Дорожники экспериментируют с рецептурами битума, чтобы найти состав, позволяющий создавать качественное и долговечное асфальтобетонное покрытие при оптимальной себестоимости.
Передовые подрядчики части регионов Российской Федерации начинают активно использовать битумы марки PG. Это добровольная система, тем не менее порядка 10–12% дорожно-строительных компаний уже приняли ее в свою работу. Остальных, по мнению экспертов, сдерживает отсутствие в штате специалистов, способных грамотно работать с данными вяжущими. «Процент небольшой, но все равно к работе с PG стремятся, — говорит Ольга Воробьева, заместитель директора филиала г. Чебоксары ФГБУ «Росдортехнология». — Иногда про битумы PG говорят как о каком‑то отдельном продукте. Но на самом деле любой выпущенный битум обладает характеристиками PG. Просто их наконец начали определять, появились для этого инструменты».
Испытания и исследования PG проходят последние четыре года. За это время специалисты дорожной отрасли накопили достаточно большой опыт практического применения, поэтому не удивительно, что весь массив накопленных данных потребовал внесений дополнений и изменений в действующие стандарты. В частности, претерпели корректировки ГОСТы Р 58400.1 и 58400.2. Последние редакции документов дали определение марки битумного вяжущего с учетом температурного диапазона эксплуатации, где Х и Y обозначают верхнее и нижнее значения фактической марки соответственно. Кроме того, в новой редакции полностью исключен пункт 3.6, то есть удалены из текста приложение расчетной нормативной нагрузки, условия движения и понятие «прогнозируемая средняя скорость транспортного потока». Таким образом, разработчики ушли от привязки типа марки к скорости движения и транспортному потоку. Осталось буквенное обозначение марок и их соответствие среднему значению относительной необратимой деформации. Помимо этого, теперь вяжущие без определения типа марки могут применяться только при нормальных условиях движения. Другими словами, если речь идет о проектировании магистралей или загруженных улиц больших городов, то появляется обязательство использовать вяжущие с определением типа марки.
Варианты управления себестоимостью
Впрочем, на этом исследования в данной области не заканчиваются. Специалисты ищут оптимальную рецептуру, которая, с одной стороны, позволяет приготовить качественный асфальтобетон, а с другой — не выводит себестоимость за рамки бюджета.
На сегодняшнем этапе развития транспортной отрасли требуется производить вяжущее, достаточно устойчивое к сдвиговым нагрузкам, которое будет обладать и релаксационной способностью, то есть станет восстанавливаться после приложенной нагрузки. При этом следует учитывать, что в любом случае материал станет накапливать остаточную деформацию, а именно это в конечном итоге приводит к образованию колей и досрочному разрушению покрытия. Ожидается, что идеальный баланс цены, качества и долговечности помогут найти рецептурные композиции, в том числе гибридные.
Классический подход, рекомендованный в ГОСТе Р 52056 «Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блоксополимеров типа стирол-бутадиен-стирол», предлагает вводить высокую дозировку линейного СБС-полимера. Однако это приводит к проблеме. «Чтобы получить качественный материал, который будет работать на высоких температурных интервалах эксплуатации и обладать хорошей эластичностью, приходится увеличивать количество основного модифицирующего материала. Это делает рецептуру крайне дорогостоящей и иногда просто не проходящей по критериям экономической целесообразности», — считает главный технолог компании — производителя оборудования для дорожных работ Александр Исаков, добавляя, что в работе с PG 70–40 или PG 70–34 увеличение дозировки СБС-полимера доходит до 4,5–5%, что сложно обосновать заказчику с экономической точки зрения.
В то же время эксперт призывает обратить внимание на то, как большое количество пластификатора в составе битума влияет на его характеристики в процессе эксплуатации. Сегодня специалисты прибегают к процедуре принудительного состаривания методом RTFOT, чтобы посмотреть, как материал будет вести себя через десятки лет. Вопреки ожиданиям, битум с большим количеством пластификатора и недостаточной долей полимера в составе становится более жидким и менее устойчивым к сдвиговым нагрузкам. Кроме того, использование различных марок СБС с повышением фазы приводит к тому, что вяжущий материал при приложении нагрузки начинает оказывать большее сопротивление. Соответственно, меняется и уровень деформации — она становится меньше при сохранении релаксационной способности.
В качестве выхода специалисты предлагают использовать гибридную рецептуру и компенсировать недостающие свойства СБС-полимера более дешевыми материалами, которые при приложении нагрузки дают лучшую сдвиговую устойчивость, но не обладают эластичностью. В среднем гибридная рецептура получения PG 70–40 позволяет сэкономить 15–20% от уровня общей себестоимости.
Альтернативные компоненты
Опыты в лабораториях показывают, что можно применять не только линейный СБС-полимер. В качестве альтернативы подойдут радиальные высокомолекулярные марки стирол-бутадиен-стирола либо сочетания с другими модифицирующими добавками, например синтетическими восками или пластомерами, известными как полиэтилены, полипропилены, полиальфаолефины и так далее.
В частности, воздействие отечественных синтетических восков детально изучают в Пермском политехе. «Согласно результатам проведенных исследований, применение данных модификаторов позволяет получать асфальтобетонные покрытия, обладающие повышенной стойкостью к колееобразованию и накоплению усталостных трещин. При этом установлено, что наиболее оптимальным содержанием полиэтиленовых восков в составе модифицированных битумных вяжущих являются дозировки от 1,5 масс.% до 2,0 масс.%», — отмечает начальник лаборатории НПИЛ «ДОРИСС» кафедры «Автомобильные дороги и мосты» ФГАОУ ВО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» Кирилл Тюрюханов.
Исследования Александра Исакова также показывают, что пластомеры хорошо себя показывают в части повышения устойчивости к сдвиговой нагрузке. При этом синтетические воски хорошо и быстро вводятся в битум, а также могут снижать вязкость при повышенных температурах. Помимо этого, в качестве компонентов можно использовать полиэтилены и полипропилены, что дает устойчивость к приложению нагрузки. Если сравнить с СБС-полимерами, то фиксируется уменьшенная амплитуда релаксирующего эффекта, из-за чего процесс восстановления при многократном приложении нагрузки повышается. Хорошую устойчивость к сдвиговой нагрузке обеспечивают и полимерные отходы.
Отметим, что гибридные рецептуры вяжущих материалов с меньшим количеством дорогостоящего пластификатора требуют этапа регулируемой химической стабилизации будущего продукта. Для этого можно использовать активные добавки в малых дозах в виде полифосфорной кислоты или смесей с ее содержанием, а также малеиновый ангидрид.
Светлана Лянгасова