Энергоэффективные
Битумные
Технологии
г. Москва, ул. Мытищинская 3-я, д.16, стр.5, помещение 11
Меню
Заказать звонок
Поиск по сайту

Некоторые технологические проблемы применения битума в дорожном строительстве

Некоторые показатели качества битума, используемо­го в дорожной отрасли как вяжущее при производстве ас­фальтобетонных смесей или для приготовления битумных эмульсий, а также для устройства поверхностной обра­ботки, даже в случае его соответствия требованиям стан­дарта, по ряду причин требуют улучшения. Битум, полу­ченный окислением сырья при температуре 230-240°С (а иногда и более), склонен к старению, быстро теряет пла­стичность при понижении температуры и обладает недо­статочной адгезией к каменным материалам кислых по­род, которые как раз наиболее приемлемы по причине их прочности.
В то же время быстро нарастают осевые и динами­ческие нагрузки, а отсюда и требования к несущей спо­собности дорог и, соответственно, к качеству асфальто­бетонных смесей, которое в значительной степени зави­сит от качества вяжущего. По этой причине дорожникам на своих базах приходится улучшать качество битума добавками поверхностно-активных веществ и полимер­ных материалов.
Технология улучшения битума добавками давно и широко используется в зарубежной практике, несмотря на то, что там применяют значительно более качествен­ные битумы, а уж тем более эта технология показана для нас и не только по причине недостаточного каче­ства исходного битума. К сожалению, в России все еще сохраняется практика длительного хранения битума и делается это не лучшим образом, преимущественно в хранилищах ямного типа, где он окисляется при дли­тельном контакте с воздухом и обводняется, причем не только просачивающимися грунтовыми водами, протеч­ками осадков через неплотности укрытия, но также сор­бцией влаги из воздуха.
Представляется, что битум вообще нельзя хранить. Во всяком случае, таким образом, когда прежде, чем подать битум из хранилища в расходную емкость асфальтосме­сительной установки, его приходится выпаривать. При
длительном нагреве в котлах с открытой крышкой люка-лаза (а как иначе наблюдать за процессом выпаривания и не допустить вскипания и выброса пены?) битум в зна­чительной степени теряет полезные свойства вяжущего.
Однако широкое использование технологии улучшения битума или приготовления эмульсий на асфальтобетон­ных заводах затрудняют некоторые проблемы, которые необходимо решить, а в противном случае качество улуч­шенного битума может оказаться хуже исходного. Такие случаи нередки.
Одна из проблем — нестабильность состава и свойств битума, поступающего на обработку. Ошибка считать, что для любого битума применим один и тот же рецепт композиции, например, когда приготавлива­ется полимерно-битумное вяжущее или битумная эмульсия. Некоторые скажут, что это очевидно. А меж­ду тем до последнего времени действует распоряже­ние руководства дорожной отрасли, по которому под­рядные организации обязаны до начала строительного сезона согласовывать рецепт ПБВ с ФГУ «Росдорконтроль». Это, конечно, недоразумение, на которое уже давно обращают внимание специалисты, но которое все еще действует. Например, в весьма содержательной статье [3] все же содержится вывод (пункт 1, с. 50) о необходимости «запретить» (!) применение ПБВ без предварительного согласования их составов с ФГУ «Росдорконтроль». Мало того, что по арбитражной пробе ПБВ, поступившей на контроль, определить соответ­ствие реализованного рецепта утвержденному невоз­можно, что делает согласование состава бессмыслен­ным, состав ПБВ к тому же может быть техническим сек­ретом фирмы-производителя. Дело упомянутого Управ­ления — проконтролировать качество продукта, и, если оно соответствует требованиям, удостоверить это.
Однако разработка рационального рецепта компози­ции в дорожной лаборатории в лучшем случае занимает полную рабочую смену, а иногда и не одну. Если мы заби­раем битум из приямка битумного хранилища, куда он подтекает из ямы, где накапливался в зимнее время по­ставками с разных НПЗ слоями, иногда из разных нефтей и разной предыстории, в случайном соотношении, то каж­дая заполненная емкость или битумовоз, по существу, является партией, для которой нужно разрабатывать ре­цепт, что вряд ли выполнимо.
Для решения этой проблемы на АБЗ необходимо иметь накопительную емкость, теплоизолированную и с элементами нагрева, достаточными, чтобы нагреть всю накопленную порцию до температуры 110-120°С и, например, барботажем воздуха от компрессора пе­ремешивать c целью усреднения. Тогда партией мож­но будет считать весь битум в этой накопительной ем­кости, а ее вместимость должна определяться програм­мой производства модифицированного битума или би­тумной эмульсии.
В этом случае разработка рецепта будет регулярной операцией, например, раз в две или три недели, что при­емлемо. Очевидно, что во время заполнения такой нако­пительной емкости и перемешивания, а также подбора рецепта композиции модифицированный битум или би­тумная эмульсия не производятся.
Если проблема нестабильных свойств битума, посту­пающего на технологическую переработку из своего хра­нилища дорожники могут как-то решить, то другая про­блема пока не находит решения. Дорожникам нужны раз­ные битумы. Для производства горячих асфальтобетон­ных смесей нужен битум БНД (а лучше БДУ) в основном марки 60-90 и иногда 90-130. Для устройства поверхност­ной обработки применяют битум с глубиной проникания иглы при 25°С порядка 110-140×0,1 мм. Иногда битум мар­ки 90-130 подходит, но нередко битум приходится разбав­лять гудроном. И при этом качество вяжущего ухудшает­ся. Ведь гудрон — не битум.
