EN    

Вы можете заказать консультацию нашего специалиста или приехать к нам на завод.

Укажите телефон или электронную почту, а также имя и организацию, чтобы мы могли с Вами связаться

Сообщение отправлено. Мы вам перезвоним.

Или позвоните нашим менеджерам по работе с корпоративными клиентами


 

Тёплый асфальт

Тёплый асфальт — это новая технология, которая заключается в создании дорожного покрытия при относительно низких температурах (80–140 °С). Она обладает массой преимуществ перед традиционным горячим методом производства асфальтобетона.

В настоящее время, технологии теплого асфальтобетона (ТАБ), которые позиционируются, как заимствованные из-за рубежа, не что иное, как забытая с советских времен трансформированная разновидность технологий устройства дорожных покрытий. Вспомним ГОСТ 9128-84, действовавший до 1998 года, в котором была изложена классификация асфальтобетонных смесей с упоминанием теплых, от которых в дальнейшем отказались и забыли, вместо того чтобы развивать и совершенствовать.

Справедливости ради, стоит отметить, что отказ от теплых асфальтобетонов был не беспричинный. Ранее, теплыми считались смеси, приготовленные на вязких или жидких битумах, при работе с которыми достичь необходимой плотности асфальтобетонных покрытий при пониженных температурах было невозможно, поэтому доуплотнение происходило в процессе эксплуатации под давлением колес транспорта, с частым образованием колеи и наплывов.

Современная технология получения теплых асфальтобетонов основывается на применении физических и химических процессов, снижающих вязкость или изменяющих структуру битума.

Теплые асфальтобетоны (ТАБ) – это общий термин, охватывающий множество технологий, позволяющих производить, транспортировать, укладывать и уплотнять асфальтобетонные смеси при более низких, чем предусмотрено для обычных (горячих) смесей, температурах.

  • Данный метод позволяет снизить степень старения материала, увеличить срок службы дорожной одежды в среднем на 2–3 года.
  • Остывание теплой смеси происходит медленнее, что позволяет выйти за пределы обычного сезона и продолжать работы при температуре окружающего воздуха до –5 °С и ниже.
  • Кроме того, исследования специалистов показали, что такая укладка характеризуется меньшей степенью загрязнения окружающей среды. Понижение температуры смеси на 25 °С уменьшает выделение вредных веществ более чем на 70%.
  • Асфальтовый завод также потребляет меньше энергии и производит меньше выбросов в атмосферу. Битум меньше окисляется, продлевается общий срок его службы.

Применяемые температурные режимы:

  • температура изготовления, °С: теплый асфальт — 77-120; горячий асфальт — 130-180;
  • температура укладки, °С: теплый асфальт — >70; горячий асфальт — >110.

Бытует мнение, что через несколько лет теплый асфальтобетон полностью вытеснит с рынка традиционный горячий. Так это или нет, покажет время, но уже сейчас, не смотря на успех технологий механического вспенивания в США, рынок специальных химических добавок, которые влияют на свойства асфальтобетона, развивается опережающими темпами, ввиду простоты их применения, а также отсутствия необходимости дополнительного переоборудования производственных баз.

Различают несколько возможных вариантов получения теплых асфальтобетонных смесей.

Технологии вспенивания битума (вспенивающие добавки (цеолиты) или системы механического вспенивания)

Приготовление теплых асфальтобетонных смесей, основанных на механических способах, заключается в добавлении в смеситель АБЗ уже вспененного битума, получаемого на специальной установке по вспениванию. Оно достигается за счет впрыска воды в битум. При смешивании битума с небольшим количеством воды образуются микроскопические пузыри, сокращающие вязкость битумного слоя, что позволяет работать при более низких температурах. Данная технология предусматривает использование только адгезионных химических добавок.

Технологии механического вспенивания по праву считаются наиболее экономически эффективными т.к. в качестве добавки к битуму выступает вода, которая, как правило, является легкодоступной и бесплатной.

Технологии вспенивания битума, за счет добавок, заключаются во введении материалов натуральной или искусственной породы, при нагревании выделяющих воду – цеолитов.

