В России доля потребления модифицированного битума в дорожном строительстве едва дотягивает до 5%. Для сравнения, в Европе этот показатель равен 20%, в США — 15% (в дорогом нашему сердцу штате Аляска — 50%). Доля ПБВ в общем объеме потребления битумов растет, но не теми темпами, как хотелось бы. Мешает запутанная нормативная база (одних ГОСТов накопилось штук 15) и процедура экспертной оценки, где основным показателем годности проекта является его цена.
Применение различных модификаторов в производстве битума позволяет улучшить его качество и получить продукт с заданными параметрами, отвечающими климатическим и транспортным нагрузкам конкретного региона. Полимерные модифицированные битумы — важная составляющая задачи развития автодорожной сети в России.
Модифицированные битумы получают добавлением в обычные битумы определенных веществ.
Для улучшения свойств битума используют следующие добавки:
Битумы, улучшенные добавками полимеров, называют полимерно-битумными вяжущими (ПБВ). Битумы с добавками каучуков называют битумно-каучуковыми вяжущими (БКВ). Битумы с добавкой резиновой крошки — резинобитумными вяжущими (РБВ). Сера и ее различные соединения применяются для нормальной стабилизации полимерно-битумной смеси.
Айжана Турапова, Казконтракт Трейд, о конференции «Мир битумов и ПБВ в дорожном строительстве»
В зависимости от глубины проникания иглы при 25 °C подразделяют следующие марки ПБВ по ГОСТ Р 52 056−2003 «Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блоксополимеров типа стирол-бутадиен-стирол»: ПБВ 300, ПБВ 200, ПБВ 130, ПБВ 90, ПБВ 60 и ПБВ 40.
Сегмент ПМБ (модифицированных полимерных битумов) доминировал на рынке битумов в последние годы. Ожидается, что ПМБ также получит значительный прирост в течение прогнозируемого периода (2018−2019 гг.) благодаря его преимуществам: высокой пористости, высокой устойчивости к скольжению и низкому уровню шума.
На мировом рынке битумов наблюдается тенденция повышения доли использования ПМБ. Коммерческое использование модифицированных битумов растет, наибольшими темпами — в развивающихся странах.
Объем мирового рынка модифицированных битумов (ПМБ) оценивался в 7,67 млрд долл. США в 2014 году. При этом прогнозировался рост рынка следующие семь лет из-за растущего спроса со стороны различных прикладных отраслей, включая дорожное строительство, кровельные покрытия, клеи.
В 2016 году глобальный рынок оценивался в 9,5 млрд долл. США, а рост отрасли по CAGR — более чем на 4% до 2024 года.
Северная Америка занимает более четверти доли всего рынка ПМБ. Азиатско-Тихоокеанский регион имеет один из самых быстрорастущих рынков для модифицированных битумов. В Китае и Индии увеличивается спрос на жилье, что приводит к новым большим строительным проектам. Этот фактор движет рынком ПМБ в Азиатско-Тихоокеанском регионе.
Компаниям, работающим на европейском рынке ПМБ, сложно поддерживать рынок благодаря огромной конкуренции со стороны основных игроков. Однако «Shell» продолжает расти и инвестировать в свой битумный бизнес в этом регионе, закрепленный двумя крупнейшими заводами, расположенными в Нидерландах и Германии. Это замедляет деятельность мелких игроков из-за растущих и жестких рыночных условий.
Конференция «Мир битумов и ПБВ в дорожном строительстве»
Россия практически не представлена на мировом рынке битумных продуктов. В 2017 году в небольших объемах ПБВ экспортировался в Перу, Чили, Монголию, Бразилию, Казахстан. Импорт ПБВ в Россию осуществлялся из Японии (43,3% от всего объема в натуральном выражении), Германии и Китая. Объем российского рынка полимерно-битумных вяжущих ежегодно растет. На 2013 год он оценивался в 170 тыс. тонн.
Прирост по отношению к 2012 году тогда составил 75%. Доля потребления ПБВ от всего объема битумов была равна 3,3%. Для сравнения, доля потребления ПБВ от всего объема битумов в Европе – 20%, на Аляске – 50%, в США в целом – 15%.
В 2014 году производство ПБВ приблизительно составило 190 тыс. тонн.
