Módosított bitumen. Módosított polimer-bitumen kötőanyagok: új kör az útszakasz fejlődésében. A "polimer bitumen" kifejezés
Az adalékanyagokhoz, amelyek végső célja a minőség javítása úttesta következő típusú anyagokat tartalmazza:
1. Bitumenesítők;
2. Ragasztó adalékok a bitumenhez;
3. ShchMAS stabilizátorok (zúzott kő és masztix) aszfaltkeverék);
4. Az aszfaltkeverék módosítói;
5. Strukturáló adalékanyagok az aszfaltkeverékben;
Még összetettebb tényező az árufuvarozás növekedése. Közúti rendszerünk teherautókkal van tele. A módosítók típusai A módosított aszfaltákat gyakran "polimerrel módosított aszfaltoknak" nevezik. A polimerek valószínűleg a leggyakoribb módosításmódok, ám a modern módosított aszfaltok többféle módon előállíthatók. Az Aszfalt Intézet Aszfalt Kézikönyv szerint a termelékenység növelésére használt módosítók és adalékanyagok közé tartoznak a polimerek, kémiai átalakítók, töltőanyagok, oxidálószerek és antioxidánsok, szénhidrogének és öregedésgátló adalékok.
Alacsony hőmérsékleten a bitumen kemény és törékeny, magas lágy és folyékony. A bitumen különféle elasztomerekkel módosul, amelyek alkalmazásának célja a bitumen teljesítményének javítása szélsőséges hőmérsékleten. A bitumen sztirol-butadién és sztirol módosításakor a polimer-bitumen keverék lágyabbá és rugalmasabbá válik alacsony hőmérsékleten, viszkózusabb pedig magas hőmérsékleten.
A "polimerek" a módosítók széles skáláját fedik le, az elasztomerek és a plasztomerek a legelterjedtebb típusok. A sztirol-butadién gumi és a sztirol-butadién-sztirol gyakran elasztomereket használ. Ezeket a módosítókat használják a nyomtáv csökkentésére, valamint a fáradtsággal és hőrepedéssel szembeni ellenállás növelésére.
A gumi gumiabroncsokból készült elasztomer. Számos technológia létezik a gumiabroncs használatához. Ezt az anyagot elsősorban a mérőprobléma megoldására használják. A plastomereket a módosított anyagok magas hőmérsékleti tulajdonságainak javítására használják. Az alacsony sűrűségű polietilén és etilén-vinil-acetát példái az aszfalt módosítására használt plasztomereknek.
A bitumen különféle adalékanyagainak felhasználása a bitumen egyedi tulajdonságainak javítását célozza: az aszfaltkeverék ásványi anyaggal való tapadását vagy a műanyag folyékonyságát alacsony hőmérsékleten. Van egy adalékanyag, amely megakadályozza a bitumen oxidációját és ennek eredményeként a mikrotörések kialakulását a felületen.
Az ShchMAS stabilizátorok általában szálak adalékanyagai, amelyeket arra használnak, hogy megakadályozzák a bitumen kiszivárgását a keverékből szállítás és lerakás során. A stabilizáló szálak keverés közben egyenletesen oszlanak el a keverékben, mikroszkopikus keretként erősítve a bitument.
A leggyakrabban használt kémiai módosító a polifoszforsav. Ez a módosítószer polimerekkel kombinálva használható a merevség növelésére magas hőmérsékleten. Egyéb alkalmazható módosítók közé tartoznak az aszfalt aggregátumok és a szénhidrogén anyagok. A szénhidrogének erősítő vagy lágyító hatást fejthetnek ki. Anyagok adhatók a repedésállóság növeléséhez. Puhító anyagokat vagy öregedésgátló szereket használnak az újrahasznosított keverékeket tartalmazó préselt aszfalt kötőanyagok viszkozitásának csökkentésére aszfalt járda.
