О развитии нормативно-технической базы, которая может способствовать повышению качества битумных вяжущих.
Современные требования к уровню организации дорожного движения диктуют необходимость максимально широкого использования высокотехнологичных качественных материалов.
О том, как развитие нормативно-технической базы может способствовать повышению качества битумных вяжущих, применяемых в дорожно-строительной отрасли, рассказали заместитель генерального директора по инженерно-техническому сопровождению и внедрению Средневолжского научно-исследовательского института по нефтепереработке (СвНИИНП), руководитель Специализированного института по развитию технологий битумных вяжущих и асфальтобетонов на базе СвНИИНП, д.т.н. Полина Тюкилина и старший научный сотрудник отдела битумов и тяжелых продуктов Специализированного института СвНИИНП, к.х.н. Жанна Попова.
— На международной практической конференции «Сибирские дороги», состоявшейся в феврале этого года в Иркутске, было отмечено, что 95% нормативных документов, применяемых сегодня в дорожном хозяйстве, были приняты именно за последнее десятилетие. И большинство из них касается дорожных строительных материалов, в том числе нефтяных битумных вяжущих. Очевидно, что темпы обновления нормативной базы на битумные вяжущие в последние годы выросли как никогда ранее.
Говоря о качестве битумных вяжущих, следует отметить тот факт, что за последнее десятилетие качество и ассортимент битумных материалов в нашей стране значительно возросли. Данное утверждение основано на результатах мониторинга битумных производств девяти крупных НПЗ России, расположенных по всей территории нашей страны от Саратова (Саратовский НПЗ) до Иркутска (Ангарская НХК). Достигнутые положительные результаты стали результатом большой комплексной работы, выполненной предприятиями нефтепереработки совместно с отраслевыми научными центрами.
Благодаря слаженному взаимодействию производства и науки сделано много: выполнен подбор сырья и оптимизация технологических параметров производства, проведено техническое перевооружение битумных производств, лаборатории укомплектованы новым оборудованием, проведена постановка методов испытаний.
Сегодня перед битумными производствами стоят сложные задачи адаптации к новым требованиям, связанным в первую очередь с дополнительным нормированием устойчивости битумов к температурно-временным условиям деформации.
Для реализации целей, поставленных перед отраслью, требовался кардинально новый подход в оценке качества битумных вяжущих, используемых при устройстве асфальтобетонного покрытия. Таким образом, было принято решение о разработке и введении в действие новой нормативной документации – ГОСТ Р 58400.1, ГОСТ Р 58400.2, ГОСТ Р 58400.3. В основе новых стандартов заложена американская методология Superpave (высококачественные асфальтобетонные покрытия), то есть проектирование составов асфальтобетонных смесей для дорожных покрытий с повышенными эксплуатационными характеристиками.
Следует отметить, что организация производства битумных вяжущих, присвоения марки PG при паспортизации по новым стандартам требует дооснащения заводских лабораторий дорогостоящим зарубежным оборудованием. Сложившаяся геополитическая обстановка внесла значительные коррективы в поставку
высокотехнологичных приборов. До некоторого времени имелись трудности в поиске альтернативных поставщиков. В настоящее время этот вопрос решен, в том числе посредством импортозамещения.
Но если трудности с поставкой оборудования под силу производителям битумов, то вопрос с выбором методов испытаний нужно решать совместно с разработчиками нормативной документации.
Как известно, более 90% территории Российской Федерации находится в природно-климатических зонах с широким диапазоном изменения температур в летнее и зимнее время. Особенно сложно обстоят дела с северными регионами, где в зимний период значения термометра могут опускаться до отметки минус 50 °C. Образование поверхностных поперечных трещин в таких условиях относится к основным дефектам дорожного покрытия. Такое низкотемпературное растрескивание асфальтобетона связано с температурной деформацией при критически низких значениях температуры, когда растягивающие напряжения превышают прочность материала. Климат средней полосы нашей страны характеризуется многократными переходами температуры окружающей среды через 0 оС, когда днем наблюдаются плюсовые температуры, а ночью минусовые. И этот фактор негативно сказывается на долговременной прочности автомобильных покрытий. Таким образом, низкотемпературные свойства битумного вяжущего являются, на наш взгляд, определяющими при выборе марки битума практически для любого региона нашей страны. Корректность определения нижней границы марки по классификации PG гарантирует долговечность дорожных покрытий.
