4. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

4.1. При условии обеспечения требуемой капитальности дорожной одежды и исключении возможности образования отраженных трещин на покрытии качество органических вяжущих материалов, на основе которых приготавливаются смеси оптимальных составов, используемые для устройства покрытий, является главным фактором, определяющим сроки службы покрытий без дефектов в виде трещин (температурных и усталостных), сдвигов (колей, волн, наплывов), шелушений, выкрашиваний и выбоин.

4.2. Качество органических вяжущих материалов характеризуется комплексом свойств, определяющих его технологичность, которая обеспечивает требуемые условия приготовления смесей с минеральными материалами, их транспортирования на заданные расстояния, укладки и уплотнения, а также физико-механическими показателями, которые характеризуют эксплуатационные свойства и должны обеспечивать требования условий эксплуатации данного покрытия – температурную и усталостную (от многократного воздействия динамической нагрузки, создаваемой колесами автомобилей) трещиностойкость, сдвигоустойчивость, водо- и морозостойкость, устойчивость к старению.

4.3. В целях обеспечения возможности применения органических вяжущих при существующей технологии необходимо, чтобы они по своим технологическим свойствам – текучести при принятых температурных режимах перемешивания с минеральными материалами, однородности, способности к смачиванию и обволакиванию поверхности минеральных материалов, вязкости в процессе укладки и уплотнения смесей, по токсичности и пожароопасности не ухудшали бы условия производства работ, техники безопасности, охраны окружающей среды по сравнению с применением дорожных битумов по ГОСТ 22245-90.

4.4. Дорожные битумы по ГОСТ 22245-90, получаемые в России окислением или компаундированием, выше по качеству зарубежных, изготавливаемых, как правило, методами вакуумной дистилляции (остаточные) в части деформативности при низких и отрицательных температурах, но уступают в части устойчивости к старению. При этом ни отечественные, ни зарубежные битумы не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к ним условиями эксплуатации дорожных, мостовых, аэродромных покрытий в России.

4.5. Климатические условия в России резко континентальны, характеризуются повышенной влажностью и большим числом переходов температуры через 0°С. Так, в соответствии со СНиП 23.01-99 температура воздуха наиболее холодных суток колеблется от минус 21 до минус 59°С, а температура хрупкости дорожных битумов всех марок колеблется в пределах от минус 6 до минус 20°С. Расчетная температура сдвигоустойчивости покрытий, полученная на основе температуры наиболее теплого месяца, при скорости ветра, равной 0 м/с, колеблется в пределах от 50 до 67°С, а температура размягчения битумов находится в пределах от 35 до 51°С. При этом наличие как структурированного, так и объемного органического вяжущего материала в покрытии очевидно.

4.6. Условия эксплуатации покрытий дорог, мостов и аэродромов, а именно климатические условия России, и условия движения автомобилей обусловливают следующие минимальные требования к основным эксплуатационным показателям свойств органических вяжущих материалов (ОВМ) для покрытий:

температура хрупкости по Фраасу должна быть равна или ниже температуры наиболее холодных суток (СНиП 23.01-99) района эксплуатации покрытия с обеспеченностью 0,98 для дорог I и II категорий движения, мостов и аэродромов и 0,92 – для дорог более низких категорий;

температура размягчения по методу «Кольцо и Шар» должна быть не ниже расчетной температуры сдвигоустойчивости асфальтобетонных покрытий, определенной по формуле Я.Н. Ковалева, учитывающей радиационный и тепловой баланс на их поверхности при отсутствии ветра и температуру воздуха наиболее теплого месяца (СНиП 23.01-99) района эксплуатации покрытия. ПБВ, применяемые для дорог I и II категорий, мостов и аэродромов, по нормам на температуру размягчения должны быть на 2°С выше;

эластичность, определяемая в соответствии с методикой, опубликованной в ГОСТ Р 52056-2003, должна быть не менее (80-85)% в зависимости от консистенции ОВМ при 25°С и не менее (70-75)% при 0°С; для покрытий на объектах I и II категорий движения нормы на этот показатель рекомендуется повысить на 5%;

адгезия к поверхности минеральных материалов, оцениваемая по показателю сцепления в соответствии с ГОСТ 11508-74 (метод А), должна удовлетворять требованию – «выдерживает по контрольному образцу № 2» как для эталонного мрамора, относящегося к материалам основных пород (в частности минеральный порошок), так и для щебня и песка, представляющих собой, как правило, материалы кислых пород;

устойчивость к старению, оцениваемая по изменению показателя температуры размягчения после прогрева, должна быть не ниже требований, регламентированных для битумов марок БНД.