Az orosz piacon is vannak aszfaltbeton módosítók gumi morzsán alapulva. Az ilyen módosítókat az aszfaltkeverék előállítása során vezetik be a keverőbe, ellentétben a bitumenmódosítókkal, a bitumen javítása, amely munka- és energiaigényes folyamat. A szerkezeti adalékanyagok alatt ásványi port vagy cementet értünk.
A módosított aszfalt pozitív hatékonyságát általánosan elismerik és laboratóriumi vizsgálatok bizonyítják, de kevés dokumentáció áll rendelkezésre a terepi munka javítása érdekében. Az Aszfalt Intézet itt bemutatott tanulmánya példát mutat a teljesítmény előnyeinek dokumentálására tett erőfeszítések egyikére. Noha ez a tanulmány csak a polimerrel módosított aszfaltokra összpontosított, dokumentációt nyújt az ilyen típusú módosítók teljesítmény előnyeiről és arról, hogy más típusok hogyan értékelhetők és dokumentálhatók.
A módosítók tulajdonságai és jellemzői
SBS (SBS) (sztirol-butadién-sztirol) és más sztirol-kopolimerek (SBR, SEBS, SIS, SEPS stb.)
Nagyon rugalmas polimerek (szintetikus gumi), amelyek alacsony hőmérsékleten rugalmasságot biztosítanak a bitumennél. Az SBS bevonatok kiváló tapadásúak és nagy hirtelen ellenállnak a hirtelen hőmérsékleti változásoknak (átmenetileg 0 ° C-on). Ezenkívül az SBS-anyagok rendkívül rugalmasak, fagyállóak és könnyen megismételik annak a felületnek a formáját, amelyre fel vannak rakva. Hőállósága valamivel rosszabb, mint az APP-nál, jó minőségű SBS-módosító használata esetén azonban elérheti a 100 ° C-ot. Az SBS a leggyakoribb bitumenmódosító.
A „Polimerrel módosított aszfalt hatásának számszerűsítése a katasztrófa utáni járvány csökkentése érdekében” című tanulmány teljes jelentését az Aszfalt Intézettől szerezheti be technikai jelentésként. Rövidített változat is elérhető a 215. Információs sorozatban. A kutatás hatékonyságának előrejelzéseiben és összehasonlításában szereplő katasztrófák a felosztás és a fáradtság-repedések. A keresztirányú repedés szintén szerepel. A termikus krakkolás és a sztrippelés összehasonlítását nem vettük figyelembe, mert túl kevés adat állt rendelkezésre.
A bitumen SBS alkalmazásával történő módosításakor polimer mátrix jön létre, amely ebben az esetben egy háromdimenziós hálózatot képvisel, amelyet az úgynevezett polisztirol domének polisztirol blokkjai kölcsönhatása képez. A bitumen a legfinomabb diszperzió formájában oszlik el ezen elasztomer hálózaton belül.
A minőségileg módosított SBS bitumen előállítása rendkívül összetett technológiai folyamat. Ehhez kompatibilis SBS bitumenet kell használni, amelyet magas aromás vegyületek tartalmaznak. Valójában az SBS felhasználható finom por vagy granulátum formájában.
Bár a módosított aszfalt használatának előnyeit széles körben elismerik, nem minden módosítás aszfaltkeverékek vagy a kezeléseket módosítani kell. Minden alkalmazást ki kell értékelni annak meghatározására, hogy a forgalmi terhelés igazolja-e a várható élettartamot, a környezeti feltételeket és a kívánt teljesítményt, valamint a módosítók használatát. A módosított aszfaltok jó befektetés lehetnek.
A polimerrel módosított aszfalt kötőanyagok reológiai értékelése. Jelenleg az aszfalt-kötőanyag módosítására leginkább használt polimer a hőre lágyuló elasztomer sztirol-butadién-sztirol és aromás olaj, amelyeket általában keverékekhez adnak az összeférhetőség javítása érdekében. Ez a cikk javasolja az üledékes pala alkalmazását kompatibilizáló szerként polimerrel módosított aszfalt kötőanyaghoz. A minták interlasztikus viselkedése megerősítette az eredményeket a klasszikus tulajdonságokra, és a minta morfológiájától és összetételétől függően változott.
