Модификация битума для дорожного строительства

Модификация битума полимерами Kraton® - эффективный и широко используемый метод повышения качества дорожных покрытий и увеличения их долговечности.

Компания Kraton Polymers является мировым лидером в производстве блок-сополимеров стирола. Полимеры Kraton D для дорожного строительства успешно применены на многих дорогах, взлетно-посадочных полосах и гоночных трассах по всему миру.

Поврежденное дорожное покрытие представляет собой опасность и создает неудобства для участников движения. Увеличение интенсивности движения приводит к ускорению изнашивания дорог, в то время как требования общества к их безопасности и комфорту повышаются. В этом заключается главная проблема современной дорожной отрасли.

Полимеры Kraton, которые мы поставляем, предоставляют широкие возможности для уменьшения воздействия климатических факторов и интенсивности движения на состояние дорог. Применяя полимеры Kraton для модификации битума, Вы повышаете качество, долговечность, безопасность и комфорт дорожных покрытий.

Сочетание климатического воздействия и транспортных нагрузок может вызвать повреждение дорожного покрытия и потерю его свойств. Основные типы повреждений, возникающих на дороге, - колееобразование и растрескивание.

Добавление в битумное вяжущее полимеров Kraton снижает эти воздействия, что положительно отражается на долговечности и свойствах дорожного покрытия. Даже добавление небольшого количества полимера марки Kraton D изменяет поведение битума, придавая ему эластические свойства и расширяя температурный интервал эксплуатации.

Другие модификаторы решают только отдельные проблемы дорожного строительства, и только полимеры Kraton способны устранить практически все недостатки обычного битума.

• Жаркий климат часто вызывает одновременно пластические деформации, вызывающие колееобразование, и усталостное растрескивание. Из-за высоких температур требуется использование жесткого битума. Часто разница между дневной и ночной температурой вызывает сильную усадку покрытия, при этом возникающие нагрузки приводят к образованию температурных трещин. Асфальтобетон на основе модифицированного битума значительно меньше подвержен подобным разрушениям.
• Воздействие низких температур приводит к образованию усталостных и температурных трещин. Полимеры Kraton значительно улучшают низкотемпературные свойства вяжущего.
• Дороги с высокой интенсивностью движения подвержены постоянным нагрузкам и усталостному растрескиванию, которое инициируется температурными трещинами. На таких дорогах просто необходимо применять полимеры Kraton.

Достоинства полимеров Kraton®

Добавление полимеров Kraton изменяет состояние битума из вязкой жидкости в эластомер. Полимерно-битумное вяжущее обеспечивает гибкость, эластичность и жесткость в широком интервале температур (от -30°C до 80°C), что способствует:

• Уменьшению колееобразования
• Уменьшению трещинообразования
• Уменьшению температурного растрескивания при низких температурах
• Повышению сдвигоустойчивости, что позволяет уменьшить толщину слоев покрытия
• Уменьшению выкрашивания и шелушения

Применение полимерно-битумного вяжущего

Полимерно-битумные вяжущие широко используются не только для производства традиционных горячих асфальтобетонных смесей и ЩМАС, но также для поверхностной обработки и подгрунтовки. Обычно модифицированное вяжущее применяют в слоях износа и промежуточных слоях дорожного покрытия, а также на мостовых сооружениях. Более современные технологии предполагают применение полимеров и для нижних слоев дорожного покрытия, что значительно увеличивает его долговечность и ведет к экономии средств, вследствие возможности уменьшения толщин слоев при использовании полимерно-битумного вяжущего.

Использование битума, модифицированного полимерами марки Kraton D, для приготовления асфальтобетонных смесей обеспечивает:

• Уменьшение остаточных деформаций
• Повышение трещиностойкости
• Снижение эффекта старения вяжущего
• Снижение потерь зерен минерального материала

Предотвращение колееобразования

Образование колеи отрицательно сказывается на безопасности и комфорте дорог. Колееобразование может привести к неожиданному заносу автомобиля. Также в колее может собираться вода, что создает опасность аквапланирования и снижения видимости из-за образования брызг и бликов.

Полимеры Kraton® повышают эластичность битума, увеличивают эластическое восстановление после нагрузок и сокращают образование колеи.

Каждый автомобиль на дороге вызывает кратковременные деформации асфальтобетонного покрытия. Эти деформации обычно восстанавливаются примерно на 100%. Однако, кумулятивный эффект сотен и тысяч колес проезжающих автомобилей приводит к возникновению остаточных деформаций и в конечном итоге к образованию колеи. Со временем происходит ее углубление.

Повышенные транспортные нагрузки и температура усугубляет проблему.

