Установки модификации битума. Методические рекомендации по применению полимерно-битумного вяжущего (на основе ДСТ) при строительстве дорожных, мостовых и аэродромных асфальтобетонных покрытий

Установка BSA.ПБВ.01.5000 предназначена для получения модифицированного битума , в том числе (ПБВ).

• Многопроходная установка, обеспечивающая малое время созревания модифицированного битума , с возможностью применения практически всех известных на данный момент полимерных модификаторов, как твердых (в гранулах и порошкообразных), так и жидких;
• В составе установки применяется Massenza, обеспечивающая высококачественное измельчение полимера в процессе приготовления ПБВ , тем самым увеличивается удельная поверхность контакта смешиваемых компонентов, и, соответственно, ускоряются процессы набухания и растворения полимера, а, следовательно, обеспечивается высокая производительность установки;
• Возможность управления процессом измельчения полимера и его растворения в битуме за счет возможности регулирования количества проходов смеси битума с полимером через коллоидную мельницу;
• Тензометрическое весовое дозирование битума и полимеров.

Современные установки для модификации битумов полимерными материалами

Дорожное покрытие должно обеспечивать максимальное сопротивление усталостным разрушениям, обладать устойчивостью к изменениям температур суточных и сезонных циклов. Одним из перспективных направлений, позволяющих решить эти задачи, является применение , в частности (). В настоящее время существует множество способов и материалов для модификации дорожных вяжущих.

Наиболее эффективным для производства ПБВ следует считать оборудование, в составе которого имеются (измельчители), которые обеспечивают измельчение полимера в процессе приготовления ПБВ . При измельчении полимера увеличивается удельная поверхность контакта смешиваемых компонентов, и соответственно ускоряются процессы набухания и растворения полимера. Использование оборудования такого типа позволяет получать ПБВ с регламентированными техническими требованиями при температуре не выше 160 град. C, содержании модификатора не более 3,5 мас. % и маленькой продолжительности процесса . В случае приготовления ПБВ на оборудовании без высокоскоростных измельчителей (коллоидных мельниц) необходимо закладывать большую концентрацию полимера, более высокую температуру процесса (это может привести к старению битума и окислительной деструкции ПБВ , уровень свойств ПБВ при этом существенно снизится), кроме того, продолжительность процесса приготовления увеличивается более чем в 2 раза. На данный момент лучшие показатели распределения (гомогенизации) достигаются только при использовании коллоидных мельниц с высокой степенью измельчения .

Технологическая схема процесса получения ПБВ на установке для модификации битума типа УНБ-4 с использованием коллоидной мельницы во внешнем циркуляционном контуре представлена на рис. 1.

Рис. 1. Технологическая схема процесса получения ПБВ на установке для модификации битума

Нагретый в битумном котле до температуры 160...180 °С битум, насосом Н1.1 через трехходовой кран К1.2 подается к установке. Трехходовой кран К1.2 установлен в среднем положении, обеспечивающим перемешивание - циркуляцию битума в котле, в случае когда установка не потребляет битума. При включении крана К4 и насоса Н2, битум из котла через кран К3 поступает на смеситель СМ, где происходит смешивание с полимером, который предварительно засыпается в емкость V. Смесь полимера с битумом подается в одну из емкостей реакторов Р1, Р2 (в зависимости от положения кранов К1, К2). После выработки полимера из битума V до срабатывания датчика НУ, кран К3 переводился в положение подачи битума в реактор минуя смеситель СМ. Клапан подачи полимера К7 и К6 закрываются. Емкость реактора заполняется битумом до верхнего уровня (ВУ1 или ВУ2). Одновременно с заполнением емкости реактора битумом, происходит его перемешивание. Перемешивание проводится в течении заданного технологическим процессом времени (15...20 мин). После окончания перемешивания переключается соответствующий кран (К1 или К2), включается насос Н1 и мельница М3. Кран К5 устанавливается в положение подачи битума после мельницы в соответствующий реактор. После окончания заполнения емкости первого реактора, заполняется и вводится полимер в емкость второго реактора Р2. Технологический цикл во втором реакторе аналогичен первому. Блок реакторов состоит из двух обогреваемых емкостей выполненных цилиндрической формы с коническим днищем. В качестве теплоносителя используется масло ТП-46. Для снижения потерь тепла реакторы теплоизолированы с помощью теплоизоляционных рубашек. На верхней крышке емкости смонтированы: привод лопастной мешалки; патрубок подачи битума; люк-лаз; датчик-поплавок верхнего уровня битума. Привод мешалки выполнен на базе червячных мотор-редукторов.

