Мониторинг качества органических вяжущих на всех этапах их «Жизни»

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.

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

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).

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

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

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

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.

Литература

Статья опубликована в ж. Автомобильные дороги № 3 (2018)

Авторы: Е.А. Еременко, Н.И. Ширяев, Н.Е. Коноплев