В 2015 году выпущено 253 тыс. тонн ПБВ.
В 2017 году объем рынка ПБВ составил 232,6 тыс. тонн, что на 15,22% больше, чем в 2016 году (202,26 тыс. тонн). На ПВБ в 2017 году пришлось 5% в общем объеме потребления битумов. В среднем по Европе выпуск ПБВ от общего объема производства битумов составляет до 15%, в Германии — до 32%, во Франции — до 18%, в Польше — до 22%.
К 2025 году емкость этого рынка по прогнозам превысит 500 тыс. тонн.
Применение ПБВ в России стало обязательным с 1995 года. Приказ № 9 от 31 января предписал использование ПБВ в верхних слоях асфальтобетонных покрытий на дорогах I и II технических категорий.
По словам руководителя Росавтодора (в 2012—2018 годах) Р. В. Старовойта объемы применения модифицированных битумов растут, в том числе ведется активное применение геосинтетических материалов, которые увеличивают сроки службы покрытия в 1,5 раза.
Для модификации битума в Европе чаще всего используется стирол-бутадиен-стирол. Полимер вводится в виде твердого вещества (гранул или порошка), а также в виде жидкости (эмульсии или раствора). Впервые для модификации дорожного битума термоэластопласт типа СБС использовала компания «SHELL» в 1960 году.
В РФ наблюдается такая же тенденция: наиболее часто ПБВ получают на основе стирол-бутадиен-стирола. ПБВ на основе СБС — единственное модифицированное вяжущее, для которого в РФ разработан ГОСТ. К данному модифицированному вяжущему требования регламентированы ГОСТ Р 52 056, применение узаконено ГОСТ 9128, ГОСТ 31 015 и ГОСТ Р 54 401, внесение в проектные решения — СНиП 2.05.-02−85.
Единственным производителем СБС в России является ОАО «Воронежсинтезкаучук» (входит в ПАО «СИБУР Холдинг»).
Производственные мощности бутадиен-стирольных термоэластопластов предприятия составляют 85 тыс. тонн. В 2016 году выпуск СБС в России составил около 73 тыс. тонн, а потребление — 48 тыс. тонн.
Экспорт СБС в 2016 году составил 40,18 тыс. тонн. 99% экспорта является продукцией АО «Воронежсинтезкаучук». Импорт СБС в Россию в 2016 году составил 15,18 тыс. тонн. Крупнейшие импортеры LG Chem Ltd (39%), LCY Chemical Corp. (22%), Kraton Polymers (14%).
Источник ect-center.comПолимерно-битумное вяжущее (ПБВ)
В условиях увеличения интенсивности движения и роста нагрузок на дорожное покрытие, а также специфических условий эксплуатации объектов дорожного строительства в различных климатических условиях, возрастают и требования к материалам для строительства и ремонта дорожного полотна. Битумы нефтяные дорожные (БНД) в чистом виде не могут в полной мере соответствовать этим требованиям.
Битум термопластичный материал, и при повышенных температурах он размягчается. При низких температурах битумы становятся твердыми и хрупкими, что приводит к образованию трещин на дорогах. Кроме того, битумы обладают недостаточно высокой адгезией к песку и щебню. Значительно повысить долговечность и качество дорожных покрытий позволяет применение полимерно-битумных вяжущих (ПБВ).
Полимерно-битумные вяжущие (ПБВ) — битумы, модифицированные добавлением полимеров. Также в состав ПБВ могут входить пластификаторы и адгезионные добавки.
ПБВ имеет ряд преимуществ перед применением БНД:
- высокая эластичность;
- более широкий интервал пластичности;
- более сильная адгезия с минеральными компонентами асфальтобетонной смеси;
- улучшенные низкотемпературные свойства;
- снижение колееобразования дорожных покрытий;
- повышение коррозионной стойкости дорожных покрытий.
Вследствие повышения качества, срок службы дорожного покрытия повышается в 2 – 3 раза, с 6 лет при использовании БНД до 12 – 18 лет при использовании ПБВ. Это позволяет значительно снизить затраты на эксплуатацию и ремонт дорог.
При производстве ПБВ в качестве полимера могут использоваться термопласты, каучуки и термоэластопласты.