Добавление в битум полимера марки Kraton D увеличивает его вязкость при повышенных температурах и улучшает эластичность вяжущего. Вязкость помогает уменьшить деформируемость поверхности, а эластичность предотвращает возникновение остаточных деформаций. Эта комбинация помогает избежать образования колеи.

За стойкость к колееобразованию также отвечает гранулометрический состав смеси, но вяжущее все-таки играет главную роль. Асфальтобетонные смеси с повышенным содержанием вяжущего должны изготавливаться с применением полимеров для предотвращения образования колеи.

Предотвращение усталостного растрескивания

Растрескивание приводит к повреждению поверхности и разрушению дорожного покрытия. Постоянные транспортные нагрузки инициируют образование трещин, что в результате приводит к образованию выбоин, которые приходится ремонтировать.

Использование жесткого вяжущего - лучший способ предотвратить образование трещин вследствие высоких транспортных нагрузок. Жесткость, достигаемая добавлением полимеров Kraton в вяжущее, позволяет сохранить целостность поверхности дороги в течение многих лет.

Образование усталостных трещин в основном начинается в основании дорожного покрытия - там, где материал находится в напряжении. Возникшая трещина прорастает к поверхности, нарушая гидроизоляционную способность асфальтобетонных слоев. Проникание воды усиливает интенсивность роста тещины и может привести к разрушению основания дороги, особенно при отрицательных температурах.

Трещина разрастается на поверхности дороги и может вызвать образование рытвин. Обширные рытвины возникают, когда основание дороги уже разрушено. Возникновение трещины не всегда обусловлено плохим качеством покрытия, но может быть вызвано релаксацией напряжений. В любом случае, если вяжущее не обладает необходимым сочетанием жесткости и эластичности, образовавшаяся трещина в скором времени начнет расти и в итоге приведет к разрушению поверхности дороги.

Добавление в битум полимеров Kraton® повышает стойкость асфальтобетона к трещинообразованию и распространению трещин. Смешение вяжущего с каменным материалом приводит к возникновению местных концентраций напряжения и микродеформаций. Жесткие и эластичные верхние слои дорожного покрытия остановят развитие трещин, возникших в нижних слоях, сохраняя гидроизоляционные свойства асфальтобетона и защищая основание дороги.

Предотвращение температурного растрескивания

Температурные трещины могут возникать во всех географических зонах, и в жарком и в холодном климате. Особенно заметно это, когда наблюдается большая разница между температурой ночью и днем, летом и зимой. Старение вяжущего увеличивает риск образования температурных трещин, что наблюдается в зонах с жарким климатом при повышении жесткости поверхности дороги.

Трещины нарушают гидроизоляционные свойства дороги и приводят к разрушению основания вследствие проникания воды. В пустынных зонах эти разрушения могут быть вызваны воздействием песка и усадкой вследствие большой разницы дневных и ночных температур.

Транспортные нагрузки способствуют распространению трещин и могут привести к образованию выбоин и рытвин.

Добавление в вяжущее полимеров Kraton® D и использование соответствующего типа битума для слоя износа обеспечивает:

• Повышение стойкости к растрескиванию
• Повышение прочности
• Повышение эластичности

Стойкость к растрескиванию останавливает рост трещин сквозь соседние слои асфальтобетона.

Стойкость к растрескиванию также предотвращает разрастание уже образовавшихся микротрещин в обширные трещины вследствие температурных нагрузок.

Эластичность покрытия исключает хрупкое разрушение и обеспечивает восстановление без остаточных деформаций.

Уменьшение влияния старения вяжущего

Битум представляет собой многокомпонентную систему, состоит из молекул различного размера, многие из которых очень большого размера. С течением времени состав той смеси изменяется. Например, некоторые компоненты приводят к окислению битума. Это выражается в повышении твердости вяжущего, что в свою очередь приводит к увеличению жесткости дорожного покрытия.

Эти явления, называемые старением, происходят как в процессе производства асфальтобетонной смеси при повышенных температурах (кратковременное старение), так и в течение всего срока эксплуатации дорожного покрытия (долговременное старение).

Старение оказывает негативное воздействие на долговечность дороги. Старение означает повышение жесткости, снижение стойкости к растрескиванию и выкрашивание асфальтобетона.

Битум подвергается воздействию высоких температур во время хранения, смешения с каменным материалом, транспортировки асфальтобетонной смеси и ее укладки. В дополнение к этому, вяжущее контактирует с воздухом. Комбинация высокой температуры и воздействия кислорода приводит к испарению летучих компонентов и окислению компонентов битума. Это приводит к повышению жесткости вяжущего (глубина проникания иглы уменьшается). Необходимо контролировать процесс производства асфальтобетонной смеси и учитывать повышение жесткости битума при смешении его с разогретым каменным материалом.

