ГЛАВА 1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИМЕНЕНИЕ 1.1. Свойства и применение Пластификаторы, адгезионные присадки и эмульгаторы битумных эмульсий являются поверхностно-активными веществами, которые используются в дорожном строительстве для приготовления битумных эмульсий и асфальтобетонных смесей. Они выполняют функцию снижение поверхностного натяжения разнородных сред. ПАВ адсорбируются на поверхности раздела фаз и изменяют их физические и химические свойства. ПАВ обладают смачивающими, эмульгирующими, адгезионными, гидрофобизирующими, моющими и другими ценными свойствами. В дорожном строительстве ПАВ применяют для улучшения сцепления битумов с поверхностью минеральных материалов, в качестве эмульгаторов при производстве битумных эмульсий, для активации минеральных материалов. Адсорбционный слой ПАВ образует мостик между двумя граничащими фазами, противоположными по молекулярной природе. Благодаря этому слою обеспечивается тесная связь между соприкасающимися телами (адгезия). Пластификаторы Использование пластификаторов при получении ПБВ на основе СБС, а также БКВ на основе каучуков позволяет ускорить процесс растворения полимеров, повысить однородность вяжущих и понизить температуру их приготовления. Введение пластификатора позволяет обеспечить требуемый температурный режим (не выше 160 °С) и существенно повысить эффективность вводимого полимера, т.е. получить ПБВ с развитой структурной сеткой при содержании полимера 2,0 – 2,5 %, а также исключить из необходимого комплекта оборудования коллоидную мельницу. Применение пластификатора позволяет существенно ускорить процесс приготовления ПБВ, уменьшить затраты на его изготовление, обеспечить требуемую температуру хрупкости при минимальном содержании полимера. Адгезионные присадки Адгезионные присадки обеспечивают прочное и стабильное сцепление битума и материалов минерального толка. Их задача – обеспечить морозостойкость покрытия, уменьшить эрозии, нивелировать образование трещин, ям и выбоин. Это обеспечивается химическим взаимодействием минерального материала и собственно битума – все с помощью адгезионных добавок. Их поверхностно-активные свойства способствуют усилению процесса адсорбции у минеральных материалов. Адгезионные добавки в асфальт, при использовании, уменьшают водонасыщение асфальта, его предел прочности при цикле замораживания и оттаивания и при водонасыщении. Адгезионные присадки к дорожным битумам увеличивают подвижность органического вяжущего, способствуют уменьшению количества непокрытых зерен минерального материала, что облегчает уплотнение асфальтобетонной смеси. Адгезионные добавки влияют на износостойкость дорожного покрытия, так как износостойкость асфальтобетона в значительной мере определяется прочностью межзерновых связей и устойчивостью этих связей под воздействием погодно-климатических факторов. Эти связи обеспечиваются свойствами битума: внутренним сцеплением (когезией) и сцеплением с поверхностью минерального материала (адгезией). Адгезионные добавки облегчают распределение связующего вещества по поверхности каменного материала. Результатом является уменьшение количества непокрытых частиц и улучшение консистентности смеси, что облегчает уплотнение. Адгезионные присадки не только улучшают сцепление между связующим веществом и каменным материалом, но и вследствие своей химической природы замедляют снижение пенетрации связующего вещества при старении. Битум окисляется на всех этапах производства, хранения, транспортировки, уплотнения и укладки АБС и в более замедленном темпе на протяжении срока службы дороги. Результатом окисления битума является его затвердевание и потеря гибкости дорожного покрытия, что приводит к его разрушению. Изменение затвердевания при старении для обработанного адгезионными присадками связующего вещества снижает тенденцию к трещинообразованию на протяжении срока эксплуатации дорожного покрытия. Эмульгаторы Эмульгаторы представляют собой катионные поверхностно-активные вещества (ПАВ), обеспечивающие создание катионных битумных эмульсий типа «масло в воде», способствующие диспергированию битума в воде и обеспечивающие устойчивость эмульсии от распада на стадии хранения и транспортирования. Эмульгаторы используют при ямочном ремонте дорог, в качестве подгрунтовки, при использовании технологий ресайклинга, сларри-сил и микросюрфейсинга. Для того, чтобы воспрепятствовать процессу отделения одного вещества от другого (придать эмульсии стабильность), применяются эмульгаторы – вещества замедляющие разделение битума и воды. Эмульгатор представляет собой высокоэффективное катионное ПАВ. В процессе диспергирования битума, ПАВ закрепляется на поверхности частиц битума и в течение всего срока хранения не дает битумной эмульсии коагулировать. Для получения устойчивой битумной эмульсии необходимо добавлять эмульгатор. Капли битума держатся отдельно друг от друга вследствие