|
GlobeCore® международная торговая марка ООО "Завод УКРБУДМАШ"
Skype:
|
||||
36034, Украина, г. Полтава, ул. Садовского 8 тел./факс +38-0532-668645; моб.+38-067-1663333
|
||||
Пути повышения качества: исторический обзор модификации полимерами дорожного битума
Виллем Вонк и Марек Ковальчик Кратон Полимерс
ВведениеПрошло почти 170 лет со времени регистрации первого патента на модификации природным каучуком природного битума, но лишь 25 лет назад модифицированный полимером битум (РМВ) занял на рынке материалов для дорожных покрытий место, достаточное, чтобы быть отраженным в диаграммах. Существуют различные причины того, что потребовалось столько времени, чтобы рынок РМВ был открыт и стал все более явно необходимым в следствии все возрастающей транспортной нагрузки на нашу дорожную сеть. Однако другая причина состоит в том, что полимеры, а тем самым и РМВ, стали теперь доступны, так что их применение гарантировано. Имеются фактические свидетельства того, что применение РМВ снижает циклические затраты, а сегодня имеется и новое свидетельство, демонстрирующее, что использование надлежащего типа и уровня модификации позволяет снизить затраты, начиная с прокладки дорог.
ИсторияКак уже упоминалось во введении, первый патент на модификацию битума природным каучуком был зарегистрирован в середине 19 века. Природный каучук был доступен в форме латекса, и несмотря на высокий молекулярный вес он достаточно легко диспергировался в битуме благодаря очень малому размеру частиц. Существовали очевидные проблемы вспенивания, но при контролируемом добавлении пенообразование также контролировалось. Природный каучук представляет собой полиизопрен, а потому сильно взаимодействует с битумом, так как параметры растворимости полиизопрена и битума весьма близки. Потребовалось некоторое время, чтобы доступными стали и другие полимеры, но даже при этом обычное смешивание достигалось смешиванием латекса с горячим битумом. Примерами являются бутадиен-стирольный каучук (SBR), латекс и хлоропреновый латекс. Общей темой были микрочастицы полимеров, параметры растворимости которых не слишком бы отличались от параметров битума. Невозможно установить, что сделало данное решение не очень экономически эффективным - плотность транспорта в то время или желательное улучшение характеристик, но фактом является, что применение РМВ было довольно ограниченным и что продолжался поиск более экономически эффективного решения.
В какой-то момент
времени, примерно 30-40 лет назад, на рынок были выпущены новые
полимеры, что привело к значительному повышению работоспособности
РМВ. В этих полимерах нужные параметры растворимости сочетались с
блочной структурой, что придало им значительно большую эффективность
при улучшении как реологических, так и механических свойств. Вот
простая иллюстрация: всего 5 % SBR
привели к повышению
вязкости в 15 раз с повышением
температуры размягчения примерно на 20 ºС,
в то время как при блочном полимере стирол/бутадиен (SBS)
вязкость повысилась только в 5 раз при
повышении температуры размягчения примерно на 40 ºС. Другим
примером таких блочных полимеров является этилен-винилацетат , но
хотя эффективность его выше , чем неупорядоченного
EVA, природа основных его
компонентов такова, что работоспособность битума при низких
температурах не улучшается. Эта же
проблема касается и других полимеров, но к сожалению методы оценки
низкотемпературных свойств битума применяемых в Украине несколько
отличаются от мировых стандартов.