Широкое применение в области производства ПБВ по аналогичной технологической схеме также получила установка MASSENZA , специально сконструированная для производства модифицированного битума . Мельница компании MASSENZA имеет особенную конфигурацию ротора/статора, позволяющую 100 % мощности использовать исключительно на измельчающее действие. Фактически, увеличение зазора, имеющее место в мельницах других производителей, в случае когда поступает материал с высоким содержанием полимера означает снижение размельчающего действия, в то время как требуется наоборот в достаточной степени размельчить (расщепить) полимер. MASSENZA разработала совершенно иную систему, которая позволяет осуществлять максимально эффективную на все 100 % работу по размельчению полимера независимо от содержания полимера в материале. Фактически, мельница MASSENZA обладает специальной системой, оснащенной внешним шестеренчатым насосом для подачи в мельницу.

Во многих странах, в частности в России, применяются ультрасовременные установки , которые производятся в Германии, реализующие ту же схему с . Фирма Benninghoven разработала и совершенствует уже в течение десяти лет модельный ряд установок в мобильном или транспортабельном исполнении. Основное оборудование может быть дополнительно укомплектовано специальными компонентами в соответствии с индивидуальной спецификацией в зависимости от назначения оборудования и рецептуры. Комплексы для производства модифицированного битума включают в себя: емкостной парк хранения исходного битума; узел подготовки и смешивания нескольких сортов битума; блок модификации битума с реактором и ; система ввода пластификаторов и добавок; система обогрева; система дозирования; система смешивания концентрата с исходным битумом; емкостной парк для дозревания продукта с мешалками, устройство отгрузки: наливная эстакада с отводом паров, высокотемпературная полимерная в открытом состоянии. Мельница обогревается либо электрически, либо термальным маслом. За счет регулируемого зазора между режущими поверхностями мельницы достигается получение гомогенного ПБВ всего лишь за один рабочий проход.

Осваивается технология модификации битума кавитационными течениями. Яркий представитель данного направления ОАО «Военно-инженерная корпорация» («ВИКор»). Принципиальная схема установки производства ПБВ представлена на рис. 2.

Рис. 2. Принципиальная схема установки ПБВ на базе штатного оборудования участка приема и хранения битума типового АБЗ

Рис. 3. Кавитационный диспергатор КЭМ-20

Заправленный в котел битум разогревается до температуры 170 °С и предварительно перемешивается лопастными мешалками в течение 5 минут, без выключения мешалок постепенно через загрузочный люк вводится 4 % по массе Кратона D1101 и подвергается перемешиванию мешалками в течение 30 минут для предварительного растворения (разбухания) полимера, затем в течение 60 мин проводится циркуляция битумно-полимерной смеси через диспергатор КЭМ-20 по циркуляционному битумопроводу. Диспергация в данном случае протекает в кавитационном диспергаторе (рис. 3). Устройство работает следующим образом: полимерный модификатор предварительно растворяется в керосине и подается на вход. Туда же подается битум и кавитация обеспечивает интенсивный перемешивающий эффект.

Диспергатор КЭМ-20 в специальном исполнении с пропускной способностью до 30 куб. м/ч, установлен в циркуляционный битумопровод после битумной станции и позволяет достигнуть высокой гомогенизации модификатора в битуме. Для работы по этой технологической схеме создана опытная установка производства ПБВ в ОАО «ДСТ № 2, г. Гомель».

Известны установки для производства ПБВ по технологической схеме in-line , которая изображена на рис. 4.

Рис. 4. Технологическая схема процесса приготовления ПБВ при помощи установки PMB Inline Mixer 10-15 т/ч

Суть технологического процесса по схеме в соответствии с рис. 4 сводится к переводу полимера из сухого состояния в жидкое путем экструзии и последующему смешению вязко-текучего полимера с нагретым до рабочей температуры битумом. При этом по ходу движения материалов единовременно осуществляются несколько процессов: экструзия полимера, сочетающая смешение и растворение образующегося расплава с некоторым количеством битума или пластификатора; смешение получающейся аномально вязкой жидкости с некоторым количеством битума и получение в результате с высоким или супер высоким содержанием полимера; последующее смешение полимерно-битумного концентрата с основным потоком битума в соотношениях, обеспечивающих потребное содержание полимера в готовом ПБВ .