влияния ионизированных молекул эмульгатора, которые ориентируются относительно поверхности капель, создавая электростатическое силовое поле. Устойчивость эмульсии зависит в значительной степени от напряженности этого силового поля. Если применяется эмульгатор катионного типа, то капли будут заряжены положительно (катионная эмульсия), тогда как в случае анионного эмульгатора заряд будет отрицательным (анионная эмульсия). Для предотвращения коалесценции (слипания) частиц битума между собой, перед приготовлением эмульсии в воду вводят эмульгатор, который представляет собой высокоэффективное катионное ПАВ. В процессе диспергирования битума, ПАВ закрепляется на поверхности частиц битума и в течение всего срока хранения не дает битумной эмульсии коагулировать. Эмульгаторы обладают высокой поверхностной активностью, но не образуют сложных структур ни в объеме растворов, ни в поверхностных слоях. Адсорбируясь, эти ПАВ эффективно понижают свободную поверхностную энергию жидкости или твердого тела и тем самым облегчают процесс образования новых поверхностей, т.е. диспергирования в данной среде. Эмульгаторы обладают и некоторым стабилизирующим действием. В результате ориентированной адсорбции гидрофобизируют гидрофильные твердые поверхности и, наоборот, гидрофилизируют гидрофобные поверхности. Эффект гидрофобизации усиливается химической связью – фиксацией полярных групп ПАВ на соответствующих участках твердой поверхности. 1.2. Стандарты и технические характеристики Производство полимер-битумных вяжущих в России регламентируется следующими нормативными актами: ГОСТ Р 52056-2003 «Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блоксополимеров типа стирол-бутадиен-стирол», ГОСТ Р 58400.1-2019 и ГОСТ Р 58400.2 «Дороги автомобильные общего пользования. Материалы вяжущие нефтяные битумные. Технические условия с учетом температурного диапазона эксплуатации» СТО АВТОДОР 2.25-2016 «Каталог типовых конструкций нежесткой дорожной одежды для автомобильных дорог Государственной компании «Автодор» Данные нормативные акты представляют строителям широкие возможности по использованию самых разнообразных материалов для приготовления ПБВ. Пластификаторы Если говорить о пластификаторах, в настоящее время нормативные документы, регламентирующие их применение для подготовки ПБВ, не разработаны. В связи с этим, опираясь на отраслевой опыт и критический анализ научно-технической литературы, в работе были сформулированы требования, которым, на взгляд авторов, должен соответствовать пластификатор для модифицирования битумных вяжущих: 1. иметь высокую температуру кипения и температуру вспышки; 2. характеризоваться малыми потерями при прогреве, быть нелетучим; 3. отсутствием резкого запаха; 4. быть совместимым с компонентами системы и эффективно ее пластифицировать; 5. иметь класс опасности III или IV. Адгезионные присадки Способы испытания для контроля сцепления битумного вяжущего, в котором растворена адгезионная добавка, определяются ГОСТом 11508-74 (метод А), ГОСТ 12801-98 (раздел 24), ГОСТ 12801-98 (раздел 28). Выбор адгезионной добавки в первую очередь зависит от природы каменного материала, разновидности битума или ПБВ и температуры приготовления смеси. Помимо этого в природе существует масса факторов влияющих на качество сцепления, помимо химической природы сырьевых материалов, на качество адгезии так же влияет – структура битума, природа нефтяного сырья из которого его получают, условия его переработки. В части щебня помимо заряда поверхности – поверхностная структура, пористость, форма, абсорбирующая способность. Для каждой пары «битум – каменный материал» не обязательно будет подходить одна и та же адгезионная добавка. На сегодняшний день существует огромный выбор адгезионных присадок для битумов. Наиболее работоспособными являются катионные ПАВ, в качестве которых в дорожном строительстве, во многих случаях, применяются амидоамины, имидазолины, аминосоединения и их соли, но не все из них могут обеспечить стабильность адгезионных свойств, при этом не ухудшив другие физико-химические показатели качества битума (дуктильность, пенетрация при 25 и 0 °С, температура хрупкости, температура размягчения и т. д.), и самое главное обеспечить термостабильность свойств самой добавки при прогреве модифицированного вяжущего в тонкой пленке под воздействием кислорода воздуха ( Эмульсии Производство битумных эмульсий регламентируется с помощью ГОСТ Р 52128-2003 Эмульсии битумные дорожные. Данный норматив определяет требования к эмульгаторам и способы оценки из воздействия. По химической природе эмульгаторы представляют собой смесь производных алкилполиаминоамидов и имидазолинов, полученных на основе растительного сырья или соли четвертичного аммония. Эмульгаторы бывают двух типов - анионые и катионные. Также эмульгаторы различаются по скорости распада произведенной эмульсии на быстрые, средние и медленные.
| 
