Мониторинг качества органических вяжущих на всех этапах их «Жизни» - информационная статья от Битумные Технологии

Мониторинг качества органических вяжущих на всех этапах их «Жизни»

1587 29.08.2018

Исследования Работа с битумом

Содержание

Статья вышла в журнале Автомобильные дороги, №3, 2018

Еременко Е.А.
Ширяев Н.И.
Коноплев Н.Е.

Автомобильные дороги являются неотъемлемой частью транспортной системы России. Экономика страны напрямую зависит от эффективности работы транспортной системы. Дороги являются одним из главных инструментов в решении крупнейших политических и экономических задач. Оценивая сегодня состояние транспортной системы нельзя считать его оптимальным, а уровень её развития достаточным [1]. Сегодняшние объемные и качественные характеристики автодорожной инфраструктуры не позволяют в полной мере и эффективно решать проблемы возрастающей экономики. Развитие дорожной сети и поддержание высокого уровня транспортно- эксплуатационных показателей автомобильных дорог, обеспечивающих комфортное и безопасное движение транспортных средств, являются основными задачами дорожной отрасли. Следует отметить, что качество материалов, используемых для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог - важнейшая составляющая долговечности дорожного покрытия. Одним из главных структурообразующих компонентов асфальтобетонных смесей являются органические вяжущие – битумы, полимерно-битумные вяжущие и полимерно-модифицированные битумы. Качество этих материалов напрямую связано с устойчивостью асфальтобетона к воздействию разрушающих факторов в процессе эксплуатации. Для производства органических вяжущих в нашей стране используют довольно широкий спектр нефтяного сырья, применяя разные технологии производства органического вяжущего. Иногда возникают ситуации, когда при приготовлении модифицированных органических вяжущих применяются несовместимые компоненты, что приводит к неоднородности свойств конечного продукта, а зачастую и является причиной ухудшения его качественных показателей, как при транспортировке, так и при хранении. В последнее время использование битумов модифицированных полимерами в передовых промышленных странах принимает всё более широкий масштаб. Около 25 % всех применяемых в дорожном строительстве битумов модифицируются различными полимерами, но преимущественно группы стирол-бутадиен-стирол. Увеличение объёмов использования полимеров обусловлено стремлением обеспечить эксплуатационную устойчивость дорожных покрытий в условиях повышающейся интенсивности движения и возрастающей нагрузки на ось транспортных средств. Ряд проведенных исследований свидетельствует о том, что модификация битумов полимерами способствует повышению сдвиго - и колееустойчивости асфальтобетонов, а так же их устойчивости к усталостному разрушению. Наряду с этим западные исследователи полимерасфальтобетонов убеждены в том, что традиционные методы оценки качества полимерно-битумных вяжущих и асфальтобетонов на их основе не позволяют в полной мере судить об эксплуатационных качествах покрытий устроенных с применением данных материалов.
В этой связи актуальной задачей является мониторинг качества органических вяжущих на всех стадиях «жизни», начиная от их производства, включая транспортировку-хранение и заканчивая применением при производстве асфальтобетонных смесей.
Выделив отдельные виды вяжущих, наиболее эффективно проявляющих себя в процессе эксплуатации дорожной конструкции, появится возможность провести сравнительный анализ качественных характеристик модифицирующих добавок, полимерно-битумных вяжущих и асфальтобетонов на их основе.
В рамках проведения работ по выполнению мониторинга качества применяемых органических вяжущих специалистами ФГБОУ ВПО ДГТУ был произведен выезд в места производства вяжущих с целью отбора проб в требуемом количестве согласно нормативно-технической документации, регламентирующей объем проб и перечень проводимых испытаний.
С целью мониторинга качества и стабильности свойств исследуемых проб вяжущих, пробы одной и той же партии были также отобраны из битумовоза, осуществляющего доставку вяжущего к месту производства работ, и из рабочей емкости АБЗ. После составления «акта отбора проб» все пробы передавались в лабораторию №3 ИЦ «Академстройиспытания» для целей выявления соответствия физико-химических и физико-механических показателей образцов вяжущих требованиям нормативной документации, и сравнительного анализа качественных характеристик, вяжущих в зависимости от места отбора.
За период с июня по август был произведен отбор 6 проб БНД 60/90 и 9 проб ПМБ 50/70 ведущих производителей вяжущих, применяемых на объектах ГК Автодор. Результаты испытаний проб органических вяжущих представлены на рисунках 1-8.
При выполнении комплекса испытаний проб битума нефтяного дорожного вязкого марки БНД 60/90 на соответствие требованиям ГОСТ 22245-90 [2] и ГОСТ 33133-2014 [3] было выявлено, что за весь отчетный период все пробы не соответствуют требованиям ГОСТ 33133 к марке БНД 70/100 по показателям «растяжимость при 0ºС» и изменение температуры размягчения после прогрева в тонкой пленке по ГОСТ 33140-2014 [4], в связи с чем можно сделать вывод о плохой устойчивости битума марки БНД 60/90 к старению (метод RTFOT), что негативно может сказываться на долговечности асфальтобетона в конструктивном слое.
При испытании проб битума БНД 60/90, отобранных из битумовоза на производственной базе подрядной организации, а также из рабочего котла асфальтобетонного завода значительных расхождений в показателях физико-химических свойств не выявлено.