Термопласты отличаются способностью к многократному размягчению при повышении температуры и отвердеванию при ее снижении. Среди термопластов в процессах модификации битума участвуют полиэтилены, полипропилены, атактические полипропилены, поливинилхлориды, полистиролы, этиленвинилацетаты и вископласты.
Каучуки, или эластомеры имеют спиральное строение макромолекул, что дает возможность удлинения до 10 раз при прикладывании растягивающей нагрузки и возвращение в исходное состояние при ее снятии. Из этого класса модификаторов для улучшения свойств битума используются бутадиен-стирольные, полихлоропропеновые и этиленпропиленовые полимеры, а также бутилкаучук.
Термоэластопласты – полимеры, обладающие в условиях эксплуатации эластичными свойствами, а при повышенных температурах обратимо переходящие в пластическое или вязкотекучее состояние. Выделяют три типа термоэластопластов – полимеры стирол-бутадиен-стирол (СБС), полимеры стирол-изопрен-стирол (СИС) и полимеры стирол-этилен/бутилен-стирол (СЕ/БС).
Для модификации дорожных битумов чаще всего используют СБС. Это обусловлено их способностью не только повышать прочность битума, но и придавать полимерно-битумной композиции эластичность – причем при небольшой концентрации (3 – 5% от массы битума). Использование в рецептуре асфальтобетонной смеси битума, модифицированного полимером типа СБС, обеспечивает дорожному покрытию способность к быстрому снятию напряжений, возникающих в покрытии под воздействием движущегося транспорта.
Способы производства ПБВ
В настоящее время наиболее эффективным методом производства ПБВ можно считать процесс с использованием такого устройства, как коллоидная мельница. Это устройство позволяет измельчать полимер в процессе приготовления ПБВ. При измельчении полимера увеличивается удельная поверхность контакта смешиваемых компонентов, и соответственно ускоряются процессы набухания и растворения полимера.
Существует два способа приготовления ПБВ.
По первому основному способу все компоненты ПБВ, согласно рецептуре, перемешиваются в одной емкости.
Сперва в емкость подают битум, предварительно обезвоженный и подогретый до 110 – 120 °С. Затем туда же подают необходимое количество пластификатора, нагретого до 90 – 100 °С, и перемешивают до однородного состояния, после чего, при постоянном перемешивании, порционно вводят полимер и постепенно нагревают смесь до 155 – 160 °С. Далее смесь поступает в коллоидную мельницу.
В мельнице полимер дробится на мелкие частицы и эффективно вмешивается в битум. Из мельницы смесь попадает в емкости созревания, где в течение нескольких часов происходит окончательное набухание полимера. После этого полимерно-битумное вяжущее готово к использованию.
По второму способу предварительно готовят раствор полимера в пластификаторе той концентрации, которая была установлена при подборе состава ПБВ, а затем раствор вводят в обезвоженный и нагретый битум, после чего в конце процесса – ПАВ и перемешивают смесь до однородного состояния. Если вязкость раствора полимера высока и возникают трудности при перемешивании и перекачке в расходные емкости, то в него добавляют битум в количестве, равном содержанию раствора в емкости. Получается битумосодержащий раствор полимера, который затем вводят в битум и перемешивают до однородного состояния.
Для ускорения процесса измельчения и набухания полимера, уменьшения температуры протекания процесса и соответственно для минимизации затрат, целесообразно применять комплексные полимерные добавки, в состав которых, кроме полимера, входят специальные поверхностно-активные вещества. В этом случае снижается или вовсе исключается необходимость введения пластификатора, что также снижает себестоимость производимого ПБВ.
Пластификаторы для ПБВ
При введении термоэластопластов в битум без пластификаторов для получения ПБВ с оптимальными свойствами требуется как минимум 5 – 6% полимера по массе. При этом вязкость получаемого вяжущего существенно выше вязкости битумов, что может привести к технологическим затруднениям при приготовлении асфальтобетонных смесей на АБЗ. Повышать же температуру приготовления более 160 °С не рекомендуется, так как в России применяются окисленные битумы, которые подвержены интенсивному старению при температурах выше 160 °С. Для получения ПБВ требуемого качества без лишних затрат полимера и энергии важно правильно подобрать пластификатор.