Az első esetben kiváló minőségű keverékeket lehet előállítani a hagyományos keverőgépeken. Granulált SBS használata esetén szükség van egy homogenizálóra - egy olyan eszközre, amely "polimert" bitumennel őröl. Homogenizátor nélkül a keverék heterogén (inhomogén). Az ilyen inhomogén keverékek hőállósága néha még kissé magasabb is lehet, ám hidegen a rugalmasság jelentősen rosszabb, és az idő múlásával fokozatosan romlik.
Közúti bitumen módosítása
Így a palaolaj sikeresen használható kompatibilitási szerként a tulajdonságok elvesztése nélkül, vagy akár az aromás olaj helyettesítésére is. Az aszfalt-kötőanyagokat széles körben használják az 1-5. Útburkolatokban, viszkoelasztikus tulajdonságuk a kémiai összetételtől függ. A szintetikus polimerek felhasználása a kötőanyag-aszfalt tulajdonságainak megváltoztatására és a hídszerkezetek élettartamának meghosszabbítására a 70-es évek elején, a 6-8-as években nyúlik vissza. Ezek a polimerek hőre lágyuló gumik, kétfázisú morfológiájúak, üveges fázisú polisztirol sorkapcsokkal, körülbelül 100 ° C üvegátmenetelgel és elasztomer fázissal a polibutadién központi blokkjai miatt.
A tapasztalatok szerint a rugalmasság indirekt kritériumként szolgálhat az SBS anyagminőségére. Az anyagok, amelyek kiváló minőségű SBS-módosítót használnak (például a SHELL cég), -30 ° С-ig elérik a rugalmasságot. Ugyanakkor -20 ° C-nál rövidebb rugalmasságú anyagok vagy vagy nem rendelkeznek elegendő polimer koncentrációval a bitumenben, vagy az SBS-rel összeférhetetlen bitumenet használnak. A gyakorlatban az ilyen anyagok gyorsan megsemmisülnek.
Másrészről, mivel a polimer láncok molekulatömege nagyobb vagy hasonló az aszfaltenének molekulatömegéhez, versenyeznek a máltafrakció szolvenciájáért és fázisszétválasztás akkor fordulhat elő, ha az alkotóelemek között egyensúlyhiány van. A fázisszétválasztás az aszfalt és a polimer összeférhetetlenségét jelzi, és a keverékhez aromás 7, 12 vagy 12 kompatibilizáló szerek hozzáadásával elkerülhető.
A bitumen polimer módosításának szükségessége
Az aromás olaj az olajfrakció, amelyet a finomítókhoz szállítanak, és elérhetősége az elkövetkező néhány évben csökkenhet, mivel nagy igény van a könnyebb olajfrakciókra, és ezért azt meg kell repedni, hogy növelje a nagy értékű olajtermékek előállítását. A nem ásványolaj-forrásokat jelenleg alternatív útnak tekintik a kőolajtermékek előállításához. Az üledékes kőzet iszapjai tartalmaznak bitumenes anyagokamelyek olajszerű folyadékként szabadulnak fel, amikor a kő felmelegszik kémiai folyamat pirolízis.
Módosított bitumen
K ATEGORY:
Anyagok a útépítés
Módosított bitumen
A teherautók és a tengelyterhelés folyamatos növekedése nehéz működési feltételeket teremt autópályák, különösen organikus kötőanyagok alapján, és megfelelő ellenintézkedéseket igényel. A fő probléma a magas tengelyirányú terhelések és nagy a forgalom intenzitása - deformáció aszfaltbeton járda hagyományos bitumenből épített utak.
