История асфальта

Одно из главных преимуществ адгезивов и герметиков на битумной основе – их низкая себестоимость. Битум в разы дешевле, чем синтетические полимеры и каучуки, поэтому выгода его применения как в качестве самостоятельного материала, так и в смесях с прочими полимерами, не вызывает никаких сомнений.

При помощи эмульсий осуществляется склеивание, создание покрытий, пропитка поверхностей, создание влагонепроницаемых покрытий, изоляция поверхностей. Используют битумные эмульсии и как адгезивы при укладке кровли, создании строительных оболочек, изоляции зданий, а также других операциях, требующих осуществление быстрого испарения воды из мест соединений.

Вязкость эмульсии – основной критерий для ее применения. Как правило, при создании покрытия или осуществлении герметизации поверхности необходимо придать эмульсии большую вязкость, чтобы получить пленку необходимой толщины. Асфальтовая эмульсия, которую используют при склеивании слоев оболочки, должна  обладать достаточной текучестью, чтобы слой был максимально однородным. Поэтому для получения нужных свойств может быть необходимо разбавить эмульсию водой.

Добавки для битумных материалов

Углеводородная природа битумных материалов обуславливает их низкое поверхностное натяжение, поэтому с их помощью можно обеспечит отличную адгезию. Вместе с тем, битум легко смывается водой с поверхности подложки, либо, смачивая подложку влагой, можно предотвратить ее пропитку битумом. Так  как в строительстве необходимость в таких операциях весьма высока, для решения этой проблемы в асфальт или готовый состав, как правило, добавляют усилитель адгезии (самые распространенные из них – это поверхностно-активные аминовые компаунды).

Битум на морозе становится хрупким, что тоже можно предотвратить, добавляя в него полимерные эластомеры (к примеру, отходы неопрена) для их воздействия в качестве пластификаторов[14,15,16]. Пластическая текучесть при отрицательных температурах снижается при добавлении в состав битумов термоотверждающихся смол– к ним относят эпоксидные и полиуретановые смолы.

Растворители включают в состав эмульсий, чтобы улучшить эмульсификацию, уменьшить усадку и повысить скорость отверждения при отрицательных температурах – для этого используют  лигроин, керосин или дизельное топливо. Средний срок схватывания эмульсии говорит о том, что в ней содержится до 15% растворителя.  Эмульсии, которые  используют в рециклинге, также часто содержат растворители и повышающие текучесть добавки – они помогают «обновить» старое асфальтированное покрытие.

Применение стандартных окисленных марок асфальта было широко распространено для укладки кровельного битумного картона и кровельной дранки. Однако сегодня возросла потребность в более легких кровельных материалах и более высоких изолирующих параметрах.

Эластомеры, используемые для модификации битумных материалов -  это резиновая мука, вулканизированная шинная резиновая смесь, различные виды  утилизированного или натурального каучука. Применяются и эластомеры, созданные из синтетических материалов[17-19].

Все модифицированные битумные  материалы применяют в зависимости от природы используемых битумов, а также типов эластомеров, методов введения и условий окружающей среды, воздействию которых подвергается смесь.

5. Стиролбутадиенстирольные блоксополимеры

Асфальт является ведущим материалом для строительства дорог и шоссе. Полимерная модификация битумного связующего получило широкое распространение в мире ввиду возрастания числа и строгости требований.

Эти требования включают:

• Большее нагружение дорог ввиду повышения интенсивности дорожного движения и возрастания веса транспорта; 
• Более строгие требования к безопасности в терминах сопротивления скольжению и состояния поверхности дорог в течение их срока службы; 
• Необходимость уменьшения общих издержек для властей и пользователей, включая стоимость технического ухода и задержек, а также стоимость страхования, связанного с повреждением транспортных средств; 
• Повышение комфорта для пользователя дорог; 
• Снижение влияния на среду обитания, например, посредством уменьшения уровня шума; 
• Легкость и скорость строительства, оптимизировать стоимость строительства и минимизировать варьирование качества конечного продукта.

