Модифицированный битум и его модификаторы

Модифицированный битум и его модификаторы

Сразу нужно сказать, что модифицированный битум и его активное использование – это достаточно актуальная тема для разговора. Первым делом, попытаемся раскрыть актуальность этой тематики, а после этого поговорим об основных проблемах и возможностях использования модифицированного битума.

Постоянный рост числа грузоперевозок, количества автомобилей и нагрузок на дорожное покрытие создает непростые условия для эксплуатации дорог, в особенности тех, что построены на основе вяжущих и требуют определенных контрмер. Одной из основных проблем, которая возникает по причине высоких осевых нагрузок и высокой интенсивности движения, является деформация асфальтобетонных покрытий автодорог, которые построены с применением простых, а не модифицированных битумов.

Для увеличения надежности и уровня долговечности дорожных покрытий в настоящее время лучше использовать модифицированный битум, то есть битум, модифицированных специальными полимерами. Активное использование модифицированных битумов объясняется их более высокими эксплуатационными характеристиками.

Все дело в том, что модифицированный битум имеет больший диапазон рабочих температур, к примеру, разница между температурами хрупкости и размягчения у модифицированного битума составляет около 100 градусов, в то время, как у обычного битума – лишь около 60.

Асфальтобетоны, которые приготовлены с применением модифицированного битума, отличаются высокой стойкостью к деформациям за счет более высокой степени эластичности таких битумов. Также нельзя не сказать о том, что модифицированный битум сильно замедляет процесс старения асфальтобетонов. Исследования иностранных экспертов показывают, что у модифицированных битумов, которые извлекли из дорожных покрытий после 10 лет эксплуатации, не наблюдается каких-то существенных изменений вязкости.

Для улучшения свойств битумов, то есть для модификации битума, как правило, используются специальные искусственные материалы. В настоящее время по причине многообразия таких материалов, которые предлагаются нефтехимическими производствами, есть большой выбор применяемых полимеров для модификаций.

Классификация полимеров для модификации битума

Условно такие полимеры можно классифицировать на три группы, а именно термопласты или пластомеры, эластомеры, а также термоэластические искусственные вещества.

Термопласты

Могут состоять из малоразветвленных или линейных полимеров, которые становятся мягкими при нагревании. При охлаждении они снова становятся твердыми. Добавка термопластов увеличивает жесткость и вязкость битумов при нормальных температурах эксплуатации. Тем не менее, такие добавки не влияют на уровень эластичности модифицированного битума

Эластомеры

Состоят из удлиненных полимерных цепочек с разветвлениями. Они достаточно эластичны в большом температурном диапазоне, начиная от отрицательных и завершая 200 градусов Цельсия. При добавке эластомеров модифицированный битум становится более вязким, увеличивается его эластичность.

Тем не менее, такой модифицированный битум не устойчив при хранении, чтобы предотвратить разделение между искусственным материалом и битумом необходимо постоянное перемешивание. Модифицированный битум с эластомерами является битумом с эластичным наполнителем. В качестве эластомеров могут применять регенерированный или натуральный каучук и полибутадиены.

Термоэластичные материалы

Размягчаются лишь при высоких температурах, а также неплохо деформируются в этом состоянии. Такие искусственные материалы начали применять ещё в 1965 году. Самым известным представителем данной группы веществ является стирол-бутадиен-стирол. Данный искусственный материал является блокополимером, который состоит из блоков полибутадиена и стирола.

Модифицированный битум и его модификаторы

Традиционно модифицированный битум получается за счет добавления в обычный битум специальных искусственных полимерных веществ, которые улучшают его свойства. Тем не менее, модифицированный битум может быть получен и за счет добавления других модификаторов, к примеру, синтетических или природных смол, неорганической соли, а именно хлорид марганца, а также природных асфальтов.

Нельзя не обратить внимания на то, что итоговые свойства модифицированных битумов зависят главным образом от технологии введения добавок. В других странах модифицированный битум, как правило, производится по специальным технологиям на различных нефтеперегонных заводах или же в обогатительных установках при регулярном лабораторном контроле уровня качества получаемого продукта. Модифицированный битум представляет собой продукт, который готов к хранению, транспортировке или переработке.

В Европе для модификации битума активнее всего используется полимер стирол-бутадиен-стирол, получая СБС-модифицированный битум. Данный полимер может вводиться в виде твердого вещества, как правило, в виде порошка или гранул, а также в виде жидкости – раствора или эмульсии. В любом случае, важное требование – это получение однородного конечного материала.

Кроме того для получения смесей, которые будут устойчивы при хранении, нужно выбирать соответствующий исходный материал. Смесь может считаться пригодной для хранения, только в том случае, если при длительном хранении модифицированного битума в специальном резервуаре асфальто-смесительной установки не осуществляется разделение фаз. Современные модифицированные битумы могут достаточно долгое время (а именно около 6 недель) храниться без потери своих качеств.

Методы получения модифицированного битума

Традиционно применяются два основных метода получения модифицированного битума:

1) производство битумно-полимерной дисперсии в специальных коллоидальных мельницах (мешалках с большим срезывающим усилием);

2) внесение полимеров в битум химическим путем, за счет медленно вращающихся мешалок с небольшим срезывающим усилием.

В первом случае для нормальной стабилизации полимерно-битумной смеси используется сера, а также её различные соединения.

Так, между модификатором и серой осуществляются реакции, порождающие новые химические соединения, которые остаются распределенными в модифицированном битуме за счет своей решетчатой структуры. В последнем случае, полимер, к примеру, стирол-бутадиен-стирол, предварительно обрабатывается так, что практически растворяется в битуме.

Существенным недостатком использования коллоидальных мельниц для получения модифицированного битума является то, что в результате в битуме после переработки будут появляться полимеры с меньшим молекулярным весом, чем он имел в начале. Это объясняется тем фактором, что появляющиеся в коллоидальных мельницах срезывающие усилия становятся причиной изменения молекулярной структуры используемого полимера. Мешалки с небольшим срезывающим усилием дают возможность получить более высокие значения точек размягчения и большую пластичность получаемого модифицированного битума.

При активном использовании полимеров, не сочетаемых нормально с химической системой битумов (к примеру, натурального каучука, полиэтилена), нужны специальные установки для получения модифицированных битумов непосредственно на самих асфальтобетонных заводах, чтобы полученный материал мог сразу же использоваться для производства асфальтобетона, ещё до того, как началось разделение фаз.