Между тем технические требования ГОСТ Р 58400.1 допускают определение низкотемпературных свойств битумного вяжущего тремя методами испытаний: BBR, DSR и ABCD – на выбор производителя. Очевидно, что каждый метод принципиально отличается от других, сами испытания проводятся на различном оборудовании, о чем подробно изложено в самих стандартах. Сущность метода по ГОСТ Р 58400.8–2019 (BBR) заключается в определении способности битумного вяжущего сопротивляться нагрузке при отрицательных температурах путем воздействия на балочку изгибающей нагрузки. Метод по ГОСТ Р 58400.9–2019 (DSR) состоит в определении комплексного модуля сдвига при различных температурах, жесткости (S (t)) и скорости ее изменения (ползучесть m). Сущность третьего метода по ГОСТ Р 58400.11–2019 (ABCD) состоит в охлаждении образца битумного вяжущего в форме кольца и фиксации скачка деформации (момент нарастания усилий от деформации). При этом результат по ABCD зависит только от жесткости битумного материала и не учитывает ползучесть m, которая как раз и является критической при испытании битума по другим методам.
Мы провели серию испытаний образцов битумов, отобранных у разных производителей, географически распределенных по территории практически всей РФ, и оценили сходимость результатов определения низкотемпературных свойств. Для каждой пробы была определена нижняя граница марки PG-классификации всеми тремя методами, допустимыми ГОСТ Р 58400.1. Результаты представлены в таблицах №1 и №2.
В итоге было установлено, что сходимость результатов различна и зависит от места производства битумов. Такие результаты связаны прежде всего с природой нефтяного сырья, а точнее – нефтей, из которых они произведены. Так, например, анализ битумов НПЗ Центрального и Уральского федеральных округов, перерабатывающих сернистые и тяжелые нефти Урала и Башкирии, показывают, что значения низкотемпературных параметров, выполненные по трем методам, имеют близкие результаты (за исключением результата по DSR для битумов Башкирии (УНХ, Новойл).
Весьма противоположная картина складывается при оценке результатов испытаний битумов Приволжского, Сибирского и Дальневосточного федеральных округов. НПЗ этих территорий перерабатывают нефть других месторождений, а значит, другой природы и свойств. Как правило, это средние и легкие нефти. Анализ битумов АНПЗ и АНХК, которые перерабатывают легкие западно-сибирские нефти и нефти Восточной Сибири, показал значительную разницу нижних температур. Результаты определения низкотемпературной устойчивости разными методами дают расхождение от 6 до 12°С, что не позволяет верно оценить нижнюю границу температур эксплуатации вяжущего и корректно присвоить марку. Выявленные расхождения результатов испытаний при определении нижней температуры эксплуатации битумных вяжущих тремя методами (BBR, DSR и ABCD), допустимыми сегодня на выбор, могут негативно отразиться на достоверности определения температурного диапазона эксплуатации вяжущего.
Если наша задача – разрешить эту ситуацию, то выскажем такую позицию: на наш взгляд, ГОСТ Р 58400.1 и ГОСТ Р 58400.2 требуют доработки, касающейся четкости понимания как производителя, так и потребителя – какой метод испытания при определении низкотемпературных свойств битумного вяжущего считать основным, используемым для целей арбитражных испытаний в случае наличия разногласий в качестве. По нашему мнению, анализ низкотемпературных свойств битумов по методу BBR позволяет более корректно оценить низкотемпературную устойчивость вяжущих по сравнению с DSR и ABCD. Кроме того, испытания по методу DSR занимают больше времени на анализ (8 ч против 2 ч на BBR), что в условиях поточного производства на НПЗ скажется на времени паспортизации готовой битумной продукции. Поэтому наше предложение – внести поправки в стандарты с указанием в качестве арбитражного метода при определении нижней границы PG-марки – ГОСТ Р 58400.8 (BBR), при этом, учитывая, что оборудование для испытаний по BBR в настоящее время не производится на территории РФ, для контроля качества выпускаемой продукции оставить разрешенными все три метода (BBR, DSR, ABCD).
Надеемся, что наше предложение будет поддержано профессиональным сообществом и разработчиками ГОСТа. Мы со своей стороны готовы оказать всестороннее содействие в обосновании.
Подготовил Леонид Григорьев.