Az olajpala kivonása a pirobitumenből bonyolultabb, mint a hagyományos olajtermelésnél, és jelenleg drágább. Kémiai tulajdonságai miatt a pirolízis során nyert palaolajból származó bitumen kiváló anyag az aszfalt adalékanyagok előállításához. Széles hatású aszfalt adalékanyagok előállítására használható, biztosítva a tapadást, az időjárási ellenállást és az állandó deformációval szembeni ellenállást, növelve a kopásállóságot és a tartósságot.
A palaolaj kevésbé illékony és kevesebb aromás szénhidrogént tartalmaz, mint az aromás olaj, amely magas hőmérsékleten kedvez a polimer kötőanyag-keveréknek. A palackolaj bázikus nitrogént és kis mennyiségű aszfaltént tartalmaz, amelyek telítebb vegyületek, mint az aromás olaj. Meghatároztuk a módosított aszfalt-kötőanyagok klasszikus és reológiai tulajdonságait annak ellenőrzése érdekében, hogy lehet-e bármilyen javulás palaolaj használatával.
A bevonatok megbízhatóságának és tartósságának növelése érdekében jelenleg ajánlott polimerrel módosított bitumen használata. A módosított bitumen széles körben alkalmazott használata a hagyományos bitumen helyett javított tulajdonságaikkal magyarázható. A polimer bitumen széles hőmérsékleti tartományban működik (a lágyulási pont és a törékeny hőmérséklet közötti különbség) 100 ° C-ig (a közönséges bitumen 60 ° C-ig).
Az aszfalt-polimer keverékek összes keverékét nagy tartósságú keverővel felszerelt, megfelelő tartályban állítottuk elő. Kompatibilizálószerrel végzett futtatáshoz pala vagy aromás olajat adtak a forró aszfalthoz, mielőtt a polimert 500 fordulat / perc sebességgel adták hozzá, és az elegyet 10 percig kevertük.
Bitumenesítés telepítése
Az aszfalt-kötőanyag összes mintáját a következő klasszikus módszerekkel elemeztük: permeabilitás, a gyűrű és a gömb lágyulási pontja, Brookfield viszkozitása, tárolási stabilitása és a rugalmasság helyreállítása nyomásmérővel. A rugalmas helyreállítási teszt megvizsgálja a kötőanyag rugalmasságának nyújthatóságát és rugalmasságát.
A polimer bitumenből előállított aszfaltbetonnak nagy a ellenállása a deformációnak a felhasznált bitumen nagy rugalmassága miatt. Ezen túlmenően az aszfaltbeton öregedési folyamata jelentősen lelassul. A külföldi tudósok tanulmányai azt mutatják, hogy a bitumen kinyerték járdák10 évig történő szolgálat után a viszkozitásban nincs jelentős változás.
Az öregedő kötőanyagokat dinamikus nyíró reométer segítségével elemeztük reológiai tulajdonságaik változásainak felmérésére. A deformációs amplitúdót az aszfalt-kötőanyag lineáris viszkoelasztikus reakciója korlátozta. Rugalmas és viszkózus komponenseket tartalmaz, amelyeket tárolási modulusnak és veszteségi modulusnak neveznek; volt. Ez a két elem össze van kapcsolva a komplex modullal és egymással δ fázisszögen keresztül, amely a teszt során alkalmazott nyírófeszültségek és nyírási deformációk közötti fázis- vagy késleltetési idő.
A közúti bitumen tulajdonságainak javítása érdekében (szokásos módosítás) szokásosan speciálisan készített mesterséges anyagokat használnak. Jelenleg a petrolkémiai üzemek által kínált mesterséges anyagok sokfélesége miatt a polimerek széles választéka létezik a módosításhoz. Hagyományosan hőre lágyuló műanyagoknak (műanyagoknak) lehet besorolni; elasztomerek és hőre elasztikus műanyagok.