Влияние технологического этапа при отборе проб битума нефтяного дорожного вязкого марки БНД 60/90 на показатель «глубина проникания иглы при 25ºС»

Рисунок 1 Влияние технологического этапа при отборе проб битума нефтяного дорожного вязкого марки БНД 60/90 на показатель «глубина проникания иглы при 25ºС»

Влияние технологического этапа при отборе проб битума нефтяного дорожного вязкого марки БНД 60/90 показатель «температура размягчения»

Рисунок 2 Влияние технологического этапа при отборе проб битума нефтяного дорожного вязкого марки БНД 60/90 показатель «температура размягчения» 

Влияние технологического этапа при отборе проб битума нефтяного дорожного вязкого марки БНД 60/90 на показатель «Динамическая вязкость при 60ºС»

Рисунок 3. Влияние технологического этапа при отборе проб битума нефтяного дорожного вязкого марки БНД 60/90 на показатель "Динамическая вязкость при 60ºС"

Влияние технологического этапа при отборе проб битума нефтяного дорожного вязкого марки БНД 60/90 на показатель «Изменение температуры размягчения после прогрева по методу RTFOT» по ГОСТ 33140

Рисунок 4. Влияние технологического этапа при отборе проб битума нефтяного дорожного вязкого марки БНД 60/90 на показатель «Изменение температуры размягчения после прогрева по методу RTFOT» по ГОСТ 33140

 

Отличие показателей «глубина проникания иглы при 25ºС» и «динамическая вязкость» у проб, отобранных на разных технологических этапах свидетельствует о происходящих процессах старения, вследствие длительного воздействия температуры. Снижение «температуры размягчения» у битума, отобранного из рабочего котла может происходить из-за введения адгезионной добавки. Однако, учитывая допуски нормативно-технической документации на методы испытаний, данные отклонения находятся в пределах допуска.

При выполнении комплекса испытаний №2 проб полимерно-модифицированного битума марки «ПМБ 50/70» на соответствие требованиям СТО АВТОДОР 2.30-2016 [5] все пробы соответствовали требованиям нормативно-технической документации и имели незначительные расхождения в показателях физико-механических свойств вне зависимости от места отбора (рис. 5-8).

Влияние технологического этапа при отборе проб полимерно-модифицированного битума марки ПМБ 50/70 на показатель «глубина проникания иглы»

Рисунок 5 Влияние технологического этапа при отборе проб полимерно-модифицированного битума марки ПМБ 50/70 на показатель «глубина проникания иглы»

Влияние этапа при отборе проб полимерно-модифицированного битума марки ПМБ 50/70 на показатель «температура размягчения»

Рисунок 6 Влияние этапа при отборе проб полимерно-модифицированного битума марки ПМБ 50/70 на показатель «температура размягчения»

Влияние технологического этапа при отборе проб полимерно-модифицированного битума марки ПМБ 50/70 на показатель «Динамическая вязкость при 135ºС»

Рисунок 7 Влияние технологического этапа при отборе проб полимерно-модифицированного битума марки ПМБ 50/70 на показатель «Динамическая вязкость при 135ºС»

Влияние технологического этапа при отборе проб полимерно-модифицированного битума марки ПМБ 50/70 на показатель «Изменение температуры размягчения после прогрева по методу RTFOT» по ГОСТ 33140

Рисунок 8 Влияние технологического этапа при отборе проб полимерно-модифицированного битума марки ПМБ 50/70 на показатель «Изменение температуры размягчения после прогрева по методу RTFOT» по ГОСТ 33140

Соответствие основных показателей физико-механических свойств полимерно-модифицированных вяжущих в большей степени указывает на продолжительное сохранение их однородности в процессе транспортировки, хранения и применения, а незначительные изменения, выявленные при проведении анализов, косвенно указывают на природу органических вяжущих, и присущую им склонность к старению под длительным воздействием температуры. Так же стоит учесть допустимые погрешности при проведении испытаний. Однако анализируя представленные результаты, можно заметить, что у выпускаемых органических вяжущих отсутствует стабильность свойств от партии к партии, что непредсказуемо может сказаться на конечных свойствах асфальтобетона.

Список литературы:

1. Приказ Минтранса РФ от 12 мая 2005 г. N 45 "Об утверждении Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 года"
2. ГОСТ 22245-90 Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия.
3. ГОСТ 33133-2014 Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические требования.
4. ГОСТ 33140-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Метод определения старения под воздействием высокой температуры и воздуха (метод RTFOT)
5. СТО АВТОДОР 2.30-2016 Полимерно-модифицированные битумы. Технические условия