К  ВОПРОСУ  О  ПРИМЕНЕНИИ  ПОЛИМЕРНО-БИТУМНЫХ  ВЯЖУЩИХ  В  ПЕСПУБЛИКЕ  ТАТАРСТАН

Камалтдинов  Линар  Рустамович

студент  5  курса,  кафедра  строительства  и  эксплуатации  автомобильных

дорог  КГАСУ,  РФ,  г.  Казань

Хафизов  Эдуард  Радикович

научный  руководитель,  канд.  техн.  наук,  доцент  КГАСУ,  РФ,  г.  Казань

E -mail:  hafizov@ksaba.ru

Современное  строительство  автомобильных  дорог  предъявляет  повышенные  требования  к  дорожно-строительным  материалам,  особенно  к  вяжущим  веществам,  в  частности  к  битумам  для  асфальтобетона. 

Известно,  что  практически  все  дорожные  одежды  на  автомобильных  дорогах  Республики  Татарстан  имеют  асфальтобетонные  покрытия.  Обусловлено  это  рядом  их  положительных  качеств:  высокой  механической  прочностью,  хорошими  пластическими  свойствами,  достаточной  простотой  ремонта,  возможностью  полной  механизации  при  устройстве  покрытий,  повторного  использования  снятого  с  покрытия  асфальтобетона,  открытия  движения  сразу  после  окончания  строительства,  а  также  достаточной  экономической  эффективностью.

Обычно  асфальтобетонные  покрытия  на  основе  нефтяного  дорожного  битума  не  способны  обеспечить  в  условиях  современного  грузонапряженного  и  интенсивного  движения  требуемых  физико-механических  свойств  покрытий  и  их  долговечность.  Низкая  эластичность,  недостаточные  показатели  трещиностойкости  и  температурного  интервала  работоспособности  ограничивают  применение  изделий  из  них  в  жаркий  летний  период  и  зимой.  Это  основные  недостатки,  по  которым  битум  не  выдерживает  предъявленных  к  нему  требований.

Республика  Татарстан  располагает  крупнейшим  в  России  ресурсным  потенциалом  природных  битумов  на  450  месторождениях,  которые  по  групповому  химическому  составу  идентичны  венесуэльским  нефтям.

Качество  нефтяных  битумов  служит  определяющим  фактором  в  обеспечении  долговечности  дорожных  покрытий.  На  сегодняшний  день  до  70  %  выпускаемых  в  России  и  странах  СНГ  битумов  не  соответствуют  по  ассортименту  и  качеству  требованиям  современного  рынка,  и  в  первую  очередь  это  касается  битумов  дорожного,  строительного  и  специального  назначений.  Уменьшение  природных  запасов  нефти  и  сложность  получения  качественного  битума  из  перерабатываемого  сырья  на  большинстве  битумных  установок  вызывает  необходимость  поиска  новых  материалов  для  получения  вяжущих  заданного  качества.

Вырабатываемые  в  Республике  Татарстан  дорожные  битумы  зачастую  не  удовлетворяют  требованиям  потребителя,  несмотря  на  то,  что  соответствую  стандарту.  Объясняется  это  тем,  что  стандарт,  помимо  имеющихся  характеристик,  должен  включать  такие  показатели,  как  содержание  парафина,  групповой  химический  состав  битума  и  условную  вязкость  при  150  ^оС.

Химическая  технология  получения  битума  из  нефтяных  продуктов  в  том  виде,  в  котором  она  сейчас  реализуется,  по-видимому,  исчерпала  себя.

Остается  путь  физико-химической  модификации  битума  путем  совмещения  его  с  эластомерами  и  полимерами,  обладающими  способностью  к  высокоэластичным  деформациям  как  при  весьма  низких  температурах  (–  40  ^оС  ÷  –60  ^оС),  так  и  при  высоких  (более  100  ^оС). 

Поэтому  все  большее  распространение  в  последнее  время  получают  полимерно-битумные  вяжущие  (ПБВ)  и  битумы,  модифицированные  добавками,  позволяющие  расширить  температурный  интервал  работоспособности  за  счет  повышения  теплостойкости  и  морозостойкости,  обеспечить  надежность  и  долговечность  сооружений.

Применение  ПБВ  взамен  битумов  позволяет  повысить  трещиностойкость  покрытий  дорог,  мостов  и  аэродромов,  продлить  сроки  их  службы  в  1,5—3  раза,  а  срок  службы  поверхностных  обработок  —  в  2—3  раза.

В  Республике  Татарстан,  начиная  с  2005  года,  при  ремонте  и  реконструкции  автомобильных  дорог  были  применены  асфальтобетонные  смеси  на  модифицированном  полимерами  битуме  на  различных  участках  общей  протяженностью  более  55  км.  В  настоящее  время  покрытие  этих  участков  находятся  в  хорошем  состоянии.

Средний  срок  службы  дорожных  покрытий  в  республике  не  достигает  5—6  лет  (на  практике  эта  цифра  колеблется  от  1  до  3  лет),  в  то  время  как  за  рубежом  эта  цифра  достигает  10—15  лет.  Существенным  недостатком  производимых  в  Татарстане  дорожных  и  строительных  битумов  (без  добавок)  являются  низкие  адгезионно-прочностные  и  упруго-деформационные  свойства. 

