РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА БИТУМНЫХ ЭМУЛЬСИЙ

Повышение качества битумных материалов и асфальтобетона остается одной из наиболее актуальных задач для дорожной отрасли в глобальном масштабе. В отличие от традиционного дорожного битума, битумные эмульсии демонстрируют принципиально иные преимущества: благодаря катионной природе и положительному заряду частиц они обеспечивают максимальное сцепление с отрицательно заряженной поверхностью дорожного основания. Высокая текучесть, приближенная к свойствам воды, позволяет эмульсии равномерно распределяться по поверхности, проникая в мельчайшие поры и неровности. Немаловажным фактором является температурный режим применения (30-70 °C), обеспечивающий повышенную безопасность работ.

Интенсивное внедрение битумных эмульсий в дорожное строительство началось в 1990-х годах. Современный мировой объем производства превышает 7 млн тонн в год. Крупнейшими производителями выступают США, Франция, Мексика, Бразилия, Испания, Таиланд, Япония и Великобритания. Объем производства в России составляет приблизительно 250 тысяч тонн в год.

Эффективным способом повышения качества дорожных битумов является регулирование их свойств путем применения различных модифицирующих добавок на основе полимерных отходов. Объемы накопленных промышленных отходов полиэтилена и отходов потребления ежегодно возрастают, тогда, как утилизация отходов ведется неравномерно и недостаточно. На территории Республики Казахстан в результате деятельности предприятий химической отраслей промышленности накоплено значительное количество промышленных отходов.

Для решения вопроса о применении вторичного полиэтилена в асфальтобетонных смесях были проведены экспериментальные исследования физико-механических свойств полиэтилена низкой плотности (пленка сельскохозяйственного назначения, бывшая в употреблении 6 – 8 месяцев) и полиэтилена высокой плотности (упаковочный материал и тара).

Исследования свидетельствуют о том, что совместимость полимера с битумом зависит от химического состава битума и свойств полимера. Полимер совместим с битумом в том случае, если их смесь долговечна и не происходит нарушения коллоидного равновесия, то есть разделения. Было показано, что линейные полимеры смешиваются с битумом более эффективно, чем полимеры, имеющие сложную разветвленную структуру; - большое влияние на процесс смешивания оказывает количество ароматических и парафинонафтеновых углеводородов, содержащихся в битуме; - повышенное содержание асфальтенов в битуме приводит к затруднению получения модифицированного битума; - существенную роль играет технология смешивания полимера с битумом, а также степень диспергирования полимера в вяжущем. Введение в битум микрочастиц полимера вызывает повышение вязкости смеси, когда полимер частично расплавляется в битуме или в составляющих его легких фракциях. Если полимер набухает в битуме, то самые легкие масляные фракции битума соединяются с полимером, а остальные составляющие битума в большей части обогащаются тяжелыми фракциями углеводородов, т. е. асфальтенами и смолами. В результате вязкость и модуль упругости битума повышаются. В работе для повышения качества вяжущего и долговечности асфальтобетонного покрытия широко  использовались  полимерные отходы (полиэтилен, резиновая крошка и др.).

Проведённые исследования показали, что модификация битума с использованием вторичного полиэтилена способствует повышению водо- и морозостойкости асфальтобетона. Этот эффект объясняется наличием в структуре вторичного полиэтилена полярных молекул, способных активно взаимодействовать с минеральными компонентами асфальтобетонной смеси. Испытания образцов полимерно-битумной эмульсии, содержащей вторичный полиэтилен, подтвердили улучшенные показатели морозостойкости по сравнению с традиционными составами. Таким образом, было установлено, что добавление данного полимера обеспечивает значительное повышение эксплуатационной надёжности асфальтобетона, что является закономерным результатом введения модифицирующей добавки.

В целом разработанный состав полимерно-битумной эмульсии на основе отечественного сырья и полимерных отходов не только демонстрирует высокие эксплуатационные характеристики, но и позволяет эффективно утилизировать пластиковые отходы.

Это открывает возможности для создания экологически безопасных и энергосберегающих технологий, применимых при строительстве и ремонте дорожных покрытий.