Использование полимерных модификаторов в производстве асфальтобетона

 

Министерство  образования и науки, молодежи и  спорта Украины

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

 

 

 

 

 

 

                                        Реферат на тему:

“Использование полимерных модификаторов                                                                         в производстве асфальтобетона”

 

 

 

 

 

 

                                                                               

 

                                                                                  Выполнил: Муравьев Р.А.

                                                                                                            Ст.гр. Д-31

                                                                                  Проверил: доц. Маляр В.В.

 

 

 

 

Харьков 2011

Содержание

План

Введение                                                                                                          4

1. Некоторые исторические сведенья                                                            5

    1.1 Первые испытания                                                                                  5

    1.2 Период эффективного развития полимерных вяжущих                      6     

2. Использование полимерных модификаторов в

производстве асфальтобетона                                                                        8    

3. Виды и характеристики модификаторов.                                                     9

     3.1 Полимерный модификатор  Полидом                                                    9

     3.2 Полимер KRATON                                                                                11

     3.3 Полимеры Элвалой                                                                                 13

4. Особенности структуры битумов, модифицированных полимерами   16

5. Сдвигоустойчивость и  трещиностойкость асфальтополимербетонов  20

6. Водоустойчивость асфальтополимербетонов                                           22

7.Вывод                                                                                                               24

Список литературы                                                                                            25  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                            Реферат

1. Данный реферат содержит 25 страниц компьютерного текста, без рисунков и таблиц,  перечень ссылок составляет 5 штук.
2. В данной работе освящается информация о полимерах, а именно их состав и структура, свойства, принцип взаимодействия с асфальтобетона. Упоминается информация о асфальтобетоне и виды его разрушения с введением в его состав полимерных модификаторов.
3. Ключевые слова: модификаторы,полимеры, битум, асфальтобетон, строительные материалы, вязкость, адгезия, асфальтополимербетона, прилипание, битумополимеры, прочность, пластичность,   водоустойчивости, температура, пластификаторы, разрушение, покрытие.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

     Использование битумов, модифицированных полимерами (БМП) в про- мышленно развитых странах принимает все более широкие масштабы. Около

10 % всех применяемых в  дорожном строительстве битумов модифицируются полимерами разных классов. Наиболее широко для этой цели используются термоэластопласты (около 80 % всех БМП), полимеры, изменяющие свои свойства в зависимости от температуры и обладающие, благодаря своему строению,высокой эластичностью. Типичными представителями этого класса являются полимеры типа СБС (стирол-бутадиен-стиролы). Вторыми по масштабам использования являются термопласты-полимеры, свойства которых также зависят от температуры, но которые не придают битумам ощутимой эластичности.

Предствителями этого  класса полимеров являются этилен-винил-ацетаты

(ЕВА), полипропилены, полиизобутилены.  Кроме этого, для регулирования  качества дорожных битумов используют  природные и искусственные каучуки,латексы (водные дисперсии каучуков). В последнее время в США получили распространение специфические полимеры, особенностью которых является способность при повышенных температурах к химическому взаимодействию с компонентами битума, что сопровождается его существенным упрочнением.

       Представителем таких полимеров в Украине является этилен-глицидил-акрилат(фирменное название “Элвалой”, производства США). В виду того, что принципиальный характер влияния различных полимеров на свойства битумов, качественно подобен для дальнейшего рассмотрения целесообразно применять битумы, модифицированные наиболее применяемыми в мире полимерами типа СБС[1].

 

 

 

1 НЕКОТОРЫЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНЬЯ

 

       1.1 Первые испытания

      Исследования по улучшению свойств битумов модификацией их структуры ини введением добавок имеют достаточно долгую историю. Так, например, Bencovitz и Вое уже в 1938 году в журнале ASTM опубликовали статью по добавким серы в асфальтобетонную смесь. Но только тридцать лет назад исследования в области добавок и технологий, позволяющих регулировать технические и эксплуатационные свойства битумов, приобрели бурный и многосторонний характер. С конца 50-х годов до 1970 года в США использовали смеси, включающие битум, модифицированный латексом. Подобного рода технологии были использованы в Европе, в частности во Франции в 1966 году. Но эти работы, носящие часто опытный характер (строились опытные участки) Hесмотря на бурный рост дорожных работ в 60-х годах, рассматривались обычно как недостаточно подготовленные, необязательные, дорогостоящие и обременительные. В тот период дорожные работы выполнялись с использование исключительно чистых битумов.