Технологии вспенивания

  • Связаны с очень высокими первоначальными затратами на оборудование
  • Ограничены нижним порогом температурного режима работ в 100 °С (обусловленного температурой конденсации водяного пара)
  • Требуют очень серьезного технологического контроля в процессе производства и укладки асфальтобетона

Необходимо понимать, что при введении воды в битум, даже при условии её перехода в парообразное состояние существуют риски по обратному переходу пара в воду и соответственно попаданию остаточной влаги в конечный уложенный асфальтобетон, что в дальнейшем, несомненно, приведет к разрушению дорожного покрытия. Это может быть связано с недостаточной технологичностью или скоростью работ по укладке асфальта, тяжелыми погодными условиями, затруднённой или удаленной транспортировкой АБС к месту проведения работ и т.п.

Однако, за рубежом вспенивающие технологии используются очень широко, но это больше связано с экономическим и экологическим преимуществом теплого асфальта, но ни с продлением дорожно-строительного сезона или увеличением дальности перевозки асфальтобетонной смеси.

Органические пластифицирующие добавки, содержащие воск и -или парафин

Использование органических добавок приводит к снижению температуры плавления битумов, что позволяет производить смеси при более низких температурах. Стоит отметить, что использование воска в составе битума, при приготовлении теплой асфальтобетонной смеси приводит к снижению трещиностойкости, и может быть не таким эффективным.

Чаще всего такие модификаторы применяются в комплексе с пластифицирующими добавками или мягкими битумами.
В данном сегменте продукция компании «Селена» представлена добавкой «Вискодор» – продукт основе модифицированного низкомолекулярного полиэтиленового воска.

Химические добавки — поверхностно-активные вещества (ПАВ)

Химические добавки при введении  в битум изменяют реологическую структуру вяжущего, что позволяет снизить температуру производства и укладки асфальтобетонной смеси примерно на 40-60 0С.

Также такого рода добавки выступают как активатор активной адгезии в асфальтобетонной смеси, т.е. способности вяжущего вытеснять влагу с границы раздела фаз битум – каменный материал, что позволяет использовать их для снижения рисков по наличию остаточной влаги во вспененных низкотемпературных смесях.

Использование химических добавок не требует дополнительных затрат на модернизацию оборудования и, как правило, добавки смешиваются с битумом в резервуарах смесительной установки, или вводятся посредством уже имеющегося автоматического оборудования для ввода обычных адгезионных добавок.

Преимущества химических добавок

Укладка в холодную погоду
Улучшение уплотнения особенно важно в прохладных условиях в начале и в конце сезона укладки или при укладке в ночное время. Теплые асфальтобетонные смеси допускается укладывать при температуре окружающего воздуха до минус 10 °С.
Увеличение дальности перевозки смеси
За счёт того, что добавка обеспечивает удобоукладываемость смеси и позволяет получить более высокую плотность даже при пониженных температурах – уменьшаются проблемы, связанные с транспортировкой на дальние расстояния.
Высокая активная адгезия
Относительно низкая температура перемешивания, которая стала возможна с применением технологий теплых смесей, может привести к присутствию некоторого количества остаточной влаги в асфальтобетонной смеси, что может препятствовать полному обволакиванию каменного материала или в будущем привести к разрушению асфальта под действием влаги. Свойство активной адгезии, полученное битумом за счёт модификации добавкой, позволит вытеснить воду с поверхности частиц каменного материала модифицированной асфальтобетонной смеси, что обеспечит не только обволакивание каменного материала, но и создание прочного химического сцепления (адгезии) между каменным материалом и битумом, которое будет устойчиво к воздействию воды. Это исключает применение дополнительных адгезионных добавок.
Сокращение энергозатрат АБЗ
Благодаря снижению температурных режимов работы при производстве теплой смеси уменьшается расход топлива потребляемого асфальтобетонным заводом, что приводит к существенной экономии энергоресурсов.
Уменьшение вредных выбросов
Благодаря снижению температурных режимов при укладке теплой смеси сокращается выделение окиси углерода (CO2) и битумных паров, что фактически исключает вредные выбросы и запахи.

Сравнение технологий тёплого асфальта

Если сравнивать все технологии для производства тёплого асфальта между собой, то все их них имеют как плюсы, так и минусы.

