Властивості дорожніх бітумів

Виділяють дві групи властивостей дорожніх бітумів і відповідно вимог до них: технологічні та експлуатаційні. До першої групи відносяться такі властивості як в’язкість, стабільність при нагріванні, температура спалаху, токсичність при нагріванні. Ці властивості обумовлюють умови зберігання, транспортування, змішування з мінеральними матеріалами, укладання та ущільнення сумішей, відповідність нормам пожежної та санітарної безпеки.

Експлуатаційні властивості визначають поведінку матеріалу в шарах дорожнього одягу. До них відносяться: адгезія бітуму до мінеральних поверхонь, температура крихкості (пластичність при низьких температурах), температура розм’якшення (міцність і теплостійкість при високих температурах, стійкість проти зсуву), гранична розтяжність (еластичність), інтервал пластичного стану, інтенсивність старіння під дією кліматичних чинників.

Структура і фізико-механічні властивості бітумів визначаються, головним чином, характером взаємодії і властивостями високомолекулярних сполук, що входять до їх складу. Чим ширший інтервал між максимальним і мінімальним значенням молекулярних мас компонентів бітуму, тим ширше температурний інтервал його пластичного стану і відповідно кращі техніко-експлуатаційні властивості.

Механізми впливу пар на структуру і властивості бітумів

Добавки ПАР змінюють структурно-реологічні та адгезійні властивості бітуму в широкому температурному інтервалі. При цьому, зміна механічних властивостей бітуму під впливом ПАР ґрунтується на адсорбційній дії цих речовин на структуру бітуму. Характер впливу залежить від типу бітуму, природи мінерального матеріалу і класу добавки.

Дія ПАР на структуру бітуму відбувається в наступних напрямках.

1. Деструктивна (стабілізуюча) дія.

Адсорбуючись на поверхні асфальтенів, ПАР змінюють процеси взаємодії асфальтенів між собою та смолисто-вуглеводневими компонентами, руйнуючи при цьому структурний коагуляційний каркас бітуму. Деструктивну дію проявляють катіонактивні речовини класу високомолекулярних амінів і діамінів, в першу чергу, по відношенню до бітумів 1-го структурного типу. Наслідками такої дії є зміна структурно-реологічних властивостей бітуму в широкому температурному інтервалі, а також інтенсивності процесів термоокислювального старіння. Деструктивна дія цих ПАР на бітуми 3-го типу дещо слабша, а по відношенню до бітумів 2-го типу не проявляється взагалі.

2. Структуруюча дія.

Розчиняючись в дисперсному середовищі бітуму і адсорбуючись на поверхні асфальтенів, ПАР можуть створити нову додаткову структурну сітку. Ці структури тиксотропні, характеризуються високими пружніми та еластичними властивостями і границею текучості.

Структуруючий вплив на бітуми всіх типів мають добавки класу залізних або кальцієвих мил високомолекулярних карбонових кислот.

3. Пластифікуючи дія.

Розчиняючись у вуглеводнях бітуму, ПАР понижують в’язкість дисперсного середовища і змінюють кількість асфальтенів в одиниці об’єму. Пластифікуючий вплив на бітуми усіх типів здійснюють добавки класу високомолекулярних карбонових кислот і смол твердих палив. Пластифікація бітумів проявляється в пониженні значень всіх реологічних і міцнісних характеристик в широкому діапазоні температур.

4. Вплив на процеси старіння.

ПАР, здійснюючи деструктивну або конструктивну функцію, змінюють умови утворення та руйнування жорсткої просторової структури із асфальтенів, які обумовлюють протікання процесів старіння бітуму під впливом кисню повітря. Коагуляційна просторова структура перетворюється у висококонцентровану позаструктурну суспензію асфальтенів, тим самим запобігаючи зростанню пружньо-крихких властивостей.

Прискорення процесів утворення коагуляційної структурної сітки дозволяє перевести бітуми 2-го типу в 3-ій, що представляє особливий інтерес для рідких і малов’язких бітумів, із яких можна отримати в’язкі бітуми високої якості без спеціальних технологічних прийомів нафтопереробки.

5. Підвищення адгезії до мінеральних поверхонь.

ПАР шляхом орієнтованої адсорбції на поверхні мінерального матеріалу з хімічною фіксацією та утворенням нерозчинних поверхневих сполук створюють умови для отримання міцного і стійкого зчеплення з бітумом. При цьому, під впливом модифікованої мінеральної поверхні відбуваються зміни структури бітуму в тонких поверхневих шарах, що проявляється у зростанні міцності і в’язкості, підвищенні тепло- і водостійкості порівняно з об’ємним бітумом.

Отже, застосовуючи ПАР можна змінювати показники міцності і деформативності бітуму, інтенсивність протікання процесів старіння, адгезію до мінеральних поверхонь. Використання ПАР є ефективним засобом спрямованого структуроутворення та отримання бітумів із наперед заданими властивостями, що відповідають умовам їх експлуатації.