Полимерно-битумное вяжущее (ПБВ): компоненты, производство, область применения

Сложно представить современное производство асфальта без использования такого вяжущего, как битум. Он является главным компонентом, отвечающим за формирование прочных связей между щебнем, песком, и при необходимости минеральным порошком и другими добавками.

При этом в уплотненном слое асфальтобетонной смеси — асфальтобетоне — вяжущее, помимо своих положительных свойств, имеет ряд недостатков, например низкую эластичность, в том числе влияющую на качество покрытия дороги в период ее эксплуатации.

Для улучшения тех или иных свойств битума, а значит и увеличения срока службы дорожных одежд, в него вводят различные добавки, а полученный в результате модифицированный битум называют полимерно-битумным вяжущим (ПБВ).

Компоненты для производства ПБВ

Обязательными компонентами полимерно-битумного вяжущего являются полимер и битум, а условно дополнительными — пластификаторы, поверхностно-активные вещества (ПАВ), стабилизаторы и другие. Почему условно? Да потому, что в общей массе готового ПБВ тот же пластификатор может занимать процентную долю в кратно большем объеме, чем полимер, — все зависит от того, какие показатели свойств «супербитума» необходимы дорожно-строительному предприятию для решения поставленных задач.

К примеру, для получения вяжущего марки ПБВ 60, соответствующей требованиям ГОСТ Р 52056-2003 «Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блоксополимеров типа стирол-бутадиен-стирол. Технические условия», может быть использован следующий рецепт: 91% битума марки БНД 60/90, 3% полимера стирол-бутадиен-стирола, 6% пластификатора — индустриального масла. При этом другое соотношение компонентов, например 80% битума, 9% полимера, 10% индустриального масла и 1% адгезионной добавки, также может подойти для приготовления вяжущего марки ПБВ 60. То есть выбор того или иного количества добавляемых полимеров, пластификаторов и других материалов позволяет предприятию подобрать ПБВ под конкретные условия строительства и эксплуатации будущей дороги: минимальные температуры воздуха в регионе, применяемые в производстве асфальта каменные материалы, будущую интенсивность движения транспорта, и другие.

Главным компонентом ПБВ выступает дорожный нефтяной битум, а в качестве полимеров используют:

• термоэластопластичные полимеры, например блоксополимеры стирола: стирол-бутадиен-стирол, стирол-изопрен-стирол, стирол-этилен/бутилен-стирол
• эластомеры: каучуки, каучукоподобные полимеры
• термопласты: полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, и другие
• реактопласты: эпоксидные, карбамидные, полиэфирные и другие синтетические смолы

В нашей стране самым популярным полимером для производства ПБВ является стирол-бутадиен-стирол (СБС), который добавляют в вяжущее в среднем в объеме от 2 до 6 % от общей массы готовой продукции. И этот выбор не случаен: создание эластичной структурной сетки за счет введения в вяжущее каучукоподобных полимеров, требует большого расхода эластомеров — не менее 8% от общей массы ПБВ; пластмассы не обеспечивают требуемый уровень трещиностойкости, при этом плохо растворяются в битуме; реактопласты имеют высокую стоимость и при производстве модифицированного битума требуют дополнительного использования отвердителя. Термоэластопласты же, в силу особых высокомолекулярных соединений, характеризуются высокой прочностью, присущей пластмассам, и эластичностью, свойственной эластомерам.

Более того, применение СБС увеличивает температуры хрупкости и размягчения битума: термоэластопласты сохраняют способность к высокоэластическим деформациям в диапазоне температур от -55°С до 70°С .Таким образом, асфальтобетон, созданный на основе полимерно-битумного вяжущего, обладает увеличенной деформативностью при пониженных температурах и упругостью при повышенных, устойчивостью к многократным динамическим нагрузкам, — все это сказывается на увеличении срока службы объектов транспортной инфраструктуры, особенно в районах крайнего Севера, в Сибири.

В качестве пластификатора, добавляемого в вяжущее при производстве ПБВ, чаще всего выступает индустриальное масло, которое значительно улучшает растворимость полимера в битуме, но немного ухудшает адгезионные свойства полученного в результате вяжущего в сравнении с исходным нефтепродуктом. Именно поэтому еще одним компонентом «супербитума» могут служить различные добавки, в дальнейшем увеличивающие адгезию ПБВ, то есть сцепление вяжущего с каменными материалами. К таким добавкам относят поверхностно-активные вещества разных производителей, серу, полифосфорную кислоту и другие.

