БИТРЭК – композиционное битумное вяжущее, включающее в свой состав дисперсную резину, обработанную по специальной химической технологии. Благодаря такой обработке, индивидуальные частицы резины, присутствующие в большом количестве (от 10 до 16 % по массе), распределены в объеме вяжущего достаточно равномерно и образуют устойчивую гетерогенную сетчатую структуру даже в горячем расплавленном вяжущем. Набухшие в жидких масляных фракциях битума, частично поверхностно девулканизированные, но не растворенные частицы резины соединяются между собой и с высокомолекулярными компонентами битума (смолами и асфальтенами) с помощью полимерных фрагментов (каучуковыми цепочками) различной длины и природы. При этом резиновые (полимерные) компоненты занимают весь объем вяжущего, в котором составляют до 50–60 %. Кроме того, дополнительная химическая обработка присоединяет к высокомолекулярным компонентам вяжущего активные полярные химические группы, что придает вяжущему высокие адгезионные (клеящие) свойства и сильно его структурирует.
Резинобитумное вяжущее БИТРЭК, отличающееся такой сложной молекулярной структурой, было создано для того, чтобы нивелировать некоторые отрицательные свойства нефтяных битумов как вяжущих и придать асфальтобетонам новые, недостижимые при использовании битумов, зачастую уникальные, операционные, функциональные и эксплуатационные свойства. Поскольку основную часть вяжущих свойств выполняет резина, вполне правомерно называть такой асфальтобетон резиноасфальтобетоном.
Одной из главных задач при разработке композиционного вяжущего БИТРЭК являлось создание возможности с его помощью достаточно простого введения в состав асфальтобетона большого количества дисперсной резины, которая должна обеспечивать его эффективное и функциональное полимерное дисперсно-эластичное армирование (ПДА). Свойства, присущие вяжущему БИТРЭК, позволяют связать частицы резины с минеральными компонентами асфальтобетона прочными химическими связями, значительно повысить когезионную прочность самого вяжущего и, таким образом, добиться оптимальной степени полимерного дисперсно-эластичного армирования асфальтобетона как композиционного материала. При этом полностью реализуются высокие прочностные свойства вяжущего, что отражается на модуле упругости всей конструкции резиноасфальтобетона. У асфальтобетона появляется высокая устойчивость к циклическим деформациям сжатия и сдвига, значительно увеличивается упругая составляющая деформации, снижается ползучесть, сильно улучшаются усталостные параметры. Также улучшаются прочностные характеристики, повышается деформативность при низких температурах, устойчивость к образованию трещин любой этиологии, тепло- и водостойкость. Приблизительно такая же идеология используется при создании ударопрочных пластмасс.
Высокая степень ПДА приводит к тому, что низкомодульные частицы резины, включенные в структуру асфальтобетона, значительно повышают демпфирующие свойства покрытий, что приводит к заметному снижению уровня шума при проезде автотранспорта.
Из известных отечественных материалов, выполняющих аналогичную функцию ПДА асфальтобетонов, используется модифицирующая добавка РТЭП (резиновый термоэластопласт). Она отличается от вяжущего БИТРЭК сухим введением в асфальтобетонную смесь.
Готовое вяжущее БИТРЭК при производстве ПДА-резиноасфальтобетонной смеси используется на АБЗ точно так же, как и дорожный битум. Никаких сложностей при смешении с минеральными компонентами не возникает. Следует только учитывать повышенную по сравнению с битумом вязкость вяжущего, что отражено в регламенте его применения. Резиноасфальтобетонные смеси БИТРЭК укладываются и уплотняются также с помощью стандартной техники. Некоторые специфические свойства смесей (исходно высокая структурированность) позволяют работать с высокощебенистыми составами без применения каких-либо дополнительных структурирующих и стабилизирующих добавок (типа Viatop) и специального дорогостоящего укладочного (для литых составов) оборудования. Резиноасфальтобетоны литого типа механизированной укладки на вяжущем БИТРЭК перевозятся самосвалами и укладываются стандартными укладчиками, предназначенными для обычного уплотняемого асфальтобетона. Тем самым в несколько раз повышается производительность труда.
Результаты проведенных в ФГУП «РОСДОРНИИ» и МАДИ (ГТУ) испытаний асфальтобетонов указывают на значительные преимущества резиноасфальтобетонов БИТРЭК по сравнению с типовыми на битуме, особенно приготовленных на гранитном щебне, в том числе таких многощебенистых составов, к которым относятся смеси типа ЩМА.
Отмечено повышение прочности на сжатие при температурах 50 ºС (в 2 раза – для ЛМ, на 22 % – для Б-I, на 33 % – для ЩМА-20) с одновременным снижением при 0 ºC для разных типов смесей (в среднем на 22–25 %), что свидетельствует о повышенной термостабильности резиноасфальтобетонов и их меньшей температурной чувствительности.
