РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Закономерности формирования структуры асфальтобетонов с комплексно-модифицированной микроструктурой с использованием реакционноспособного термопласта Элвалой АМ
Структурно-механические свойства асфальтобетона, исходя из условий работы его в конструктивных слоях дорожной одежды автомобильных дорог, должны обеспечить сдвигоустойчивость при высоких положительных и трещиностойкость - при отрицательных температурах, водо-, морозо-, атмосферо- и износоустойчивость, выносливость, а также расчетные значения модуля упругости и предела прочности на изгиб при растяжении покрытия автомобильной дороги [1-10].
Повышение долговечности асфальтобетона для работы в условиях интенсивного и грузонапряженного движения при воздействии агрессивных факторов окружающей среды возможно при создании структуры асфальтобетона, которая рационально сочетает наиболее плотную упаковку полидисперсных частиц минерального остова (микроструктура плавно переходит в мезоструктуру, а затем в макроструктуру) и непрерывную пространственную сетку эластичного вяжущего с высокими значениями адгезии и когезии при минимально возможной толщине асфальтовяжущего вещества. Важнейшей составляющей структуры долговечного асфальтобетона является контактная зона - зона взаимодействия органического вяжущего с поверхностью минеральных материалов. Поэтому модификация "объемного" и "структурированного" битума реакционным термопластом Элвалой АМ, а также интенсификация процессов взаимодействия на поверхности раздела фаз "битумополимерное вяжущее - минеральный порошок" (механоактивацией последнего эпоксисодержащими олигомерами) позволит значительно повысить физико-механические свойства асфальтобетона. Таким образом, в асфальтобетоне необходимо создать устойчивый пространственный минеральный каркас, деформационно-релаксирующее с высокими адгезионно-когезионными свойствами асфальтовяжущее вещество, а объем остаточных пор в бетоне должен быть минимальным.
Для получения сдвигоустойчивого бетона следует проектировать II тип (поровая) макроструктуры асфальтобетона, который позволит эффективно использовать как свойства пленок органического вяжущего, разделяющих полидисперсные минеральные частицы, так и пространственного каркаса, образованного зернами щебня, способствующего повышению сдвигоустойчивости за счет увеличения плоскостей скольжения и их шероховатости (достигаются максимальные значения модуля деформации, предела прочности, внутреннего трения и зацепления - составы профессора В.А. Золотарева [8]).
Необходимым условием эффективного влияния полимера на свойства органических вяжущих являются совместимость этих компонентов, которая определяется, прежде всего, способностью полимера диспергировать в вяжущем до надмолекулярного уровня. Только при этом условии можно получить существенное улучшение структуры и свойств органических вяжущих (этому благоприятствуют близость параметров растворимости полимера и компонентов дисперсионной среды ОВ) [13, 18, 99, 133-135].
Элвалой АМ и битум должны быть совместимы. Это обусловлено тем, что параметры растворимости Элвалоя АМ и алкановых фракций битума близки
?Эl ? ?Р (2.1)
где: ?Эl , ?Р - параметры растворимости Элвалоя АМ и алкановых растворителей битума, соответственно. В работе [174] расчетным методом, по уравнению Гильденбранда, определен параметр растворимости алкановых фракций с температурой кипения до 240°С ?Р = 16,13 (МДж/м3)0,5. В связи с тем, что полимерную основу Элвалоя АМ составляет полиэтилен, модифицированный глицидиловыми и акрилатными функциональными группами, а для полиэтилена , ?Эl (15,9) ? ?Р (16,13) т.е. битум и Элвалой АМ термодинамически совместимы. Следовательно, при оптимальных температурно-временных режимах производства битумополимерных вяжущих Элвалой АМ в битуме должен растворятся или по меньшей мере, деспергироваться до надмолекулярного уровня без деструкции.
Макромолекулы Элвалоя АМ в дисперсионной среде нефтяного битума должны обладать склонностью к самоассоциации, так как полимер содержит в своем составе полярные группы. Это позволит при минимальной концентрации полимера, ориентировочно 1,5-2,5 % мас., образовать термофлуктуационную пространственную сетку в битумополимерном вяжущем, эластичность которой обеспечивается гибкостью полиэтиленовой основы, модифицированной акрилатом. Оптимальная концентрация Элвалоя АМ в битуме должна обеспечить требуемую эластичность битумополимерного вяжущего [17, 53]. Структура битумополимерного вяжущего должна характеризоваться оптимальным сочетанием измененной полимером дисперсионной среды органического вяжущего и структурно-механическими характеристиками дисперсии асфальтенов нефтяного дорожного битума. Структурная сетка полимера должна сформироваться в органическом вяжущем после окончания уплотнения асфальтополимербетонной смеси.
Битумополимерное вяжущее на основе Элвалоя АМ должно быть термостабильным в условиях технологических температур 180 - 220°С (температура термодеструкции Элвалоя АМ) и термоустойчивым (битумополимерное вяжущее не будет расслаиваться, так как в области концентраций полимера 1,5 - 2,5 % по массе оно должно образовывать гомогенную систему. В связи с этим вязкие и упругие свойства битумополимерного вяжущего полностью будут определяться свойствами раствора Элвалоя АМ в битуме, в различной степени структурированного асфальтенами (это зависит от структурного типа модифицируемого битума). Естественно, БПВ будет иметь температуру перехода в упруго-хрупкое состояние исходного битума, при этом часть дисперсионной среды битумов будет переведена в адсорбционно-сольватное состояние. Все это позволит увеличить вязкость композиции, так как вязкость в области однофазных полимерных растворов линейно связана с объемной концентрацией вводимого полимера [133, 135]. Естественно предположить, что упрочнение структуры вяжущего приведет к повышению температуры перехода системы в вязко - текучее состояние и к повышению температуры разм