Процесс осуществляется поточно, в чистом режиме in-line, то есть на входе в установку имеем битум и сухой полимер, на выходе - ПБВ , сразу готовое к использованию. В таком же режиме in-line в вяжущее в соответствии с рецептурой может быть добавлена или любой другой жидкий компонент, а также, например, дополнительное количество пластификатора или разжижителя. Температура битума на выходе из установки определяется температурой битума на входе. При возникновении потребности в приготовлении разжиженного битума, битума с адгезионной присадкой и т. п. энергетически мощный процесс экструзии задействовать не нужно, достаточно обычной работы дозирующих линий и миксера.

Говоря о процессе растворения полимера, следует отметить, что его растворимость тесно связана не только с соответствующей способностью битума, температурой самого битума, как это обычно отмечается в исследованиях о ПБВ , но и с температурой самого полимера, а также с площадью границы раздела фаз. Чем выше температура полимера, чем выше площадь его соприкосновения с битумом, тем выше скорость растворения.

Следующим процессом по технологической схеме также является процесс смешения, но уже жидкостей с не столь различными вязкостями - полимерно-битумный концентрат и чистый битум. Кроме того, на этой стадии может быть добавлена адгезионная присадка и другие жидкие компоненты, если того требует рецептура. Смешение осуществляется эффективным динамическим миксером.

В качестве емкости готовой продукции предусматривается теплоизолированная вертикальная емкость с перемешиванием и обогревом.

На данный момент на рынке оборудования для производства ПБВ имеется широкий спектр установок и вариантов смесителей, с мешалками различных конфигураций к ним. Проблема переоборудования существующих АБЗ на технологические схемы производства АБС, на основе модифицированного ПБВ может быть решена в соответствии с типом модифицирующих материалов.

Полимерно-битумное вяжущее (далее ПБВ) - один из основных компонентов верхнего слоя асфальтобетонного покрытия современных дорог, существенно продлевающий срок их службы с 3–4 лет (при использовании традиционных дорожных битумов) до 7–10 лет. ПБВ значительно повышает прочность, трещиностойкость, теплостойкость, сдвигоустойчивость, водо- и морозостойкость дорожного покрытия. Наиболее показательной характеристикой асфальтового покрытия произведенного с использованием ПБВ, позволяющей выявить отличие полимерасфальтобетона от традиционного асфальтобетона, является коэффициент температурной чувствительности. Асфальт на ПБВ значительно менее чувствителен к изменению температуры. Удорожание общей стоимости строительства автомобильной дороги с применением ПБВ составляет не более 1%. При этом затраты полностью окупаются за несколько лет эксплуатации дороги.

Практика применения ПБВ широко распространена в США, Европе и Китае. Последние годы в России эта технология становится все более востребованной. Так, например, в мае 2013 года был принят и введен в действие отраслевой дорожный методический документ ОДМ 218.3.026-2012 «Рекомендации по применению высокоплотных асфальтобетонов на основе полимерно-битумных вяжущих для покрытий автомобильных дорог в различных климатических условиях Российской Федерации». В соответствии с этим документам рекомендуется применение ПБВ по ГОСТ Р 52056 в составе высокоплотных асфальтобетонов взамен битумов по ГОСТ 22245, что позволяет значительно повысить качество дорожного покрытия, учитывать фактические климатические условия и условия движения автомобилей, при которых эксплуатируются дорожные покрытия в любом регионе России. Работоспособность покрытия, его ровность, отсутствие или наличие дефектов на нем является важнейшей, а в ряде случаев и главной характеристикой потребительского качества автомобильной дороги, так как она определяется быстро и визуально.

Как известно Россия отличается суровым и резко континентальным климатом, с одной стороны, с низкими отрицательными температурами и с высокими положительными температурами с другой стороны. Так, например, температура воздуха наиболее холодных регионов зимой может доходить до минус 63°С, а в жаркие летние дни поверхность покрытия может нагреваться до высоких температур, от 55°С до 62°С. Таким образом температурный интервал, в котором работает покрытие достигает 125°С. Кроме того в потоке автомобилей значительную часть составляют грузовые, которые и определяют повышенные динамические воздействия на покрытия, увеличивая амплитуду прогиба, провоцируя усталостные процессы и ускоряя накопления пластических деформаций и микротрещин.

