1 стр. из 1

Высокая интенсивность движения и перегрузка автомобильных дорог тяжелым транспортом в совокупности с воздействием атмосферных факторов приводят к интенсивному образованию трещин на асфальтобетонных дорожных покрытиях. Ухудшение эксплуатационного состояния существующей сети автомобильных дорог и низкие темпы их капитального строительства и реконструкции привели к значительным объемам ремонта. Затраты на ремонт и заделку трещин являются существенной статьей расходов в содержании автомобильной дороги.

В связи с этим ежегодно возрастает потребность в эффективных герметизирующих материалах для ремонта дорожных покрытий. Однако до сих пор на российском рынке отсутствуют недорогие и технически эффективные отечественные герметизирующие материалы. Из-за низкой теплостойкости, недостаточной адгезионно-когезионной прочности, неудовлетворительных показателей упруго-эластичных свойств и трещиностойкости они недолговечны, а применение зарубежных герметиков не всегда целесообразно по экономическим соображениям.

В связи с этим решение проблемы разработки новых недорогих герметизирующих материалов с высокими технико-эксплуатационными свойствами, используемых для санации трещин покрытий автомобильных дорог, представляется актуальной задачей и имеет большое народно-хозяйственное значение. Освоение производства таких материалов позволит расширить номенклатуру относительно недорогих отечественных герметизирующих материалов горячего применения.

В современных условиях при герметизации швов и трещин дорожных покрытий в подавляющем большинстве используются герметики горячего применения на битумной основе — преимущественно битумполимерные материалы, в том числе с различного рода наполнителями, отходами промышленного производства, химическими реагентами и поверхностно-активными веществами. Введение таких добавок позволяет получать герметизирующие композиции с более высокими техническими свойствами, стабильными при длительной эксплуатации в дорожном асфальтобетонном покрытии, а также снизить их стоимость.

Известно [1,2, 3], что структура композиционных материалов обычно представляет систему с несколькими структурными уровнями, скомпонованными через поверхности раздела в единый блок по принципу последовательного укрупнения и усложнения структурной организации с образованием многоуровневой структуры.

В соответствии с существующими представлениями, к битумполимерным наполненным композициям могут быть применены основные положения теории полимерных композиционных материалов. Согласно теории композиционных материалов, в полимерных наполненных композициях формируются кластерные структуры — агрегаты частиц, объединенных связующим и связанных поверхностными силами. При определенных условиях в процессе технологических переделов наблюдается специфическое усиливающее взаимодействие между наполнителем и связующим и создается так называемый синергетический эффект.

При этом проявляется новое качество материала, не повторяющее свойств исходных компонентов.

В герметизирующих битумполимерных наполненных композициях ис-ходная микроструктура формируется за счет битумполимерного вяжущего, а макроструктура образуется вследствие наполнения вяжущего тонкодисперсными минеральными материалами. Исследования различных битумполимерных вяжущих показывают, что формирование прочного эластичного пространственного каркаса битумполимерной матрицы возможно в случае использования полимеров класса термоэластопластов. Для наполнения таких композиций необходимо использовать разнообразные активные тонкодисперсные материалы (природные или техногенные продукты промышленности), предпочтительнее с шероховатой поверхностью. При этом, чем больше поверхность частиц наполнителя, тем меньше вероятность изменений свойств матрицы с течением времени. Для придания системе «битумполимер-наполнитель» большей агрегативной и седиментационной устойчивости, а также увеличения адгезионно-когезионных свойств композиций могут использоваться соответствующие поверхностно активные вещества.

Данные представления позволили выдвинуть рабочую гипотезу, которая состоит в следующем: герметизирующие битумполимерные наполненные композиции с заданными техническими показателями могут быть получены при целенаправленном формировании первичной микроструктуры посредством применения полимерного связующего и образования вторичной макроструктуры, введением наполнителей и модифицирующих добавок при их оптимальном содержании в композициях при условии использования специальной технологии приготовления.

Исходя из данной гипотезы и в связи с необходимостью построения заданной структуры, был сделан выбор материалов для создания герметизирующих битумполимерных наполненных композиций.

На кафедре автомобильных дорог ИТС КазГАСУ уже не первый год проводятся исследования технологии санации трещин и разработка новых составов композиционных герметизирующих материалов для ремонта асфальтобетонных покрытий автодорог Республики Татарстан. В соответствии с программой развития строительного комплекса РТ до 2010 г. приоритетной задачей строительного комплекса в настоящее время является использование местных строительных материалов, в том числе отходов промышленности. В связи с этим при разработке герметизирующих композиций нами исследовалась возможность применения отходов промышленных предприятий РТ. К таким материалам, представляющим несомненный интерес для дорожного хозяйства, относятся изношенные автомобильные покрышки, в процессе переработки которых получаются разнообразные продукты. Например, при низкотемпературной пиролизной обработке шин образуются твердые и жидкие остатки пиролиза, которые могут быть использованы в приготовлении герметизирующих композиций. Установка по переработке автомобильных шин введена в действие в 2001 г. в пос. Карабаш НГДУ «Иркеннефть» ОАО «Татнефть». Кроме того, при измельчении утильной резины в г. Нижнекамске получают резиновую крошку, которая тоже может быть использована в качестве модифицирующего наполнителя битумных материалов. Помимо экономического эффекта использование данных продуктов решает проблему утилизации изношенных автопокрышек и других резиносодержащих отходов и тем самым улучшает экологическую обстановку в РТ.

