Адгезионные модификаторы для битумных вяжущих: комплексный анализ эффективности
А. Л. ХРАМЦОВ, директор УП «Нефтебитумный завод» (Республика Беларусь)
СОВРЕМЕННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ ОБУСЛАВЛИВАЮТ НЕОБХОДИМОСТЬ ГЛУБОКОГО ИЗУЧЕНИЯ СВОЙСТВ БИТУМНЫХ ВЯЖУЩИХ И ИХ МОДИФИКАЦИИ. В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЧИВОГО КЛИМАТА И ВОЗРАСТАЮЩИХ ТРАНСПОРТНЫХ НАГРУЗОК ОСОБОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПРИОБРЕТАЕТ АДГЕЗИОННАЯ ПРОЧНОСТЬ БИТУМА С МИНЕРАЛЬНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩАЯ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПОКРЫТИЯ РАЗРУШАЮЩИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ. УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «НЕФТЕБИТУМНЫЙ ЗАВОД» ПРОВЕЛО КОМПЛЕКСНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ЭФФЕКТИВНОСТИ АДГЕЗИОННЫХ ДОБАВОК С ПРИМЕНЕНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА.
Качество дорожного покрытия напрямую зависит от характеристик битумного вяжущего, которое определяет поведение асфальтобетона при различных температурных режимах, устойчивость к воздействию влаги и способность выдерживать транспортные нагрузки. Повышение срока службы дорог требует фундаментального понимания свойств битума и трансформаций, происходящих с ним в процессе эксплуатации.
Адгезионная прочность битума с минеральным заполнителем представляет собой критически важный параметр, влияющий на долговечность асфальтобетонного покрытия. Нарушение связи между вяжущим и каменным материалом приводит к потере сцепления, образованию трещин и ускоренному разрушению дорожного полотна. Для предотвращения таких процессов в битум вводят адгезионные добавки, улучшающие смачиваемость и обеспечивающие стабильность адгезионных характеристик даже при воздействии влаги. Эффективность различных добавок, однако, существенно зависит от их химической природы, исходных свойств битума, типа минерального материала и технологии приготовления асфальтобетонной смеси. Универсального решения, подходящего для всех условий, не существует. Задача производителя заключается не только во внесении присадки в требуемой дозировке, но и в получении экспериментального подтверждения, что конкретная комбинация битума, добавки и заполнителя обеспечивает прочное и долговечное сцепление, сохраняющееся на протяжении всего жизненного цикла дорожного покрытия.
Унитарное предприятие «Нефтебитумный завод» сочетает производственные функции с научно-исследовательской деятельностью. Создана современная лабораторная база, позволяющая изучать физикохимические и реологические свойства битумов не только по стандартным показателям ГОСТ и EN, но и с использованием прогрессивного оборудования, обеспечивающего прогнозирование поведения вяжущего с течением времени. Эффективность адгезионной добавки оценивается не только по ее основному функционалу, но и по влиянию на все физико-химические показатели до и после старения.
В рамках углубленного исследования свойств битумных вяжущих на предприятии проведены работы по оценке эффективности различных адгезионных добавок и их влияния на устойчивость битумов к термоокислительному старению, а также по изучению адгезионных характеристик в процессе эксплуатации. Эти исследования направлены на анализ эффективности применения конкретных добавок и выработку практических рекомендаций для повышения долговечности дорожных покрытий.
В ходе испытаний особое внимание уделялось сравнительному анализу добавок, различающихся по химической природе и механизму действия. Изучались не только стандартные параметры, такие как коэффициент сцепления или изменения температуры размягчения и пенетрации, но и характеристики, определяющие структурную стабильность битума, изменение его реологических свойств и термостабильность.
Это создает основу для разработки более долговечных, устойчивых и климатически адаптированных дорожных материалов.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для оценки эффективности предприятием использовался исключительно битум собственного производства. Специалистами отдела снабжения при этом были получены образцы и рекомендации по дозировкам от ключевых поставщиков адгезионных добавок, представленных на белорусском рынке.