В  Республике  построено  более  10  опытных  участков  (табл.  1):  силами  ОАО  «Татавтодор»  на  автомобильной  дороге  «Казань-Малмыж»  в  Высокогорском  районе  РТ  (2014  г.);  ОАО  «Алексеевскдорстрой»  на  автомобильной  дороге  «Алексеевское-Высокий  Колок»  в  Алькеевском  районе  РТ  (2014  г.);  на  автомобильной  дороге  «Казань-Оренбург»  в  РТ  (2014  г.);  на  автомобильной  дороге  «Базарные  Матаки-Болгары»  (2014  г.);  ОАО  «Каздорстрой»  на  автомобильной  дороге  федерального  значения  М7  «Волга»  (2014  г.);  ЗАО  «Трест  Камдорстрой»  на  автомобильной  дороге  М7  «Волга»  (2005,  2011  и  2014  гг.);  ООО  «Татнефтедор»  на  автомобильной  дороге  «Наб.  Челны-Заинск-Альметьевск»  в  Альметьевском  районе  РТ  (2010,  2011  и  2012  гг.);  на  проезжей  части  ул.  Индустриальная  в  г.  Альметьевск  РТ  (2008  г.);  на  автомобильной  дороге  «Кузайкино-Нурлат»  (2014  г.);  ЗАО  «БСК-СПб»  на  автомобильной  дороге  федерального  значения  М7  «Волга»  (2014  г.);  ООО  «Волгадорстрой»  на  автомобильной  дороге  «Большой  Кульбаш-Дубъязы»  протяженностью  0,1  км  (2013  г.).

Таблица  1.

Внедрение  полимерно-битумных  вяжущих  при  строительстве  дорожных  покрытий  за  период  2005—2014  гг.  в  Республике  Татарстан

Полимерасфальтобетонные  смеси  выпускались  при  температуре  160—175  °С  и  относились  к  горячим  смесям.  Опытные  работы  показали,  что  полимерасфальтобетонные  смеси  с  применением  ПБВ  сохраняли  подвижность  при  транспортировании  до  90  км  и  отличались  повышенной  удобоукладываемостью.  Смеси  хорошо  распределялись  укладчиком  при  температуре  155—160  °С  и  укатывались  при  температуре  150—155  °С. 

Дорожные  организации  РТ  при  ремонте  и  реконструкции  автомобильных  дорог  использовали  полимерные  добавки  ДСТ  30Р-01,  этилен-пропиленовый  каучук  (СКЭПТ),  ВДПБ  60  ТЕХНО  НИКОЛЬ,  SBS  Luprene,  полимерный  пластифицированный  модификатор  для  битумов  ASW-2000,  Duraflex  WA-80,  ТЭП.

Из  всех  дорожных  организаций  собственным  производством  обладают  ООО  «Татнефтедор»  (ф-л  г.  Альметьевск),  ЗАО  «Трест  Камдорстрой»  и  ОАО  «Алексеевскдорстрой».

Технология  производства  модифицированных  битумов  хорошо  изучена  и  освоена.  Производство  полимерно-модифицированного  битума  может  быть  организовано  как  на  асфальтобетонном  заводе  с  терминалом,  так  и  на  обособленном  производстве. 

Важными  особенностями  использования  полимеров  являются:  быстрое  его  совмещение  с  битумом,  хорошая  перерабатываемость,  способность  длительное  время  сохранять  необходимые  свойства,  иметь  высокую  стабильность  структуры  во  времени  и  быть  не  дорогим  и  недефицитным.

Организация  производства  ПБВ  на  территории  РТ  актуально  и  экономически  обосновано,  поскольку  для  ее  осуществления  имеется  необходимая  сырьевая  база.

Самый  эффективный  путь  —  совмещение  битума  с  гибкоцепными  полимерами  (каучуками)  способными  придать  эластические  свойства  в  широком  интервале  температур  (от  -40  до  +100оС).  Большинство  производимых  в  РТ  крупнотоннажных  каучуков  пригодны  для  такой  модификации.

Независимо  от  используемого  способа  производства,  главной  частью  завода  является  мельница.  Лучшие  показатели  распределения  (гомогенизации)  достигаются  при  использовании  коллоидной  мельницы,  диспергатора  и  других  подобных  устройств. 

Примером  является  установка  для  производства  ПБВ  производительностью  8—12  тонн/час  «CHALLENGER»  фирмы  Massenza  Италия,  которая  используется  в  ОАО  «Алексеевскдорстрой»  (рис.  1).

Рисунок  1.  Установка  по  приготовленипю  ПБВ  «CHALLENGER»  фирмы  Massenza

В  составе  установки  применяется  коллоидная  мельница.  Использование  оборудования  такого  типа  позволяет  получать  ПБВ  с  регламентированными  техническими  требованиями  при  температуре  не  выше  160  0С,  содержании  модификатора  не  более  3,5  мас.  %  и  маленькой  продолжительности  процесса,  поскольку  это  способствует  ускорению  процессов  набухания  и  растворения  полимера.

