Новая жизнь «выжатых» битумов

     Приведенные данные показывают, что при использовании вяжущего БИТРЭК заметно повышается предел прочности и усилие сдвига при повышенных температурах, что в свою очередь, значительно увеличивает стойкость асфальтобетонных покрытий к колееобразованию. Это чрезвычайно важно для регионов с жарким климатом. С другой стороны, трещиностойкость этого же асфальтобетона соответствует I классу по требованиям финских норм (PANK 4302), то есть его можно применять в холодных климатических зонах с критической температурой до -35°С. Благодаря высоким адгезионным свойствам вяжущего, асфальтобетон отличается высокой стойкостью к воде и атмосферным воздействиям. Причем еще раз следует подчеркнуть, что вяжущее БИТРЭК готовилось путем модификации исходного битума, который по адгезии и растяжимости при 0°С не соответствовал нормативным требованиям, что и отразилось на характеристиках контрольного асфальтобетона.

     Верхний слой покрытия дороги, выполненный из такого асфальтобетона, за счет введенной химически обработанной резины, обладает повышенным коэффициентом сцепления с колесом автомобиля и пониженным уровнем шума. Асфальтобетон такого состава отличается хорошей способностью к уплотнению и легкостью укладки по сравнению с тем, в котором использовано модифицированное полимернобитумное вяжущее.

     Разработанная технология и материалы применялась в опытно-промышленном масштабе в Московской области при строительстве и ремонте автодороги Р112 в 1998 году. Модифицированию подвергался битум, полученный путем окисления гудрона на локальной установке Т309. Получаемый битум вследствие низкого качества исходного битумного сырья и серьезных отступлений от технологии по большинству показателей не удовлетворял требованиям ГОСТ 22245-90. Характеристики приготовленного на его основе асфальтобетона были также значительно ниже требуемых для дорог такой категории.

     Процесс производства вяжущего БИТРЭК по различным причинам, в основном организационно-технического характера, проводился с недопустимыми отступлениями от технологического регламента. Однако даже в таком виде технология позволила резко улучшить характеристики вяжущего и получить асфальтобетон, соответствующий требованиям ГОСТ 9128-97, а по некоторым свойствам (водостойкость) заметно их превосходящий. По сравнению с асфальтобетоном на обычном битуме и особенно, битуме, модифицированном полимерами типа СБС, увеличился коэффициент сцепления колеса автомобиля с покрытием.

     Проверка этих опытных участков дороги комиссией ведущих специалистов РосдорНИИ и СоюздорНИИ зафиксировала их значительно лучшее состояние по сравнению с соседними участками, выполненными как с использованием битумов, модифицированных ДСТ, так и битумов производства Московского НПЗ. Обследование состояния опытных участков показало, «что после 3 лет эксплуатации, асфальтобетонное покрытие находится в хорошем состоянии, повреждения покрытия, трещины, выкрашивания, колейность отсутствуют. Расположенные рядом контрольные участки асфальтобетонного покрытия имеют отдельные повреждения в виде шелушения поверхности, пятен выкрашивания, слабой колейности, общая площадь которых составляет около 7% от общей площади покрытия».

     Очень хорошие результаты дает применение материалов БИТРЭК в качестве вяжущего для литых асфальтов при строительстве и ремонте автодорог и тротуаров. За счет своей структуры вяжущее устойчиво к воздействию высоких (до 230°С) технологических температур. Разработанные асфальтобетонные смеси для литьевой технологии укладки соответствуют самым жестким нормативным требованиям, хотя и изготавливаются на основе обычных, часто некондиционных, дорожных битумов типа БН(Д) 60/90 и 90/130. Благодаря высокой адгезии и специфичным химическим и структурным свойствам вяжущих БИТРЭК отмечается эффект временного улучшения характеристик уложенных покрытий. В отличие от обычных литых асфальтобетонов значительно снижены сдвиговые деформации (колееобразование) в покрытиях при их эксплуатации. Такие покрытия имеют высокий коэффициент сцепления с колесом автомобиля, что позволяет отказаться от дополнительных поверхностных обработок. Наблюдается хорошее сцепление со старым покрытием, причем без какой-либо дополнительной обработки и праймеризования. Эти отличия позволяют упростить технологию ремонта дорог и избавиться от выравнивания и фрезерования дефектов старых покрытий. Благодаря этому, а также некоторой доле растяжимости литого покрытия при низких температурах отсутствует дальнейшее растрескивание прилегающих участков старых покрытий в процессе эксплуатации.