Работами старшего научного сотрудника лаборатории нежестких дорожных одежд А. А. Штромберга (ФГУП «РОСДОРНИИ») установлено, что теплоустойчивость резиноасфальтобетонов БИТРЭК наибольшая (степень пластичности при высоких температурах наименьшая) среди большинства материалов дорожных покрытий, в том числе и на основе ПБВ и других модификаторов. Этот фактор снижает колееобразование в покрытиях за счет сдвиговых деформаций.
Установлено также повышение водостойкости резиноасфальтобетонов всех типов (от 10 до 47 %) по сравнению с традиционными, что определяет их большую устойчивость к коррозионному воздействию воды, противогололедных средств, климатических факторов.
Выявлено значительное повышение модулей деформации при испытаниях на изгиб при положительных температурах (в 2,5 раза – для ЛМ, в 3,3 раза – для Б-I, в 3,5 раза – для ЩМА-20) по сравнению с традиционными асфальтобетонами как на битуме, так и на основе других модифицированных полимерами вяжущих.
Благодаря своим характерным особенностям, ПДА-резиноасфальтобетоны БИТРЭК обладают очень высокой устойчивостью к усталостным знакопеременным деформациям и наибольшей устойчивостью к колееобразованию.
Результаты испытаний образцов из покрытий, которые были выполнены в производственных условиях и эксплуатировались в течение трех лет в условиях высокоинтенсивного движения Москвы, показывают значительное увеличение физико-механических и усталостных параметров даже по сравнению с вновь изготовленными асфальтобетонами на обычном дорожном битуме (рис. 1).
Как известно, образование колеи на автомобильных дорогах имеет комплексный характер, но основными причинами являются недостаточная устойчивость материалов асфальтобетонных покрытий к абразивному износу (истиранию) и сдвиговым деформациям при движении транспорта. Устойчивость к истиранию определяется свойствами природных минеральных материалов, которые используются в качестве заполнителей, и прочностью их связи в структуре асфальтобетона. Прочность сцепления минеральных компонентов и сдвигоустойчивость асфальтобетона при прочих равных условиях напрямую зависят от свойств вяжущего.
Анализ многочисленных лабораторных испытаний промышленных партий резиноасфальтобетонных смесей показал, что параметры сдвигоустойчивости резиноасфальтобетонов БИТРЭК при испытании по схеме Маршалла соответствуют нормам, рекомендованным для сверхрасчетных условий при высокоинтенсивном движении транспорта, и заметно превышают параметры для смесей на битуме. Благодаря особенностям вяжущего БИТРЭК, все смеси стандартного состава находятся в области высокой и надежной сдвигоустойчивости (рис. 2).
В испытательной лаборатории ОАО «Асфальтобетонный завод № 1» Санкт-Петербурга проводились испытания на восприимчивость асфальтобетонных материалов для дорожных покрытий к деформации с помощью колеи, образуемой под действием повторяющихся проходов нагруженного колеса при постоянной температуре. Были приготовлены и исследованы мелкозернистые смеси типа А марки 1 на основе различных битумов и модифицированных вяжущих (табл. 1). Испытания проводились в соответствии с Европейским стандартом EN 12697-22:2003 «Определение глубины колееобразования при +60 °С в устройстве небольшого размера Wheel Traсker».
Судя по результатам, наибольшую устойчивость к колееобразованию показывает резиноасфальтобетонная смесь на основе вяжущего БИТРЭК. Близкие значения только у смеси на ПБВ-60 с 5 % Кратона 1101 и французской добавкой PR Plast S, которая специально разработана для использования в регионах с жарким климатом.
Сравнительные испытания производственных смесей типа ЩМА на битуме и вяжущем БИТРЭК (табл. 2) также показали превосходство резиноасфальтобетонов по сдвигоустойчивости. Причем следует отметить, что устойчивость к колееобразованию у резиноасфальтобетона типа А-1 даже выше, чем у смесей типа ЩМА.
Для оценки устойчивости асфальтобетонов на накопление остаточных деформаций под воздействием динамических нагрузок проводились испытания в лаборатории «ДорТрансНИИ-Инжениринг» в Ростове-на-Дону. Асфальтобетоны на вяжущем БИТРЭК испытывались на приборе динамических испытаний (патент № 111293).
Установлено, что ЩМА, приготовленный на вяжущем БИТРЭК, по всем физико-механическим показателям превосходит асфальтобетон, приготовленный на вязком дорожном битуме марки БНД 60/90 с добавкой Viatop. По устойчивости к накоплению остаточных деформаций под воздействием расчетных динамических нагрузок (0,5 МПа, 700 тыс. циклов) ПДА-резиноасфальтобетон на основе промышленного вяжущего БИТРЭК заметно превосходит все испытанные составы на основе модифицированных полимербитумных вяжущих и битумов с добавками. Сопоставим по параметрам устойчивости к остаточным деформациям с асфальтобетоном с добавкой РТЭП.