4.7. Соблюдение требований к ОВМ, изложенных в п. 4.6, и условий их применения, отраженных в п. 4.1, позволит в перспективе обеспечить сроки службы покрытий, равные срокам службы дорожных одежд (не менее 15 лет).

4.8. Очевидно, что дорожные битумы по ГОСТ 22245-90 не соответствуют требованиям, предъявляемым к ОВМ (см. п. 4.6), а изменение их консистенции либо качества сырья или технологии их производства существующими в России и в мире способами не позволяют получить ОВМ требуемого для условий России качества.

4.9. Многолетние исследования, проведенные в Союздорнии, экспериментальные, опытные работы и большой объем внедрения полимерно-битумных вяжущих на основе блоксополимеров типа СБС (ПБВ) в России (более 3500 км покрытий и поверхностных обработок) позволяют заключить, что подготовлен для широкого внедрения новый ОВМ и способ его производства, позволяющий обеспечить все требования, предъявляемые ему условиями эксплуатации покрытий в любом регионе России. Наиболее важными объектами, где было применено ПБВ на основе СБС, являются автодороги: МКАД, Москва – Санкт-Петербург, Петрозаводск – Мурманск, Москва – Рига, «Беларусь», Краснодар – Майкоп, МКАД – Кашира, Киевский мост «Северный», а также аэропорты: Нефтеюганск, Рощино, Нижневартовск, Ноябрьский, Усинск и подъезд к аэропорту Шереметьево.

Срок службы верхнего слоя покрытий и поверхностных обработок с применением ПБВ в 1,5-4 раза выше, чем при применении битумов.

4.10. ПБВ на основе СБС, представляющее собой эластомер, состоит из битума-термопласта, блоксополимера бутадиена и стирола типа СБС, пластификатора и ПАВ и характеризуется, в отличие от битумов, наличием самостоятельной, не связанной с коагуляционным каркасом из асфальтеновых комплексов, пространственной структурной эластичной сеткой из трехблочных макромолекул полимера во всем объеме вяжущего. Указанная сетка находится в дисперсионной среде ПБВ, являясь специфической эластичной арматурой, работающей на молекулярном уровне.

4.11. В настоящее время подготовлена научно-техническая документация, обеспечивающая возможность широкого внедрения ПБВ на основе СБС в России.

Основными нормативами являются ГОСТ Р 52056-2003 «Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блоксополимеров типа стирол-бутадиен-стирол. Технические условия», введенный в действие с 1.01.2004 г. постановлением Госстандарта России № 157-ст от 23 мая 2003 г., и ОСТ 218.010-98 «Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блоксополимеров типа СБС. Технические условия», введенный в действие ФДС России приказом от 12 мая 1998 г. № 91.

В указанных стандартах регламентированы минимальные значения показателей свойств ПБВ. Варьируя соотношением компонентов ПБВ, можно одновременно снижать его температуру хрупкости и повышать температуру размягчения.

4.12. В предлагаемых Рекомендациях приведены нормы, учитывающие специфику каждого региона России. Это касается значений температуры хрупкости по Фраасу и температуры размягчения по методу «Кольцо и Шар», которые рекомендуется нормировать в соответствии с критериями, изложенными в п. 4.6.

4.13. Основными принципами получения ПБВ являются хорошая совместимость компонентов, достаточная кинетическая устойчивость получаемых вяжущих, обеспечение требуемого комплекса технологических и эксплуатационных свойств. Показатель «однородность» – важнейший для этого материала и регламентирован в упомянутых выше стандартах. Емкости для хранения и транспортирования ПБВ при рабочих температурах должны быть оборудованы необходимыми приспособлениями, позволяющими не допустить расслоения его даже при длительном хранении и транспортировании.

В качестве полимера, создающего пространственную эластичную структурную сетку в ПБВ, выбрали полимеры класса термоэластопластов – блоксополимеры бутадиена и стирола типа СБС, так как они при минимальном содержании позволяют получить пространственную эластичную сетку в битуме благодаря способности их макромолекул к специфическим взаимодействиям, хорошей совместимости с битумами и невысокой молекулярной массе. Полимеры этого класса обладают высокой прочностью и эластичностью в диапазоне температур от минус 80 до 90°С.

4.14. Блоксополимеры марок Еnрrеnе 701 и Enprene 611 (выпускаемые российской фирмой «Эн Чуан Кэмикэл») могут быть использованы наряду с блоксополимерами типа СБС российского и зарубежного производства.