Вспенивающие технологии – сложны и дороги на этапе внедрения, требуют затрат на дополнительное оборудование, постоянного контроля технологического процесса приготовления асфальтобетонной смеси и её укладки, но впоследствии окупаются и становятся довольно экономичными.

Модификация битума восками и парафинами – помимо температуропонижающего эффекта оказывает влияние на реологические свойства вяжущего (поднимается температура размягчения, при сохранении низкотемпературных свойств вяжущих – повышается устойчивость к образованию колеи). Но такие битумы имеют высокую добавочную стоимость и их правильнее рассматривать в разрезе полимерно модифицированных вяжущих, в сравнении с термоэластопластами СБС и т.п.

Наиболее оптимальной для внедрения является технология химической модификации битумов т.к. она:
  • Не требует дополнительного оборудования – модификация возможна почти на любой асфальтосмесительной установке.
  • Расход таких добавок минимален и даже при относительно высокой начальной стоимости таких ПАВ – цена нивелируется за счёт положительных эффектов.
  • При использовании температуропонижающих ПАВ нет необходимости применять адгезионные добавки.

Сравнение химических добавок для тёплого асфальта

На отечественном рынке химических добавок для производства теплых асфальтобетонных смесей наиболее распространенными являются: Адгезол 3-ТД (ООО «Базис»), Азол 1007 (Котласский хим. завод), Cecabase RT 945, Cecabase RT Bio (Arkema), ДАД-ТА и ДАД-ТА2 (ООО «Селена»), Дорос-Т (ООО «Дорос»), Амдор ТС-1 (ООО «Уралхимпласт-Амдор), Evotherm 3G (MeadWestvaco INC), Rediset LQ (AkzoNobel).

Эффективность таких добавок определяется способностью обеспечивать технологичность асфальтобетонной смеси при уплотнении при более низких температурах (в ряде случаев до 80 оС), увеличивать пластичность вяжущего, с сохранением физико-механических свойств асфальтобетонов.

Кривая вязкости вяжущих для теплых асфальтобетонов

Была исследована динамическая вязкость битума с добавками, при скорости сдвига 100 с-1, на приборе Anton Paar Modular Compact Rheometer Physica MCR 101.

По принципу действия добавки условно разделяются на: «разжижители» и «модификаторы».

«Разжижающие добавки» снижают начальную вязкость битума и увеличивают скорость ориентации молекул, что связано с увеличением дисперсной среды в объеме вяжущего.

«Модифицирующие добавки» должны не значительно влиять на начальную вязкость битума, но способствовать увеличению скорости ориентации молекул ПАВ и вяжущего при меньшей сдвиговой нагрузке, что обеспечивает лучшее уплотнение асфальтобетона в покрытии при более низких температурах. При этом не будет происходить уменьшение толщины плёнок битума на зернах минерального материала в отличие от разжижающих добавок.

Влияние различных добавок на уплотнение тёплых смесей

Анализ результатов позволил установить, что все рассматриваемые добавки снижают необходимое количество оборотов гиратора на 38 – 55%, для достижения необходимой плотности асфальтобетона.

Влияние добавок на интервал пластичности битума

При оценке эффективности энергосберегающих добавок немаловажной задачей является изучение их влияния на физико-механические свойства вяжущего, как основного структурообразующего компонента асфальтобетона. Основными показателями, отражающими поведение вяжущего в эксплуатационных условиях, являются: интервал пластичности (температура размягчения и температура хрупкости) и глубина проникновения иглы (пенетрация при 25 и 0оС).

При этом все добавки с рекомендованным расходом 0,3% – Cecabase RT  945, ДАД-ТА и Rediset LQ по температуре размягчения  показали результаты близкие к битуму, что говорит об отсутствии пластифицирующего эффекта в вяжущем в диапазоне эксплуатационных температур.

У битумов с добавками наблюдается улучшение низкотемпературных характеристик, здесь, лучше себя проявили добавки модификаторы ( ДАД-ТА и подобные).

Установлено, что почти все добавки с концентрацией 0,6-1% не прошли испытания по температуре размягчения вяжущих, полученные показатели находятся на границе допуска. Также стоит отметить, что они не оказали влияния на температуру хрупкости.

