Асфальт-Мастер Асфальтирование в Киеве. Строительство дорог
АСФАЛЬТ-МАСТЕР
тел.: 0(97) 290-09-55
Асфальтирование Киев строительство дорог

Главная
Объекты
Фотографии
Техника
Прайс-лист
Статьи
Потребности
Контакты
Другие услуги
Автокран по Киеву и Киевской области
Автокраны
Земляные работы Киев и Киевская области
Земляные работы
Песок, щебень Киев. Услуги Самосвалов по Киеву и Киевской области
Самосвалы
Услуги земснаряда по Киеву и Киевской области
Земснаряд
 

Проблеми якості бітумів та напрямки поліпшення їх властивостей

С. В. Кіщинський, завідувач відділу
органічних в’яжучих матеріалів ДерждорНДІ

Належний стан автомобільних доріг безпосередньо залежить від якісного дорожнього покриття. Оскільки при будівництві й ремонті більше ніж 90% автодоріг України як органічне в’яжуче використовується бітум, то саме від його природних властивостей, фізико-механічних характеристик, технології виробництва залежить довговічність дорожнього одягу.

Підняти та вирішити проблему покращення якості бітумів можливо завдяки розумінню його будови, природних властивостей, недоліків, пов’язаних із виробництвом, та наявністю практичних і теоретичних знань щодо застосування різноманітних добавок для його модифікації.

Будова та природні властивості бітумів, їх вплив на стан покриття

Широке використання бітуму в дорожній галузі зумовлено як його доступністю (внаслідок досить великої сировинної бази та відпрацьованості технології приготування), так і сукупністю природних властивостей, зокрема клейкістю, термопластичністю.

Структура цього матеріалу на сьогоднішній день остаточно не вивчена. Виділяють переважно асфальтени (15–26%), смоли (28–38%) та масла (біля 50%).

На рис. 1 представлена схематична будова бітумів:

Бітуми у дорожньому будівництві застосовуються завдяки своїм термопластичним властивостям. Однак під дією транспортних навантажень, температури та води ці властивості разом із малою міцністю, відсутністю пружності та вибірковою здатністю до зчеплення з мінеральними матеріалами призводять до появи на покриттях деформацій та руйнувань.

Так, через розм’якшення бітуму при підвищенні температури утворюються колії та зсуви, а при зниженні температури у зв’язку з крихкістю та твердістю бітуму виникають поперечні тріщини.

Відсутність пружних властивостей призводить до накопичення в бітумах залишкових напруг під дією тривалих транспортних навантажень і в подальшому до утворення тріщин від утоми матеріалу.

Бітуми містять певну кількість аніонних поверхнево-активних речовин. Це обумовлює погану адгезію (прилипання) в’яжучого до кам’яних матеріалів кислих порід. Вони складають більше 90% кам’яних матеріалів, що використовуються в Україні для дорожнього будівництва. При слабкій адгезії вода відшаровує плівку бітуму від мінеральної поверхні. Незв’язаний мінеральний матеріал виноситься колесами транспорту, і на покриттях з’являються вибоїни та ями.

На рис. 2 показані залежності між вказаними природними властивостями бітумів та видами пошкоджень покриттів:
Залежності між природними властивостями бітумів та видами пошкоджень покриттів

Недоліки бітумів, пов’язані з їх виробництвом

Природні недоліки бітумів поглиблюються та доповнюються вадами, пов’язаними з їх виробництвом на нафтопереробних заводах (НПЗ).

Серед причин випуску неякісних бітумів можна виділити:

  • використання малопридатних легких малосмолистих парафінистих нафт;
  • неоптимально підібраними відходами нафтопереробки;
  • окислення бітумної сировини не у «м’яких» умовах, при невисоких температурах, а в «інтенсивному» режимі, коли температуру та швидкість подачі повітря піднімають до можливої межі, щоб скоротити час процесу переробки до 4–6 годин при відносному збереженні фізико-механічних властивостей бітуму, що нормуються паспортом.

Як наслідок, отримують бітуми погіршеної структури, що характеризуються невідповідним співвідношенням і незадовільним якісним станом складових: асфальтенів, смол, масел, а також перевищеним вмістом парафінів.

