Анализ применения улучшенных дорожных битумов (БНДУ) для ремонта федеральных автомобильных дорог

Анализ применения улучшенных дорожных битумов (БНДУ) для ремонта федеральных автомобильных дорог

Исследованы физико-химические свойства проб битумов нефтяных дорожных улучшенных. Установлено, что представленные для испытаний пробы удовлетворяют нормативным требованиям практически по всему спектру испытаний за исключением показателей определяемых после прогрева вяжущего в тонкой пленке по методике EN 12 607−2 (ЕN 12 607−1), что, по-видимому, свидетельствует о недостаточной устойчивости данных битумов к термоокислительному старению. Изучено влияние адгезионной добавки на интенсивность смачивания битумом поверхности минеральных материалов.

До недавнего времени для нефтяных компаний Российской Федерации битум был остаточным продуктом переработки, в настоящее время производство этого материала выходит на позиции полноценного сегмента рынка углеводородов. Порядка 90% производства битумов в нашей стране приходится на дорожные марки, которые используются входе строительства, ремонта и реконструкции объектов дорожного хозяйства, основным заказчиком которых является государство.

При этом рост роли Федерального дорожного агентства и крупных государственных компаний, как основных идеологов отрасли, влечёт некоторое развитие культуры дорожного строительства. Передовой опыт взаимодействия дорожной и нефтяной индустрии можно рассматривать на примере фирмы «Shell», которая практически не занимается простой продажей битума. Располагая мощной научной и экспериментальной базой, компания разрабатывает новые рецептуры не только битума, но и асфальтобетона, предлагая дорожникам решения для различных внешних условий. Учитывая то, что на состав и свойства битумов влияет не только природа исходного сырья, но и технология их приготовления [1], исследование и совершенствование технологических приёмов для получения более качественного продукта не теряют своей актуальности.

Крупные строительные организации, выполняющие огромные объёмы работ, в условиях возрастающей конкуренции стремятся использовать передовые технологи и материалы. Одними из таких материалов являются битумы нефтяные дорожные улучшенные марок «БНДУ- 60» и «БНДУ- 85», применение которых началось при ремонте федеральных транспортных артерий нашей страны. Незадолго до этого, Государственной компанией «Автодор» был разработан стандарт организации СТО АВТОДОР 2.1. -2011 «Битумы нефтяные дорожные улучшенные. Технические условия», устанавливающий более высокие требования к некоторым физико-химическим показателям, устойчивости к старению и стабильности свойств, для данного типа вяжущих, по сравнению с обычным битумом. Следует отметить, что разработка и производство этих марок битума выполнялись с целью снижения зависимости качества конечного продукта от свойств сырья [2]. битум адгезионная добавка дорожный С целью определения соответствия свойств улучшенных битумов нормативным требованиям сотрудниками ДорТрансНИИ ДГТУ проводились испытания проб битумов марок БНДУ-60 и БНДУ-85, результаты которых представлены в Таблицах 1,2. Отбор проб осуществлялся непосредственно из цистерны битумовоза по прибытию на объекты ремонта федеральных автомобильных магистралей М-4 «Дон» в Воронежской области, и М-1 «Беларусь» в Смоленской области.

Представленные данные свидетельствуют о значительном снижении показателя растяжимости битумов БНДУ-60 после прогрева в тонкой пленке по методике EN 12 607−2 (75−85%), несущественном изменении глубины проникания иглы пенетрометра, не позволившим достичь нормативных значений для данного показателя.

Таблица № 1.

Физико-химические показатели пробы битума марки БНДУ- 60.

Таблица № 2.

Физико-химические показатели пробы битума марки БНДУ- 85.

Для битумов данной марки был зафиксирован высокий коэффициент возрастания динамической вязкости (4,35) свидетельствовавший, по-видимому, о значительных структурных изменениях под действием высоких температур [3], на это же указывает и значительное изменение массы после прогрева (0,2−0,24%).

В результате исследований установлено, что основные физико-химические показатели проб битума БНДУ-60 удовлетворяли нормативным требованиям, однако имелись несоответствия по показателям свойств после прогрева в тонкой плёнке, свидетельствовавшие о недостаточной устойчивости материала к процессам термоокислительного старения.

Схожая ситуация наблюдалась и с пробами битума марки БНДУ-85, которые не соответствовали требованиям по показателю «растяжимость при 25 °С», после прогрева в тонкой плёнке по методике EN 12 607−2. Так же следует отметить, что характерной особенностью для обоих марок битумов является увеличение динамической вязкости после прогрева в тонкой плёнке (в 3 — 4 раза) при сравнительно неизменных значениях глубины проникания иглы пенетрометра, что подтверждает точку зрения о недостаточной информативности традиционной методики оценки качества вяжущих [4,5].