4.15. Полимерно-битумные вяжущие, полученные на основе блоксополимеров марок Еnрrеnе 701 и Еnрrеnе 611 (представленные в виде мягкой непластицированной крошки или дробленных гранул размером менее 1,25 мм), отвечают требованиям ГОСТ Р 52056-2003, при условии требуемой растворимости их в индустриальном масле. При этом температура при определении их растворимости должна быть выше рекомендуемой в методе «Определения растворимости блоксополимеров типа СБС в индустриальном масле» и составлять 175-180°С, как и в процессе приготовления ПБВ на основе этих полимеров.

14.16. Полимерно-битумные вяжущие на основе Еnрrеnе 701 по сравнению с ПБВ с использованием ДСТ-30Р-01 характеризуются более высокой теплостойкостью, трещиностойкостью и растяжимостью, особенно при 0°С, меньшей склонностью к старению, что позволит повысить трещиностойкость и сдвигоустойчивость полимерасфальтобетона.

4.17. Полимерасфальтобетон на основе ПБВ отличается повышенными деформативностью при отрицательных температурах и упругостью при положительных (модуль упругости при минус 20°С в 3-6 раз меньше, а при 40°С – в 1,5-2,0 раза больше, чем асфальтобетона на битуме марок БНД); повышенной устойчивостью к многократным динамическим воздействиям (количество циклов до разрушения образца-балочки на ПБВ в условиях многократного изгиба при постоянной амплитуде деформации в десятки раз выше, чем асфальтобетонного образца на битуме при одинаковом содержании вяжущего). Температура трещиностойкости полимерасфальтобетона в зависимости от температуры хрупкости ПБВ может изменяться от минус 15 до минус 55°С.

Показатель эластичности полимерасфальтобетона при 50°С более чем в 2 раза выше, чем для асфальтобетона, так же, как и показатель сдвигоустойчивости, определяемый методом «вдавливание штампа».

4.18. Высокая сдвигоустойчивость и долговременная прочность полимерасфальтобетона позволяют снизить нормативные требования к пределам прочности на одноосное сжатие при 50°С на 10% и при 20°С – на 20% по сравнению с аналогичными показателями для асфальтобетона.

Важно отметить, что высокая сдвигоустойчивость полимерасфальтобетона достигается при меньшем по сравнению с асфальтобетонном показателе водонасыщения, что обусловливает и более высокую водо- и морозостойкость полимерасфальтобетона. При этом водонасыщение кернов из покрытия в 1,5-2 раза ниже, чем у переформованных образцов, что свидетельствует о высокой уплотняемости полимерасфальтобетонных смесей и о наличии большого объема замкнутых пор в полимерасфальтобетоне.

4.19. Покрытия из полимерасфальтобетонных смесей на основе ПБВ обладают повышенным сцеплением с колесом автомобиля за счет высоких гистерезисных потерь.

4.20. Наличие пластификатора в составе ПБВ позволяет:

– обеспечить требуемый температурный режим (не выше 160°С) приготовления ПБВ и смесей на его основе;

– повысить однородность ПБВ и существенно увеличить эффективность вводимого полимера, то есть получить ПБВ с требуемым комплексом свойств при минимально возможном содержании полимера;

– значительно ускорить процесс приготовления ПБВ и смесей на его основе и уменьшить энергозатраты при их производстве;

– повысить удобоукладываемость и уплотняемость смесей.

4.21. В качестве пластификаторов для вязких ПБВ применяются индустриальные масла по ГОСТ 20799-88, сырье для производства нефтяных вязких дорожных битумов по ТУ 0258-113-00151807-2002 или смеси масла и сырья. При этом обеспечивается требуемая пожаробезопасность процесса и норма по температуре вспышки.

4.22. Несмотря на то, что полимерасфальтобетоны характеризуются большим объемом замкнутых пори обеспечивают требуемый нормативный показатель длительной водостойкости, рекомендуется для повышения водо- и морозостойкости покрытий, обеспечения максимально возможного срока службы покрытий применять ПБВ, обладающие хорошей адгезией к поверхности минеральных материалов как основных, так и кислых пород. Для этого необходимо либо вводить ПАВ двойного действия в ПБВ, либо использовать для его приготовления блоксополимеры типа СБС, содержащие в своем составе такие ПАВ.

4.23. Применение добавок ПАВ в ОВМ позволяет снизить поверхностное натяжение на границе раздела ОВМ – минеральный материал, а следовательно, улучшить и ускорить смачивание и обволакивание поверхности минеральных материалов, увеличить адгезию вяжущего к минеральному материалу.

Катионные ПАВ адсорбируются на лиофобных участках поверхности асфальтенов битумов, блокируя места их коагуляционных контактов, приводя тем самым к стабилизации всей системы, а следовательно, замедлению старения ОВМ. Такая стабилизация системы адсорбционными слоями приводит к снижению ее вязкости. Все это вместе взятое – улучшение смачивания и обволакивания вследствие снижения поверхностного натяжения, а также снижение вязкости ОВМ вследствие стабилизации системы позволяет снизить рабочую температуру вяжущего и температуру приготовления полимерасфальтобетонной смеси.

Катионные ПАВ относятся к добавкам двойного действия, так как улучшают адгезию ОВМ к минеральным материалам как основных, так и кислых пород.

В «Руководстве по применению поверхностно-активных веществ при устройстве асфальтобетонных покрытий» (ОДМ Росавтодора утверждено распоряжением Минтранса России от 18.04.2003 г. № ОС-358) приведены общие положения, технические требования к катионным ПАВ: «Амдор-9», «Дорос-АП», «БП-3М», способы их применения, особенности технологии приготовления и применения асфальтобетонных смесей с их использованием, технический контроль, особенности их хранения, техника безопасности.

Эти ПАВ могут быть использованы при приготовлении и применении ПБВ.

4.24. Добавки «Амдор-9», «Дорос-АП», «БП-3М», как и другие ПАВ с активными аминогруппами, характеризуются специфическим неприятным запахом.

Предлагаемые в данных Рекомендациях ПАВ относятся к новому классу ПАВ двойного действия и характеризуются наличием активных малеиновых групп.

4.25. Предлагаемые ПАВ – малеинизированные низкомолекулярные полимеры, являющиеся продуктом присоединения малеинового ангидрида к низкомолекулярным полибутадиену или полиизопрену или к их смесям с побочными продуктами производства подсолнечных масел, например:

  • малеинизированный низкомолекулярный полибутадиен;
  • малеинизированный низкомолекулярный полиизопрен;
  • малеинизированный компаунд низкомолекулярного полибутадиена и побочного продукта производства подсолнечного масла;
  • наиболее глубоко исследованный и опробованный на практике малеинизированный низкомолекулярный полибутадиен МНПБ или «Техпрогресс-1» и предлагается к применению в данных Рекомендациях.

4.26. По своему воздействию на ОВМ и смеси на их основе МНПБ аналогичен другим ПАВ двойного действия, но характеризуется рядом преимуществ.

МНПБ не обладает резким специфическим неприятным запахом; практически не имеет резкого неприятного запаха даже при нагреве. Добавка МНПБ обладает высокой пожаробезопасностью: ее температура вспышки не ниже 200°С.

Предлагаемые к применению ПАВ нового класса с активными малеиновыми группами, в связи с высокой реакционной способностью малеинового ангидрида, по-видимому, могут образовывать, наряду с физическими, и химические связи ОВМ с поверхностью минеральных материалов.

Оптимальное содержание МНПБ в ОВМ при том же эффекте несколько ниже, чем для катионных ПАВ, и составляет для ПБВ – (0,5-0,9)%, а для битумов (0,4-0,7)% к массе ОВМ.

4.27. Наличие трех-четырех компонентов в составе полимерно-битумных вяжущих позволяет в широких пределах изменять их эксплуатационные свойства – прочность (теплостойкость), трещиностойкость, эластичность и пластичность, а также технологические характеристики – вязкость, текучесть, тиксотропию, смачиваемость. Подобраны оптимальные составы ПБВ с требуемым комплексом свойств для следующих материалов и конструкций: литого полимерасфальтобетона, складируемых полимерасфальтобетонных смесей, дренирующего полимерасфальтобетона, регенераторов для старого асфальтобетона, для поверхностных обработок на асфальтобетонном и цементобетонном покрытиях, для трещинопрерывающих и компенсирующих прослоек, заливки швов и трещин, для подгрунтовок, гидроизоляций и кровель и даны рекомендации по их приготовлению и применению в «Руководстве по применению комплексных органических вяжущих (КОВ), в том числе ПБВ, на основе блоксополимеров типа СБС в дорожном строительстве», утвержденном распоряжением Минтранса России от 11.03.2003 г. № ОС-134-р.

4.28. В данных Рекомендациях отражены особенности приготовления и применения ПБВ на основе СБС, изготовленные на основе альтернативных блоксополимеров и ПАВ нового класса, для горячих полимерасфальтобетонных смесей разных типов, применяемых для устройства покрытий дорог, мостов и аэродромов, поверхностных обработок, трещинопрерывающих прослоек. Впервые приведены региональные требования к ПБВ, учитывающие климатические условия России и условия движения автомобилей, а также комплекс технических требований к показателям свойств полимерасфальтобетонов, в том числе и к показателю трещиностойкости этого материала – температуре трещиностойкости для всех регионов России и для стран СНГ.