close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Свойства катионных битумных эмульсий модифицированных водным катионным латексом «Butonal ns 198»..pdf

код для вставкиСкачать
УДК 625.768.5
ВЛАСТИВОСТІ КАТІОННИХ БІТУМНИХ ЕМУЛЬСІЙ,
МОДИФІКОВАНИХ ВОДНИМ КАТІОННИМ ЛАТЕКСОМ
«BUTONAL NS 198»
В.К. Жданюк, професор, д.т.н., В.Я. Терлецька, мол.наук.співроб.,
ХНАДУ
Анотація. Наведено результати досліджень властивостей дорожніх
бітумних та бітумно-полімерних емульсій з різною швидкістю розпаду, а
також бітумів та бітумно-полімерних в’яжучих, виділених з них.
Ключові слова: бітумна емульсія, водний катіонний латекс, емульгатори,
утримуюча здатність, показник зчеплення, фізико-механічні властивості.
Вступ
У країнах Західної Європи широке
застосування у дорожньому будівництві
знаходять
дорожні
бітумні
емульсії,
модифіковані полімерами. Такі емульсії
можна використовувати в якості в’яжучого
для влаштування тонких шорстких шарів
зносу способом поверхневої обробки, для
приготування
емульсійно-мінеральних
сумішей типу «Slurry Seal», холодного
асфальтобетону, при реалізації технології
холодного
ресайклингу
старих
асфальтобетонних шарів дорожнього одягу,
зміцнення ґрунтів тощо. Практичний досвід
США стосовно застосування у дорожньому
будівництві
бітумних
емульсій,
модифікованих
полімерами
класу
термоеластопластів, свідчить про зростання у
цьому випадку якості дорожніх покриттів за
рахунок підвищення їх зсуво-, тріщино-,
морозо-, і водостійкості.
Аналіз публікацій
До
основних
полімерів,
які
використовуються
для
приготування
дорожніх бітумних емульсій, відносяться
природний каучук, сополімер стиролбутадієну,
сополімер
стирол-ізопрену,
сополімер
ізобутилен-ізопрену,
поліхлорпропен
та
ін.
Приготування
дорожніх бітумних емульсій, модифікованих
полімерами, може здійснюватись за однією із
трьох
технологічних
схем.
Перша
технологічна схема передбачає попереднє
приготування
дорожнього
бітуму,
модифікованого полімером, з наступним
його
емульгуванням
за
традиційною
технологією. За другою технологічною
схемою передбачається об’єднання полімеру
(у вигляді водного латексу) з водною фазою з
наступним емульгуванням з бітумом, або
подачу на емульгування водного латексу як
окремої складової емульсії одночасно з
«купажем»
та
бітумом.
Додавання
безпосередньо в бітумну емульсію водного
латексу може реалізовуватись за третьою
технологічною схемою [1].
Бітумні емульсії, що виготовлені за другою
або третьою технологічними схемами,
американські
вчені
[2]
пропонують
розглядати як матеріали, які одночасно
містять у водній фазі дрібнодисперсні частки
полімеру та бітуму. Після випаровування
води частки полімеру формують сітчасту
структуру у матриці з бітуму. Відомо, що
наявність полімерної сітки надає бітуму
достатньо високої еластичності при низьких
температурах, завдяки низькій температурі
склування
латексу
та
збільшує
тріщиностійкість
шарів
покриття,
влаштованих
із
застосуванням
таких
в’яжучих. Окрім того, зростає теплостійкість
бітуму, що забезпечує підвищену стійкість
дорожнього
покриття
до
утворення
пластичних деформацій у вигляді колії,
гребінки, напливів та ін. [3].
Для виконання досліджень за допомогою
лабораторної установки (виробництва заводу
«Укрбудмаш»)
[4]
були
виготовлені
повільнорозпадна
та
швидкорозпадна
катіонні дорожні бітумні емульсії із
застосуванням
катіонних
емульгаторів,
відповідно Redicot Е-11 та Redicot Rm007
(виробництво шведської фірми «Akzo
Nobel»).
Для приготування емульсій застосовували
нафтовий дорожній бітум марки БНД 60/90,
який характеризувався такими показниками
властивостей: температура розм’якшення за
кільцем і кулькою – 49 °C, пенетрація при
25 °C – 77 мм-1, пенетрація при 0 °C – 24 мм-1,
дуктильність при 25 °C – 100 см, індекс
пенетрацї – –0,39, зчеплення з поверхнею
скла – 12 %.
Модифікацію
виготовлених
катіонних
дорожніх бітумних емульсій, водним
катіонним латексом, «Butonal NS 198»
здійснювали шляхом змішування латексу з
готовою холодною бітумною емульсією.
Концентрація латексу у складі емульсії
складала 4,7 % від маси бітуму.
Порівняльні дослідження показників фізикомеханічних властивостей катіонних бітумних
емульсій
і
емульсій,
модифікованих
катіонним латексом, здійснювали згідно з
вимогами [5]. Міцність зчеплення бітумів з
виготовлених емульсій з поверхнею зерен
щебеню
визначали
за
стандартною
методикою згідно з [5] та їх утримуючу
здатність за методом Віаліта.