Таким образом, становится очевидным, что полимерное дисперсно-эластичное армирование структуры асфальтобетона прочными высокоэластичными частицами объемносшитых полимеров (резина) позволяет решить проблемы колееобразования и усталостной долговечности дорожных покрытий значительно более дешевыми и эффективными средствами, чем применение ПБВ. По результатам испытаний, функциональным и операционным параметрам на первое место выходит композиционное резинобитумное вяжущее БИТРЭК.
Помимо покрытий дорог и улиц, резиноасфальтобетоны БИТРЭК с их уникальным сочетанием свойств эффективно применяются на железобетонных и металлических мостах, эстакадах и других искусственных сооружениях. Разработана простая двухслойная конструкция покрытия, состоящая из нижнего слоя резиноасфальтобетона литого типа на вяжущем БИТРЭК для механизированной технологии укладки (ЛМ) толщиной 3–4 см и верхнего слоя 4–5 см высокоплотного щебеночно-мастичного резиноасфальтобетона типа ЩМА-15(20), выполненного без введения каких-либо добавок. Такая конструкция существенно облегчает нагрузки на мостовые пролеты и обеспечивает высокую устойчивость и долговечность покрытия.
Она впервые применена в 2009 году на первом путепроводе строящегося ЧТК Москвы в районе ул. Соколиная Гора. Покрытие отличается легкостью и простотой технологии укладки и уплотнения, а также высокой производительностью при использовании стандартной дорожной техники. Водонепроницаемость слоя литого резиноасфальтобетона в плотной связке с наплавляемой гидроизоляцией железобетонной плиты моста (типа Мостопласт) дает возможность упростить конструкцию мостового сооружения (отказаться от системы внутреннего водоотвода) и существенно повысить экономическую эффективность. Верхний сдвигоустойчивый слой высокоплотного резиноасфальтобетона типа ЩМА-15 повышает водонепроницаемость покрытия и является прочным и долговечным слоем износа. Также упрощается ремонт покрытия – после истечения срока эксплуатации меняется только верхний слой между деформационными швами.
В 2014–2015 годах проводился ремонт двух эстакад на проспекте Комсомольском в г. Люберцы, каждая длиной один километр, с полным снятием дефектного дорожного покрытия. Двухслойное асфальтобетонное покрытие в течение года полностью отслоилось от мембранной гидроизоляции типа ПОЛИУРИА, т. е. не было обеспечено сцепление слоев. Исходя из технических характеристик и экономической эффективности, было принято решение выполнить дорожное покрытие на ортотропной плите перекрытия по предложенной выше конструкции.
Имеющиеся примеры расчета конструкций дорожных покрытий на мостовых сооружениях, выполненных И. Д. Сахаровой с применением ПДА-резиноасфальтобетонов БИТРЭК, показывают, что вполне корректным является в качестве нижнего предела значений применение показателей модулей упругости, присущих асфальтобетонам по ГОСТ 9128 на основе дорожных битумов. Предложенная двухслойная конструкция подходит под этот критерий и в то же время обладает достаточно высокой деформативностью при знакопеременных нагрузках. С точки зрения устойчивости к сдвиговым деформациям резиноасфальтобетоны БИТРЭК также не вызывают сомнений (см. выше). Сцепление слоев покрытий между собой и наплавляемой гидроизоляцией обеспечивается применением в их составе однотипного вяжущего.
Работа выполнялась специалистами ЗАО «Шоссе» (Москва), которые имеют большой многолетний опыт работы с вяжущим и резиноасфальтобетонами БИТРЭК. Полностью слой литого резиноасфальтобетона ЛМ для механизированной укладки был уложен в течение рабочей смены. На следующий день был уложен верхний слой покрытия высокоплотного ЩМА-15 на основе композиционного вяжущего БИТРЭК. В настоящее время ведется наблюдение за состоянием эксплуатируемого покрытия. На фотографиях представлены стадии процесса.
В таблице 3 приведены результаты испытаний литой резиноасфальтобетонной смеси механизированной укладки (ЛМ) на основе вяжущего БИТРЭК, проведенных ФГБУ «РОСДОРНИИ» в испытательном центре «росдортест» 14-19.08.14. Образцы смеси отобраны во время укладки нижнего слоя на мосту проспекта Комсомольского в г. Люберцы. Результаты испытаний, показывают соответствие параметров ПДА-резиноасфальтобетона литого типа заявленным.
В конечном итоге применение новых материалов в дорожном строительстве определяется степенью улучшения параметров конечного продукта, каким в данном случае является дорожное покрытие, по отношению к повышению затрат, т. е. экономической эффективностью.
Практика показала, что при применении резиноасфальтобетонов БИТРЭК в конструкциях покрытий дорог и искусственных сооружений допустимо снижение нормативной толщины слоя покрытия без ухудшения качества и долговечности покрытия, что позволяет существенно экономить материальные ресурсы и бюджетные средства и увеличивать межремонтные сроки.
Н. В. Смирнов .
директор по науке и технологии ООО НПГ «ИНФОТЕХ»