С целью учета климатических условий эксплуатации покрытий, для обеспечения их требуемой трещиностойкости и сдвигоустойчивости, ПБВ должно удовлетворять всем высоким требованиям. Термическая чувствительность не позволяет обычным битумам хорошо вести себя и при высоких, и при низких температурах, заставляя «модифицировать» каким-либо образом свойства битума. Наличием асфальтенов обусловлены специфические свойства битумов, а именно вязкость (пластичность) и упругость, устойчивость к определенным типам деформаций, сцепляющие и связующие свойства. Упругость и пластичность обусловлены наличием смол и мальтенов. Анализируя групповой состав битума и свойства компонентов, можно оценить какие параметры являются наиболее важными при модифицировании битума полимерами. Определяющим фактором является совместимость битума с полимерами. Растворимость полимерных материалов в битуме зависит от многих параметров, из которых наиболее важными являются: различие в параметрах растворимости полимера и мальтеновой фазы полимера, а так же количество и типы асфальтенов, содержащихся в битуме.

Технологический процесс производства ПБВ можно разделить на две части: непосредственное производство, когда происходит смешивание битума с полимером на специализированной установке и дозревание в емкостях хранения готового ПБВ, где вступая в контакт с битумом, эластомерные блоки полимера разбухают, поглощая значительную долю мальтеновой фракции битума. Таким образом, после смешивания с битумом полимер разбухает и объем обогащенной фазы в 5-10 раз превышает объем добавленного в смесь полимера. Высокие рабочие характеристики достигаются только при условии точного контроля дозировки полимера и его распределения в битумной массе. Как показали исследования европейских специалистов, лучшие показатели распределения (гомогенизации) достигаются при использовании мельницы с высокой степенью измельчения. Мельница (гомогенизатор) является главной частью завода по производству ПБВ. На рынке имеется несколько видов мельниц, причем большая их часть спроектирована для других отраслей промышленности (пищевой, химической, деревообрабатывающей), но используется для производства полимерно-модифицированных битумов. Компания MASSENZA разработала собственную модель мельницы, специально предназначенную для производства модифицированного битума и являющуюся лучшей в этой отрасли. Кроме того, MASSENZA разработала специальную систему с насосом переменной скорости, питающим мельницу. Такая система позволяет самой мельнице не тратить энергию на накачивание (как это происходит у большинства других производителей), направляя всю ее на измельчение, а также постоянно обеспечивает максимальный выход продукта путем регуляции потока сырья. Стоит отметить, что специалисты компании MASSENZA постоянно продолжают исследования в области взаимодействия полимера и битума, влияния процесса измельчения в мельнице на качество конечного продукта и в 2014 году фабрика выпустила новую модель мельницы – PMB 490-S, конструктивные элементы которой спроектированы так, чтобы конечный продукт обладал высочайшими характеристиками. Новая мельница обеспечивает более мелкую дисперсию, что в свою очередь способствует сокращению времени на химическую фазу дозревания и повышению производительности. Эта модель, по сравнению с предыдущими, включает в себя следующие улучшения:

• ротор и статор большого размера;
• более износостойкие материалы;
• улучшенная система подачи битума и полимера в мельницу;
• новая конструкция измельчающих элементов ротора и статора.

Новая конфигурация гомогенизатора позволяет увеличить эффективность его работы на 40%, по сравнению с предыдущими моделями, что в свою очередь повысило производительность самих установок для производства ПБВ.