То же самое происходит при модифицировании биту­ма полимерами, которые заметно повышают вязкость композиции и часто приходится применять пластифика­торы, например, тот же гудрон или индустриальное мас­ло. Ранее дорожники не понимали, что использование пластификаторов затрудняет получение ПБВ высокого качества, а, соответственно, и смеси с их применением. В зарубежной практике пластификаторы при производ­стве ПБВ не применяют. Приготовляя, например, ПБВ для устройства поверхностной обработки, используют битум марки 140-160, а приготовляя ПБВ для горячих смесей — марки 100-120. Тогда, растворив в битуме полимер, по­лучают ПБВ соответственно марок 100-120 и 60-80, что и требуется. Но это все же битумы упомянутых марок: 140-160 и 100-120, а не смеси битума и гудрона, кото­рые нам предлагают НПЗ, применяющие технологию ком­паундирования.
Здесь можно предложить аналогию с производством сталей. Есть конструкционные стали, которые принима­ются по показателям механических свойств. И есть каче­ственные стали, которые принимаются по химическому составу. Когда определяют прочность балок или остойчи­вость ферм, то показатели прочности достаточны. Но если нас интересует не статическая, а ударная прочность, кор­розионная или температурная стойкость, специфика вза­имодействия стали с легирующими компонентами или ре­жимы термической обработки, то показатели прочности мало что определяют.
Количественные показатели битума, регламентиро­ванные стандартом, не вполне характеризуют его свой­ства как вяжущего. На это многократно указывали веду­щие российские специалисты, например в [4], Г.Н. Кирю­хин (СоюздорНИИ), Ю.Е. Никольский («Дорстройпроект», Санкт-Петербург) и Т.С. Худякова (ГП «Дорожный учеб­но-инженерный центр», г. Павловск Ленинградской обл.). А тем более при использовании технологии модифици­рования битума или приготовления битумных эмульсий.
Формально компаундированный битум может соответ­ствовать требованиям стандарта по своим показателям. Однако две партии битума с идентичными показателями, но полученные непосредственно с окислительной уста­новки или компаундированием базовой марки, требуют разных рецептов композиций. Это серьёзно затрудняет работу дорожных лабораторий в решении задач обеспе­чения качества вяжущих. К сожалению, эти задачи в прак­тической работе пока не находят решения без заинтере­сованного участия производителей битума, на что совер­шенно верно указывал в [4] Е.А. Смирнов («ПТФ «РАС­ТОМ», г. Москва).
И все же, несмотря на нерешенность этой проблемы, дорожникам приходится модифицировать получаемый с НПЗ битум добавками полимерных материалов и ПАВ, при­готавливать битумные эмульсии.
Улучшать битум добавками ПАВ технически достаточ­но просто. Интенсивность перемешивания, точность оп­ределения рецепта и его соблюдения не стоит так остро, как при производстве ПБВ. Фирмы-поставщики ПАВ реко­мендуют высокие концентрации их добавок. Например, фирма АМДОР предлагает вводить в битум Амдор-9 в кон­центрации 0,8-1%. Наша практика показывает, что при хо­рошем перемешивании композиции в большинстве слу­чаев для радикального улучшения адгезии рациональная концентрация лежит в пределах 0,4-0,6%. Дальнейшее увеличение содержания добавки не дает дополнительно­го эффекта. Это же относится и к БП-КСП, а также Peaгенту Азол 1001. Дорос-АП следует добавлять в количестве 0,6-0,8%, а иногда и 1%. А добавку КАП фирмы «Грик» приходится добавлять даже 1,5%. И все же радикального эффекта не достигается. А при меньших концентрациях эффект не заметен.
Здесь необходимо повторить, что для получения положительного результата необходимо хорошее перемешивание с применением эффективного смесительного оборудования, например [1], а так называемое циркуляционное перемешивание, которое рекомендуется в нормативных документах дорожной отрасли, совершенно не приемлемо по причине образования застойных зон в битумных емкостях, откуда битум не попадает в насос операционное время [2]. К тому же тихоходный битумный насос не является эффективным перемешивающим устройством.
Модифицирование битума полимерами и приготовление ПБВ требует более интенсивного смесеобразования. Получение однородной смеси, когда крупинки полимера полностью растворились, занимает больше времени.
Применение коллоидных мельниц наиболее предпочтительно. Оборудование с использованием кавитационного эффекта [5] также позволяет растворить термоэластопласты в битуме, но только при условии правильной организации циркуляции композиции через рабочий участок. Если не обеспечено вовлечение всего битума в циркуляцию, то однородной смеси не получается. Струйные смесительные устройства [1] чувствительны к свойства полимера. Но при линейной структуре молекул, например для Кратона D1101 или ДСТ 30-01, время растворения при температуре битума 160-170°С составляет 1-1,5 часа, что вполне приемлемо.
Для этой технологии, а также для приготовления битумных эмульсий необходим индивидуальный рецепт композиции применительно к данной партии битума и высокие требования к точности соблюдения рецепта и температурных режимов, а также к контролю качества готовы продуктов при производстве работ [6].

