Применение Пластификаторов в составе ПБВ

ПРИМЕНЕНИЕ ПЛАСТИФИКАТОРОВ В СОСТАВЕ ПБВ

В рамках Государственной программы «Развитие транспортной системы России» до 2020 года запланировано привести не менее 85% федеральных дорог в нормативное транспортно-эксплуатационное состояние [1]. Поэтому в среднесрочной перспективе в области строительства и реконструкции федеральных дорог приоритетными остаются проекты, нацеленные на повышение их надежности и безопасности движения.

Ввиду того, что движение по автомобильным дорогам зачастую происходит с нагрузками, значительно превышающими нормативные, использование традиционных технологий не обеспечивает требуемого эксплуатационного состояния. Длительность функциональной долговечности автомобильных дорог зависит от многих факторов, в том числе и от качества покрытия, которое воспринимает основную нагрузку и внешние негативные факторы (температурные, агрессивное воздействие вод, шипованных шин, противогололедных реагентов и т.д.).

Актуальным направлением, позволяющим решить обозначенные проблемы и обеспечить бездефектный срок службы дорожного покрытия на протяжении длительного периода, является использование в составе асфальтобетона полимерно-битумного вяжущего (ПБВ) [2–5].

Последовательное внедрение Федеральным дорожным агентством и Государственной компанией «Автодор» инновационных технологий и модифицированных вяжущих в дорожное строительство свидетельствует о перспективности использования ПБВ. Все это нашло активный отклик у производственников, которые ежегодно увеличивают объемы выпуска и потребления ПБВ. Согласно [2], к 2020 году объем использования ПБВ достигнет 400–500 тыс. тонн в год, что соответствует европейскому уровню потребления вяжущих.

На сегодняшний день рынок производства ПБВ широк и разнообразен и представлен множеством торговых марок, основными из которых являются: «Альфабит» («РН-Битум»), «Рубитрон» («Рубитрон Трейд»), ПМБ G-Way Styrelf (ООО «Газпром нефть — Битумные материалы»), также присутствуют производители, не использующие специальных обозначений продукции, такие как ООО «Стройсервис», «Техпрогресс» и др. Значительно увеличилось число компаний, производящих вяжущие для собственных нужд. В их число входит и компания ООО «Белдорстрой», которая с 2014 года производит ПБВ.

Однако, несмотря на преимущества применения ПБВ, при производстве асфальтобетона для устройства покрытий автомобильных дорог существует проблема, препятствующая его использованию, — отсутствие стабильности и однородности. Нестабильность качества ПБВ обусловлена его многокомпонентностью и, зачастую, несовместимостью входящих в состав компонентов, что ведет к расслоению и старению вяжущего, а впоследствии к дефектам покрытий.

Согласно распоряжению Государственной компании «Автодор», запрещающему применять индустриальные масла в качестве пластификатора при производстве ПБВ и асфальтобетона на его основе, используемого на федеральных трассах, многие производители отказались от применения не только индустриального масла, но и пластификатора в целом. Несмотря на это, рынок производства пластификаторов для ПБВ реализируется из года в год. И если раньше в качестве пластификаторов использовали индустриальные масла, экстракты селективной очистки, машинные масла и т.д., то на сегодняшний день существует множество предприятий, специализирующихся на выпуске других пластификаторов. Можно отметить такие торговые марки, как «Азол» (Котласский химический завод), «Унипласт» (ООО «Селена»), «Пластойл» и ФНЭТ (Ортхим) и др.

Каждый из производителей позиционирует свою продукцию как эффективное и экономичное средство, способствующее достижению высокого качества и стабильности модифицируемого вяжущего. А как это в действительности, попробуем разобраться.

Для производственников этот вопрос является актуальным и открытым, поскольку ООО «Белдорстрой», например, активно осваивает строительные объемы на федеральных трассах (М-2, М-3, М-4, М-11), где использование ПБВ в асфальтобетоне для верхнего слоя покрытия является обязательным условием выполнения контракта. В свете этого вопрос производства качественного ПБВ стоит крайне актуально.

Целью настоящей работы явилось исследование влияния различных пластификаторов на свойства ПБВ и ШМА на его основе для обоснования целесообразности использования или исключения пластификатора из технологического процесса приготовления ПБВ. На базе современной научной лаборатории БГТУ им. В. Г. Шухова была проведена исследовательская работа по подбору наиболее эффективных пластификаторов, которые должны обладать следующими характеристиками: стабильность свойств, эффективность и экономичность использования.

Также немаловажным фактором при выборе рационального пластификатора является возможность гибкой логистики поставок.

На предмет эффективности растворения полимера и его совместимости в системе «битум-полимер» изучались такие пластификаторы как:

• Индустриальное масло И-40А;
• Масло мягчитель ПН-4;
• «Пластойл» — технологическое минеральное масло;
• ФНЭТ (фракция нефтяных экстрактов тяжелая) — высокоароматическое нефтяное технологическое масло;
• «Унипласт» — органический пластификатор ПБВ, не содержащий минеральных масел;
• «Азол 1011» — пластификатор для приготовления ПБВ.