Наведені на рис. 1 дані свідчать про те, що
для
бітумних
та
бітумно-полімерних
дорожніх емульсій властиві близькі значення
показника умовної в’язкості. При цьому
введення водного катіонного латексу
Умовна в’язкість, с
Результати досліджень
6
4
2
0
швидкорозпадна 1 повільнорозпадна
Рис. 1. Показники умовної в’язкості по С425
катіонних бітумних емульсій (без
штриховки – традиційні бітумні емульсії,
з штриховкою – бітумно-полімерні
емульсії)
Індекс розпаду, %
Метою цього дослідження є оцінка впливу
водного катіонного латексу стирол-бутадієнстиролу (комерційна назва «Butonal NS
198»),
що
відноситься
до
класу
термоеластопластів, на властивості катіонних
дорожніх бітумних емульсій з різною
швидкістю розпаду
та на властивості
бітумів, виділених з емульсії.
«Butonal
NS
198»
до
складу
як
повільнорозпадної, так і швидкорозпадної
дорожньої бітумної емульсії викликає
зростання показника їх індексу розпаду (рис.
2), що може бути пов’язане зі збільшенням
вмісту поверхнево-активних речовин в
емульсії, за рахунок ПАВ, які входять до
складу
катіонного
водного
латексу.
Експериментальними
дослідженнями
встановлено, що катіонні бітумно-полімерні
емульсії та традиційні катіонні дорожні
бітумні емульсії характеризуються високою
величиною показника зчеплення з поверхнею
гранітного
щебеню,
визначеного
за
стандартною методикою (рис. 3).
200
150
100
50
0
швидкорозпадна 1 повільнорозпадна
Рис. 2. Індекс розпаду катіонних бітумних та
бітумно-полімерних
емульсій
(без
штриховки
–
традиційні
бітумні
емульсії, з штриховкою – бітумнополімерні емульсії)
Показник зчеплення з
поверхнею щебеня, %
Мета та постановка задачі
100
80
60
40
20
0
швидкорозпадна 1повільнорозпадна
Рис. 3. Показники зчеплення бітумних та
бітумно-полімерних
емульсій
з
поверхнею гранітного щебеню (без
штриховки
–
традиційні
бітумні
емульсії, з штриховкою – бітумнополімерні емульсії)
Для оцінки міцності зчеплення щебеню з
шаром бітуму із досліджуваних емульсій за
допомогою методу Віаліта використовували
митий гранітний щебінь фракції 5 – 10 мм
кубовидної
форми
(виробництво
Кременчуцького
кар’єроуправління
«Кварц»). Утримуючу здатність шару бітуму
із бітумної та бітумно-полімерної емульсії
визначали у відсотках як відношення
кількості щебінок, що залишились на
пластині після випробування, до вихідної
кількості щебінок, укладених на пластину,
заповнену емульсією. Вважали, що емульсія
пройшла випробування, якщо здатність шару
бітуму утримувати зерна щебеню складає не
менше 90 %.
Випробування за методом Віаліта бітумних
та бітумно-полімерних емульсій при різних
температурах показали, що при позитивних
температурах (25 °С та 50 °С) бітуми, як із
швидкорозпадних, так і повільнорозпадних
емульсій характеризуються абсолютною
утримуючою здатністю. Загальний вигляд
пластин після випробування наведено на рис.
4.
б
Рис. 4. Загальний вигляд пластин після
випробування
швидкорозпадної
катіонної бітумної емульсії (а – при
позитивних температурах, б – при
температурі мінус 10 °С)
Результати
дослідження
утримуючої
здатності бітумів із емульсій на різних
емульгаторах при низьких температурах
представлені на рис. 5.
Наведені на рис. 5 залежності вказують, що
бітуми
із
швидкорозпадної
та
повільнорозпадної
бітумно-полімерних
емульсій
характеризуються
більшою
величиною утримуючої здатності в діапазоні
температур від мінус 5 до мінус 25 °С,
порівняно
зі
звичайними
катіонними
дорожніми бітумними емульсіями. Отримані
дані свідчать, що всі бітумні емульсії,
модифіковані катіонним водним латексом,
витримали випробування за методом Віаліта.
При цьому вихідні бітумні емульсії, що
використовувались
для
виготовлення
бітумно-полімерних шляхом введення до їх
складу водного латексу «Butonal NS 198», не
витримали випробування (за винятком
повільнорозпадної бітумної емульсії при
температурі мінус 5 °С).
Утримуюча здатність, %
Вихідному дорожньому бітуму марки БНД
60/90,
прийнятому
для
приготування
досліджуваних
бітумних
та
бітумнополімерних емульсій, характерна величина
показника зчеплення з поверхнею того ж
гранітного щебеню на рівні 15 %.
Порівняння отриманих даних дозволяє
констатувати, що наявність катіонних
емульгаторів Redicot Rm007 або Redicot RE11 у складі бітуму із досліджуваних емульсій
позитивно впливає на зростання величини
показника зчеплення бітумної плівки з
поверхнею щебеню. Додаткове введення до
складу емульсії водного катіонного латексу
«Butonal NS 198» викликає достатньо
помірне зростання величини вказаного
показника (на 4 – 5 %).
