1.7. Разработка органических вяжущих материалов

Разработка органических вяжущих материалов требуемого качества

Дорожные битумы, выпускаемые в России в соответствии с ГОСТ 22245, не удовлетворяют сформулированным в таблице 6 требованиям.
Сырье для производства дорожных битумов и технология их получения как в России, так и во всем мире не позволяют обеспечить четыре (1, 2, 3, 4) основных требования к ОВМ – битумы недостаточно трещиностойки, не теплостойки, не эластичны и не обладают требуемой адгезией к поверхности минеральных материалов кислых пород.
В мире проводились и проводятся многочисленные исследования, направленные на повышение качества битума до требуемого уровня. Наиболее интересные результаты получены при введении в битумы добавок полимеров и поверхностноактивных веществ (ПАВ).
В 1967 г. в Союздорнии Л.М. Гохманом под руководством А.С. Колбановской начаты работы по улучшению физико-механических свойств битумов.
Были сформулированы принципы выбора компонентов для получения полимерно-битумных вяжущих (ПБВ), которые приведены в таблице 7.
Соблюдение этих принципов позволяет получить однородные ПБВ при минимальных затратах, свойства которого можно регулировать в широких пределах.

Таблица 7.
Принципы выбора компонентов ПБВ
1. Совместимость
2. Кинетическая устойчивость – плотности компонентов не должны отличаться от плотности ПБВ более чем на 10%
3. Максимально допустимый размер зародыша частицы дисперсной фазы не должен превышать 100 нанометров
4. Эластичная структурная сетка в ПБВ должна образовываться во всем объеме при минимальном содержании полимера
5. Должна быть обеспечена возможность одновременного повышения теплостойкости и трещиностойкости ПБВ
6. Требуемые нормы по токсичности, пожаробезопасности и технологичности должны быть не ниже, чем для битумов

Для обеспечения максимально эффективной работы полимера в объеме битума и создания пространственной структурной сетки при минимальном содержании полимера в качестве одного из компонентов ПБВ принят пластификатор.
Так как битумы, на основе которых создаются ПБВ, не обеспечивают требуемую адгезию к минеральным материалам кислых пород, в качестве четвертого компонента использовали ПАВ двойного действия.
Для выбора наиболее подходящего для наших целей полимера, а их сотни марок, все полимеры объединили в 4 класса, как показано в таблице 8, где приведены примеры полимеров, относящихся к разным классам.

Анализ показал, что каучукоподобные полимеры образуют пространственную эластичную структурную сетку в битуме при очень высоких концентрациях не менее 8% по массе; пластмассы не позволяют получить требуемую трещиностойкость ПБВ и плохо растворяются в битуме; реактопласты – дороги и требуют специального отвердителя, что может ухудшить технологические свойства полимерасфальтобетонных смесей.
В связи с этим выбор остановили на термоэластопластах – блоксополимерах типа СБС, так как они хорошо растворяются в битуме и образуют пространственную структурную сетку из макромолекул полимера в битуме при минимальном содержании.
Из этого класса полимеров выбрали оптимальный по составу, содержащий 30% связанного стирола и имеющий характеристическую вязкость 1,2÷1,4, что соответствует мольмассе ориентировочно от 90000 до 110000 – это соответствует марке ДСТ 30Р-01 или ДСТ 30-01 ОАО «Воронежсинтезкаучук».
В качестве пластификатора выбрали индустриальное масло, так как его температура вспышки выше 200 °С, содержание парафино-нафтеновых углеводородов составляет 75-80% по массе и оно при 140-150 °С хорошо совмещается не только с битумом, но и с полимером.
Наиболее эффективным ПАВ на сегодняшний день является «Техпрогресс-1», который удовлетворяет всем требованиям, перечисленным в таблице 8.

Таблица 8.
Критерии выбора полимера,
пластификатора и ПАВ для ПБВ
Выбор полимера1. Каучукоподобные – эластомеры (дивинил-стирольные каучуки)2. Пластмассы – термопласты (полиэтилен, полипропилен, полистирол)

3. Смолы – реактопласты (эпоксидные, фенолформальдегидные)

4. Блоксополимеры – термоэластопласты (блоксополимеры бутадиена и стирола типа СБС, изопрена и стирола типа СИС)

Выбор пластификатора1. Твсп – ≥ 190 °С2. Содержание парафино-нафтеновых углеводородов ≥ 70%

3. Должен хорошо растворять и битум, и полимер

Выбор ПАВ1. Двойное действие – повышает адгезию как к кислым, так и к основным минеральным материалам

  1. Не обладает резким неприятным запахом

3. Эффективен при минимальном содержании

4. Твсп ≥ 190 °С