Такі матеріали відзначаються:

  • зниженою когезійною міцністю;
  • погіршеними деформативними та реологічними характеристиками;
  • значною зістареністю та малою довговічністю;
  • нестабільністю властивостей при нагріванні до технологічних температур (зокрема різким підвищенням в’язкості та значною втратою у масі);
  • технологічними проблемами при застосуванні (кипіння та розбризкування при нагріванні до температури +140°С і вище).

Використання бітумів погіршеної якості призводить до швидкого старіння покриттів, втрати ними несучої здатності та руйнування.

Властивості еталонних бітумів

В ідеалі дорожні в’яжучі повинні мати:

  • теплостійкість, що обумовлює відсутність колійності на дорожніх покриттях за найвищої температури даного регіону;
  • низькотемпературні властивості, що забезпечують роботу покриттів без утворення тріщин за найнижчої для даного регіону температури;
  • таку когезійну міцність та еластичність, які б дозволяли дорожнім покриттям максимально тривалий час перебувати в пружній стадії з мінімальними залишковими напругами, і, як наслідок, без виникнення тріщин від утоми матеріалу;
  • високу адгезію до кам’яних матеріалів усіх гірських порід, що забезпечує водостійкість дорожніх покриттів, відсутність на них вибоїн та ям;
  • високу стійкість до старіння - мінімально змінювати свої властивості під дією технологічних температур та природно-кліматичних факторів;
  • властивості, що максимально відповідають спеціальним вимогам різних дорожніх технологій.

Напрямки поліпшення властивостей бітумів

Питання забезпечення дорожнього комплексу бітумами, які відповідають сучасним вимогам до роботи дорожніх покриттів, повинно вирішуватись одночасно за двома стратегічними напрямками:

  • Підвищення якості таких матеріалів на основі технологічних можливостей НПЗ. Такі бітуми повинні мати оптимальний груповий склад та структуру, що забезпечують їх підвищену довговічність та покращені властивості.
  • Радикальне поліпшення фізико-механічних властивостей бітумів шляхом комплексної модифікації адгезійними, полімерними або структуруючими добавками.

Заходи з підвищення якості бітумів при приготуванні на НПЗ

Перший напрямок підвищення даних матеріалів при їх виробництві на НПЗ вимагає здійснення ряду заходів, серед яких можна виділити:

  1. Маркетингові заходи, реалізація яких можлива при централізованій політиці закупівлі бітумів:
    • довгострокова прогнозованість обсягів та номенклатури закупівлі;
    • стимулювання ціновою політикою виробництва якісних бітумів (брендів НПЗ) із поліпшеними фізико-механічними характеристиками, а також  спеціалізованих для різних технологій будівництва та ремонту автодоріг;
    • висування додаткових (у порівнянні з діючим стандартом) технічних вимог, що забезпечують підвищену якість матеріалів;
    • гарантії стабільності збуту бітумів, у тому числі спеціалізованих та модифікованих;
    • надання переваги тим НПЗ, які випускають кращі бітуми.
  2. Технічні та технологічні заходи, що повинні здійснюватись при тісній співпраці НПЗ із науково-дослідними інститутами як дорожніми, так і тими, які займаються питаннями нафтопереробки:
    • використання найбільш придатної сировини та контроль її якості;
    • застосування раціональної схеми та суворе дотримання технологічних параметрів виробництва: підготовка сировини, оптимальні режими приготування, контроль процесу виготовлення тощо.
    • удосконалення існуючих та розробка нових ефективних технологій виробництва якісних бітумів із оптимальним груповим складом, який забезпечується не тільки потрібним вмістом складових, але й якісним їх станом: будовою та характером поєднання структуроутворюючих хімічних сполук, а також кількістю різних домішок і мінімальним вмістом парафінів (не більше ніж 3,0%).
    • раціональне використання технології компаундування (змішування) бітумів, отриманих суміщенням якісних окислених із дистиляційними, чи переокислених бітумів із залишковим гудроном або ретельно підібраними іншими нафтопродуктами тощо.
    • застосування дистиляційних бітумів у тих випадках, де вони мають переваги перед окисленими як за якісними показниками, так і за специфікою сфери застосування (наприклад, у бітумоемульсійних технологіях).
    • розробка технологій та налагодження випуску бітумів, спеціалізованих для різних дорожніх технологій (для модифікації, приготування бітумних емульсій, поверхневої обробки, різних типів гарячих та холодних асфальтобетонів тощо).
  3. Заходи з удосконалення нормативної бази:
    • внесення змін до діючих стандартів на бітуми (зокрема в ДСТУ 4044), направлених на підвищення вимог до їх якості;
    • розробка нових нормативних документів на спеціалізовані бітуми різних способів виробництва (призначених для верхніх шарів покриттів, шарів зносу, отримання модифікованих бітумів, емульсій, холодних сумішей тощо);
    • розробка нових та адаптація сучасних закордонних функціональних методів оцінки властивостей даних матеріалів, створення нормативних документів, що базуються на цих методах;
    • гармонізація нормативної бази з євростандартами, стандартами інших економічно та промислово розвинених країн.
  4. Заходи з контролю якості бітумів:
    • · обов'язкова відомча сертифікація;
    • · постійний моніторинг якості з допуском представників замовника на НПЗ,
    • · виявлення та оперативне усунення типових недоліків.