Ha a fázisszög 90 °, akkor az anyag tisztán viszkózus természetűnek tekinthető, míg a δ 0 ° fázisszög tisztán rugalmas viselkedésnek felel meg. E két szélsőség között az anyag viselkedése viszkoelasztikusnak tekinthető, viszkózus és rugalmas reakciók kombinációjával.
A "polimer bitumen" kifejezés
A vizsgálatban szereplő összes aszfalt-kötőanyag mintáját ugyanolyan hőkezelésnek vetettük alá, hogy elkerüljük tulajdonságaikban az előállításuk során alkalmazott magas hőmérséklet által okozott különbségeket. A palackolaj hozzáadásakor az aszfalt kötőanyaghoz az eljárás körülményei nem változtak, és a keverék viszkozitása sem változott.
A hőre lágyuló műanyagok lineáris vagy alacsony elágazású polimerekből állnak, amelyek hevítés közben lágyulnak. Lehűlés után ismét szilárddá válnak. A plasztomerek hozzáadása növeli a bitumen viszkozitását és keménységét normál üzemi hőmérsékleten (-30 ° C-tól 60 ° C-ig). A plasztomerek azonban nem befolyásolják a módosított bitumen rugalmasságát.
Az előbbiekben a világos régiók sokkal egységesebbek és átlátszóbbak voltak, ami a palaolaj nagyobb hatékonyságát bizonyította, ha a polimert aszfaltban diszpergálták. Ez az eredmény arra utal, hogy a palaolaj-összetételnek a polimer duzzadására gyakorolt \u200b\u200bhatását tovább kell vizsgálni.
Láthatjuk, hogy csökken a behatolás és a lágyulási hőmérséklet növekedése polimer hozzáadásával, és ezeknek a tulajdonságoknak fordított hatása van olaj hozzáadásával. Ahogyan az várható volt, a módosított aszfaltminták alacsonyabb penetrációval, magasabb lágyulási hőmérsékleten és rugalmassá váltak, ami az aszfalt-kötőanyag merevségének és rugalmasságának javulását jelzi. Ezért ezek a módosított minták alkalmasabbak burkolásra, mivel jobban ellenállnak a deformációnak, a fáradtságnak és a plasztikus deformációnak.
A plasztomerek által javított bitumen melegítésekor hajlamos a bitumen és a polimer fázisszétválasztására, vagyis az ilyen bitumen tárolás szempontjából nem stabil, ezért közvetlenül az aszfaltbeton üzemben történő felhasználás előtt el kell készíteni. A leggyakrabban használt plasztomerek a polietilén és az ataktikus (sztereokompakt) polipropilén.
Az elasztomerek hosszú, széles ágakkal rendelkező polimer láncokból állnak. Rugalmasak széles hőmérsékleti tartományban: alacsony hőmérséklettől 200 ° C-ig.
Ha elasztomereket adunk a bitumenhez, akkor annak viszkozitása növekszik, és rugalmassága javul. De ezek a rendszerek tárolás közben is instabilok, állandó keverésre van szükség a bitumen és a mesterséges anyag közötti fázisszétválasztás megakadályozására. Az elasztomerekkel módosított bitumen bitumennek nevezhető elasztikus töltőanyaggal. Elasztomerekként szokásos természetes vagy regenerált gumi és polibutadién felhasználása.
A hőre elasztikus műanyagok a normál üzemi hőmérséklet feletti hőmérsékleten lágyulnak és ebben az állapotban jól deformálódnak.
A hőre elasztikus műanyagokat 1965 óta kezdték használni. A hőre elasztikus műanyagok csoportjának leghíresebb képviselője a sztirol-butadién-sztirol (SBS). Ez a műanyag blokk-kopolimer, amely sztirol- és polibutadién-blokkokból áll.
Ezen anyag hozzáadása a bitumenhez általában 3–6 tömeg%. A hozzáadott anyag szükséges mennyisége a bevezetett anyag diszpergált állapotától függ: ha az SBS-t finoman diszpergált formában vezetik be a bitumenbe, akkor az áramlási sebesség csökken, ha finoman diszpergált formában van, akkor nagy mennyiségű módosítóra van szükség.