Помимо процесса измельчения качество ПБВ сильно зависит от точного соблюдения рецептуры, и соответственно от точности дозировки компонентов на заводе. Зачастую на заводах для производства ПБВ отсутствует система измерения дозировки полимера и дозировку регулирует оператор, измеряя количество мешками, либо же реализована система объемного измерения дозировки полимера в емкость, которая так же обладает большими погрешностями. Установки для производства ПБВ компании MASSENZA оснащены питающим бункером, объёмом 600 литров, который имеет автоматическую весовую систему дозирования полимера. Бункер расположен на тензодатчиках, что позволяет осуществлять точнейший контроль дозировки полимера. Не менее важна точность дозировки битума. Эту задачу производители установок решают двумя способами: либо оснащают смесительные емкости тензодатчиками, причем с их помощью осуществляют контроль дозировки, как битума, так и полимера. Что является ошибочным технологическим решением так, как на емкость, куда осуществляется дозировка полимера, давит массой дозирующий полимер шнек и все подсоединенные трубопроводы, а так же передается вибрация от работы агрегатов (насосы, мельница, мешалки). Все это ведет к тому, что данная система выдает очень большую погрешность показаний. Либо на установках реализовано объемное дозирование битума зависимое от точности подачи насоса, открыванию — закрыванию клапанов. Дозировка битума при закачке в установку MASSENZA осуществляется более инновационным способом через специальное устройство по принципу Кориолиса (измерительная система в кожухе, измеряет интенсивность подачи вне зависимости от других параметров жидкости, таких как: плотность, температура, давление, вязкость, электропроводность и др.). Причем данная система оснащена контролем температуры входящего битума, так как для правильной модификации битума полимерами большое значение имеют температурные режимы и точность их соблюдения. То есть, если исходный битум не соответствует требуемой температуре (по любым возможным причинам), происходит остановка процесса и система сигнализирует об этом оператору.

Как известно, дорожные битумы, выпускаемые в России, не удовлетворяют требуемым для производства ПБВ характеристикам. Битумы недостаточно трещиностойки, не теплостойки, не эластичны и окислены (бедные ароматикой). Для улучшения совместимости полимера с битумом и создания пространственной структурной сетки, в качестве одного из компонентов ПБВ применяются специальные добавки, либо ароматические масла (для того чтобы обогатить бедный на масла битум, т.е. сделать своего рода первоначальную модификацию битума маслами). На установках MASSENZA имеется линия по вводу пластификатора (ароматических масел), причем данная система с кожухом обогрева специально разработана для наиболее популярных пластификаторов в России, дозируемых при температурах до 120 градусов Цельсия.
Помимо точности дозировки всех компонентов и эффективной гомогенизации битума с полимером важным критерием, от которого сильно зависит качество конечного продукта, является температурный режим производства. В установках MASSENZA реализован подогрев всех насосов, емкостей, клапанов и мельницы, за счет термального масла. Данная система «косвенного подогрева» обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с паровым, жаровым и электроподогревом. В первую очередь за счет масляного подогрева возможно одним контуром циркуляции масла обеспечить подогрев всего потребного оборудования: внутренние трубопроводы и агрегаты установки по производству ПБВ, а так же всей вспомогательной инфраструктуры (трубопроводы, битумные насосы, емкости, клапаны, задвижки). При масляном «мягком подогреве» не происходит окисление и коксование битума, и соответственно ухудшение и так не идеального по своим эксплуатационным характеристикам битумного вяжущего. Так же масляные системы подогрева, как правило, наиболее эффективны с точки зрения эксплуатационных затрат на теплоэнергию, и очень важно, что подобная система подогрева позволяет достаточно точно выдерживать все температурные режимы на всех технологических стадиях производства ПБВ, что качественно влияет на характеристики конечной продукции.

ОПИСАНИЕ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ПМБ (ПБВ)

В последнее время по всему миру значительно растет использование полимер - модифицированного битума (ПМБ) или полимер-битумного вяжущего (ПБВ). Многочисленные тесты подтверждают значительное увеличения срока службы дорог с ПМБ покрытием в особенности в регионах с большим перепадом температур и повышенной нагрузкой на дороги.

ENH Engineering- одна из ведущих мировых компаний, производящих установки для изготовления ПМБ. Мы самостоятельно разработали и произвели большое количество установок непрерывного (поточного) типа, которые имеют неоспоримые преимущества по сравнению с циклическими установками.

Вот краткое описание непрерывного процесса производства ПМБ.

Исходные материалы вводятся в установку раздельно. Главный элемент это битум, остальные материалы вмешиваются в него. Битум нагревается до температуры 140-180°С в постоянном течении через теплообменник, который нагревается термальным маслом температурой 240°Си имеет мощность 400кВт. В ряде случаем одно или несколько ароматических масел вместе с адгезионными реагентами может быть введено в битум для улучшения свойств конечного ПБВ. Дозировка всех жидкостей осуществляется расходомерами. Актуальное значение регистрируется системой управления и автоматически регулируется в соответствии с заданным рецептом.

