Цель создания ПБВ для дорожного полотна – улучшение их эксплуатационных свойств за счет понижения чувствительности прочности вяжущего материала к изменениям температуры и времени нагрузки, а также обеспечения высокой прочности сцепления с минеральными материалами при повышенных температурах в сочетании с высокой упругостью при низких температурах. Применяемые в настоящее время в дорожном строительстве органические вяжущие материалы – битумы – уже не в полной мере отвечают современным требованиям. К необходимым мероприятиям по улучшению качества дорожных покрытий относятся:

• значительное повышение трещиностойкости вплоть до температур минус 50–60оС;
• значительное повышение эластичности вяжущих материалов и придание им свойств, присущих эластомерам;
• улучшение адгезионных свойств ПБВ, особенно по отношению к поверхности материалов кислых пород;
• расширение и совершенствование имеющихся возможностей, а также поиск новых способов применения вяжущих материалов и смесей на их основе в холодном виде без
ухудшения их эксплуатационных параметров и токсикологических характеристик.

Перспектива применения полимерно-битумных вяжущих материалов на основе блоксополимеров типа СБС по ГОСТ — Р 52056–2003 не вызывает сомнения в силу отсутствия на российском рынке других органических вяжущих материалов, способных обеспечивать одновременно необходимую температурную трещиностойкость, высокую коррозионную стойкость, теплостойкость, сдвигоустойчивость и долговременную прочность дорожных покрытий. Эти материалы разработаны специально для дорожной отрасли и в зависимости от соотношения в нем битума, полимера, пластификатора и поверхностно-активного вещества может характеризоваться одновременно высокой эластичностью (более 70%), температурой хрупкости до минус 60°С, температурой размягчения до 75°С, хорошим сцеплением с минеральными материалами как кислых, так и основных пород (щебнем, песком, минеральным порошком). Использование ПБВ вместо битумов в составе асфальтобетонных дорожных покрытий более чем в 2 раза увеличивает срок их службы, который в настоящее время не превышает 5–6 лет. По расчетам специалистов ФГУП «СоюздорНИИ», организация государственного заказа на ПБВ только в системе «Росавтодора» позволила бы увеличить поступления в госбюджет на 2,24 млрд руб. в год.

Эффективный способ подготовки битума к работе – эмульгирование, исключающее высокотемпературные процессы на стадиях производства асфальтобетонных смесей. Битумные эмульсии характеризуются совместимостью с холодным и даже влажным наполнителем асфальтового покрытия. Кроме того, применение битумных эмульсий в составе асфальтобетонных смесей имеет преимущества по сравнению с традиционными «горячими» технологиями:

• сокращение расхода битума на 20–40% за счет более равномерного распределения по поверхности минерального материала тонким слоем;
• продление сезона строительных работ;
• экономия более 40% топлива при производстве «холодных» эмульсионно-минеральных смесей за счет исключения стадии нагрева каменных материалов;
• исключение стадии высокотемпературной обработки вяжущего материала, поскольку эмульсии характеризуются вязкостью, сопоставимой с вязкостью дисперсионной
среды (воды);
• исключение вредных выбросов в атмосферу, возникающих в случае «горячей» укладки покрытий.

К наиболее важным преимуществам битумных эмульсий относятся их заметно меньшая вязкость (при 20оС) по сравнению с вязкими и разжиженными битумами и более высокая адгезионная способность к поверхностям различной структуры и природы (кислые и щелочные минералы, металлы). Пониженная вязкость битума позволяет обеспечить точность его дозирования при приготовлении асфальтобетонных смесей, распределение последних более тонкими слоями при укладке дорог, что, в свою очередь, исключает вероятность «потения» слоев (выделение битума на поверхность из объема слоя) и приводит к сокращению расхода вяжущего материала. Повышенная адгезия способствует созданию высокопрочных и долговечных дорожных конструкций.

Эмульсии достаточно устойчивы в объеме (т.е. в условиях хранения и транспортирования). В то же время при соприкосновении с поверхностью различных материалов или при смешении с каменными материалами эмульсия распадается на составные части – битум и воду. Битумные эмульсии различного назначения должны характеризоваться различной скоростью распада. Последняя зависит от свойств эмульгатора, его количества и степени дисперсности эмульсии.