Одним из важнейших аспектов определяющих качество асфальтобетонных смесей является сила сцепления битумной плёнки с поверхностью каменного материала. Смачивание поверхности щебня битумом является необходимым условием для обеспечения равномерного распределения и хорошей адгезии вяжущего при перемешивании с минеральным материалом. Интенсивность смачивания вяжущим поверхности заполнителя на прямую связана с поверхностным натяжением на границе раздела фаз воздух — вяжущее, и зависит от температуры компонентов асфальтобетонной смеси при приготовлении. Известно, что поверхностно-активные вещества так же могут влиять на величину поверхностного натяжения на границе раздела фаз, поэтому определённый интерес представляло исследование влияния адгезионной добавки Амдор-9 на интенсивность смачивания битумом поверхности щебня при разных температурах. Для целей эксперимента определялся краевой угол смачивания битумом эталонной стеклянной поверхности по методу проектирования на экран «сидячей» капли [6]. Исследования проводились на чистых пробах битумов БНДУ-60 и БНДУ-85 и модифицированных 0,5% добавки Амдор-9. Результаты исследования представлены на Рис. 1. и свидетельствуют о снижении краевого угла смачивания вяжущим эталонной поверхности при введении в состав пробы адгезионной добавки. На основе имеющегося опыта исследований критической считается величина краевого угла смачивания равная 15 0. В этой связи, минимальный температурный интервал для приготовления материала с применением битумов данных марок составляет 115−135 0С.

Рис. 1. — Влияние адгезионной добавки на изменение краевого угла смачивания битумов марок БНДУ

Введение

поверхностно-активного вещества позволяет снизить пороговую температуру при приготовлении на 10−15 0С, что, по-видимому, может дать возможность регулирования технологическими температурами при приготовлении асфальтобетонных смесей [7].

Анализируя сложившуюся на сегодня конъюнктуру рынка битумных материалов, хочется отметить наличие положительных тенденций связанных с разработкой новых продуктов [8,9], однако существуют и некоторые недоработки, требующие пристального внимания, как заказчиков, так и производителей [10,11]. Сегодня, улучшение качества битумных вяжущих применяемых для целей дорожного строительства возможно в случае тесного взаимодействия специалистов нефтеперерабатывающей отрасли совместно с ведущими научно-исследовательскими центрами и строительными организациями занимающимися проблемами дорожно-транспортного сектора.

• 1. Гун Р. Б. Нефтяные битумы. М.: Химия, 1973. — 432с.
• 2. Худякова Т. С. О нормативных требованиях к дорожному битуму как материалу целевого назначения // Вестник ХНАДУ. — 2008. — № 40. — С. 21−24.
• 3. Печёный Б. Г. Битумы и битумные композиции. М.: Химия, 1990. — 256с.
• 4. Золотарев В. А. Битумы, модифицированные полимерами и добавками. — СПб.: Славутич, 2013. — 152 с.
• 5. А. С. Колбановская, В. В. Михайлов. Дорожные битумы. — М.: Транспорт, 1973. — 260 с.
• 6. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии. — М.: Химия, 1986. — 216 с.
• 7. Черных Д. С., Строев Д. А., Задорожний Д. В. и др. Оценка влияния количества асфальтогранулята и технологии его подачи на свойства приготавливаемых асфальтобетонных смесей // Инженерный вестник Дона, 2013, № 4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2197.
• 8. Руденский А. В., Калгин Ю. И. Дорожные асфальтобетонные покрытия на модифицированных битумах. / Воронеж. Гос. Арх.-строит. Ун-т. — Воронеж, 2009. — 143 с.
• 9. Loaded wheel testers in the United States: state of the practice. L. Allen Cooley Jr., Prithvi S. Kandhal, M. Shane Buchanan, and other., NCAT Report 00−04, 2000.-15p.
• 10. Validation of Asphalt binder and mixture tests that measure rutting susceptibility, Kevin D. Stuart, Walaa S. Mogawer, and Pedro Romero, FHWA-RD-99−204, 2000. 324 p.
• 11. Николенко М. А., Бессчетнов Б. В. Повышение длительной трещиностойкости асфальтобетона дорожных покрытий // Инженерный вестник Дона, 2012, № 2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2012/856.
• 1. Gun R.B. Neftjanye bitumy [Petroleum bitumens]. M.: Himija, 1973. 432p.
• 2. Hudjakova T.S. Vestnik HNADU. 2008. № 40. pp. 21−24.
• 3. Pechjonyj B.G. Bitumy i bitumnye kompozicii [Bitumen and bitumen compositions]. M.: Himija, 1990. 256 p.
• 4. Zolotarev V.A. Bitumy, modificirovannye polimerami i dobavkami [Bitumen modified with polymers and additives]. SPb.: Slavutich, 2013. 152 p.
• 5. A.S. Kolbanovskaja, V.V.Mihajlov. Dorozhnye bitumy [Road bitumen]. M.: Transport, 1973. 260 p.
• 6. Laboratornye raboty i zadachi po kolloidnoj himii [Laboratory work and tasks on colloid chemistry]. M.: Himija, 1986. 216 p.
• 7. Chernykh D.S., Stroev D.A., Zadorozhniy D.V. i dr. Inћenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, № 4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2197.
• 8. Rudenskij A.V., Kalgin Yu.I. Dorozhnye asfal’tobetonnye pokrytija na modificirovannyh bitumah [Road asphalt-concrete coatings on modified bitumens]. Voronezh. Gos. Arh.-stroit. Un-t. Voronezh, 2009. 143 p.
• 9. Loaded wheel testers in the United States: state of the practice. L. Allen Cooley Jr., Prithvi S. Kandhal, M. Shane Buchanan, and other. NCAT Report 00−04, 2000. 15p.
• 10. Validation of Asphalt binder and mixture tests that measure rutting susceptibility, Kevin D. Stuart, Walaa S. Mogawer, and Pedro Romero, FHWA-RD-99−204, 2000. 324p.
• 11. Nikolenko M.A., Besschetnov B.V. Inћenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, № 2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2012/856.