Полимеры, в данном случае СБС вводятся посредством весовой системы дозирования. Она состоит из весов расположенных на тензодатчиках. Тензодатчики соединены с компьютером, к который управляет дозировкой полимеров. Точность системы очень высокая.

Из системы дозировки полимеры направляются в небольшую емкость для предварительного смешивания с битумом и другими жидкостями. Из этой емкости смесь попадает в мельницу. В мельнице полимерный гранулят дробится на мелкие частицы и эффективно вмешивается в битум.

Если Вы выиграли торги по проекту с обязательным применением ПВБ у Вас есть 2 выбора:

1) Найти поставщика ПБВ в регионе и заказать у него.

2) Начать собственное производство ПБВ.

Если 2-ой вариант кажется Вам сильно хлопотным, затратным, сложным и неперспективным – то скорее всего Вы проецируете мнение крупных поставщиков ПБВ, которые не желают терять своих заказчиков.

Выгода

Монтаж

Сборка готовой установки и обучение персонала не займет больше 1 месяца. Вам также не потребуется большая площадь, так как установка может быть выполнена в виде контейнера с возможностью перевозки с одного завода на другой.

Варианты установок

Есть несколько вариантов выбора подходящего оборудования, самыми популярными в РФ являются установки немецкого концерна Бенинховен, производительностью от 8 до 16 тонн в час. И конечно, такие установки прекрасно справляются со своей задачей, однако их стоимость, особенно учитывая динамику изменения курса евро, порой в 2,3,4 раза выше отечественных аналогов.

Есть интересные американские мобильные установки, их стоимость, как правило, ниже европейских. Одно из преимуществ американских ПБВ-установок заключается в том, что они могут работать как на полимерно-битумном вяжущем — ПБВ так и на резинобитумном вяжущем — РБВ (типа ). Особенность американской технологии состоит в том, что они экономят полимерное битумное вяжущее за счет добавления резиновой крошки, которая в процессе дробления также диспергирует в объеме битума и придает ему дополнительную упругость и устойчивость. Недостатки – отсутствие сервисных центров в РФ.

Помимо вышеперечисленных варинатов мы со своей стороны готовы предложить Вам заманчивую с соответствующим качеством.

Преимущества использования ПБВ установок

Если по проекту Вам требуется произвести 30 тысяч тонн асфальта на ПБВ и более, то мы можем смело утверждать, что покупка ПБВ установки окупит себя уже в этом году. Калькуляция здесь довольно простая, возьмем стоимость ПБВ на рынке – 26 рублей за кг. Себестоимость ПБВ собственного производства – менее 20 рублей за кг – экономия 6 рублей/кг. Для производства 30 тысяч тонн асфальта вам потребуется около 1,5 тысяч тонн ПБВ. Умножаем 1 500 000 на 6 и получаем 9 миллионов рублей экономии – вполне достаточно, чтобы окупить установку блочного типа с 1 реактором, производительностью 8 тонн в час.

Еще одним из плюсов собственной ПБВ установки является возможность перестраивать производство от дорожно-строительной направленности в область кровельных изделий. Все что для этого нужно – несколько другой тип СБС и соответствующий битум и у Вас может появится дополнительное производство кровельного ПБВ под нужды уже другого рынка.

Обращайтесь, мы поможем найти оптимальное решение.

В результате модификации битумов полимерами с эластическими и пластическими свойствами получается полимерно битумное вяжущее (ПБВ). ПБВ – это качественно новый материал, применение которого позволяет продлить срок службы дорожных покрытий. Если провести сравнение ПБВ с обычными битумами, то можно отметить, что модифицированный продукт обладает целым комплексом новых свойств: трещиностойкостью, эластичностью, повышением прочности при растяжении, широким интервалом пластичности.

Производство полимерно битумных вяжущих

На сегодняшний день способы модификации битумов полимерами изучены и освоены в достаточной степени. Наладить выпуск ПБВ можно как на асфальтобетонных заводах с терминалом, так и на собственных производствах.