      Тем не менее, было осуществлено несколько разработок, позволивши: решить локальные проблемы. Это касалось:

-вяжущих, содержащих термореактивные (преимущественно эпоксидные) смолы, используемые для устройства поверхностных обработок в аварийно опасных зонах (на перекрестках, где велики тормозные воздействия);

-окрашиваемых вяжущих, представленных битумами с малым содержанием асфальтенов и производимых из легких нефтей, которые использовались для приготовления цветных асфальтобетонных смесей.

К 1965 году было получено разрешение на использование серы, вводимой в большом количестве в битум или непосредственно в обрабатываемые материалы. Такие исследования были возобновлены в 1973 году в период первого энергетического кризиса, из-за значительного роста в то время цен на битум. Это позволило использовать достаточно жесткие бетоны на основе каменных материалов низкого качества. Такой подход оправдывал бы себя экономически только в том случае, если бы стоимость серы была, по крайней мере, вдвое ниже стоимости битума. Практически это оказалось нереальным.

   1.2 Период эффективного развития полимерных вяжущих

   Заметное развитие модифицированных вяжущих или вяжущих,содержащих полимерную добавку, на производственном и технически состоятельном уровне может быть отнесено к 70-м годам. В Европе, в частности в Германии, применение смесей на БПВ начато в начале 70-х годов. В Австрии, а затем в Италии на автомагистралях появились покрытия на базе смесей с добавками полиэтилена, вводимого непосредственно в асфальтосмеситель. Во Франции поиски специальных полимербитумных вяжущих были инициированы необходимостью устройства покрытий мостов с ортотропными плитами. Такого рода покрытие было устроено им виадуке Carontе 1972 году. Поиску новых материалов в то время способствовала необходимость повышения безопасности движения на дорогах путем повышения сцепных свойств верхнего гноя покрытия (слоя качения). Поверхностные обработки имели много недостатков: очень частое выпотевание (по причине преимущественного использования маловязкого битума с глубиной проникания иглы 180/220); хрупкость зимой; преждевременное старение и, особенно, интенсивный износ под тяжелым движением. Исследования, выполненные нефтехимическими лабораториями и некоторыми дорожными организациями, в частности, Центральной Лабораторией дорог и мостов Франции, позволили разработать битум, включающий новые полимеры и термоэластопласты.

Одновременно гидроизоляционная  промышленность проявила повышенный интерес к высококонцентрированным полимербитумам, для которых в KIilliгне модификаторов использовали эластомеры типа SBS(Франция и Германия), термопласты, атактический полипропилен (Италия, Бельгия). Речь шла создании  оболочек,   способных   следовать за   термическим   расширением-сжатием основы (подложки), на которую они наносятся. Впрочем, модифицированые вяжущие позволили использовать однослойную гидроизоляцию (более экономную) вместо многослойной системы, традиционной для окисленных битумов.  В результате исследований начала 60-х годов, гидроизоляционная пика к концу 70-х годов уже широко использовала модифицированные битумы. Это в свою очередь, придало ускорение применению этих битумов в дорожном деле: сначала для устройства «улучшенной» поверхностной обработки, потом при приготовлении асфальтобетонных смесей [1].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

             

 

 

 

2 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ МОДИФИКАТОРОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ АСФАЛЬТОБЕТОНА

 

         Наиболее популярными модификаторами являются термоэластопласты типа СБС: Kraton D (компании Kraton Polimers), Calprene (компании Dynasol) и другие. В Украине наряду с ними широкое применение нашли синтетические латексы серии Butonal NS (компании BASF) и терполимеры серии Elvaloy (компании DuРont). Перечисленные полимеры снижают чувствительность битумов к изменению температуры, повышают когезионную прочность и теплостойкость вяжущих, придают им эластичность, а также улучшают поведение при низких температурах. Это в свою очередь способствует повышению прочности, сдвигоустойчивости и трещиностойкости асфальтобетонных покрытий.

