Расширение температурного интервала надежной работы гидроизоляционных материалов

Одной из составляющих ежегодных затрат на ремонт транспортных сооружений является преждевременное разрушение гидроизоляции (до 10% общей стоимости ремонтных работ) в интервале низких отрицательных и высоких положительных температур, что, главным образом, связано с изменением свойств битумов.

Опыт эксплуатации гидроизоляционных материалов на основе битума показывает, что, несмотря на технологические преимущества применения данных материалов, последние, в большинстве случаев, не обеспечивают надежную защиту бетонных конструкций в интервале эксплуатационных температур. Характерными видами деформаций битумных гидроизоляционных материалов является их растрескивание при низких отрицательных температурах и пластические сдвиги и наплывы при высоких положительных температурах, что, объективно, определяется реологическим состоянием битума при этих температурах.

При температурах ниже значений температуры хрупкости (Т_хр) битумы находятся в хрупком состоянии, с повышением температуры они последовательно переходят в упруго-хрупкое, эластическое, упруго-пластическое и упруго-вязкое  состояние (при этом, температурные границы перехода битума из одного реологического состояния в другое зависят, главным образом, от структурного типа битума [1]). При температурах выше значений температуры размягчения (КиШ) битумы находятся в истинно вязком состоянии.

Исходя из изложенного, одной из главных проблем повышения качества битумных гидроизоляционных материалов является расширение температурного интервала [2] их надежной работы (интервала пластичности), как разница между температурой хрупкости и температурой размягчения.

Одним из способов расширения интервала пластичности гидроизоляционных материалов является применение полимербитумов, за счет введения в структуру битума полимеров с целью создания пространственной эластичной структурной сетки [3]. При этом, очевидно, свойства полимербитумов будут зависеть от особенностей свойств исходного битума, совместимости вводимого полимера с битумом, соблюдения технологии приготовления полимербитумов с учетом особенностей свойств полимерных пластификаторов [4].

В настоящей работе в качестве исходного битума был принят битум БНД 60/90 Рязанского НПЗ, групповой химический состав которого представлен в табл.1.

Таблица 1 – Групповой химический состав битума Рязанского НПЗ

 Данный битум по количественному содержанию основных групп химических соединений и значению индекса пенетрации (ИП=-1,2) приближается ко II структурному типу (в соответствии с классификацией А.С. Колбановской [2]), поэтому, при введении в него различного количества полимеров возможно более наглядно проследить изменения свойств вяжущего в зависимости от  структурных изменений, связанных с созданием эластичной структурной сетки.

Свойства битума Рязанского НПЗ приведены в табл.2.

Таблица 2 – Свойства битума Рязанского НПЗ

В качестве полимерной добавки использовался полимер класса термоэластопластов (блоксополимеры бутадиена и стирола типа СБС) – ДСТ-30Р-01. Такие полимеры имеют  молекулярную массу 80000-100000к.е., хорошо совмещаются с битумами и одновременно сочетают в себе высокую прочность, присущую пластмассам, высокую эластичность и очень низкую (до - 80-100⁰C) температуру стеклования, свойственную эластомерам.

Для изучения влияния особенностей свойств разжижителя при введении в битум полимерного раствора на свойства полимерно-битумного вяжущего были проведены сравнительные исследования при использовании в качестве растворителя: керосин (ГОСТ 10227-86), машинное масло (ГОСТ 17479.1-85), индустриальное масло (ГОСТ 20799-88).

Получение раствора полимера производилось при температурах, учитывающих температуры вспышки растворителя: 70^оС (керосин), 140^оС (машинное масло), свыше 200 ^оС (индустриальное масло), при 20% растворителя от массы битума.

При введении в битум 2, 3, 4, 5, 6% полимеров от массы битума исследовалась кинетика изменения температуры размягчения, температуры хрупкости и интервала пластичности полимерно-битумного вяжущего в зависимости от количества вводимого полимера и вида пластификатора (граф. 1, 2, 4) и индекса пенетрации на граф. 3.

Анализ полученных результатов в сравнении со свойствами исходного битума (табл.2)  показывает, что при введении в битум 2% полимера в полимербитумах, полученных с использованием в качестве растворителя керосин и машинное масло еще не происходит образование пространственных структур, а повышение температуры размягчения (граф.1) и температуры хрупкости (граф.2) связано с повышением вязкости дисперсной среды. Для полимербитума с использованием в качестве растворителя керосина не происходит изменение его структуры и при 3% полимера.

При использовании индустриального масла уже при 2% полимера в полименобитумном вяжущем происходит образование дополнительных пространственных структур, и оно по значению ИП (граф.3) соответствует I структурному типу. При введении 3% полимера полимербитум с применением в качестве растворителя машинного масла также соответствует I структурному типу.

С увеличением содержания полимера в битуме Рязанского НПЗ до 4 и далее до 6%, независимо от вида применяемого пластификатора, в полимербитуме дополнительно к пространственной структуре асфальтенов образуется пространственная структура полимера, в результате чего увеличивается жесткость системы, вызывая повышение температуры размягчения (граф.1) и температуры хрупкости (граф.2) вяжущего в среднем на 28% и 16% соответственно.

При этом, значение интервала пластичности (граф.4) вяжущего уже при введении 2% полимера повышается на 14-17^оС, возрастая по мере увеличения содержания полимера в битуме на 25-29 ^оС в зависимости от вида применяемого растворителя.

Таким образом, анализ результатов проведенных исследований гидроизоляционных материалов на основе полимербитума позволяет сделать следующие выводы:

1. Введение полимерных наполнителей в битум значительно расширяет температурный интервал надежной работы гидроизоляционных битумных материалов без нарушения их сплошности.

2. Свойство полимерно-битумного вяжущего зависят от свойств исходного битума, свойств полимера и его совместимости с битумом, качественных характеристик пластификатора.

3. Требуемое количество полимера для получения полимерно-битумного вяжущего, обеспечивающего надежную работу гидроизоляции будет зависеть от структуры исходного битума и климатических условий эксплуатации транспортного сооружения.

Литература:

1. А.С. Колбановская, В.В. Михайлов. Дорожные битумы. – М.: Транспорт, 1973. – 264 с.

    2. Г.С. Духовный, Н.В. Хоружая. Преимущества использования битумнополимерных материалов (БПМ) в гидроизоляции искусственных сооружений. Материалы второй научно-практической конференции «Наука и молодежь в начале нового столетия». Губкин, 2009. – 247-249 с.

    3. Л.М. Гохман. Влияние добавок дивинилстирольного блоксополимера на свойства битума. Материалы Второй научно-технической конференции по вопросам дорожного строительства. Алма-Ата, 1971.

4. А.С. Колбановская. Процессы структурообразования  в битумах в свете основных положений физико-химической механики. Сб. «Труды Союздорнии», вып 80 – Москва.: 1975. – 4-23 с.