Поліпшення фізико-механічних характеристик бітумів шляхом їх модифікації

Навіть високоякісні бітуми в силу своїх природних властивостей не здатні створювати умови для довготривалої роботи дорожніх покриттів під дією сучасних великих транспортних навантажень та несприятливих погодних факторів.

Тому поряд із забезпеченням потрібної якості та довговічності необхідне радикальне поліпшення фізико-механічних характеристик цих матеріалів шляхом комплексної модифікації адгезійними та полімерними (або структуруючими) добавками.

Адгезійні добавки значно покращують зчеплення бітуму з кам’яними матеріалами, що надає високої водостійкості асфальтобетону й запобігає утворенню на покриттях лущення, вибоїн та ям.

Сьогодні застосовують катіонні поверхнево-активні речовини (ПАР). За кордоном їх використання є обов’язковим у випадках слабкого зчеплення. У Швеції адгезиви вводяться в бітуми практично завжди. У Німеччині діє інструктивний документ, що зобов’язує застосовувати ці речовини при незадовільному зчепленні бітуму зі щебенем. У Польщі реалізується біля 2000 т адгезійних добавок на рік, в Італії – більше 3000 т на рік, що достатньо для модифікації відповідно 700 тис. т та 1 млн т бітуму. У дорожньому комплексі України у 2008 році було використано близько 400 тис. т бітуму, а сукупна реалізація адгезійних добавок склала лише 150 т. У 2009 році обсяг їх використання скоротився вдвічі.

В Україні протягом останніх 9–10 років добре зарекомендували себе вітчизняні адгезійні добавки серії УДОМ (розробник ДерждорНДІ) та адгезив Wetfix BE (виробник компанія «Akzo Nobel», Швеція).

У 2009 році найбільш широко застосовувалась добавка УДОМ-3, яка при меншій вартості відзначається найвищою ефективністю та термостабільністю серед відомих в Україні. За результатами випробувань згідно з ДСТУ Б В.2.7-81, виконаними в ДерждорНДІ та кафедрою технології дорожньо-будівельних матеріалів ХНАДУ, потрібний вміст адгезійних добавок у бітумі з урахуванням їх термостабільності складає: УДОМ-3 - 0,2–0,3 %, Wetfix BE - 0,4–0,5%, інших, які використовуються в Україні (вітчизняних і закордонних) - від 0,5 до 1%.

Без зниження активності УДОМ-3 може зберігатись у бітумі при температурі +180°С протягом двох тижнів, Wetfix BE - при +160°С протягом 5 діб, інші при такій же температурі - 3–5 діб.

Адгезійні добавки, що належать до катіонних ПАР, також уповільнюють процеси старіння бітумів.

Таким чином можна вважати, що сьогодні в Україні питання наявності ефективних адгезійних добавок, які з успіхом здатні боротися з ямковістю на дорогах, є вирішеним.

Полімерні добавки поліпшують міцнісні та деформативні характеристики бітумів і асфальтобетонів. Завдяки цьому підвищується опір покриттів колієутворенню при підвищених температурах, зменшується небезпека виникнення тріщин при низьких температурах та тріщин від утоми асфальтобетону під дією тривалих навантажень.