ЗАО  «Трест  Камдорстрой»  использует  гидродинамический  смеситель  (ГДС)  для  приготовления  полимерно-битумных  вяжущих. 

Для  приготовления  полимерно-битумного  вяжущего  ГДС  подключается  к  битумному  котлу  объемом  15—20  м³  системой  трубопроводов,  запорных  устройств  и  насосов,  образуя  рециркуляционные  контуры.

Независимо  от  технологической  схемы  приготовления  ПБВ  данные  установки  эффективны  и  востребованы.

Кафедра  автомобильных  дорог  Казанского  государственного  архитектурно-строительного  университета  в  течение  последних  15  лет  занимается  модификацией  нефтяных  дорожных  битумов  промышленными  полимерами,  производимыми  в  Республике  Татарстан  с  целью  повышения  эксплуатационно-технических  свойств  битумных  вяжущих  и  асфальтобетонов  на  их  основе.

Цель  модификации  —  разработка  высококачественных  асфальтобетонов  с  применением  нефтяных  дорожных  битумов  модифицированных  смесевым  термоэластопластом.

Для  модификации  битумов  используется  смесевой  термоэластопласт  (ТЭП),  представляющий  собой  тонкодисперсную  механическую  смесь  на  основе  полиэтилена  высокого  давления  (ПЭВД),  этилен-пропиленового  каучука  тройного  (СКЭПТ),  изопренового  каучука  (СКИ-3).  Технология  получения  разработана  на  кафедре  «Химии  и  технологии  переработки  эластомеров»  Казанского  государственного  технологического  университета. 

По  эффективности  в  дорожных  битумах  смесевые  термоэластопласты  не  уступают  известным  синтетическим  термоэластопластам  –  СБС  и  ДСТ

Основные  физико-механические  показатели  исследуемых  составов  битум-полимерных  вяжущих  (БПВ)  представлены  в  таблице  2.

Составы  модификаторов  битума  улучшают  основные  физико-механические  показатели  битума  (пенетрацию  при  0  ^оС,  температуру  размягчения  и  хрупкости,  адгезию).  Наиболее  сильно  температуря  размягчения  повышается  для  дорожного  битума  при  модификации  его  ТЭП2  с  50  ^оС  до  67  ^оС  при  концентрации  модификатора  4  %.  При  25  ^оС  пенетрация,  как  правило,  при  модификации  битума  полимером,  снижается  с  увеличением  процентного  содержания  модификатора.  Введение  термоэластопластов  в  битум  приводит  к  значительному  улучшению  низкотемпературных  свойств.  Добавка  ТЭП2  снижает  температуру  хрупкости  в  системах  в  большей  степени  с  минус  17  ºС  до  минус  24  ºС,  превосходя  битумную  систему  с  ТЭП1,  в  которой  температура  хрупкости  снижается  соответственно  до  минус  22  ºС  [3].

Из  представленных  данных  по  пенетрации,  температуре  размягчения  и  хрупкости  четко  прослеживается  влияние  состава  термоэластопластов  на  свойства  получаемых  композиций.  Поэтому  данные  составы  могут  быть  весьма  эффективными  для  получения  асфальтобетона  с  наилучшими  эксплуатационно-техническими  характеристиками  в  дорожной  отрасли  Республики  Татарстан. 

Таблица  2.

Физико-механические  свойства  составов  полимерно-битумных  вяжущих

Примечание:  ТЭП1  –  СКЭПТ+ПЭВД,  ТЭП2  –  СКЭПТ+СКИ+ПЭВД, 

Д  —  дуктильность,  П  —  пенетрация,  Т_Р  —  температура  размягчения,

Т_ХР  —  температура  хрупкости

Таким  образом,  в  результате  проведенных  исследований  показана  целесообразность  использования  смесевого  ТЭП  как  добавки  в  битум,  т.  к.  его  применение  позволит  получить  асфальтобетоны,  характеризующиеся  высокими  физико-механическими  свойствами.

Использование  ПБВ  отвечает  целям  государственной  целевой  программы  «Развитие  транспортной  системы  России»,  согласно  которой  к  2030  г.  в  стране  должно  появиться  не  менее  20  тыс.  км  современных  дорог.

Список  литературы:

1.ГОСТ  22245-90.  Битумы  нефтяные  дорожные  вязкие.  Технические  условия.  М.:  Изд-во  стандартов,  1992,  —  13  с.

2.Хафизов  Э.Р.  Применение  ПБВ  на  основе  смесевого  термоэластопласта  в  асфальтобетоне.  //  Сборник  научных  трудов  XXXII  Всероссийской  научно-технической  конференции.  Пенза,  ПГАСА,  2003,  —  81—186  с.

3.Хафизов  Э.Р.  Влияние  вязкости  битума  и  концентрации  термоэластопласта  на  физико-механические  показатели  битума.  //  Сборник  научных  трудов.  Казань,  КазГАСА,  2001,  —  86—89  с.