Материал: 1167

повышения их тепло- и водоустойчивости, что в производственных условиях может быть осуществлено путем активации органического вяжущего поверх- ностно-активными добавками (ПАВ).

К таким поверхностно-активным добавкам можно отнести синтетические каучуки, о которых говорилось ранее, а также одноатомные спирты, к которым относятся глицерины и полиглицерины. Они содержатся в достаточном количестве в отходах жировой и мыловаренной промышленности — глицериновом гудроне, способствующем полимеризации молекул асфальтеновых

инафтеновых кислот.

Многочисленными исследованиями установлено, что свойства органиче-

ских вяжущих во многом предопределяют прочность, пластичность, тепло- и водоустойчивость битумоминерального материала и сохранность этих важных характеристик во времени при воздействии погодно-климатических факторов и механических нагрузок от движущихся автомобилей. Так, прочность битумоминерального материала зависит от когезии битума. Чем выше когезия, тем больше прочность битумоминерального материала.

Проведенные испытания по ускорению сроков старения битумов показывают, что при термостатировании битумов характер формирования и улучшение когезионных свойств меняется в зависимости от времени и температуры термостатирования. Предел прочности при сжатии и растяжении, а так-

же когезия повышаются при выдерживании в течение определенного срока температуры 160°С, но по достижении максимального значения падают, т.е. имеют пикообразный характер изменения.

В работах А.Р. Давыдовой показано, что процессы старения медленнее происходят в битумах, полученных из гудрона, и быстрее стареют битумы, полученные из крекинг остатков.

Установлено, что гранулометрический состав минеральной части оказывает существенное влияние на прочностные показатели, тепло- и водоустойчивость материалов, обработанных гудронами. Кроме этого, толщина битумных пленок зависит от размеров частиц и содержания пылеватых и глинистых частиц в укрепляемом материале, а старение битумоминеральных связей напрямую зависит от толщины битумных пленок.

Отсюда естественно ожидать сокращение сроков формирования, снижение

16

деформации и увеличение модуля упругости в битумоминеральных смесях дисперсного состава.

На основе вышеприведенного обзора можно сделать вывод, что введение

полимерных и поверхностно-активных добавок в битумы приводит к появле-

нию у последних новых физико-механических свойств.

Разработаны составы битумных вяжущих, содержащих добавки ПАВ [4],

полимерных веществ [5] и резины [3].

Известен также способ получения вяжущего путем окисления при 180-200оС

смеси предварительно выдержанных при температуре 130ОС в течение 1-3 часов мазута, резиновой крошки и кислого гудрона [6]. Содержание сырьевых

компонентов в этом вяжущем составляет (в % (масс.)):

Присутствие кислоты способствует термодеструктивному растворению резины, в результате чего получаемое вяжущее обладает высоким качеством.

Одним из наиболее эффективных способов модификации органических вяжущих является введение в них резины в виде резинового порошка. При этом необходимо добиться растворения резины в органическом вяжущем. Технологические режимы растворения зависят от типа каучука, входящего

в состав резины, и вида пластификатора. При термомеханической пластификации резины рекомендуется использовать поверхностно-активные вещества, например, сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ) или смачиватель ОП-7. Процесс термомеханической пластификации изношенной резины протекает следующим образом. При совместной термомеханической обработке измельченная резина набухает в масляных фракциях битума (гудрона), что ослабляет межмолекулярные связи в резине. Далее происходит разрыв по этим ослабленным связям, то есть осуществляется девулканизация резины с образованием каучукового вещества, которое структурирует битум (гудрон).

По мере увеличения содержания резиновой крошки резинобитумные смеси все больше приближаются по физико-механическим свойствам к каучуковым материалам.

17

При исследовании методом ИК-спектроскопии резинобитумных составов наблюдаются значительные изменения на полосе поглощения с частотой 970 см-1, которая отсутствует в спектре исходного битума (гудрона). Появ-

ление этой интенсивной линии, характерной для ИК-спектров каучуков, обусловлено колебаниями двойных -СС- связей в трансположении, что следует отнести за счет деструктурированной в результате термомеханической обработки резины и образовавшегося каучукового вещества.

Данные о свойствах резинобитумных вяжущих, полученных при совмещении резиновой крошки (20%) с нефтяным гудроном при температуре 220-230ОС (длительность термомеханической обработки 4 ч.), приведены в табл. 1.1 [7].

18

Скорости растворения и девулканизации зависят от влажности резиновой крошки и от способа ее введения. Влажная крошка в нагретом гудроне растворяется быстрее, чем сухая, по-видимому, вследствие разрыва структур-

ных связей резины под давлением паров воды. Рекомендуется проводить обработку гудронов, содержащих растворенную (девулканизированную) резиновую крошку, введением серы при повышенной температуре и в присутствии ускорителей вулканизации, таких, как мочевина и ее производные, окиси Mg, Zn, Pb или гидрат окиси кальция (известь). При этом получают резино-битумные вяжущие с широким интервалом пластичности (70-80оС), улучшенными показателями температуры хрупкости, глубины проникания иглы при 0°С и растяжимости при 0оС.

Резинобитумные вяжущие дают асфальтобетоны с высокими эксплуатационными свойствами, повышенной износо- и теплостойкостью, стабильностью при старении. Асфальтобетон, приготовленный на резино-битумном вяжущем, отличается также меньшим водонасыщением и набуханием. Для него характерна меньшая прочность при 0°С, меньшая жесткость.

2.2. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

МОДИФИЦИРОВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ

ВЕЩЕСТВ РЕЗИНОСОДЕРЖАЩИМИ ОТХОДАМИ

Применение каучуков и резины для улучшения свойств битума основано на принципах создания пластичной и эластичной структуры вяжущего, в среде которого эластомер набухает, частично растворяется или диспергируется. С увеличением концентрации каучуковой составляющей в углеводородной среде растет количество связей, что способствует повышению вязкости и

упругости вяжущего материала. Связи между макромолекулами каучука и асфальтенами органического вяжущего могут образовывать даже сетчатую структуру. В этом случае свойства получаемого вяжущего определяются свойствами образовавшейся сетчатой структуры, которая вытягивается в

19

направлении приложенной нагрузки и воспринимает значительную ее часть. При этом с увеличением добавки каучуковой составляющей сетка все больше разветвляется и упрочняется. Битумо-каучуковое вяжущее технически не

сложно приготовить, используя жидкие латексы и растворы каучука [8]. Однако, более экономически выгодно, хотя и более сложно, применение

утилизированной резиновой крошки. В то же время в резиносодержащих отходах каучук, в основном, находится в вулканизированном состоянии, что препятствует образованию однородной эластичной структурной сетки в объеме вяжущего. При этом считается, что даже при самом мелком помоле резины (до 1 мм и менее), крошка не растворяется в битуме, а находится в нем в виде частично набухшей дисперсии, которая распределена не в виде макромолекул между молекулами и мицеллами органического вяжущего, а в виде крупных агрегатов или «центров эластичности», мало влияющих на упругость и эластичность вяжущего.

Свойства резино-битумных композиций в значительной мере зависят также и от состояния поверхности резиновой крошки. Доказано, что измельчение эластомеров упруго-деформационным методом позволяет получить порошок с развитой поверхностью частиц. Измельченная по такому методу резина отличается от резины, полученной традиционным валковым способом, более рыхлой структурой поверхности частиц, что проявляется в более

быстром набухании ее в компонентах углеводородного сырья. При измельчении резиносодержащих отходов при температурах жидкого азота частицы резиновой крошки имеют совершенно гладкую поверхность, что также отражается на скорости ее набухания и пластификации в компонентах битумов.

Испытание резино-битумоминеральных композиций с добавками резиновой крошки, полученной валковым, упруго-деформационным методом и методом измельчения при температурах жидкого азота показали, что лучшие характеристики имеют образцы с резиновой крошкой, полученной упругодеформационным методом, а наихудшие – в композициях, содержащих резиновую крошку, полученную измельчением резины при температуре жидкого азота.

Технологические вопросы получения резино-битумных и подобных вяжущих веществ достаточно разработаны. Однако производство резиновой

20