Дорога и, соответственно, битумное вяжущее, многие годы эксплуатации подвергается воздействию температуры, УФ-лучей. Это отражается на структуре битума, теряются легколетучие компоненты, протекают окислительные процессы. Интенсивность воздействия температуры и УФ-лучей обусловлена географическим положением, но протекание окислительных процессов зависит также от типа асфальтобетонной смеси, например, пористые смеси имеют очень большую удельную поверхность, подверженную действию кислорода, при низком содержании вяжущего, что ведет к повышенным нагрузкам на битум.

Повышение жесткости битума в результате старения вызывает ухудшение его свойств:

• Снижение низкотемпературных характеристик
• Снижение стойкости к усталостному растрескиванию
• Снижение стойкости к истиранию покрытия

Растрескивание, вызванное старением, наблюдается на дорогах не только с высокими транспортными нагрузками. Также трещины возникают на дорогах, расположенных в жарких климатических зонах, где вынуждены использовать жесткий битум вследствие воздействия высоких температур. Когда температура опускается ниже некоторого значения, такие дороги покрываются трещинами вследствие повышения жесткости вяжущего.

Модификация битума полимерами Kraton обеспечивает повышение жесткости вяжущего, при этом не делая его хрупким, что предотвращает образование трещин.

Добавление в битум полимеров Kraton® D повышает его стойкость к растрескиванию и эластичность. Высокая эластичность позволяет использовать более мягкие битумы без снижения стойкости к колееобразованию. Более эластичное и мягкое вяжущее также подвержено старению, но вследствие кардинального изменения структуры модифицированного вяжущего, это не приводит к охрупчению при пониженных температурах. Ненансыщенные полибутадиеновые блоки полимеров марки Kraton D сами по себе подвержены старению, что постепенно может приводить к снижению содержания трехблочника СБС и увеличению содержания двублочника СБ. Несмотря на это, комбинация трехблочника СБС и двублочника СБ продолжает обеспечивать высокий уровень свойств покрытия. Этот эффект компенсирует повышение жесткости битума в процессе строения.

Компания Kraton Polymers производит также гидрогенизированные блок-сополимеры марки Kraton G с повышенной стойкостью к старению вследствие отсутствия двойных связей в эластичном блоке. Использование этих полимеров в дорожном строительстве обеспечит превосходную стойкость дорог к старению.

Предотвращение выкрашивания

Потеря зерен минерального материала в последние годы становится серьезной проблемой дорожных покрытий. Увеличение доли использования пористых асфальтобетонных смесей, в которых вяжущее подвержено повышенным нагрузкам и окислительным процессам - одна из причин. Нагрузки увеличиваются в связи с повышением интенсивности движения.

Потеря щебня может происходить по нескольким причинам. Те смеси, которые содержат меньше вяжущего и больше пор, в значительной степени подвержены потере зерен минерального материала. Со временем эксплуатации подверженность этому явлению будет увеличиваться вследствие повышения жесткости покрытия из-за процессов старения. Выкрашивание может происходить в связи с ухудшением когезионных и адгезионных свойств вяжущего.

Когезионное разрушение вяжущего может происходить при высоких температурах, когда вяжущее теряет когезионную прочность когда вяжущее становится жестким. Температура, при которой это происходит, зависит от исходной жесткости битума и от интенсивности старения. Окисление увеличивает твердость. В жарком климате, где применяются жесткие битумы, температура хрупкости вяжущего после старения может приближаться к отметке 0°С.

Адгезионное разрушение на поверхности контакта каменный материал/ вяжущее может происходить:

• Вследствие низкой адгезии из-за некачественного, плохо обработанного или недостаточно разогретого каменного материала.
• Вследствие проникновения воды к поверхности каменного материала под пленку вяжущего
• Вследствие повышения хрупкости вяжущего из-за возникновения местных очагов напряжения на поверхности фаз каменный материал/ вяжущее

Для предотвращения выкрашивания вяжущее должно обладать следующими свойствами:

• оставаться жестким при пониженных температурах
• оставаться жестким после старения
• обладать повышенной когезионной прочностью при повышенных температурах
• быть эластичным для эластичного восстановления после любых деформаций
• создавать достаточно прочное соединение на поверхности вяжущее/ каменный материал

Добавление в битум полимеров Kraton® способствует значительному улучшению всех указанных свойств вяжущего. Несмотря на то что полимеры Kraton не обеспечивают хемособционного взаимодействия вяжущего с минеральным материалом, они способствуют повышению стойкости покрытия к действию воды вследствие снижения интенсивности диффузионных процессов и благодаря большей стойкости вяжущего к отслаиванию вследствие его повышенной вязкости.