Органические вяжущие, улучшенные добавками

 

Органические вяжущие с добавками поливинилхлорида (ПВХ), полистирола (ПС), полиэтилена (ПЭ), эпоксидных и кумароновых смол и отходов при их производстве. Эти добавки применяют в количестве 0,5…3 %. Они улучшают реологические свойства, повышают тепло- и водоустойчивость вяжущих, особенно эффективны для дегтей. Более перспективным, учитывая стоимость, является применение фурановых смол, которые применяются с кислотными отвердителями.

Органические вяжущие с добавками каучуков. К этим добавкам относится большая группа синтетических (хлоропреновых, бутадиенстирольных, дивинилстирольных) каучуков, обладающих высокой эластичностью.

Для их совмещения вяжущее нагревают до жидкого состояния и смешивают его с раствором или водной эмульсией (латексом) каучука. Добавка каучука в зависимости от требований колеблется от 2 до 8 %. Но введение 2…3 % латекса существенно повышает свойства каучукобитумных вяжущих.

В России и за рубежом широко применяют регенерированную резину, резиновую крошку, получаемую при вторичной переработке старых автомобильных покрышек. Измельченную резину в порошкообразном (диспергированном) состоянии вводят в битум в количестве 3…5 % при температуре 150…180 °С и тщательно перемешивают. При этом происходит набухание резиновых частиц и образуется битумно-резиновая дисперсия, которая отличается высокой растяжимостью при 0 °С. Она придает асфальтобетону большую упругость, уменьшает трещинообразование и скользкость, уменьшает его старение. Затраты, связанные с применением каучуков, увеличиваются на 20 %, но они окупаются увеличением более чем в половину срока службы покрытия.

Битумы нефтяные жидкие

 

Основным недостатком многих органических вяжущих является высокая их вязкость при обычных условиях. Поэтому требуется их нагревание при использовании до температур выше 100 °С. Кроме этого энергозатратного недостатка, вязкие битумы не обеспечивают хорошего сцепления с влажной поверхностью каменных материалов.

Поэтому при строительстве дорожных усовершенствованных покрытий и оснований применяют жидкие нефтяные битумы, которые можно применять подогретыми до температуры лишь около 100 °С, а также холодными (при укреплении грунтов) с температурой 15…20 °С.

Жидкие нефтяные дорожные битумы готовят путем разжижения вязких битумов (БНД 40/60, БНД 60/90 и БН 60/90) легкими нефтяными продуктами (лигроином, керосином, крекинг-остатком, нефтяными маслами) с добавлением ПАВ или других добавок.

Как правило, в качестве разжижителей при изготовлении битумов класса СГ используют керосиновую фракцию нефти, а битумов класса МГ – фракцию дизельного топлива. Битумы класса МГО (медленно густеющие остаточные) получают при переработке нефти на атмосферно-вакуумной трубчатой установке.

Характерной особенностью жидких битумов является их способность с течением небольшого периода времени загустевать непосредственно в дорожном покрытии или основании и приобретать вязкость, почти равную вязкости исходного вязкого битума. По мере загустевания жидкого битума возрастает прочность покрытия.

Вязкость жидких битумов определяют с помощью стандартного вискозиметра путем измерения времени (в секундах) истечения определенного количества жидкого материала (обычно 50 см³) через калибровочное отверстие (чаще 5 или 10 мм) при соответствующей температуре. Например, для жидких битумов вязкость составляет (где верхняя цифра в обозначении – диаметр сточного отверстия в мм, нижняя – температура испытания в градусах).

В зависимости от скорости загустевания и вязкости нефтяные битумы подразделяются на два класса: густеющие со средней скоростью (СГ) и медленногустеющие (МГ и МГО). Абривиатура МГО обозначает «медленногустеющий остаточный битум», названный так по технологии его получения.

Влияние времени на изменение вязкости жидких битумов в период их работы в дорожном покрытии показано на рис. 7.11.

Достаточная прочность пленки жидких битумов достигается для битумов класса СГ через 20 суток, для МГ – 30 суток и класса МГО – 45 суток.

Жидкие дорожные нефтяные битумы должны соответствовать требованиям ГОСТ 11955 «Битумы нефтяные жидкие» (табл. 7.5).

 

Таблица 7.5 – Физико-химические показатели свойств нефтяных жидких битумов

Показатели	Класс СГ	Класс МГ	Класс МГО
Нормы для марок
СГ 40/70	СГ 70/130	СГ 130/200	МГ 40/70	МГ 70/130	МГ 130/200	МГО 40/70	МГО 70/130	МГО 130/200
Условная вязкость по вискозиметру с отверстием 5 мм при 60 °С	40-70	71-130	131-200	40-70	71-130	131-200	40-70	71-130	131-200
Количество испарившегося разжижителя, %, не менее							-	-	-
Температура размягчения остатка после определения количества испарившегося разжижителя, °С, не ниже							-	-	-
Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °С, не ниже
Испытание на сцепление с мрамором или песком	Выдерживают в соответствии с контрольным образцом

 

 

Битумные эмульсии

 

Эмульсии битумные дорожные (Э.б.д.) – жидкие дисперсные системы, в которых одна жидкость – битум (дисперсная фаза) в виде мельчайших капель размером 0,1 мкм диспергирована в другой жидкости – водной среде.