Главной причиной, которая  сдерживает наращивание объемов

использования модифицированных битумов, является высокая стоимость

полимеров. Введение в битум 2,5-3,5 % термоэластопластов или 1-1,5 %

терполимеров повышает стоимость  вяжущего в 1,5-2,5 раза. Использование более дешевых полимеров, к которым относятся термопласты на основе этилена (ЭВА, ЭБA, полиолефины и т. д.), не обеспечивает уменьшает затраты вследствие необходимого их большего содержания в вяжущем (от 5 до 7 %). К тому же термопласты не придают битумам ряда необходимых свойств, таких как: эластичность, высокая теплостойкость, увеличение пластичности и деформативности при низких температурах и т.д. В ряде случаев в странах Европы для снижения затрат используют комплексную модификацию битумов полимерами различных классов. В этом случае более дорогой полимер частично заменяется пусть не таким эффективным, но более дешевым модификатором (при условии, что это не приводит к ухудшению качества вяжущего) [2].

 

3 ВИДЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ МОДИФИКАТОРОВ

 

    3.1 Полимерный модификатор  Полидом

 

        Реализацией принципа комплексной модификации битумов стало создание в Государственном дорожном научно-исследовательском институте имени М.П.Шульгина (ГосдорНИИ, Украина) полимерного модификатора

Полидом, стоимость которого в 1,5-2 раза ниже стоимости импортных полимерных добавок.

            Основой данного модификатора является вторичный полиэтилен (Пвт) - дешевый продукт переработки полиэтилена высокого давления. Пвт повышает когезионную прочность и теплостойкость битумов, однако делает систему битум-полимер достаточно жесткой, о чем свидетельствует резкое увеличение вязкости модифицированного битума. Для придания битуму эластичности и улучшения его низкотемпературных характеристик Пвт соединялся с минимально возможным количеством синтетического латекса Butonal NS 104. Для лучшей совместимости исходных компонентов и полученного модификатора с битумом, а также снижения жесткости битумополимерной системы использовались пластификаторы: нефтяные экстракты, масла и другие нефтепродукты.

         Следует отметить, что при оптимальной концентрации Полидома в

битуме латекса в нем  содержится в 4 раза меньше, чем это  нужно в случае

модификации вяжущего одним  только Butonal NS 104. Приготовление Полидома осуществляется путем совмещения компонентов в специальных агломераторах или экструдерах с последующей грануляцией гомогенизированного расплава.

          Модификация битума Полидомом идентична технологии приготовления битумополимерных вяжущих с использованием термоэластопластов. Были выполнены исследования битумов, модифицированных 2, 3 и 4 % Полидома. Определялись как стандартные показатели свойств в соответствии с украинским ДСТУ Б В.2.7-135, так и нестандартные: когезионная прочность, реологические и калориметрические характеристики.

         Для сравнения дополнительно определялся ряд показателей свойств

битумов, модифицированных различным количеством наиболее популярных в Украине модификаторов: термоэластопласта Kraton D 1101, терполимера

Elvaloy АM, синтетического латекса  Butonal NS 104 и термопласта Evatane.

          Полидом имеет место достаточно резкое снижение пенетрации битума при температуре 25 °С, некоторая ее стабилизация при содержании от 2 до 3 % и последующая интенсификация повышения вязкости при увеличении добавки до 4 %.

        Для битумов, модифицированных другими полимерами, характерна примерно линейная зависимость снижения пенетрации. При оптимальном содержании Butonal NS 104 пенетрация вяжущего снижается на 20-30·0,1 мм, остальных полимеров - на 30-40·0,1 мм.