Необходимая скорость распада эмульсий определяется технологией применения. По скорости распада при взаимодействии с каменным материалом битумные эмульсии разделяют в соответствии с ГОСТ 18659–81 на три класса:

• ЭБК-1 – быстрораспадающиеся;
• ЭБК-2 – среднераспадающиеся;
• ЭБК-3 – медленнораспадающиеся.

В зависимости от типа эмульгатора эмульсии делят на четыре вида;

• анионные (эмульгатор – анионоактивный);
• катионные (эмульгатор – катионоактивный);
• неионные (эмульгатор – неионогенный);
• пасты (эмульгатор – минеральные порошковые материалы).
На современном этапе важным направлением являются разработка и производство следующих битумных эмульсий:
• высококонцентрированные эмульсии, содержащие 70% масс. и более битума, для применения в качестве вяжущего и нанесения толстослойных покрытий за одну рабочую операцию;
• эмульсии из разжиженных битумов для приготовления смесей пролонгированного срока хранения, что в значительной степени способствует снижению зависимости дорожных
ремонтно-строительных работ от погодных условий;
• эмульсии с контролируемой скоростью (временем) распада;
• полимерно-битумные эмульсии.

Следует также обратить внимание на разработку экономичных высокоэффективных катионных эмульгаторов.

Качество битума относится к одному из факторов, определяющих эффективность производства и применения битумных эмульсий. Исследования показали возможность
оценки пригодности битумов к эмульгированию через некий критерий «К»:
К = МЦА + БЦА + ПЦА + БС + СБС – 0,5А – 3,5ПН, где МЦА, БЦА, ПЦА – моно-, би- и полициклоароматические соединения соответственно; БС, СБС – бензольные и спиртобензольные смолы соответственно; А – асфальтены; ПН – парафино#нафтеновые соединения.

Экспериментально было установлено, что наиболее благоприятны для эмульгирования битумы с критерием К > 0, причем если для двух образцов битума (1 и 2) выполняется
условие К1 > К2, то предпочтительнее битум 1.

На основе анализа существующих битумных производств и потребностей федерального и региональных рынков в высококачественных битумных материалах предлагается создание комплексного производства по выпуску основного ассортимента современных и перспективных битумных материалов: дорожных, кровельных и строительных битумов, полимерно-битумных вяжущих материалов, рулонных кровельных материалов, битумных эмульсий и др. (рис. 2). Своевременность и необходимость создания комплексного производства связана с возникшим в настоящее время резким разрывом между ассортиментом и качеством выпускаемой нефтеперерабатывающими предприятиями продукции и возросшим спросом на современные битумные материалы в народном хозяйстве. Строительство подобного производства, технологически привязанного к действующему нефтеперерабатывающему предприятию, должно быть обусловлено:

• наличием на НПЗ необходимого сырья и компонентов для производства подавляющего большинства битумных материалов требуемого качества;
• возможностью четкого контроля качества сырья и продукции на всех стадиях производства: сырье → производство → товарный битум → модифицирование → битумный материал;
• необходимостью придания гибкости всему производству битумных материалов в зависимости от сезонности спроса на ту или иную продукцию;
• возможностью использования имеющегося на предприятии оборудования, трубопроводов, резервуаров и других материальных ресурсов;
• возможностью рационального использования энергетических ресурсов в рамках НПЗ;
• высоким уровнем технологической дисциплины и опыта инженерно-технического персонала НПЗ.

Рис. 2. Принципиальная схема комплексного производства битумных материалов:

УГ – утяжеленный гудрон, КСС – комплексный стабилизатор состава, ПГ – подготовленный гудрон, РКМ – рулонный кровельный материал, БНК – битум нефтяной кровельный, БН – битум нефтяной, БДД – битум дорожный повышенной долглвечности, ПБВ – полимерно@битумные вяжущие, СБВ – серобитумные вяжущие, Э – эмульгатор, ЭБК – эмульсия битумная катионная.

Neftegaz