Э.б.д. в СССР начали применять в 1930 г., применяют в странах СНГ и Беларуси. Диспергированные частицы фазы в эмульсии существуют автономно: битумы, являющиеся неполярными веществами, не растворяются в полярной жидкости – воде, поэтому они могут смешиваться с водой только с образованием эмульсии. Образование и устойчивость Э.б.д. достигается введением эмульгаторов – поверхностно-активных веществ (ПАВ) или тонкомолотых твердых порошков. Эти вещества создают защитные оболочки вокруг частиц дисперсной фазы, что предотвращает коагуляцию. Механизм создания «защитной» оболочки вокруг битумной частицы в случае применения ПАВ представлен на рис. 7.12.

Молекулы ПАВ, состоящие из полярной и неполярной частей, ориентируются на границе раздела «битум-вода» таким образом, что неполярной частью они обращены к битуму, а полярной – к воде. Вследствие такой ориентации поверхностно-активных веществ и диссоциации их полярной группы, частицы дисперсной фазы приобретают электрический заряд (при анионактивном эмульгаторе – отрицательный, при катионактивном – положительный). Одноименно заряженные частицы фазы отталкиваются, что препятствует их слипанию и обусловливает большую устойчивость эмульсии. Твердые минеральные эмульгаторы выполняют ту же роль, что и органические. Они прилипают к поверхности диспергированных частиц битума и образуют на границе их раздела с водой защитные оболочки. Э.б.д. содержат 40-60 % битума. Эмульсии, содержащие более 70-70 % битума, называют высококонцентрированными. В зависимости от свойств и содержания эмульгатора, а также количества битума можно получать эмульсии двух типов: прямые, когда капли битума диспергированы в воде, и обратные, когда вода диспергирована в битуме. В дорожном строительстве применяются главным образом прямые эмульсии. В качестве эмульгатора используют мыла нафтеновых, сульфонафтеновых, смоляных органических кислот, сульфитно-дрожжевую бражку, а также твердые вещества: тонкие порошки глин, извести, цемента, каменного угля, сажи.

Приготовление Э.б.д. включает разогрев битума (90-120 °С), приготовление эмульгатора, диспергирование битума в воде с добавлением водного раствора эмульгатора (рис. 7.13).

Битумные эмульсии применяются для:

- обеспыливания дорог;

- укрепления грунтов, используемых для устройства оснований дорожных одежд;

- ремонта и профилактической защиты покрытий;

- устройства различных подгрунтовок;

- ухода за твердым бетоном.

При применении Э.б.д. необходимо учитывать длительность формирования структуры материала на их основе, что связано с характером распада эмульсии и испарением воды. В зависимости от погодных условий этот процесс может длиться часами.

 

7.5. Перевозка, подготовка, контроль и хранение органических вяжущих материалов

 

Общие требования

На каждую партию поставляемых органических вяжущих нефтеперерабатывающий завод (НПЗ) прилагает паспорт, в котором указывается:

- наименование НПЗ и его адрес;

- характеристика поставляемого вяжущего и его марка;

- номер партии и ее масса;

- дата отправки.

При перевозке и хранении органические вяжущие должны быть защищены от возможного загрязнения, обводнения и потерь.

 

Перевозка

Перевозку твердых (строительных) битумов осуществляют в обычных крытых вагонах и платформах.

Вязкие битумы перевозят в цистернах, оборудованных змеевиками для разогрева.

Для перевозки битума в разогретом состоянии на расстояние до 300 км используют автобитумовозы с обогревом. Они особенно удобны, если доставляемый битум сразу перекачивается в наземные хранилища. При этом на АБЗ или битумной базе нет необходимости устраивать железнодорожные пути и специальные тепловые агрегаты для разогрева битума при его сливе в хранилище.

В настоящее время значительная часть АБЗ за рубежом (примерно 75 %) работают «с колес», т.е. потребляют необходимый битум, доставляемый изготовителем, строго по графику доставки.

 

Подогрев вяжущих

Разогрев органических вяжущих материалов доводят до рабочей температуры, при которой они легко смачивают минеральные материалы во время смешения, пропитки или поверхностной обработки дорожных покрытий. Это достигается подогревом вязких битумов до температуры 150…180 °С или добавкой к ним разжижителей.

Нагревание органических материалов выше требуемой температуры недопустимо, так как это приводит к интенсивному испарению летучих фракций, процессам деструкции высокомолекулярных органических соединений (изменению группового состава исходного битума и основных его физико-механических свойств (температуры размягчения, хрупкости, растяжимости и др.).

Органические вяжущие разогревают водяным паром, горячим маслом, циркулирующим в трубах, и электричеством (тэны).

При изготовлении разжиженных битумов с применением жидких разжижителей, подогревают только вязкий битум, а разжижители добавляют в холодном состоянии.

Если разжижитель вязкий и содержит воду (сырая смола), его отдельно подогревают и до смешения выпаривают воду.

В процессе тепловой подготовки вяжущих компоненты тщательно перемешивают с помощью насоса или специальной мешалкой.

 

Технический контроль

Контроль состоит из следующих операций:

- проверка рабочей температуры вяжущего при подогреве;

- соблюдение требуемой продолжительности нагрева вяжущего;

- контроль правильности дозирования исходных материалов при приготовлении смешанных битумов.

Для контрольных испытаний свойств материала отбирают среднюю пробу и испытывают в лаборатории в соответствии с государственным стандартом.