Благодаря тому, что он позволяет удовлетворить эти требования, блоксополимер стирол-бутадиен-стирол (SBS) стал основным полимерным модификатором для битумов.

5.1. Воздействие стиролбутадиенстирольных блоксополимеров на битумные вяжущие материалы

Стиролбутадиенстирольные полимеры поглощают "масляные компоненты" из битума, благодаря чему объем полимеров увеличивается до 10 раз. Сеть, образуемая стирольными областями, раздувается, но остается целой по всему вяжущему материалу, делая его эластичным в гораздо более широком температурном диапазоне. Это снижает степень вязкого поведения при высокой температуре и хрупкого поведения при низкой температуре.

Соответственно, битумный вяжущий материал со стиролбутадиенстиролом подходящего состава обеспечивает:

•Повышение устойчивости к остаточной деформации при высокой температуре благодаря его высокой вязкости (с нулевым сдвигом), обеспечиваемой полимерной сетью;

•Повышение устойчивости к растрескиванию при низкой температуре благодаря снижению критической температуры растрескивания;

•Повышение устойчивости к механической и термической усталости благодаря повышению прочности;

•Повышение сопротивления истиранию благодаря повышению прочности вяжущих материалов;

•Повышение сопротивления старению и устойчивости к охрупчиванию старения, в частности открытого вяжущего материала в пористом асфальте.

Битум является натуральным продуктом, состав которого варьирует в широких пределах даже для одной и той же марки. Это зависит от таких параметров, как происхождение сырой нефти, срока эксплуатации скважины, условий нефтепереработки и используемых ингредиентов смеси. Вследствие этого при использовании гранул различных марок каждый раз требуется индивидуальный подход, чтобы учесть варьирование состава и характеристик битумов, а также требований. Однако при надлежащем выборе большинство битумов можно использовать в качестве основы для получения битумного вяжущего материала, модифицированного стиролбутадиенстиролом.

При укладке дорог и шоссе широко используется следующие марки полимеров ОЛЕНТЕН-S с реакционными ангидридными или эпоксидными группами:

• ОЛЕНТЕН-S (на базе аналога KRATON D1101), основная дорожная марка стиролбутадиенстирола (SBS) с содержанием полистирола 31%; 
• ОЛЕНТЕН-S (на базе аналога KRATON D1192) с модифицированным бутадиеновым средним блоком, позволяющая получить битумно-полимерную смесь меньшей вязкости, более высокую степень совместимости битума и полимера и лучшие характеристики старения; 
• ОЛЕНТЕН-S (на базе аналога KRATON D1116), радиальная молекула стиролбутадиенстирола с низким содержанием стирола для смесей, требующих большее количество бутадиена; 
• ОЛЕНТЕН –S (на базе аналога КRATON D1102), линейный стиролбутадиенстирол с малым молекулярным весом для получения битума, модифицированного стиролбутадиенстиролом с малой вязкостью при расплавлении; 
• ОЛЕНТЕН-S (на базе аналога KRATON D1184 и KRATON D1186), для применений, требующих высоких температур размягчения.

5.2. Специальные применения в эмульсиях

В последнее время начала быстро возрастать популярность эмульсий ввиду постоянного улучшения их технологии и желания свести к минимуму задержки. Прогресс технологии эмульсий, модифицированных полимерами, также обусловил дополнительное повышение рабочих характеристик дорожных проектов, основанных на применении эмульсий.

Использование полимера ОЛЕНТЕН-S ( на базе аналога KRATON D1192), который позволяет получать полимерно-битумную смесь малой вязкости, обеспечивает эмульсии с более высоким содержанием полимера и значительно меньшими в среднем частицами эмульсии.
Использование полимеров ОЛЕНТЕН-S в настилах мостов.