За кордоном модифікація бітумів полімерами є дуже поширеною. У середньому такі матеріали, модифіковані полімерами, складають близько 10% усіх бітумів, що застосовуються в дорожньому будівництві. У США цей відсоток виріс з 5% у 1993 році до 15% у 2005-му. Бітуми, модифіковані полімерами (БМП), використовують при будівництві та ремонті автомагістралей, ділянок доріг із напруженим рухом транспорту та складними погодно-кліматичними умовами, стоянок та зупинок великовагового транспорту, аеродромів.

Сьогодні на ринку України для модифікації бітумів пропонується значна кількість полімерних добавок, різних за ефективністю та способами застосування.

Відповідно до наказу Укравтодору від 05.04.2000 за №42 «Про покращання якості дорожніх покриттів» в Україні на територіальних та державних автомобільних дорогах забороняється влаштування поверхневих обробок на бітумах без поверхнево-активних добавок (для щебеню з кислих порід), а також верхнього шару асфальтобетонних покриттів при будівництві, реконструкції та капітальному ремонті автодоріг державного значення на бітумах без полімерних добавок та за необхідності поверхнево-активних речовин, а на територіальних дорогах – без поверхнево-активних речовин у випадку використання щебеню з кислих гірських порід.

Крім того, згідно з наказом Укравтодору від 13.03.2006 за №85 «Про впровадження вітчизняних дорожньо-будівельних матеріалів» при плануванні робіт із будівництва, ремонту та утримання автомобільних доріг і штучних споруд надавати перевагу сучасним вітчизняним будівельним матеріалам, дотримуючись забезпечення якості робіт.

Таким чином, при умові безумовного виконання цих двох наказів у дорожників України є цілком реальна можливість поліпшити властивості бітумів та підвищити якість і довговічність дорожніх покриттів.

У той же час виробники, як правило, не мають часу та технічних можливостей для всебічної оцінки й вибору добавок, підбору вихідних бітумів та оптимальних режимів модифікації. У ряді випадків це може призвести не до поліпшення, а до погіршення властивостей асфальтобетонних покриттів.

Відомо, що полімери збільшують в’язкість бітуму, тому модифікація їх підвищеної в’язкості призводить до отримання жорстких та крихких бітумополімерних систем. У результаті, покриття, побудовані з використанням таких в’яжучих, можуть бути схильні до підвищеного тріщиноутворення за низьких температур.

Ефективними заходами з отримання модифікованих бітумів із високими фізико-механічними характеристиками є:

  • Створення на нафтопереробних заводах та/або дорожніх підприємствах сучасних високопродуктивних виробничих ліній із випуску модифікованих бітумів.
  • Розширення та вдосконалення нормативної бази, що забезпечить випуск та застосування високоякісних бітумів, модифікованих добавками різних класів.
  • Здійснення науковими та технологічними центрами технічного супроводу модифікації бітумів та асфальтобетонів, який включатиме:
  • підбір ефективних модифікуючих добавок: адгезійних, полімерних, структуруючих (у першу чергу вітчизняних, що не поступаються закордонним аналогам), встановлення найбільш придатних із них для конкретного виробництва та умов роботи дорожніх покриттів, розробку оптимальних технологій модифікації бітумів та асфальтобетонів;
  • технічний аналіз із виконанням контролю технологічних параметрів приготування модифікованих бітумів та асфальтобетонів;
  • відпрацювання технологічних параметрів та технічний нагляд влаштування дорожніх покриттів із асфальтобетонів на модифікованих бітумах;
  • моніторинг властивостей модифікованих бітумів та асфальтобетонів на об’єктах будівництва, реконструкцій та ремонту автодоріг;
  • моніторинг ділянок автомобільних доріг, побудованих із використанням модифікаторів.

Враховуючи те, що серед усього комплексу дорожньо-будівельних матеріалів бітум є «найслабкішою ланкою», поліпшення його властивостей - найбільш ефективний спосіб підвищення довговічності дорожніх покриттів. Для вирішення цієї задачі існує відповідна нормативна база, є потрібний науковий потенціал та виробничий досвід, справа лише за реалізацією запропонованих заходів.

Статья редактировалась 06.05.2012г.
Повну версію статті читайте в №2, 2010 журналу «Дорожня галузь України».

>
0(97) 290-09-55
Асфальтирование, строительство дорог в Киеве и Киевской области