Поэтому было неудивительно, что вместе с повышением требований, предъявляемых к сегодняшним дорожным покрытиям, применение РМВ действительно начало использоваться. Сегодняшняя оценка общей доли РМВ на мировом рынке составляет около 10 % общего потребления битума, что эквивалентно примерно 10 млн т РМВ, из которых, согласно дальнейшей оценке, около 65 % производится с SBS, а остальные 35 % делят между собой такие полимеры, как ЭВА, двухблочный SB, полибутадиен, SBR и несколько других. Рыночная доля SBS с годами постоянно росла и продолжает расти. Эти более дорогие модифицированные связующие находят свое оправдание в увеличении срока службы и уменьшении потребности в уходе. Это не самое привлекательное оправдание: было бы намного легче, если бы можно было ввести продукты, требующие меньших денежных затрат при равной работоспособности. Фирма Кратон Полимерс полагает, что она близка к такому предложению цены, но тот факт, что рынок сегодня использует около 10 млн.т РМВ, является, вероятно, наилучшим доказательством экономической эффективности современных модификаторов битума. Дешевые альтернативы для эффективного решения Учет того обстоятельства, что предварительные затраты на модифицированный полимером асфальт выше, чем на обычный асфальт, очевидно открывает путь для альтернативных решений, которые на первый взгляд привлекательны в связи с более низкой ценой, в то время как анализ циклических затрат в течение срока службы почти обязательно доказывает противоположное. В прошлом и сегодня продвигались примерно следующие решения: - Полимеры из отходов: Пример: полиолефины, 25 лет назад австрийская фирма рекламировала этот подход и вначале достигла успеха, пока дороги не стали разрушаться из-за образования трещин; после первых симптомов она начала работать над альтернативами, такими как ПЭНП (полиэтилен низкой плотности), иногда в комбинации с SBS, но привязанность к концепции использования полиолефинов в дорожном покрытии привела компанию к банкротству. Более свежим примером такого потенциально катастрофического подхода является PR-пластик. - Резина из отходов автомобильных шин Этот модификатор был уже разработан до изобретения SBS, но никогда не достиг такого высокого потребления, как SBS сегодня. Существует очевидное преимущество использования отходов, но эти отходы содержат ароматические масла, сажу и оксиды тяжелых металлов, которые при этом не удаляются, а используются в асфальте, который предположительно будет все больше и больше рециркулироваться в последующие годы. Асфальт представляет собой чистый, рециркулируемый продукт, а асфальт с резиной из отходов – нет. - Восковые добавки Предлагались для значительного повышения температуры размягчения и экономии энергии; используется все больше типов восковых добавок. Эти продукты не дают никакого улучшения при низких температурах и не обладают механической прочностью. Было показано, что прочность на разрыв (сопротивление распространению трещин), которая значительно улучшается при модификации с применением SBS, при добавлении 1 % - 2 % воска снижается до уровня, присущего немодифицированному битуму. - Модификаторы реологических характеристик, напр., полифосфорная кислота (ПФК) Были предприняты значительные усилия на рынке для замены некоторых SBS некоторым количеством ПФК, с помощью которой достигаются те же характеристики работоспособности. Хотя эти свойства не являются предметом настоящей статьи, было бы неверно прогнозировать работоспособность на основе традиционных эмпирических испытаний. Но как бы то ни было: ПФК не привносит механическую прочность, так что повышение сопротивления сдвигу, придаваемое модификацией посредством SBS, уменьшится при снижении содержания SBS. С точки зрения реологии можно прийти к тому же результату, но это не то же самое связующее. Интересно отметить, что классификация Суперпэйв (Superpave) была введена в США для исключения «змеиных масел» из числа модификаторов битума, в то время как она приглашала к включению таких материалов, как ПФК.
Требования к полимерам для успешной и экономически эффективной модификации битума Требование номер 1: взаимодействие с битумом, при котором полимер абсорбирует значительное количество битуминозного продукта, занимая тем самым большой объем в связующем. Даже при концентрации всего 5 % богатая полимером фаза может стать непрерывной фазой. Требование номер 2: способность формировать трехмерную сеть в богатой полимером фазе, благодаря чему степень повышения эффективности оказывается более высокой, чем в отсутствие такой способности. Одним из примеров такого различия является SBR, который взаимодействует с битумом так же, как SBS, но обладает гораздо меньшей эффективностью, поскольку неспособен создать трехмерную сеть. Если попытаться добиться этого, например, посредством поперечной сшивки с серой, такие связи будут химическими, что всегда ведет к слишком большому повышению вязкости. Требование номер 3: полимер должен так же допускать рециркуляцию, как битум. Материал отходов, который потенциально может привести к эмиссии вредных дымов, и материал с химической поперечной сшивкой не удовлетворяют этому требованию.
Таким образом, для развивающихся рынков было бы очень важно полагаться на опыт, приобретенный за многие годы в других частях мира, вместо того, чтобы пытаться заново изобретать колесо и экспериментировать с мнимо дешевыми решениями не учитывающими климатические условия Украины а также не всегда соответствующее качество предлагаемых битумов. Эти решения по итогу выливаются в более существенные затраты на обслуживание и содержание дорог. |
||||
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СОДЕРЖАНИЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ...>> | битумная эмульсия | жидкая резина | эмульгатор | латекс | вспененный битум | праймер | подгрунтовка | модифицированный битум | битум | дорожная эмульсия | битумные эмульсии и пасты | мастики и растворы | эмульсия битумная дорожная | адгезионная добавка |
Эта
статья показывает основы для произошедшего роста, текущую долю РМВ
на рынке и тип полимеров, которые создали этот рост. Приводится
также пояснение того, почему данный тип полимера настолько более
успешен, чем полимер любого другого типа.
Сочетание
этих трех основных требований оставляет место для довольно
ограниченного числа подходящих полимеров, и неудивительно, что эти
полимеры используются в ведущих технологиях во всем мире. Эта доля
на рынке базируется на многих годах всесторонних исследований,
оптимизации продукта и оценках работоспособности. Институт
асфальта выпустил отчет, в котором признаются достоинства этих
технологий (Инженерный отчет 215) и который приводит четкие
свидетельства экономической эффективности этих технологий.
Реклама: