Модификация битума полимерами

модификация битума

Модификация битума – одна из составляющих комплексного процесса производства материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог, а также кровле зданий. Поэтому целесообразно рассмотреть данный вопрос детальнее.

Что такое битум. Область использования

Битум – это вещество черного цвета на основе высокомолекулярных углеводородов и их производных, характеризующееся водонерастворимостью. Пребывает в твердом или смолообразном состоянии.

Происхождение битума бывает природным и искусственным. В первом случае материал образуется в результате естественных процессов окислительной полимеризации нефти. А во втором используются современные процессы переработки «черного золота».

Применение природного битума известно у ассирийцев и вавилонян еще 3000 лет до н.э. Искусственный битум впервые получен в 1898 году из нефтяных остатков, нагретых до температуры 300-320 ºС и окисленных воздухом.

На сегодня базовая отрасль применения нефтяных битумов – дорожное и промышленное строительство (ремонт дорог и аэродромов, кровля, изоляция трубопроводов, получение лакокрасочных материалов).

Почему свойства битума требуют улучшения

В дорожной отрасли битум необходим для связывания минеральных материалов, из которых образуются покрытия автомобильных дорог (песка, щебня и т.п.), улучшения гидрофобных свойств и заполнения пустот. Но в процессе эксплуатации на битум воздействует ряд отрицательных факторов: перепады температур, солнечное излучение, кислород воздуха, нагрузки, вызванные интенсивным движением транспортных средств. В результате дорожные покрытия преждевременно теряют целостность из-за разрушения битума.

Битум, как строительный материал:

  • чувствителен к изменениям температуры окружающей среды. В жару сильно размягчается, а в холод становится хрупким;
  • имеет низкую упругость и недостаточные механическими характеристиками;
  • подвержен старению.

Способы улучшения свойств битума

Свойства любого вещества, включая дорожный битум, можно улучшить двумя разными путями – изменением технологии производства или целенаправленным воздействием на готовый продукт. Первый подход требует перестройки всей системы получения материалов, начиная от подготовки исходного сырья и заканчивая типом используемого оборудования. Сделать это одновременно и с минимальными финансовыми затратами невозможно. Поэтому предпочтение отдается второму подходу, который реализуется за счет модификации битума.

Модификация битума полимерами

Обволакивание щебня битумом в дорожном строительстве

Модификация битума – зарождение и становление

Впервые на практике технология модификации битума опробована в 30-х года прошлого века в нескольких странах Западной Европы. Открываются небольшие участки автомобильных дорог, при получении асфальтобетонного покрытия которых использовался модифицированный битум. Первым модификатором стал натуральный каучук.

В дальнейшем практические исследования в этой области направляются на поиски новых модификаторов. Через двадцать лет в Канаде и США с этой целью начали использоваться неопреновые латексы, которые представляли собой эмульсию на основе синтетического каучука и воды. Уже тогда отмечалось положительное влияние модификации битума на усталостную выносливость дорожных покрытий в условиях интенсивного движения транспортных средств.

Интерес к использованию нового материала только усиливался, в результате чего область применения модифицированного битума существенно расширяется. С 1970-х годов его стали использовать не только для приготовления асфальтобетона, но и для устройства поверхностных обработок.

Преимущества модифицированного битума

Модификация битума позволяет получить строительный материал, который:

  • хорошо контактирует с минеральными материалами;
  • имеет хорошую низкотемпературную гибкость и эластичность, а также не склонен к текучести при высокой температуре;
  • быстро снимает напряжения, появляющиеся в слоях дорожного покрытия при движении автомобильного транспорта;
  • стойкий к усталостным нагрузкам, имеющим место при циклических перепадах температур;
  • морозостойкий и с расширенным температурным интервалом эксплуатации;
  • имеет повышенную твердость и механическую прочность.

Виды модификаторов для битума

Рассмотрим наиболее распространенные вещества, которые находят применение при модификации битумов.

Термопластичные полимеры

Важным свойством термопластичных полимеров является способность к многократному размягчению при повышении температуры и отвердеванию при ее снижении. Подобные явления можно объяснить особенностями строения молекул, которое имеет линейный характер. Нагревание ослабляет связь между молекулами, в результате чего происходит их сдвиг относительно друг друга. Полимер размягчается и переходит в состояние жидкости. Среди термопластичных полимеров в процессах модификации битума участвуют полиэтилены, полипропилены, атактические полипропилены, поливинилхлориды, полистиролы, вископласты и термопласты.

Каучуки и каучукоподобные полимеры

Основное отличие каучуков и каучукообразных полимеров (эластомеров) заключается в возможности удлинения до 10 раз при прикладывании растягивающей нагрузки и возвращение в исходное состояние при ее снятии. Такую особенность также можно объяснить строением вещества. Макромолекулы каучука свернуты в спираль, из-за чего взаимодействие между ними меньше внутримолекулярных связей. Также макромолекулы соединены в некоторых местах.

Из этого класса модификаторов для улучшения свойств битума используются бутадиен-стирольные, полихлоропропеновые и этиленпропиленовые полимеры, а также бутилкаучук.

Термоэластопласты

К этому классу веществ для модификации битума принадлежат сополимеры бутадиена и стирола, производство которых налажено во многих промышленно развитых странах. Модификаторы данного класса выпускаются в виде гранул и порошков.

Выделяют три типа термоэластопластов – полимеры стирол-бутадиен-стирол (СБС), полимеры стирол-изопрен-стирол (СИС) и полимеры стирол-этилен/бутилен-стирол (СЕ/БС). СБС-полимеры используются при модификации дорожных и кровельных битумов, СИС-полимеры – в качестве мастики для обработки швов и трещин, а СЕ/БС-полимеры – для улучшения свойств битумов, к которым выдвигается требование повышенной стойкости к неблагоприятным атмосферным факторам.

Применение полимерных добавок типа СБС для модификации битума обеспечивает:

  • высокую деформационную устойчивость асфальтобетона при различных температурах окружающей среды;
  • долговечность дорожных покрытий вне зависимости от типа климата и транспортных нагрузок.

Чем модифицировать битум

Качество получаемых дорожных и кровельных покрытий зависит не только от исходных компонентов, но и от технологии модификации битума. Реализуется она в специальном оборудовании. Компанией GlobeCore для решения данной задачи выпускаются установки типа УВБ-2 производительностью от 6 до 22 м3/ч.

Модификация битума полимерами

Установка для модификации битумов типа УВБ-2 производительностью 4-7 м3/ч

В процессе модификации битума ведущая роль принадлежит коллоидной мельнице, которая выполняет не только предварительное смешивание битума и полимера, но и гомогенизацию.

Благодаря конструкции, специально разработанной для модификации битумов, коллоидная мельница реализует еще одну функцию – измельчение компонентов. Это оптимизирует конструкцию установки за счет отказа от дополнительных узлов.

Мельница спроектирована так, что измельчение и гомогенизация реализуется за один проход, а тонкость измельчения регулируется изменением зазора между ротором статором.

Установки УВБ-2 отличаются удобством в практической эксплуатации, поскольку реализуют любую схему модификации, а также работают со всеми известными полимерными добавками и формами их выпуска.

Кроме установок модификации битума промышленного назначения компания GlobeCore также производит и лабораторное оборудование, которое успешно работает в научно-исследовательских институтах и научных лабораториях. Лабораторные установки модификации битума применяются дорожно-строительными организациями для получения образцов с целью будущих испытаний.