Получение качественных полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) для последующего производства асфальтобетона не теряет своей актуальности вот уже на протяжении многих лет. В первую очередь это обусловлено тем, что в отличии от той же битумной эмульсии ПБВ до сих пор остаются продуктом, который не может долго сохранять свои свойства, т.е. быстро портиться.

ПБВ имеют тенденцию к расслоению, поэтому требуют эффективного перемешивания. Не стоит также забывать, что ПБВ, полученное с использованием СБС-полимеров, в условиях высоких температур подвергается медленному влиянию деструктивных процессов. Потеря свойств материала будет происходить тем быстрее, чем выше его текущая температура.

Это и является основной трудностью при работе с ПБВ, так как необходимо всегда обеспечивать как можно меньший промежуток времени между изготовлением и использованием вяжущего при получении асфальтобетонной смеси.

На сегодняшний день наиболее эффективным методом производства ПБВ можно считать процесс с использованием такого устройства, как коллоидная мельница. Она стала правопреемником обычной мешалки, которую ранее устанавливали в расходных емкостях. Сначала в эти емкости помещался битум, а затем засыпался полимер. Далее содержимое перемешивалось до тех пор, пока не происходило полное растворение полимера. В этом случае на время приготовления существенное влияние оказывает температура битума и эффективность мешалки.

Основная суть процесса сохранилась и до наших дней. Полимер растворяется в мальтеновой фракции битума, после чего образует оболочку, под которой находится нерастворенное ядро частицы. Главной задачей коллоидной мельницы является удаление набухшей оболочки и обнажение ядра для создания условия его растворения в битуме. Для полного растворения полимера необходимо обеспечить циркуляцию вещества через диспергатор.

Существуют также технологии, не предусматривающие многократное прохождение. В этом случае полимер попадает в мельницу один раз вместе с потоком битума, который пребывает практически в твердом состоянии. Проходя через зазор между ротором и статором, полимер измельчается до необходимого размера. На этом процесс не заканчивается – полученное вещество нужно перемешать до завершения всех процессов растворения частиц полимера.

Как видим, получение асфальтобетона и ПБВ – два отдельных производства с разной цикличностью. Это значит, что вначале нужно получить необходимое количество и только потом можно приступать к производству асфальта.

Применение полимерно битумных вяжущих

На дорожные покрытия возлагается функция обеспечения максимального сопротивления усталостным нагрузкам, а также устойчивости к изменению температурного режима. Модифицирование битумов – одно из наиболее перспективных направлений, позволяющих справиться с данными задачами.

Модифицированный битум по стоимости превышает битум обычный, но его доля в асфальтобетонном покрытии составляет всего 6%. Практические расчеты подтверждают, что подорожание прокладки километра дорожного полотна составит около 1%. Если учесть тот факт, что использование модифицированных битумов позволяет продлить срок службы дорожных покрытий в 2-3 раза, то экономическая целесообразность применения данного материала не вызывает никаких сомнений.

Немодифицированные битумы обладают определенными недостатками, к которым стоит отнести:

• высокую термическую чувствительность. Битум размягчается при высоких температурах и крошится при низких;
• плохие механические характеристики;
• низкую упругость;
• склонность к старению.

Именно эти недостатки и стимулировали проведение ряда исследований, которые показали, что полимерные материалы являются наилучшими модификаторами для повышения качественных показателей и эксплуатационных характеристик битумов.

Модифицированный битум образуется за счет объединения обычного битума и полимера. Такой материал способен обеспечить более высокий уровень качества, что выражается в улучшенных рабочих характеристиках при изменении температуры, улучшении эластопластических характеристик, улучшении когезии и адгезии с наполнителями, повышении сопротивления усталости материала, замедлении процессов старения.

Степень эффективности каждого из перечисленных преимуществ определяется видом битумной основы и полимера, а также особенностями применяемого технологического процесса.

Битум – это коллоидная субстанция с мицеллами асфальтенов, окруженными смолами и рассеянными в масляных фазах высокой вязкости (мальтенах). Специфические свойства битумов определяются именно наличием асфальтенов. На упругость и пластичность также оказывает влияние содержание смол и мальтенов.

Качественные смеси на основе битума должны сохранять сцепляющие и связующие свойства в текущих условиях на протяжении целого года. Поскольку битум – материал термически чувствительный, то он не может вести себя одинаково как при высоких, так и низких температурах. Именно поэтому битумы требуют модификации.