4. Композиционные резинобитумные мастичные материалы БИТРЭК.

            Результатом проведенных совместно с ГП РосдорНИИ научно-исследовательских и опытно-технологических работ стала разработка и утверждение обобщенных технических условий ТУ 5718–004–05204776–01 на композиционные резинобитумные материалы БИТРЭК, которые выпущены ГП РосдорНИИ взамен временных на модифицированные битумы БМРК и на мастики МРБК-Д,И (изоляционные и деформационные) и специального технологического регламента, разработанного НПФ “Инфотех”. Технические нормативы применимы для продуктов технологии химического модифицирования битумов мелкодисперсной крошкой из резин общего назначения (старое название – технология БМРК). С начала 2000 г. на нескольких дорожных предприятиях Московской области начался опытный, а затем и промышленный выпуск нескольких видов мастичных материалов под новым названием БИТРЭК-Д, И

Технические требования на материалы были разработаны с учетом вышеприведенной концепции, основанной на комплексном критичном подходе к характеристикам и свойствам материалов, работающих в реальных конструкциях и условиях. Использовались результаты проведенных в 1999-2000 гг. испытаний резинобитумных материалов, изготовленных по разработанной нами технологии химической модификации битумов, и сравнении их с достаточно большим количеством имеющихся на отечественном и зарубежном рынке материалов.

Анализ полученных данных показывает, что мастики БИТРЭК-Д,И, имея вполне достаточные характеристики по физико-механическим свойствам, почти такие же, как полимернобитумные материалы, обладают уникальными адгезионными свойствами и высокой водостойкостью. По этим своим характеристикам они приближаются к материалам на основе природных битумов и асфальтов, имея достаточную для практики долю резиноподобных свойств.

Мастики БИТРЭК применялись на строительных объектах дорожной отрасли Московской области в качестве деформационных для мостовых швов со щебеночным заполнением и швов других конструкций. Они показали высокую стойкость к воздействию агрессивных условий внешней среды и хорошую герметизирующую способность. Отличные характеристики мастики показали при проведении гидроизоляционных работ фундаментов строительных конструкций и зданий, однако, мы считаем, что это не главное их применение.

В Санкт-Петербурге проводится работа по перекладке и усовершенствованию трамвайной рельсовой сети. За основу принята немецкая технология, позволяющая уложить рельсы вровень с полотном проезжей части и снизить уровень акустического шума при движении подвижного состава. В данном случае требуется обеспечить плотный и достаточно подвижный контакт между рельсом и материалом дороги, выдерживающий деформации при прохождении вагона и не пропускающий воду. По технологии мастика заливается в штробу, проходящую вдоль трамвайных рельсов и обеспечивает герметизацию тройного стыка сталь, асфальтобетон и демпфирующая рельс резиновая подушка. Достаточно сказать, что из нескольких видов испытанных мастик, мастика БИТРЭК-Д, подобно мастике, рекомендованной немецким разработчиком данной строительной технологии, смогла достаточно надежно и на длительный срок загерметизировать этот узел.

Мастики различного назначения были применены также в Москве для гидроизоляции мостовых железобетонных опор и температурных швов в Гагаринском тоннеле, в Московской области, Ярославле и в других регионах для изоляции мостовых деформационных швов. Во всех случаях получены положительные результаты и отзывы.

В трамвайном депо им. Русакова г. Москва с помощью мастики БИТРЭК приклеено толстослойное резиновое покрытие полов моечного отделения. Одновременно обеспечена гидро- и электроизоляция опасного помещения. По техническим требованиям и достигнутому результату эта операция уникальна, хотя и выполнена обычными строительными рабочими. Этот факт говорит о простоте и нетребовательности технологии применения материалов БИТРЭК.

Опыт практического применения мастик в 2000 г. показал, что при стоимости  в несколько раз ниже, чем зарубежные, они практически обеспечивают их полную замену без ухудшения эксплуатационных качеств объектов, во многих случаях дают заметно выраженный положительный эффект. Это особенно касается адгезионных свойств и долговечности.

5. Преимущества технологии химической модификации окисленных битумов мелкодисперсной резиновой крошкой.

