1.8. Разработка технических требований к ПБВ

Разработка способа приготовления и комплекса технических требований к ПБВ

На рис. 14 приведены результаты исследования реологических свойств ПБВ на основе битумов с разными типами дисперсной структуры в зависимости от содержания в них полимера марки ДСТ 30-01.
Как видно из приведенных данных, минимальное содержание полимера, необходимое для образования пространственной структурной сетки, в битумах I типа составляет 1%, III типа – 2,5-3%; II типа – 3,5-4,0% и характеризуется аномальным изменением вязкости на концентрационных зависимостях.
Битум, содержащий определенное количество полимера, необходимое для образования новой пространственной структуры, является новым вяжущим, называемым ПБВ.

image132

Рис. 14. Концентрационные зависимости приведенной
наибольшей ньютоновской вязкости для битумов разных
типов дисперсной структуры:
х – I тип; O – II тип; • – III тип.

Эти данные представляют собой экспериментальное подтверждение теоретических положений, изложенных в разделе 1.5.
Используя формулу (1) и значения λ, рассчитанные по формуле (4) из результатов реологических показателей, полученных экспериментальным путем, можно теоретически рассчитать минимальное содержание полимера в битуме для получения ПБВ.
Так например для битумов III типа содержание асфальтенов по массе в среднем составляет Сm image1350,22.
При этом для асфальтенов image137 ; а    image139
для ДСТ image141;  а image143
В этом случае объем частиц дисперсной фазы, представленной в ПБВ асфальтеновыми комплексами, составит image145= 0,22 х 2,0 х 0,83 = 0,365.
Так как image147= 0,613 – наиболее вероятный объем частиц дисперсной фазы с ПБВ, то        image149= 0,613 – 0,365 = 0,248, а, следовательно, по формуле (1):

image149= 0,248 : (9 х 1,04) = 0,0265 или 2,65%.

Это значение всего на 6% отличается от экспериментально полученного – 2,5%.
Реологические характеристики, представленные в таблице 9, позволяют сопоставить ПБВ с битумом и ПБВ на битумах разных типов между собой.

Таблица 9.
Реологические характеристики вяжущих


Тип структуры битума ДСТ, % по массе
  • 107, пуаз
РК2 • 10-2, дин/см2 Gmo • 10-3, дин/см2 • 10-3, c К • 102, см2 • сек, дин
I 0 43 80 67 6 1 10
1 181 321 186 10 2 5
3 500 1641 390 13 25 3
III 0 3 4 20 2 3 11
3 59 230 63 9 2 15
5 191 1050 181 11 8 6
II 0 3 10 10 3 18 26
4 29 68 21 14 33 64
5 120 226 47 25 62 54

image156

Рис. 15. Зависимость эластичности ПБВ при 25 °С (кривые 1, 2)
и при 0 °С (кривые 3, 4) от содержания ДСТ
(битум марки БНД 60/90 инд. 1003).

На рис.16 приведены зависимости основных эксплуатационных показателей вяжущих – температур хрупкости и размягчения ПБВ от содержания пластификатора.
Как видно из приведенных данных, независимо от содержания полимера в ПБВ с увеличением содержания пластификатора, повышается трещиностойкость ПБВ, а тепло-стойкость при содержании полимера более 3% по массе проходит через максимум при определенном содержании пластификатора.
Это связано с эффектом межструктурной пластификации, вызванным набуханием полимера.

image158

Рис. 16. Зависимость температур размягчения и
хрупкости ПБВ (на основе битума марки БНД 60/90 инд. 1003)
от содержания индустриального масла.

Приведенные данные показывают, что, варьируя содержанием полимера и пластификатора в ПБВ, можно добиться любых требуемых эксплуатационных показателей.
Это положение принципиальным образом меняет ситуацию с вяжущими – то есть появляется возможность регламентировать региональные требования к вяжущим и реали-зовать их.
Важно отметить, что при динамическом воздействии, вызванном воздействием колес автомобиля, происходит смещение температуры хрупкости материала в сторону положительных температур.
На рис.17 приведены температурные зависимости динамических характеристик вяжущих, свидетельствующие о том, что ПБВ характеризуется значительно более широким температурным диапазоном работоспособности, чем битум, причем одновременно выше и трещиностойкость, и теплостойкость.

image162

Рис. 17. Влияние температуры и структуры битума
на поведение ПБВ:
– – – – – битум,  ПБВ; I, II, III – тип структуры битума.

За рубежом применяют ПБВ на основе СБС без пластификатора или с очень небольшим его содержанием.
На рис. 18 приведены данные, свидетельствующие о том, что в этом случае только при содержании более 6% полимера по массе удается обеспечить трещиностойкость ПБВ на уровне Тхр = минус 25 °С даже при введении полимера в битум марки БНД 200/300.
Однако при этом резко повышается вязкость ПБВ (Тр > 70°С), что делает полиме-расфальтобетонные смеси неудобоукладываемыми и неудобоуплотняемыми.
Так как в России применяются окисленные битумы, то повышать температуру смеси выше 160 °С нецелесообразно в связи с резкой интенсификацией процессов старения ПБВ.
Поэтому применение ПБВ без пластификатора целесообразно лишь в тех случаях, когда не требуется трещиностойкость ниже минус 20 °С.

image164

Рис. 18. Зависимость температур размягчения и
хрупкости ПБВ (на основе битумов разных марок)
от различного содержания в них полимеров.

Преимущество применения пластификатора проявляется не только в получении ПБВ высокого качества при минимальном содержании полимера, но и в значительно более высокой производительности работ при приготовлении ПБВ, высокой удобоукладываемости и уплотняемости полимерасфальтобетонных смесей, возможности обеспечения требуемого качества покрытий по трещиностойкости и сдвигоустойчивости без изменения принятых для асфальтобетонных смесей технологических режимов их устройства.
Эластичная структурная сетка в ПБВ кроме придания ему высокой эластичности, что принципиально отличает это вяжущее от битума, придает ему способность к ориентации при отрицательных температурах.
Механизм процессов ориентации обусловлен возможностью пластического деформирования этой сетки при высокой вязкости системы, которая способна зафиксировать эту сетку в ориентированном, растянутом состоянии, армируя, таким образом, этот материал.
В результате, как видно из рис. 19, прочность ПБВ после 200 циклов нагружения при изгибе существенно возрастает с увеличением содержания полимера, что проявляется в повышении трещиностойкости, а прочность битума ухудшается, что связано с его усталостью при многократном нагружении.
Данный эффект наблюдается при температурах, близких к температуре хрупкости ПБВ, определяемой по Фраасу.
Для выявления этого эффекта в ПБВ разработан метод определения долговременной прочности (трещиностойкости при многократном растяжении) органических вяжущих материалов. Испытания проводятся на приборе Фрааса.

 image166Рис. 19. Зависимость температур размягчения
и хрупкости ПБВ от содержания ДСТ.