Рынок производства пластификаторов для ПБВ расширяется из года в год. И если раньше в качестве пластификаторов использовали индустриальные масла, экстракты селективной̆ очистки, машинные масла и т.д., то в настоящее время подобные пластификаторы не рекомендованы к использованию, и на смену им выпускается множество эффективных пластификаторов на основе экологически безопасного сырья. К таким относится Унипласт, производимый ООО «Селена». Использование пластификатора Унипласт позволяет обеспечить требуемый температурный режим (не выше 160°С) и существенно повысить эффективность вводимого полимера, т. е. получить ПБВ с развитой пространственной структурной полимерной сеткой при минимальном содержании полимера 2 – 2,5 %, а также, в некоторых случаях, исключить из необходимого комплекта оборудования коллоидную мельницу.
Адгезионные добавки для ПБВ
ПБВ должны характеризоваться необходимой адгезией к поверхности минеральных материалов, используемых в данной полимерасфальтобетонной смеси, чтобы как минимум обеспечить требуемый коэффициент длительной водостойкости материала и его длительную эксплуатацию в покрытии или в другой конструкции без шелушения и выкрашивания. Однако введение только полимера типа СБС в битум в большинстве случаев не позволяет получить требуемую адгезию ПБВ. Необходимо введение эффективных адгезионных добавок.
ООО «Селена» предлагает ряд высокоэффективных дорожных адгезионных добавок ДАД, отличающихся по своему химическому составу и структуре. При этом выбор конкретной марки ДАД зависит от производственных условий приготовления ПБВ, химической природы применяемого вяжущего и используемых каменных материалов.
Варьируя соотношением компонентов, можно получить ПБВ высокого качества с любыми требуемыми характеристиками.
Источник www.npfselena.ruПрименение полимерно-битумных вяжущих в дорожном строительстве
В России около 70 % грузов перевозят автомобильным транспортом. Большие денежные суммы расходуются на строительство новых дорог и на ремонт существующих.
На дорожное покрытие постоянно возрастают нагрузки, а также увеличивается интенсивность движения. Специфические условия эксплуатации объектов дорожного строительства (путепроводы, мосты, развязки) в различных климатических условиях вызывают необходимость предъявлять повышенные требования к дорожным покрытиям. Битум по ГОСТ 22245-90, не может удовлетворить эти требования полностью. В нашей стране проводятся работы по созданию современных материалов для устройства дорожных покрытий. Одно из них – это модификация битумов полимерными добавками.
ГОСТ 9128-2013 нормирует показатели физико-механических свойств полимерасфальтобетонных смесей и полимерасафльтобетона, в том числе показатели прочности, глубины вдавливания штампа, зерновые составы смесей с учетом вязкости ПБВ(полимерно-битумного вяжущего) на основе блоксополимеров типа стирол- бутадиен-стирол (СБС).
Применение ПБВ в России в широком масштабе позволит значительно повысить качество покрытий, их долговечность, и как следствие сократить затраты на ремонт.
Асфальтобетонная смесь представляет собой рационально подобранную смесь из песка, щебня, минерального порошка и битума нефтяного дорожного вязкого.
Основной вид нефтяного вяжущего, применяемого в асфальтобетонной смеси — это битум нефтяной, в идеальном варианте он должен быть пластичным, способным без разрушения выдерживать низкие температуры и перепады температур.
Экономически эффективными модификаторами для нефтяных битумов являются те, которые не дорогие по цене и обладают ниже перечисленными свойствами:
— не разрушаются при температуре приготовления смеси ;
— совместимы с битумом при проведении процесса перемешивания;
-увеличивают сопротивления битумов к воздействию сдвиговых напряжений и делают битум более «эластичным» при низких температурах;
-химически стабильны, сохраняют свои свойства в условиях работы в дорожном покрытии.
Наибольшее применение нашли полимеры типа СБС. Полимерасфаль- тобетонная смесь обладает лучшей уплотняемостью, смесь хорошо уплотняется при более низких температурах.
Объем замкнутых пор в смеси с ПБВ на 20-30 % больше, чем у плотной горячей асфальтобетонной смеси. Полимерасфальтобетон удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к горячему асфальтобетону по ГОСТ 9128-2013, характеризуется высокими прочностью при 50º С, водо — и морозостойкостью.
