Сера как модификатор дорожного битума (компонента асфальтобитумных смесей)

Источник: emulsion.globecore.ru

Еще примерно сто лет назад нефтяные остатки обрабатывали серой для получения сульфатированных битумов.

Но внедрение технологии производства очищенного воздухом битума, значительно уменьшило применение серы в этой области.

Данный химический элемент способен удалять водород и превращать обычные звенья в двойные звенья, образуя ненасыщенные соединения которые со временем полимеризуются.

При добавлении серы в битум, ее содержание в асфальтенах значительно возрастает. На него влияет как количество добавляемого вещества, так и продолжительность механического воздействия и нагрева.

Добавление серы в процессе производства дорожной бетонной смеси значительно улучшает адгезионные свойства битума. В то же время производство серно-битумных смесей вызывает выбросы вредных газов, образующихся при нагревании. Эта проблема требует устранения, если в качестве битумного модификатора выбрана сера.

Во многих странах дешевая и доступная сера используется при создания автомобильных дорог с серным битумным связующим для снижения неэффективного расхода битума. В некоторых случаях содержание серы в строительных смесях может достигать 60-70% от общей массы. Хорошим примером является покрытие из сульфекса, пластифицированного углеводородами.

Свойства модифицированного серой битума определяются не только серой как химическим элементом, но и температурой его впрыска, содержанием и продолжительностью перемешивания.

Исследования показывают, что сера лучше смешивается с битумом при 100-120⁰С. Форма модификации (порошок, сплав и т. д.) Не влияет на свойства готового продукта.

В целом идеальные условия модификации дорожного битума серой таковы:

температура процесса: 120-140⁰ С;
время перемешивания: 10-20 минут (зависит от количества вводимого модификатора);
содержание серы: 5-7%.

Как можно заметить, что необходимая температура битума для производства асфальтной смеси 160⁰C. Модификация при этой температуре приведет к образованию сероводорода и оксидов серы. Вот почему битум должен быть охлажден до 120⁰С перед модификацией, что может быть несколько неудобно.

В США и Канаде серобитумная смесь широко применяется в качестве связующего материала в асфальтобетонных смесях. Содержание серы позволяет повысить долговечность, термостойкость, стойкость к трещинам, адгезию и химическую стойкость. Кроме того, использование этого материала снижает толщину асфальтобетонного покрытия и расход битума.

 

Какие бывают модификаторы битума?

Какое оборудование нужно для модификации?

Чем модифицированный битум лучше обычного?

К добавкам, базовым предназначением которых является улучшение качественных характеристик дорожного покрытия, принадлежат:

• модификатор битума;
• модификатор асфальтобетона;
• адгезионные присадки к битуму;
• стабилизаторы;
• структурирующие добавки асфальтобетона.

Перечисленные вещества могут вводиться либо в битум, либо непосредственно в асфальтобетонную смесь. При этом добавка определенного типа может вводиться как в битум, так и в асфальтобетонную смесь в двух различных технологических процессах.

К битумным добавкам принадлежат:

• эластомеры;
• термопласты;
• термоэластопласты;
• поверхностно-активные вещества;
• термоотверждающиеся смолы;
• быстровысыхающие масла.

В асфальтобетоны вводят:

• стабилизирующие добавки;
• структурирующие добавки (минеральные порошки);
• модификаторы, изготовленные из резиновой крошки;
• структурирующие и стабилизирующие добавки.

ОСНОВНЫЕ МОДИФИКАТОРЫ БИТУМА

Чаще всего для модификации дорожных битумов используются эластомеры, термопласты и термоэластопласты.

Эластомер – это полимер, обладающий эластичными свойствами. Для битума он применяется в виде порошков, гранул и жидкости. На сегодняшний день самым популярным эластомером является каучук. Его можно добавлять как в битум, так и в асфальтобетонную смесь.

Термопласты представляют собой полимерный материал, который при нагревании способен переходить в вязкотекучее или высокоэластичное состояние.

Термоэластопласты – это синтетические полимеры, в состав которых входят твердые и эластичные сегменты, что позволяет иметь одновременно высокую прочность и эластичность. К преимуществам термоэластопластов стоит отнести возможность варьирования степенью выраженности свойств при изменении соотношения компонентов.

Поверхностно-активные вещества применяются с целью улучшения адгезии битума с минеральной частью асфальтобетонной смеси. В зависимости от характера взаимодействия такие вещества могут быть анионными или катионными.

Стабилизирующие добавки часто используются при получении щебеночно-мастичных смесей. Обычно они состоят из минеральных и целлюлозных волокон.

В странах Европы и США с целью снижения склонности битума к пластической текучести при низких температурах применяются эпоксидные и полиуретановые смолы.

Для предотвращения окисления битума в него вводят масла. Например, модификацию битума СБС можно осуществить при помощи индустриального масла как вспомогательного материала.

СЕРА КАК МОДИФИКАТОР ДОРОЖНОГО БИТУМА

Серой обрабатывали нефтяные остатки с целью получения осерненных битумов еще около 100 лет назад. Но появление технологии производства окисленных битумов существенно ограничило применение серы в этой отрасли.

Данный химический элемент способен отнимать водород и за счет этого превращать простые связи в двойные. Образовавшиеся ненасыщенные соединения с течением времени полимеризуются.

В случае добавления серы в битум ее содержание в асфальтенах заметно увеличивается. На это оказывает влияние как количество добавленного вещества, так и продолжительность механоактивации и термообработки.

Добавление серы в процессе производства асфальтобетонных смесей позволяет существенно улучшить адгезионные свойства битумов. Одновременно приготовление серобитумных смесей характеризуется образованием и выделением вредных газов, образующихся в случае нагревания. Поэтому при выборе серы в качестве модификатора необходимо заранее подумать, как решить данную проблему.

Во многих странах дешевая и доступная сера используется с целью развития серобитумных дорожных вяжущих и сокращения расхода дефицитных битумов. В некоторых случаях содержание серы в строительных смесях может достигать до 60-70% по массе. Хорошим примером служит сульфекс-покрытие, пластифицированное углеводородами.

Свойства модифицированного битума определяются не только серой как химическим веществом, но и температурой ее введения, содержанием и длительностью перемешивания.

Исследованиями доказано, что сера хорошо совмещается с битумом при температуре 100-120⁰С. При этом форма модификатора (порошок, расплав и т.п.) не оказывает влияние на свойства получаемого материала.

В общем случае оптимальными условиями модификации дорожного битума серой можно считать:

• температуру протекания процесса 120-140⁰С;
• время перемешивания 10-20 минут (зависит от количества вводимого модификатора);
• содержание серы – 5-7% по массе.

Внимательный читатель сразу же заметит, что дорожные битумы отпускаются при температуре 160⁰С. Модификация при такой температуре приведет к появлению сероводорода и оксидов серы. Поэтому модифицированию должно предшествовать предварительное охлаждение готового битума до 120⁰С, что связано с определенными неудобствами.

В США и Канаде серобитумные композиции находят широкое применение в качестве вяжущего материала в асфальтобетонных смесях. Наличие серы позволяет повысить прочность, теплоустойчивость, трещиностойкость, адгезию и устойчивость к химическому воздействию. Кроме того, применение такого вещества позволяет снизить толщину асфальтобетонных покрытий и сократить расход битума.