Литература

  1. Порадек С. В. Устройство для интенсивного перемешивания гудрона и битума в горизонтальных емкостях//Авто мобильные дороги: Информационный сборник/Информавтодор. — 1996. — Выл. 12. — С. 24-28.
  2. Порадек С. В. Технологические проблемы улучшения битума добавками/Наука и техника в дорожной отрасли. — 1999 — № 3. — С. 30-32.
  3. Полякова С. В. Результаты контроля качества органических вяжущих материалов, полученные ФГУ «Росдорконтроль» //Новости в дорожном деле: Информационный сборник Информавтодор. — 2004. — Вып. 2. — С. 41-55.
  4. Асфальтобетон. Проблемы, решения, перспективы / Дорожная техника. Материалы и конструкции для транспор­тного строительства. Каталог-справочник. Технология стро­ительства, ремонта, реконструкции и содержания дорог. Апрель 2004, с. 22-33.
  5. Полякова В.И., Садиков А.И., Федоров А.П., Кобылко Ю.Б. Гидродинамический смеситель для приготовления по­лимернобитумных вяжущих // Автомобильные дороги: Ин­формационный сборник/ Информавтодор. — 1998. — Вып. 10,- С. 21-27.
  6. Порадек С.В. Модифицированный битум. Работа над ошибками//Автомобильные дороги. — 2004. — № 3, с. 22-23

Порадек С.В.

Источник: ж. Наука и техника в дорожной отрасли № 3 2004