а
100
90
80
70
60
50
-5
-10
-15
-20
-25
Температура , ºС
швидкорозпадна
повільнорозпадна
Рис. 5. Температурна залежність утримуючої
здатності
шару
бітуму
із
швидкорозпадних та повільнорозпадних
емульсій (суцільні лінії – традиційні
бітумні емульсії, пунктирні лінії –
бітумно-полімерні емульсії)
Очевидно, що введення до складу катіонних
бітумних емульсій катіонного водного
латексу «Butonal NS 198» приводить також
до зміни інших стандартних показників
фізико-механічних властивостей бітумнополімерного в’яжучого, що утворюється в
результаті
розпаду
емульсії
та
випаровування
води.
Результати
експериментальних досліджень властивостей
в’яжучих, виділених із досліджуваних
бітумних і бітумно-полімерних емульсій
шляхом випаровування води, наведені у табл.
1.
Таблиця 1 Фізико-механічні властивості
в’яжучих, виділених з емульсій
швидко розпадна
розпаднаповільно
швидко розпадна
розпаднаповільно
Фактичні значення для
в’яжучих із емульсій
БЕ
ПБЕ
Пенетрація, 1/10 мм,
при температурі:
25 °С
0 °С
Температура
розм’якшення, °С
82
27
73
26
70
27
70
27
47
48
56
54
Зчеплюваність
із
поверхнею скла, %
83
99
99
99
0,5
0,3
7
6
99
100
Назва
показників
Зміна маси після
0,5
0,3
прогрівання
Зміна температури
розм’якшення після
6
6
прогрівання, ° С
Показник
зчеплюваності із
поверхнею скла
80
96
після прогрівання,
%
Розтяжність при
98
80
25 °С, см
Еластичність при
–
–
25 ° С, %
Індекс пенетрації
– 0,8 – 0,8
латексом стирол-бутадієн-стиролу приводить
до достатньо суттєвого зростання показника
температури розм’якшення (на 6 – 9 °С) та
індексу пенетрації. При цьому бітумнополімерним в’яжучим властиві високі
показники зчеплення з поверхнею скла до та
після
їх
прогріву,
еластичності
та
дуктильності при 25 °С. За показником
еластичності бітумно-полімерні в’яжучі, що
виділені з емульсій, відповідають вимогам
ДСТУ Б В.2.7-135: 2007 до бітумополімерів
марки БМП 60/90-52.
Висновки
Введення до складу катіонних бітумних
емульсій полімерів класу термоеластопластів
змінює фізико-механічні властивості як
емульсій, так і в’яжучих, які утворюються в
результаті
розпаду
емульсії
та
випаровування
води.
Модифікація
швидкорозпадних, та повільнорозпадних
катіонних бітумних емульсій водним
катіонним латексом «Butonal NS 198»
викликає зменшенні швидкості їх розпаду.
В’яжучим із катіонних бітумно-полімерних
емульсій, порівняно із бітумами, виділеними
із традиційних катіонних бітумних дорожніх
емульсій,
властиві
високі
значення
показників
температури
розм’якшення,
еластичності та утримуючої здатності при
низьких температурах, визначеної методом
Віаліта.
Результати
виконаних
досліджень
дозволяють передбачити більш високу
зсувостійкість, тріщиностійкість та корозійну
стійкість
шарів
дорожніх
одягів,
влаштованих із застосуванням бітумнополімерних мастик, порівняно із звичайними
дорожніми
катіонними
бітумними
емульсіями.
Література
100
75
79
62
1,08
0,74
Аналіз
результатів
експериментальних
досліджень фізико-механічних властивостей
в’яжучих, виділених із емульсій, показує, що
модифікація емульсій водним катіонним
1.
Жданюк В.К., Терлецкая В.Я.
Особенности
модифицирования
битумных эмульсий полимерами //
Материалы VII Международной научнотехнической
интернет-конференции
«Применение пластмасс в строительстве
и городском хозяйстве». – Харьков:
ХНАМГ, 2006. – С. 53 – 54.
2.
Koichi Takamura. Improved fatigue
resistance of Asphalt emulsion residue
modified with SBR Latex //AEMA Annual
Meeting in Nashville, 2003.
3.
Louw К., Spence K. and Kuun P. The
use of bitumen emulsions as a cost
effective solution for constructing seals
during winter // 8 conference on asphalt
pavements for Southern Africa, September,
2004.
4. Жданюк В.К., Терлецька В.Я., Кривохижа
О.М., Микитенко С.М. До питання про
застосування
емульсій
бітумних
дорожніх при будівництві та ремонті
автомобільних доріг // Автошляховик
України. – 2005. – №6. – С.33 – 35.
5. ТУ У В.2.7-24.1-03450778-092-2002.
«Емульсії бітумні дорожні».
Рецензент: В.О. Золотарьов, професор, д.т.н.,
ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 15 грудня 2007 р.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
13
Размер файла
671 Кб
Теги
водных, 198, латексов, модифицированные, butonal, pdf, свойства, битумных, катионных, эмульсий
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа