Диссертация (Получение искусственных латексов с положительным зарядом частиц), страница 15

[97-102]Так как битум в своем составе имеет асфальтены, масла и смолы, асоотношение между этими группами определяет его основные свойства, –вязкость, эластичность, термочувствительность и др., важно подобрать такиемодификаторы состава, которые могут изменять это соотношение.Повышенное содержание масел в битуме придает им подвижность итекучесть, смолы - вяжущие свойства и пластичность, асфальтены твердость и теплоустойчивость.При этом параметры модифицированного покрытия должны отвечатьсоответствующим нормативным требованиям. Наиболее распространенныесвойства, по которым идентифицируют качество полученного дорожногопокрытия это:1. Пенетрация—этоглубинапогружения(проникания)калиброванной иглы в битум под действием определенного груза втечение заданного времени при фиксированной температуре.Пенетрация косвенно характеризует степень твердости битумов.2.

Температура размягчения - это температура, при которой битумыиз относительно твердогосостоянияпереходят в жидкое.Нефтяные битумы не плавятся и поэтому не имеют точкиплавления. При нагревании битумы постепенно размягчаются.3. Растяжимость(дуктильность)битумахарактеризуетсярасстоянием, на которое его можно вытянуть в нить до разрыва.Этот показатель косвенно характеризует также прилипаемостьбитума и связан с природой его компонентов.

[103-106]110Таблица 3.4.2(1). Свойства базового битумаПоказательПенетрация, 25ºС, 0,1 ммТочка размягчения, ºСДуктильность, 25ºС, смРастворимость, %Значение8544,5>14099,6СпецификацияGB/T4509GB/T4507GB/T4508GB/T11148Наиболее часто используемыми модификаторами битумов и битумныхэмульсий, соответственно, являются бутадиен-стирольные блок-сополимеры.ДСТ поглощает мальтены и, при более высоких дозировках, образуетнепрерывную молекулярную сеть в битумной фазе, составляющую основнуючасть битума по объему. При более низких концентрациях ДСТ (от 3 до 4%)формируется только фрагментированная молекулярная сеть.

Эти сетиувеличиваютупругуюсоставляющуюбитума,обеспечивающуювосстановление после деформации. По мере увеличения содержания ДСТ,упругое восстановление также увеличивается. Особенно это важно длядорожных покрытий, используемых в условиях низких температур - ДСТповышает эластичность битума, что приводит к уменьшению трещин иулучшению сопротивления связующего к их образованию. [107-109]Добавление полимера в виде латекса позволяет не только упроститьпроизводственный процесс, экономит энергию и расход, и значительноснижает стоимость по сравнению с твердым полимером, но и позволяетдобиться большей однородности получаемой системы.Одним из преимуществ катионных искусственных латексов являетсяположительный заряд полимерных частиц, способствующий лучшей адгезиинаотрицательнозаряженныхповерхностяхкаменныхматериаловподгрунтовки.Из литературных данных известно, что добавки искусственных латексовсо свойствами, представленными в таблице 3.4.2(2), позволяют значительноизменить компонентное соотношение в битуме, а также положительно111влиять на механические свойства покрытия в зависимости от содержаниялатекса в БЭ.

[39, 40]Таблица 3.4.2(2). Свойства латекса ДСТ, полученного с применениемсмеси ПАВ – катионного JQT (ПАВ, используемый для приготовления БЭ),НПАВ ОП-10 и АПАВ калиевого мыла диспропорционированной канифоли всоотношении 3:1:1.СвойстваСБС латексСпецификация40,68>40Электрический заряд частиц++Средний размер частиц, мкм1,97—рН5,8—Вязкость, мПа*с41<1500,38<0.50,9901—Содержание твердого вещества, % масс.Механическая стабильность, % масс.Плотность, 20ºС, г/см3Рис. 3.4.2(1). Изменение свойств БЭ в зависимости от концентрациилатекса СБС.112В данном случае одним из ПАВ, отвечающих за стабилизациюлатексных частиц и преимущественно за их положительный заряд являетсяэмульгатор, используемый непосредственно для получения битумнойэмульсии.При этом отмечается, что добавление латекса увеличивает трудностьэмульгирования битума, наибольшая стабильность модифицированнойбитумной эмульсии достигается при концентрации ПАВ 1,0%. Пенетрацияуменьшается,аточкаразмягченияидуктильностьповышаютсясувеличением концентрации латекса в БЭ.

Что касается состава битума, тоотмечаетсяуменьшениесодержаниянасыщенныхиароматическихкомпонентов, в то время как концентрация смол и асфальтенов повышается,что также положительно сказывается на свойствах вяжущего.ВдругихисточникахпроводитсясопоставлениесвойствБЭ,модифицированных полимером и соответствующим латексом. Результатыпредставлены в таблице 3.4.2(3).