Технология позволяет модифицировать и улучшать низкокачественные окисленные дорожные битумы с помощью дешевых эластомерных модификаторов, в основном резиной из отходов производства и амортизированных шин. Получать резинобитумные материалы БИТРЭК, в которых резина не разлагается и не растворяется, а связывается с компонентами битума прочными, но достаточно подвижными химическими связями и проявляет свои высокие эксплуатационные свойства уже в составе нового композиционного материала. Благодаря такой структуре, имеющиеся как в битуме, так и в резине опасные и токсичные соединения как бы заключены в полимерную клетку и химически связаны, поэтому их выделение значительно затруднено. Неоднократные испытания показали, что по своим санитарно-гигиеническим свойствам материалы БИТРЭК более чистые, чем битум и резина в отдельности и отвечают самым жестким экологическим требованиям.

Технология выгодно отличается от известных способов модификации битумов резиновой крошкой или синтетическими каучуками тем, что не требует предварительной обработки частиц резины или каучука специальными пластификаторами, не требует специального оборудования для интенсивного перемешивания с большим усилием сдвига, позволяет снизить энергозатраты на заключительном этапе модификации, поскольку процесс продолжается и заканчивается при хранении вяжущего.

Модификация проводится в стандартных обогреваемых емкостях для хранения битума. Для предварительного перемешивания резиновой крошки используются обычные битумные насосы или барботирование сжатого воздуха, что категорически недопустимо в случае термоэластопластов. Дальнейшее перемешивание не требуется и во многих случаях просто запрещено, поскольку химический процесс модификации идет в среде выделяющихся реакционных газов, которые пронизывают весь объем смеси.

Это существенно упрощает технологический процесс получения модифицированных вяжущих и повышает экономическую эффективность их применения. Какого-либо переобучения персонала не требуется, поскольку технология проста в исполнении и ее приемы не отличаются от обычно применяемых на АБЗ. Практический опыт применения показал простоту и не критичность технологического процесса, его аппаратурного оформления, широкий диапазон регулирования свойств получающихся вяжущих материалов.

Эффективное совмещение битума с резиновой крошкой достигается в нашей технологии за счет введения добавок специальных химических веществ, определенным образом регулирующих молекулярные процессы деструкции и сшивки частиц резины и конденсированных компонентов битума. Суммарный расход реагентов не превышает 1-2% от массы битума при введении в него 5-15% резиновой крошки. В качестве химических агентов и инициаторов полимеризации используются неорганические окислители, органические перекиси, координационные соединения металлов с переменной валентностью и синтезированные из доступных химических веществ комплексные соединения переходных металлов, способные катализировать процесс «живой» радикальной полимеризации на поверхности частиц резины и в объеме вяжущего.

Введение в окисленные битумы потерянных в процессе нефтепереработки компонентов и создание условий для химической репарации повреждений молекулярной структуры в течение всей жизни материала позволяет придать им свойства подобные природным с их высочайшей стабильностью. Резина в виде мелкодисперсных частиц в данном случае является субстратом, на котором и благодаря которому становится возможным хотя бы частичное возвращение к свойствам природных нефтей и битумов.

Резина, сама по себе, являясь эластомерным материалом с уникальным комплексом свойств, с другой стороны представляет собой особо многотоннажный продукт химической технологии, один из конечных продуктов цепочки переработки нефти и газа, который широко используется в различных отраслях жизни. Масштабы производства резиновых изделий чрезвычайно велики и также велики масштабы образующихся резиновых отходов. Сокращения производства резины в ближайшем будущем не предвидится. Таким образом, отходы резины являются практически неисчерпаемым источником эластомерного сырья для улучшения свойств вяжущих. В развитых странах это поняли, решая наболевшую экологическую проблему ее утилизации. С 1997 года после разработки и патентования соответствующих технологий позволяющих сшивать молекулярные фрагменты резины в битумах, началось ее широкое использование в дорожном строительстве и ремонте. Наше основное достижение – привнесение процессов ступенчатой радикальной полимеризации в режиме «живых» цепей в гетерогенную систему битум–эластомер, как оказалось, стало новым и приоритетным решением, и было запатентовано в рекордно короткий срок.

По сравнению с использованием дорогостоящих модификаторов на основе синтетических каучуков и эластомеров типа СБС, резиновая крошка является значительно более дешевым продуктом, что также делает новую технологию одним из наиболее экономичных способов модификации дорожных битумов.

Достигаемые физико-механические свойства битумных вяжущих материалов, герметиков и мастик позволяют применять их практически во всех известных дорожных и строительных конструкциях с высоким положительным эффектом. Высокие адгезионные свойства и стойкость материалов к старению обеспечивают надежность и долговечность эксплуатации объектов.

Автор:

Николай Смирнов – директор по науке

и производству научно-производственной группы

«ИНФОТЕХ» («Информация и технологии»)