В качестве битумной основы при приготовлении ПБВ использовали битум БНД 60/90 производства «Сызранский НПЗ» (таблица 1). В качестве полимера — дивинилстирольный термоэластопласт SBS I. 30–01A производства АО «Воронежсинтезкаучук», его содержание во всех образцах вяжущих составило 3,2% по массе.

Варьируя процентным соотношением различных пластификаторов, в соответствии с проведенными ранее исследованиями [6] были приготовлены образцы вяжущих, физико-механические показатели которых представлены в таблице 1.

В соответствии с полученными данными, из перечня используемых пластификаторов только образцы «Азол 1011» и «Унипласт» в концентрации 2,5% позволили получить ПБВ-60, соответствующее требованиям ГОСТ. Для достижения равнозначного эффекта при использовании прочих пластификаторов (индустриальное масло, ПН-4, «Пластойл», ФНЭТ) необходимо увеличение их дозировки, что, безусловно, повлечет повышение себестоимости ПБВ.

Однако, в век динамично растущих нагрузок и вступления в действие контрактов жизненного цикла строящегося объекта на передний план по значимости выходят не только стандартные показатели ПБВ. Все больше внимания уделяется его склонности к старению. Исследовано влияние пластификаторов на изменение массы и температуры размягчения ПБВ в результате термоокислительного воздействия при температуре 163 °C в течение 5 часов в тонкой пленке. Полученные показатели свойств представлены в таблице 2.

Как видно, максимальной склонностью к старению характеризуются образцы, приготовленные на индустриальном масле и масле мягчителе ПН-4. Минимальные значения по показателю потери массы после старения (улетучивание легких фракций) получены на ПБВ с пластификаторами ФНЭТ, «Азол 1011» и «Унипласт». Последний также показал лучшие результаты по изменению температуры размягчения (∆Тразм): при введении 1,8% «Унипласта» этот показатель увеличился всего на 1 °C, при введении 2,5% — показатель не изменился.

Судить об эффективности работы пластификаторов в составе ПБВ только по результатам лабораторных исследований довольно опрометчиво, поэтому дальнейшие испытания проводились в промышленных условиях. Учитывая наибольшую эффективность, удобное расположение производства пластификатора относительно асфальтобетонного завода и экономическую составляющую, для промышленной апробации использовали пластификатор местного производителя ООО «СЕЛЕНА» (г. Шебекино Белгородской обл.) «Унипласт» и битумы БНД 60/90 и БНД 90/130. Результаты испытаний опытной партии ПБВ представлены в таблице 3.

Из таблицы видно, что приготовленные ПБВ на битумах двух марок полностью соответствуют требованиям ГОСТ, а по многим показателям превышают требования, что свидетельствует о хорошей совместимости входящих в состав компонентов и дает основание предполагать, что это впоследствии положительно отразится на качестве асфальтобетона, приготовленного на их основе. Полученные ПБВ были использованы в составе асфальтобетонной смеси ШМА-15 при устройстве покрытия автомобильной дороги Белгород — Павловск на участке км 65+00–79+400 км. Показатели свойств ШМА-С и кернов из уложенного покрытия, отобранных через 5 дней, представлены в таблице 4. Как видно из таблицы, образцы ШМА-С-15 и вырубки из уложенного на его основе покрытия полностью соответствуют требованиям ГОСТ. Совокупность высоких физико-механических характеристик ШМА-15 на ПБВ с пластификатором и его повышенной устойчивости к старению, а также улучшенных показателей пластичности и котечненных свойств, положительно отразится на прочностных и деформативных показателях покрытия, выполненного с его использованием.

Что позволит в значительной степени продлить бездефектный эксплуатационный период службы автомобильной дороги.

Полученные результаты полностью оправдали наши ожидания, поэтому в строительном сезоне 2016 года в покрытие автомобильной дороги было уложено 7,5 тыс. тонн ШМА-15 на основе ПБВ, приготовленного с пластификатором «Унипласт» (рис. 1).

Анализируя полученные результаты, можно утверждать, что экономия на пластификаторе может обернуться невыполнением организацией контракта жизненного цикла объекта и потерей деловой репутации компании. Оценивая результаты выполненной совместной работы, можно с уверенностью констатировать, что участие науки в решении производственных вопросов позволяет эффективно решать поставленные задачи.

ТАБЛИЦЫ

Таблица 1. Физико-механические показатели образцов вяжущих с различными пластификаторами.

Таблица 2. Влияние различных пластификаторов на старение ПБВ.

Таблица 3. Физико-механические показатели битума и ПБВ на его основе.

Таблица 4. Физико-механические показатели качества ШМА-15 на ПБВ.

Вид а) уложенного в покрытие ЩМА-15;

б) участка дороги 66+00 км.

Оригинал статьи