[98]Таблица 3.4.2(3). Сравнение свойств дорожного покрытия прииспользовании чистого полимера СБС и латекса СБС.СБС (4%)СБСЛатекс СБССтабилизаторДо введенияПослевведенияДо введенияПослевведенияТочкаПенетрация, Растяжимость,размягчения, °С 25ºС, 0,1 мм5ºС, см795025,8905126,4805634,7885237Отмечается, что значение пенетрации и растяжимости вяжущегонесколько выше для БЭ, стабилизированных латексомОдним из путей повышения устойчивости БЭ, модифицированныхлатексом, является использование эмульгаторов той же природы или составадля получения как БЭ, так и самого латекса полимера.113В настоящее время из-за недостаточных разработок в области получениякатионных ПАВ порядка 90% катионных битумных эмульсий производимыхв России имеют в своем составе импортные ПАВ. Вклад эмульгатора всебестоимость может достигать 30-50%, а т.к.

цена 1 т. отечественногокатионоактивного эмульгатора в 1,5-2 дешевле импортных продуктов, заменаПАВ представляется особенно перспективной.Кроме стоимости, преимущества отечественных эмульгаторов в том, чтоони способны значительно снизить вязкость битумных эмульсий испособствовать повышению адгезии битумных пленок к поверхностиотечественного известнякового щебня и бетона без потери высокого качествапокрытий, в то время как импортные эмульгаторы ориентированы награнитный щебень и с ними качество местных покрытий существенноснижается.Исходя из приведенных выше литературных данных, можно заключить,чтоиспользованиемодифицирующихперспективнымотечественныхлатексов,направлениемтакматериалов,икакбитумныхразвитиядляполученияэмульсийотечественнойявляетсядорожнойпромышленности.Для модификации латексом была выбрана эмульсия ЭБК-1-50 эмульсия битумная дорожная (катионная) ГОСТ 52128-2003 (содержаниевяжущего не менее 50%), а также полученный искусственный латекс ДСТ сприведенными ниже свойствами:ВDср, нмPdlζ-потенциал, мВ346,00,339+38,3исходнуюбыстрораспадающуюсябитумнуюэмульсию,произведенную по стандартным рецептурам, был введен образец латекса вколичестве5%отмассыэмульсии,затембылоосуществленоперемешивание.

Латекс при этом быстро распределился в эмульсии без114образования сгустков. Далее были проведены испытания полученной такимобразом битумно-полимерной эмульсии.Результаты испытаний показали:1) значительное улучшение сцепления с минеральными материалами;2) значительное увеличение условной вязкости эмульсий, при этомтребования ГОСТ 52128-2003 выдерживаются.Результаты проверки физико-механических свойств остатка послеиспарения воды из эмульсии показали:- не соответствие пенетрации при 25ºС и при 0ºС требованиям ГОСТ52128-2003;- подтвердились высокие эластические свойства, которые придаютлатексы битумному остатку.Вероятно, если заменить исходный битум БНД 60/90 на менее вязкуюмарку БНД 90/130, физико-механические свойства остатка после испаренияводы из эмульсии будут соответствовать требованиям ГОСТ.При хранении полученной битумно-полимерной эмульсии в плотнозакрытой емкости наблюдался естественный процесс разделения фаз междуисходной битумной эмульсией и введенными латексами.

Латексы всплывалинаверх. Такой же процесс характерен и для представленных на рынкеимпортных латексов. После незначительного перемешивания однородностьэмульсии быстро восстанавливается.Также были проведены испытания полученной битумно-полимернойэмульсии после хранения в течение 12 суток. Результаты испытанийпоказали стабильность свойств эмульсий при хранении, увеличение остаткана сите в пределах норм ГОСТ 52128-2003.Все полученные результаты представлены в таблицах 3.5.2(4) и 3.5.2(5).115Таблица 3.4.2(4).

Физико-механические свойства битумной эмульсии доиспарения водыИсходнаяэмульсия,ЭБК-1-68Содержание вяжущего сэмульгатором, % по массеУсловная вязкость при 20°С, сСцепление с минеральнымиматериалами, баллОстаток на сите с сеткой№014, % по массеТаблица3.4.2(5).Эмульсия ЭБК-1ЭБК-1-6868,(модифицированная)модифицированнаяпосле 12 сутоклатексом из ДСТхранения67,266,766,72538394550,080,10,19Физико-механическиесвойстваостаткапослеиспарения воды из эмульсииИсходнаяэмульсияЭБК-1-68ЭмульсиямодифицированнаяЭБК-1-68,латексомДСТГлубина проникания иглы, 0,1 мм:при 25°С7151при 0°С24Температура размягчения по кольцу и шару, °С5085Растяжимость, см:при 25°С66при 0°С22Эластичность, %при 25°С-99В результате полученных экспериментальных данных отмечаетсязначительное повышение точки размягчения с 50 до 85°С, улучшение116сцепления с минеральными материалами, увеличение эластических свойстввяжущего.