Повышение эффективности применения полимерно-битумных вяжущих на основе блоксополимеров типа СБС

Л.М. Гохман, к.т.н., Е.М. Гурарий, к.т.н., А.Р. Давыдова, к.т.н.,

К.И. Давыдова, инженер, О.В. Гавриленко, инженер,

Т.В. Прокофьева, инженер, СоюздорНИИ

Наряду с объективными причинами незначительных объемов применения полимерно-битумных вяжущих на основе блоксополимеров типа СБС - ПБВ в дорожном строительстве, по нашему мнению, не учитывается возможность повышения эффективности его применения.

В тех случаях, когда применяется ПБВ, проектировщики и строители ориентируются только на те минимальные требования, которые предъявляются ГОСТ Р 52056-2003 к показателям его качества. Вместе с тем данное вяжущее за счет варьирования соотношением компонентов - битума, полимера, пластификатора и ПАВ может обладать теми показателями свойств, которые продиктованы не только действующим ГОСТом, но и условиями эксплуатации покрытия, в котором оно применяется. При этом имеются в виду как климатические условия, так и условия движения. Кроме того, необходимо, по нашему мнению, исходить из того, что никакое вяжущее, в том числе и данное, не может служить панацеей от всех возможных дефектов, возникающих на покрытии. В связи с этим необходимо комплексное решение проблемы, в которое должны входить и предложения по расчету и конструированию дорожной одежды.

В данной статье рассмотрены предложения по комплексному решению вопроса, позволяющего существенно повысить сроки службы дорожных, мостовых и аэродромных покрытий, устраиваемых с применением ПБВ.

Учитывая, что рассматриваемое ПБВ разработано специально для дорожной отрасли, то и показатели его свойств уже на стадии разработки и принятия проектного решения, наряду с требованием соответствия ГОСТ Р 52056-2003, должны включать специальные требования, связанные с климатическими условиями и условиями эксплуатации покрытия. В первую очередь это касается обеспечения требуемой температурной трещиностойкости покрытия. Для этого необходимо ввести специальные требования к температуре хрупкости ПБВ по Фраасу - она должна быть не выше температуры наружного воздуха наиболее холодных суток района эксплуатации покрытия и назначаться в соответствии со СНиП 23.01.99 с обеспеченностью 0,98 для дорог I и II категорий и 0,92 для III и более низких категорий дорог.

Во-вторых, для обеспечения максимально возможной теплостойкости и сдвигоустойчивости покрытия температура размягчения ПБВ по методу «Кольцо и Шар» должна быть не ниже расчетной температуры сдвигоустойчивости покрытия при скорости ветра, равной нулю и назначаться по Приложению 1 «Руководства по применению комплексных органических вяжущих (КОВ), в том числе ПБВ на основе блоксополимеров типа СБС в дорожном строительстве», утвержденного Распоряжением Минтранса России № ОС-134-р от 11.03.2003 г.

В-третьих, для того чтобы обеспечить требуемую теплостойкость и сдвигоустоичивость покрытий с учетом интенсивности и условий движения, полагаем необходимым для ПБВ, применяемых для дорог I и II категорий движения, а также мостов и аэродромов, повысить требования к температуре размягчения на 2° С по сравнению с требованиями Приложения 1 (см. предыдущий абзац).

В-четвертых, в целях обеспечения требуемой долговременной прочности считаем необходимым увеличить для дорог I и II категорий движения, а также мостов и аэродромов требования к показателям эластичности на 5% по сравнению с требованиями ГОСТ Р 52056-2003.

В-пятых, в целях обеспечения требуемой коррозионной стойкости покрытий считаем необходимым обеспечить хорошую адгезию не только с основными минеральными материалами, применяемыми в составе полимерасфальтобетонных смесей, но и с кислыми (со щебнем и песком) на уровне нормы «выдерживает по контрольному образцу № 2» (ГОСТ 11508-74). Для этого необходимо введение ПАВ в собственно ПБВ или применение блоксополимера типа СБС, содержащего ПАВ.

Применяемые в настоящее время добавки «Амдор-9», «Дорос-АП», «БП-3М». как и другие ПАВ с активными аминогруппами, характеризуются специфическим неприятным запахом, который в значительной степени сдерживает их широкое применение. Предлагаемые нами адгезионные добавки ПАВ относятся к новому классу ПАВ двойного действия и характеризуются наличием активных малеиновых групп. Эти ПАВ содержат в своем составе малеинизированные низкомолекулярные полимеры, являющиеся продуктом присоединения малеинового ангидрида к низкомолекулярным полибутадиену или полиизопрену или к их смесям с побочными продуктами производства подсолнечных масел.

Наиболее глубоко исследованный и опробованный на практике малеинизированный низкомолекулярный полибутадиен «Техпрогресс-1» характеризуется рядом преимуществ: не обладает резким специфическим неприятным запахом; практически не имеет резкого неприятного запаха даже при нагреве; обладает высокой пожаробезопасностью: его температура вспышки не ниже 200° С.

Предлагаемые к применению ПАВ нового класса с активными малеиновыми группами, в связи с высокой реакционной способностью малеинового ангидрида, по-видимому, могут образовывать, наряду с физическими, и химические связи вяжущих с поверхностью минеральных материалов. Оптимальное содержание МНПБ в органических вяжущих материалах (ОВМ), при том же эффекте, несколько ниже, чем для катионных ПАВ, и составляет для ПБВ - 0,5-0,9%, а для битумов - 0,4-0,7% к массе ОВМ.