Полимерасфальтобетон менее чувствителен к колебаниям температуры, он отличается от асфальтобетона большей деформативной трещино-стойкостью, сдвигоустойчивостью и долговременной прочностью.
В СоюздорНИИ проводились научные исследования по вопросу компонентного состава и изучению физико-механических свойств полимерно-битумных вяжущих.
Так, были определены принципы выбора компонентов для приготовления ПБВ, а именно:
— эластичная сетка в ПБВ должна образовываться во всем объеме при минимальном содержании полимера,
— должна иметься возможность одновременного повышения теплостойкости и трещиностойкости ПБВ,
— нормы по токсичности, технологичности должны быть не ниже чем у битумов.
При получении ПБВ используют пластификатор, также для повышения адгезии к минеральным материалам кислых пород используют поверхностно-активные вещества (ПАВ).
Термоэластопласты-блоксополимеры типа СБС, применяют для производства ПБВ, т.к. они хорошо растворяются в битуме и образуют пространственную структурную сетку из молекул полимера в битуме.
В качестве пластификатора возможно применение индустриального масла и др, в качестве ПАВ – «Амдор-9», «Дорос-АП», «БП-ЗМ». Содержание полимера колеблется от 1 до 4 % (по массе) для разных битумов и характеризуется резким изменением вязкости.
Коллоидная мельница
При производстве ПБВ используется коллоидная мельница, она измельчает полимерные частицы до молекулярного уровня и равномерно распределяет их в битуме.
Битум, содержащий некоторое количество полимера, которое необходимо для образования пространственной структуры это новое вяжущее и называется ПБВ.
ПБВ в зависимости от глубины проникания иглы при 25°С подразделяются на следующие марки: ПБВ 300, ПБВ 200, ПБВ 130, ПБВ 90, ПБВ 60, ПБВ 40.
При применении пластификатора получается ПБВ высокого качества при минимальном содержании полимера, улучшается удобоукладываемость и уплотняемость полимерасфальтобетонных смесей, появляется возможность обеспечить необходимое качество покрытий по сдвигоустойчивости и трещиностойкости. Эластичная сетка придает ему способность к ориентации при отрицательных температурах. Процесс ориентации обусловлен возможностью пластического деформирования при высокой вязкости системы, которая фиксирует эту сетку в растянутом состоянии, армируя этот материал.
Срок службы верхнего слоя покрытия с использованием ПБВ увеличивается в 1,5-3 раза.
Преимуществом ПБВ является возможность регулировать свойства за счет изменения процентного соотношения полимера и пластификатора, что позволяет использовать его в любых климатических условиях.
Полимерасфальтобетон – это дисперсная система, где частицами дисперсной фазы являются частицы минеральных материалов, адсобрировавшие на своей поверхности и поглотившие в свои поры часть компонетов вяжущего, а дисперсионной средой является дисперсионная среда вяжущего.
В России особые климатические условия, поэтому предпочтительней применять в качестве вяжущего материал, имеющий повышенную трещиностойкость, теплостойкость, адгезию и эластичность.
В зарубежной практике для устройства дорожных покрытий, при необходимости, используются композиционные материалы на основе битума и модификаторов, таких как сера, каучук, термопластичные полимеры (полиэтилен, полипропилен и другие), термопластичные каучуки , а также блоксополимеры стирол-бутадиен-стирола (СБС).
В последние годы в верхних слоях покрытия применяют битум с добавлением ПАВ – КАП (катионно-адгезионная присадка).Битумы нефтяные дорожные и полимерно-битумные вяжущие, как правило, не имеют удовлетворительного сцепления с минеральными материалами кислых пород (гранитом). При плохом сцеплении вяжущего с минеральной частью смеси снижается водоустойчивость асфальтобетона, происходит выкрашивание, образуются выбоины на дорожном покрытии и в дальнейшем происходит его разрушение. Применение КАП обеспечивает прочное сцепление с поверхностью кислых каменных материалов-гранитов.
Ведущий инженер ЛИКСДОиГ Пагнуева Е.П.
Автомобильные дороги . Выпуск 4. ПБВ на основе СБС для дорожного строительства 2002 г.
Источник ceiis.mos.ru