В исследовательской работе протестированы семь различных добавок, обозначенных в отчете номерами от «1» до «7» для сохранения анонимности производителей.
Оценка адгезии битумного вяжущего с минеральным материалом (использовался щебень РУП «Гранит») проводилась согласно ГОСТ 11508-76 (метод А). Первоначально была выполнена оценка сцепления битумной пленки с минеральной поверхностью чистого битума без добавок, затем — оценка сцепления с каждой из добавок в рекомендованных производителем дозировках. Применялась пятибалльная система, где полное покрытие битумной пленкой минерального материала соответствует 5-ти баллам.
Образцы битума подвергались старению в тонкой пленке (метод RFOT) и длительному старению (метод PAV). После каждого этапа измерялись как стандартные показатели по ГОСТ/СТБ/EN, так и параметры на приборах DSR и BBR. Результаты измерений представлены на графиках.
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
Температура размягчения: все адгезионные добавки оказали незначительное влияние на начальную температуру размягчения. После RTFOT наблюдалось небольшое увеличение у всех добавок, а после PAV наиболее существенное увеличение зафиксировано у битума с добавкой 3.
Пенетрация при 25 °C: только добавка 3 увеличила пенетрацию битума на 10 единиц. После RTFOT и PAV пенетрация у всех добавок показала схожие значения в диапазоне 75-64 единиц.
Динамическая вязкость битумного вяжущего после введения адгезионных добавок практически не изменилась. Увеличение динамической вязкости битума при 135°C после RTFOT на 45-57% при введении адгезионных добавок находится в пределах нормы. Однако увеличение после теста PAV в 2-3 раза свидетельствует о повышенной склонности материала к старению, что может существенно повлиять на долговечность и эксплуатационные характеристики асфальтобетонного покрытия.
Сдвиговая и усталостная устойчивость после старения: измерения G*/sin δ G*•sin δ в системе Superpave используются для оценки вязкоупругих свойств битумного вяжущего и прогнозирования его поведения в асфальтобетоне при различных условиях эксплуатации. Параметр G*/sin δ характеризует сопротивление битума колееобразованию при высоких температурах, а G*•sin δ отражает устойчивость к усталостному растрескиванию при низких температурах.
Сдвиговая устойчивость после старения должна быть не менее 2,2 кПа. Добавка № 4 незначительно превышает это значение, что указывает на повышенную склонность асфальтобетона на битумном вяжущем с этой добавкой к колееобразованию при повышенных температурах через 5-7 лет эксплуатации.
Усталостная устойчивость после старения должна быть не более 5000 кПа. Добавки 2, 4 и 7 демонстрируют повышенную склонность к низкотемпературному растрескиванию, что может привести к снижению долговечности покрытия и образованию трещин в процессе эксплуатации.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Традиционный анализ показателей температуры размягчения и пенетрации дает лишь ограниченное представление о свойствах битумных вяжущих. Более полную картину обеспечивают реологические исследования, отражающие поведение битума в широком диапазоне температур и скоростей деформации. Такой подход позволяет не только фиксировать текущие свойства материала, но и прогнозировать его изменения под воздействием времени, климатических условий и эксплуатационных нагрузок.
Использование методов ускоренного старения (RTFOT, PAV) и анализ реологических параметров позволяет оценить эффективность замедления процесса старения вяжущего различными присадками и модификаторами. Это открывает возможность не просто эмпирического подбора добавок, а целенаправленного проектирования состава битума под конкретные климатические и эксплуатационные условия региона.
Для предприятия «Нефтебитумный завод» такой подход является принципиальной позицией. Сочетание производственной базы и лабораторных мощностей позволяет вести не только выпуск продукции, но и полноценные научно-исследовательские работы. Именно интеграция промышленности и науки обеспечивает возможность постоянного совершенствования технологий и формирования новой культуры качества дорожных материалов.