В целях вхождения на рынок России альтернативного поставщика блоксополимеров типа СБС исследована возможность приготовления ПБВ на основе блоксополимеров марок Enprene 701 и Enprene 611 российской фирмы «Эн Чуан Кэмикэл». Появление на рынке альтернативных блоксополимеров типа СБС позволит увеличить как ассортимент полимеров, так и снизить их стоимость, что должно привести к более широкому применению ПБВ в дорожном строительстве.

ПБВ, полученные на основе блоксополимеров марок Enprene 701 и Enprene 611 (представленных в виде мягкой непластицированной крошки или дробленых гранул размером менее 1,25 мм), отвечают требованиям ГОСТ Р 52056-2003, при условии требуемой растворимости их в индустриальном масле. При этом температура при определении их растворимости должна составлять 175-180° С, как и в процессе приготовления ПБВ на основе этих полимеров. Полимерно-битумные вяжущие на основе Enprene 701 по сравнению с ПБВ с использованием ДСТ-30Р-01 характеризуются более высокой теплостойкостью, трещиностойкостью и растяжимостью, особенно при 0° С, меньшей склонностью к старению, что позволит повысить долговечность, трещиностойкость и сдвигоустойчивость полимерасфальтобетона.

Комплексность предлагаемого решения затрагивает и подход к расчету конструкции дорожной одежды.

Во-первых, предлагается из расчета дорожной одежды исключить верхний слой покрытия толщиной не менее 6 см, а требуемую, исходя из современных условий движения, капитальность дорожной одежды обеспечивать за счет основания и нижних слоев покрытия, а в случае ремонта и реконструкции - за счет слоев усиления.

Во-вторых, предлагается устраивать между верхним слоем покрытия и основанием дорожной одежды трещинопрерывающую прослойку - подгрунтовку для обеспечения, с одной стороны, совместной работы верхнего слоя покрытия со всей дорожной одеждой, а с другой - исключить на покрытии образование отраженных трещин.

В-третьих, предлагается непосредственно за устройством верхнего слоя покрытия выполнять поверхностную обработку высокой долговечности, возобновляемую каждые 5 лет, на основе ПБВ, обеспечивающих этот срок службы за счет высокой адгезии, трещиностойкости, теплостойкости и эластичности. Актуальность повышения безопасности движения автомобилей за счет устройства поверхностной обработки, особенно в настоящее время, не вызывает сомнения. Кроме того, такая поверхностная обработка предохранит верхний слой покрытия от износа и значительно повысит его срок службы, вплоть до нормативного срока службы дорожной одежды.

В этом случае при условии обеспечения требуемой капитальности дорожной одежды и водоотвода можно говорить о возможности бездефектной эксплуатации верхнего слоя покрытия в течение всего срока службы дорожной одежды - 15 и более лет, так как он будет выполнять только ему одному присущую роль - обеспечивать возможность движения автомобилей с максимальной крейсерской скоростью по покрытию с требуемой ровностью, без выбоин, выкрашиваний, шелушений, сдвигов, колей, волн, трещин, с требуемой шероховатостью и коэффициентом сцепления с колесом автомобиля.

В дополнение к требованиям, регламентированным ГОСТ Р 52056-2003 и ОСТ 218.010-98 к ПБВ, рекомендованы региональные требования к ПБВ по температуре хрупкости по Фраасу и температуре размягчения по методу «Кольцо и Шар».

В данной таблице, в качестве примера, приведены требования к этим показателям для ряда регионов.

Таблица.

Региональные технические требования к ПБВ

В настоящее время разрабатывается ГОСТ Р на полимерасфальтобетон, в котором будут приведены специфические требования к этому материалу.

На основе проведенных исследований разработаны ОДМ 218.2.003-2007 «Рекомендации по использованию полимерно-битумных вяжущих материалов на основе блоксополимеров типа СБС при строительстве и реконструкции автомобильных дорог», утвержденные Распоряжением Росавтодора Минтранса от 01.02.2007 г. № ОБ-29-р.

Наряду с авторами данной статьи в разработке рекомендаций принимали участие сотрудники ОАО «Техпрогресс Т»: В.Ф. Степанов, В.А. Нечиненный, сотрудник Воронежского филиала ФГУП «ВНИИСК», доктор технических наук B.C. Глуховской.

В рекомендациях приведены способы приготовления и технические требования к ПБВ, в том числе и на альтернативных блоксополимерах, а также к ПБВ с новым ПАВ.

Приведены принципы и методология подбора составов ПБВ, технологические особенности приготовления, применения и подбора горячих полимерасфальтобетонных смесей, технические требования к ним, включающие ряд новых показателей, характеризующих их трещиностойкость, сдвигоустойчивость и усталостную прочность.

Указаны особенности применения и составы ПБВ для устройства поверхностных обработок и трещинопрерываюших прослоек.

Рекомендации содержат разделы по техническому контролю, транспортированию и хранению ПБВ и ПБВ с ПАВ, методам их испытаний, технике безопасности и охране окружающей среды.

(Журнал «Автомобильные дороги» № 6 2007 г.)