Влияние различных добавок на пенетрацию битума

Добавки оказывают пластифицирующее влияние на битум, но не изменяют его марку в соответствии с ГОСТ.  Модифицированный битум находится в диапазоне условной вязкости для битума БНД 60/90.

Стоит отметить, что наибольший пластифицирующий эффект наблюдается у добавок с рекомендованной концентрацией 1,0 % ( в среднем 14 мм -1 ), тогда как у добавок с концентрацией 0,3% изменение не существенное ~4 мм -1.

Динамическая вязкость битума с добавками

К показателю, характеризующему технологические характеристики вяжущего, относится динамическая вязкость. Результаты исследования данных показателей представлены на рисунке.

При изучении динамической вязкости модифицированных битумов на реометре Anton Paar Physica MCR 101 (рисунок 3), установлено, что  Азол 1007, снижает вязкость битума во всем измеряемом температурном диапазоне (t= 70-130 оС), что негативно отразится на прочностных и деформативных показателях асфальтобетона, приготовленного с его использованием.

Добавки Cecabase RT  945 и ДАД-ТА не значительно влияют на начальную вязкость битума, сохраняя во всем температурном диапазоне технологичность вяжущего в процессе приготовления асфальтобетонной смеси и в процессе ее уплотнения.

Как функционируют тёплые добавки?

Молекула ПАВ состоит из длинного гидрофобного углеводородного хвоста и полярной функциональной группы. Полярные части гидрофильны – «любят воду» и вообще все полярное, а гидрофобные хвосты ориентированы к битуму.

На рисунке изображена граница раздела фаз «битум – каменный материал».

  1. Положительно заряженные части ПАВ притягиваются к отрицательно заряженной поверхности каменного материала и увеличивают к нему адгезию битума.
  2. Однако любое ПАВ имеет предел растворимости концентрации в растворе, с достижением которого граница раздела фаз полностью насыщается молекулами добавки.
  3. Дальнейшее увеличение концентрации ПАВ приводит к их самоорганизации в объёме раствора, в результате чего образуются так называемые мицеллы.

При уплотнении асфальтобетона катком мицеллы не оказывают сопротивления. Под действием сдвиговой нагрузки они деформируются и меняют форму, а после снятия нагрузки принимают прежнюю форму.

Поэтому при уплотнении катком мицеллы не разрушаются, а ведут себя как плоскости скольжения, позволяя битуму и каменным материалам легче скользить относительно друг друга, при более низкой температуре.

Изучение физико-механических свойств тёплых асфальтобетонов

Образцы асфальтобетонов, уплотненные при температуре 110 оС, соответствуют требованиям ГОСТ 9128-2013 для традиционных горячих асфальтобетонных смесей.

Физико-механические свойства асфальтобетонов, уплотненных при температуре 110 °С

Наименование показателя
ГОСТ 9128
Фактические показатели
БНД 60/90
ДАД-ТА
Cecabase RT945
Азол 1007
Адгезол 3-ТД
Средняя плотность, кг/м3 2310 2380 2380 2340 2330
Водонасыщение, % 1,5…4,0 3,46 1,68 1,72 2,53 2,55
Предел прочности при сжатии, МПа не менее 2,5 3,18 4,83 4,62 4,28 4,32
при температуре 20оС  
при температуре 50оС   не менее 1,2 1,18 1,75 1,63 1,37 1,38
Водостойкость не менее 0,9 0,80 0,98 0,97 0,90 0,90
Водостойкость при длительном водонасыщении не менее 0,85 0,78 0,97 0,95 0,86 0,85

Асфальтобетоны с разжижающими добавками (Азол 1007, Адгезол 3-ТД), с рекомендованной концентрацией около 1% хуже уплотнились, что повлекло за собой логичное увеличение водонасыщения и снижение водостойкости образцов, что негативно отразится на работе дорожного покрытия, выполненного с их использованием.

Химические модифицирующие температуропонижающие добавки (ДАД-ТА и подобные), благодаря своему механизму действия в составе вяжущего и асфальтобетона, обеспечивают технологичность асфальтобетонной смеси при более низких температурах уплотнения, без негативного влияния на свойства битума и асфальтобетонной смеси на его основе.
ДАД-ТА
ДАД-ТА2
Следующая технология