Настилы как бетонных, так и стальных мостов требуют обеспечения слоя гидроизоляции и дорожного полотна из асфальтовой смеси. Оба элемента подвергаются воздействию экстремальных условий, в частности воздействию экстремальных температур и напряжений, создаваемых нагружением моста.

Для обеспечения гидроизоляции материала строения моста можно использовать специальный изоляционный картон, модифицированный полимерами ОЛЕНТЕН-S. Благодаря его высокой эластичности, прочности и устойчивости к растрескиванию при низких температурах и устойчивости к растеканию при высоких температурах, этот материал в высшей степени пригоден и широко используется в мостах. Устойчивость к воздействию высоких температур необходима для того, чтобы свести к минимуму ущерб от старения при эксплуатации асфальтовой смеси.

Упругое восстановление и прочность битумного вяжущего материала, модифицированного полимером, также характеризуют асфальтовую смесь, используемую в настилах мостов. Использование полимеров ОЛЕНТЕН-S не только сводит к минимуму риск повреждения от растрескивания, вызываемого напряжениями, связанными с движением по мосту, но, кроме того, прочность вяжущего материала позволяет предотвратить расслоение разных слоев асфальтовой смеси или асфальтовой смеси и подлежащего гидроизоляционного слоя.

5.3. Смешивание с асфальтом

SBC обладают необычным свойством – они позволяют создавать эффективные смеси из несовместимых полимеров. Самое серьезное преимущество, основанное на улучшенных характеристиках смешивания, которыми обладает SBS, заключается в возможности производства смесей с различными сортами битума и асфальта. На самом деле, модификация битума, включающая в себя главным образом рыночные секторы кровельных материалов и материалов для мостовой, превратилась во второй по величине рынок в США и крупнейшую область применения SBC в Европе.

Блок-сополимеры SBS практически безальтернативны в областях применения битума, так как полиизопрен обладает нежелательной склонностью к разделению цепи в процессе разрушения, а также более низкой стоимости мономера бутадиена.

Оптимальные SBS полимеры для этих областей содержат 30% стирола, а также обладают структурой в форме двух-четырех конечных звезд, обладающей большим молекулярным весом (100,000-300,000). Высокое содержание стирола и радиальная структура помогают сохранить непрерывность жестких сегментов на низких полимерных уровнях. В ситуациях, когда высокие рабочие температуры или жесткие условия климата, например в пустыне, требуют более высокой устойчивости, то насыщенные SEBS полимеры иногда используются вместо SBS.

Добавление в состав асфальта 3-20% SBC значительно повышает свойства высокотемпературного течения и эластичность асфальта, и в то же время улучшают свойства при пониженных температурах. Таким образом, можно расширить температурный диапазон асфальта. На дорогах можно улучшить образование колеи на покрытии и низкотемпературное растрескивание. Герметики для заделывания дорожных трещин будут обладать улучшенными свойствами устойчивости против циклического температурного воздействия и сезонной устойчивостью. Помимо этого, в результате модификации асфальта при помощи SBC снижается проницаемость и повышается жесткость, прочность, вязкость и упругое восстановление конечность продукта. К тому же, вязкость расплава остается сравнительно низкой, поэтому модифицированный асфальт можно обрабатывать также как и традиционный асфальт, при температуре 125-200°C.

Если концентрация SBC в асфальте составляет около 5%, то природа смеси SBC/асфальт изменяется – асфальт, модифицированный полимером, превращается в полимер с добавлением асфальта. При более высоких уровнях содержания SBC материалы можно применять в областях герметиков для заделывания дорожных трещин, кровельных адгезивов и гидроизоляции общего назначения.

В табл. 9 представлен герметик на основе SBS для скрепления слоев бетона. Этот состав содержит большое количество асфальта. Внедрение асфальта в составы, содержащие SBC, и внедрение SBC в асфальт позволяет создавать адгезивы, которые найдут применение в строительстве, ремонте дорожных покрытий и других областях.[4,5,6,7,8,]