·с.

Реологическую чувствительность битума к уменьшению температуры определяли по формуле:

, (2)

где зН - динамическая вязкость битума или битума с добавкой при нижней допустимой температуре этапа приготовления или уплотнения смеси, Па·с;

зВ - динамическая вязкость битума или битума с добавкой при верхней допустимой температуре этапа приготовления или уплотнения смеси, Па·с.

Таблица 6 - Реологическая чувствительность битума к увеличению расхода полимерных добавок Чд

По значениям динамической вязкости битума с полимерными добавками при температуре 70-180 оС и расходе добавок 4,6 и 8% от массы битума (таблица 5) получили значения реологической чувствительности битума к увеличению расхода полимерных добавок (Чд), приведенные в таблице 6 и на диаграмме рисунков 1, 2, 3, а также значения реологической чувствительности битума к уменьшению температуры Чt, приведенные в таблице 7 и на диаграмме рисунков 4, 5, 6. Как видно из таблицы 6, наибольшую чувствительность к увеличению расхода добавок при 150оС проявляет битум с термоэластопластом KTR 103, увеличивая его вязкость при расходе 8% в 14,3 раза, Суперпласт увеличивает вязкость при расходе 8% в 9,7 раза, KTR 101 - в 6,3 раза, а добавка РТЭП и УНИРЕМ-002 в 3 раза, КМА КОЛТЕК - в 2,8 раза. При 120 оС наибольшую чувствительность к увеличению расхода добавок также проявляет битум с термоэластопластом KTR 103, увеличивая его вязкость при расходе 8% в 21,1 раза, Суперпласт увеличивает вязкость при расходе 8% в 12,4 раза, РТЭП - в 3,7 раза, КМА КОЛТЕК - в 3,3, УНИРЕМ-002 - в 3,1 раза. При 70 оС наибольшую чувствительность к увеличению расхода добавок проявляет термопласт Суперпласт, увеличивая вязкость битума в 52,0 раза, KTR-103 увеличивает вязкость в 21.9 раза, KTR-101 - в 12,7 раза, РТЭП - в 6,1 раза, УНИРЕМ-002 - в 4,4 раза, КМА КОЛТЕК - в 4,1 раза

Рисунок 1 - Диаграмма чувствительности битума к увеличению расхода полимерных добавок Чд при температуре

Рисунок 2 - Диаграмма чувствительности битума к увеличению расхода полимерных добавок Чд при температуре

Рисунок 3 - Диаграмма чувствительности битума к увеличению расхода полимерных добавок Чд при температуре

Как видно из таблице 7 и рисунков 4, 5, 6, реологическая чувствительность к уменьшению температуры на этапе приготовления смеси находится в пределах увеличения вязкости от 2,0 раз у битума с добавкой РТЭП при ее расходе 8% до 4,5 раз у битума с добавкой Суперпласт при ее расходе 6% от массы битума. На этапе начала уплотнения смеси реологическая чувствительность к уменьшению температуры находится в пределах увеличения вязкости от 2,2 раз у битума с добавкой KTR-101 при ее расходе 8% до 4,0-4,1 раза у битума с добавкой KTR-103 при ее расходе 6 и 8% и у битума с добавкой УНИРЕМ-002 при ее расходе 4% от массы битума.

Таблица 7 - Реологическая чувствительность битума с полимерными добавками к уменьшению температуры (Чt)

На этапе окончания уплотнения смеси чувствительность к уменьшению температуры находится в пределах увеличения вязкости от 1,3 раза у битума с добавкой KTR-103 при ее расходе 8% до 4,0-4,2 раза у битума с добавкой Суперпласт при ее расходе 8% и у битума с добавкой KTR-101 при ее пасходе 8% от массы битума.

Рисунок 4 - Диаграмма чувствительности битума с полимерными добавками к уменьшению температуры на этапе приготовления

Рисунок 5 - Диаграмма чувствительности битума с полимерными добавками к уменьшению температуры на этапе начала уплотнения

Рисунок 6 - Диаграмма чувствительности битума с полимерными добавками к уменьшению температуры на этапе окончания уплотнения

По результатам исследований можно сделать следующие выводы:

* установлено влияние полимерных добавок в битуме на этапах структурообразования асфальтобетона.

* проанализированы физико-механические свойства асфальтового вяжущего, приготовленного на основе БНД 60/90.

* проанализирована реологическая чувствительность битума с полимерными добавками к уменьшению температуры.

Список литературы

1. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85 [Текст]: СП 78.13330. 2012. - М .: ООО «Аналитик» .- С.39.

2. Асфальт в дорожном строительстве [Текст]/Юрген Хученройтер, Томас Вёрнер .-М.: ИД «АБВ-пресс», 2013.- С.34-144.

3. Укладка дорожного покрытия из горячей асфальтобетонной смеси в Северной Америке. Руководство 2000 : АС 150/5370-14А.Приложение 1[Текст]/Пер. с англ.-М.: Росавтодор.- С.231-255.

4. Уплотнение и укладка. Теория и практика [Текст]/Сведала Россиия, Санкт-Петербург, Россиия.- Швеция: Kalmarsund, Tryck AB,2000.- 90 с.

5. Автомобильные дороги. Устройство асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог. Часть 2: Устройство асфальтобетонных покрытий из горячего асфальтобетона [Текст]: СТО 017 НОСТРОЙ 2.25.37-2013.- М.:НОС,НП «МОД «Союздорстрой».- С.36.

6. Королев И.В. Реологические свойства битумов, наполненных минеральным порошком [Текст] / И.В. Королев, Т.А. Ларина // Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. - 1981. -- № 5. - С. 80-84.

7. Дорожный теплый асфальтобетон [Текст]/ И.В. Королев и др.-Киев: Вища школа,1984.- С.150-151.

Размещено на Allbest.ru