В соответствии с отработанной технологией в обезвоженный битум, нагретый до 130–140 0С, добавлялся раствор SBS, нагретый до температуры 60–80 0C, композиция подогревалась до температуры 140–150 0С и тщательно перемешивалась. Далее в нее вводилась адгезионная присадка БП-КСП. Полученная смесь снова перемешивалась. Затем в смесь равномерно вводились ТОП и резиновая крошка. Температура смеси поднималась до 150–1700С, и композиция перемешивалась.

Были проведены экспериментальные исследования по оптимизации состава герметизирующей битумполимерной наполненной композиции. В результате было установлено, что герметизирующая композиция с заданными свойствами может быть получена при использовании наполнителей 10–20 % масс., раствора полимера 15–20 %, адгезионной присадки 1 % масс.
Основные технические характеристики разработанной композиции оптимального состава (САБ-1) в сравнении с характеристиками отечественных и зарубежных аналогов приведены в таблице 1. Как видно из таблицы, сравнительный анализ свойств известных битумполимерных герметизирующих материалов, применяемых для санации трещин асфальтобетонных покрытий в Республике Татарстан, и разработанной композиции (САБ-Г) показывает, что значения основных технических характеристик последней достаточно высоки и сравнимы с аналогичными зарубежными материалами.

Табл. 1. Физико-механические свойства герметизирующих материалов

Разработанная герметизирующая битумполимерная наполненная композиция (САБ-1), согласно ГОСТ 30740-2000, соответствует марке БП-Г35. Введение полимера позволило получить в битуме довольно прочный пространственный эластичный каркас, образованный длинными цепями макромолекул термоэластопласта. ПАВ обеспечило не только повышенную адгезию, но и стабильность всей гетерогенной системы. Введение наполнителей в определенной концентрации позволило повысить температуру размягчения герметизирующего материала, сохраняя при этом достаточную пластичность. Кроме того, введение твердого остатка пиролиза и резиновой крошки существенно снижает водопоглошение. Полученные результаты подтверждают обоснованность обозначенных предпосылок и принятой рабочей гипотезы.

На разработанные композиции оптимального состава получено решение о выдаче патента на изобретение РФ № 2004138626/04(041989).

Опытно-производственное внедрение результатов исследований осуществлялось на объектах Чистопольского и Пригородного филиалов ОАО ПРСО «Татавтодор». На производственной базе Чистопольского филиала ОАО ПРСО «Татавтодор» была приготовлена опытная партия герметизирующей композиции САБ-1. Контроль качества смеси производился путем отбора проб из смесительной установки персоналом Чистопольского филиала ОАО ПРСО «Татавтодор» в присутствии представителей из КазГАСУ в соответствии с требованиями нормативных документов. Результаты лабораторных испытаний проб битумной герметизирующей композиции показали (см. табл. 2), что разработанный материал соответствует марке БП-Г35 по ГОСТ 30740-2000.

Табл. 2. Физико-механические свойства герметизирующей композиции

В мае 2005 г. с использованием данной герметизирующей композиции (САБ-1) были произведены работы по санации трещин на опытном участке автодороги в г.Казани. Визуальные обследования опытного участка после проведенной санации трещин по истечении 3 месяцев эксплуатации показали, что разрушения заделанных трещин отсутствуют. Вылета герметика из пазов трещин нет. Трещины находятся в хорошем состоянии. Кроме того, были проведены лабораторные исследования качества герметика после 3 месяцев эксплуатации в дорожном покрытии (см. табл. 2).

Из таблицы 2 видно, что изменение основных технических свойств материала незначительно. В настоящее время продолжается наблюдение за опытными участками. Кроме того, проводятся лабораторные испытания герметизирующей композиции САБ-1 на стойкость к старению в искусственных условиях.

Таким образом, проведенные исследования показали, что разработанная герметизирующая композиция САБ-1 обладает повышенными физико-механическими характеристиками и может быть использована для санации трещин асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог дорожно-климатической зоны II.

Проведенный расчет экономической эффективности показал, что экономический эффект от санации 1 млн. п. м трещин в год при использовании разработанной герметизирующей битумполимерной наполненной композиции, с учетом цен на 3 квартал 2005 г., по сравнению с мастикой из смесей битумов составит 5,06 млн. руб./год, а по сравнению с герметиком Biguma AG — 6,45 млн. руб./год.n

Литература
1. Бобрышев А. Н., Козомазов В. Н., Авдеев Р. И., Соломатов В. И. «Синергетика дисперисионно-наполненных композитов». — М.: Центр компьютерных технологий ИКТ МИИТ, 1999, с. 252.
2. Соломатов В. И., Бобрышев А. Н., Химмлер К. Г. «Полимерные композиционные материалы в строительстве». / Под ред. В. И. Соломатова. — М.: Стройиздат, 1988, с. 312.
3. Хрулев В. М. «Полимерсиликатные композиции в строительстве». / Научный обзор. — Уфа: ТАУ, 2002, с. 76.

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!