A polimereken kívül más módosítók is felhasználhatók a bitumen tulajdonságainak javítására: szervetlen sók (mangán-klorid), szintetikus vagy természetes gyanták és természetes aszfaltok.
Végső tulajdonságok módosított bitumen nagymértékben függ az adalékanyag bevezetésének technológiájától.
Külföldön a módosított bitumeneket speciális technológiák alkalmazásával állítják elő az olajfinomítókban vagy speciális feldolgozóüzemekben, a termék állandó laboratóriumi minőség-ellenőrzésével. A polimer bitumen szállításra, tárolásra és feldolgozásra kész termék.
Európában a sztirol-butadién-sztirolt a leggyakrabban a bitumen módosítására használják. A polimert szilárd anyag formájában (granulátum vagy por), valamint folyadék (emulzió vagy oldat) formájában vezetjük be. Mindenesetre a végső anyag egyenletességét kell elérni.
A tároláshoz stabil keverékek előállításához ki kell választania a megfelelő alap-bitumenet. A keverék tárolásra alkalmas, ha a fázisszétválasztás nem fordul elő a forró bitumen hosszú távú tárolása során az aszfaltkeverő üzem tartályában. A modern polimer bitumen legfeljebb 6 hétig tárolható.
A módosított bitumen előállításához hagyományosan két módszert használnak: - bitumen-polimer diszperzió előállítása nagy nyíróerővel rendelkező keverõkben (kolloid malmok); - polimer bejuttatása a bitumenbe kémiai eszközökkel, lassan forgó keverőkkel, jelentéktelen nyíróerővel.
Az első esetben ként és vegyületeit használják a polimer-bitumen diszperzió stabilizálására. A polimer és a kén között reakciók lépnek fel, amelyek eredményeként új kémiai vegyületek keletkeznek, rácsos szerkezetük miatt egyenletesen eloszlanak a bitumenben.
A második esetben a polimert (például SBS) előkezelték úgy, hogy úgy tűnik, hogy bitumenben oldódik.
A kolloid malmok hátránya az a hajlam, hogy a makromolekulák szétváljanak az alapanyagban, így végül a feldolgozás után olyan polimerek lesznek, amelyeknek a bitumenben az átlagos molekulatömege alacsonyabb, mint az elején. Ez azzal magyarázható, hogy a kolloidmalmokban fellépő nagy nyíróerők a polimer molekuláris szerkezetének megváltozásához vezetnek.
Az alacsony nyíróerővel rendelkező keverõk magasabb lágyulási pontokat és a módosított bitumen sokkal nagyobb rugalmasságát teszik lehetõvé.
Olyan polimerek használatakor, amelyeket nem lehet kombinálni a bitumen kémiai rendszerével (polietilén, ataktikus polipropilén és természetes gumi), a módosított bitumen közvetlenül a aszfalt növényekúgy, hogy az előkészített anyag felhasználható legyen az aszfaltbeton előállítására a fázisszétválasztás előtt.
Polipropilén és természetes gumi vagy regenerált kaucsuk feldolgozásához ajánlott lassú sebességű keverőket használni. Ebben az esetben a bitumen keveredése a polimerrel a polimer olvadásának következtében zajlik. A polietilén alapú módosítások előállításához nagy nyíróerővel kevert keverõket használnak, amelyek biztosítják a polietilén diszpergált eloszlását a bitumenben.
A Belarusz Köztársaságban és Oroszországban a plasztomer adalékanyagok klimatikus körülmények között nem ajánlottak. Erős hűtéssel és hosszan tartó fagyokkal az ilyen kötőanyagokon alapuló aszfaltbeton hajlamos súlyos repedésekre.
K Kategória: - Anyagok útépítésben