Технология производства полимерно-битумного вяжущего (ПБВ)

Технология производства ПБВ основана на смешивании компонентов модифицированного вяжущего в целях получения однородного состава.

Сначала в битум, предварительно нагретый до температуры 110‒180°С (в зависимости от марки исходного вяжущего и условий работы), последовательно вводят порошкообразные или гранулированные полимерные добавки и жидкий пластификатор с температурой 90‒100°С. При этом смесь постоянно перемешивают, поддерживая ее температуру на уровне 160°С.

Далее, горячий раствор, содержащий в себе битум, полимер и пластификатор, по трубопроводам поступает на этап гомогенизации — в коллойдную мельницу. Проходя через нее, частицы полимера, содержащиеся в смеси, измельчаются, что способствует их дальнейшему растворению. После этого полимерно-битумный материал с помощью насоса подают в подогреваемую емкость готовой продукции, оборудованную лопастями. На этом этапе в резервуар может быть введены жидкие или твердые адгезионные добавки. Готовое ПБВ выгружают в емкость для хранения вяжущего и дают отстояться несколько часов.

Стоит отметить, что перемешивание состава, в зависимости от конструктива конкретной установки, может осуществляться как в гидродинамических смесителях, так и в отдельных баках с лопастями. В том и другом случае полученная в результате перемешивания смесь поступает в коллойдную мельницу.

Область применения полимерно-битумных вяжущих (ПБВ)

Так как полимерно-битумное вяжущее, в отличие от дорожного битума, обладает рядом преимуществ — трещиностойкостью, эластичностью, пластичностью, температурной устойчивостью, и другими, — использование ПБВ при строительстве, реконструкции, капитальном ремонте и ремонте объектов транспортной инфраструктуры является гарантом повышения их долговечности.

Полимерно-битумные вяжущие, в том числе созданные на основе блоксополимеров типа СБС, используют для приготовления:

• асфальтобетонных и щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей — «Евроасфальта» — по ГОСТ Р 58406.2-2020 и ГОСТ Р 58406.1-2020
• асфальтобетонных и щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей — «Суперпейва» — по ГОСТ Р 58401.1-2019 и ГОСТ Р 58406.2-2019 (при классификации вяжущего по характеристикам PG)
• теплых асфальтобетонных смесей — по ГОСТ Р 70396-2022
• холодных асфальтобетонных смесей — по ГОСТ Р 70648-2023
• литых асфальтобетонных смесей — по ГОСТ Р 54401-2020
• щебеночно-гравийно-песчаных смесей, обработанных органическим вяжущим — по ГОСТ Р 70454-2022
• органоминеральных смесей и грунтов, укрепленных органическим вяжущим — по ГОСТ 30491-2012 — через приготовление битумно-полимерной эмульсии на основе ПБВ
• смесей, предназначенных для устройства защитных слоев и слоев износа — по ГОСТ Р 58422.1-2021 — через приготовление битумно-полимерной эмульсии на основе ПБВ

Асфальтобетоны, одним из компонентов которых является полимерно-битумное вяжущее, менее чувствительны к перепадам температур, более прочны, сдвигоустойчивы, водостойки, — такой набор качеств обеспечивает повышение срока службы дорожных одежд в 2‒3 раза по сравнению с асфальтобетонами, созданными на дорожных битумах без модификации.

Какие бывают установки для производства ПБВ

На рынке производителей установок для приготовления полимерно-битумного вяжущего можно встретить абсолютно разные модели, как по конструктиву, так и по комплектации, например наличию или отсутствию кабины оператора.

Тем не менее все установки для приготовления ПБВ можно разделить на установки непрерывного и циклического действия.

В первом случае — менее популярном в дорожно-строительной отрасли — смешивание горячего битума с добавками осуществляется в гидродинамических смесителях, расположенных на трубопроводе по ходу движения смеси к коллойдной мельнице.

В случае с установками циклического действия перемешивание битума и добавок происходит в отдельном резервуаре, и только после этого смесь поступает в коллойдную мельницу.

Очевидно, что для приготовления модифицированного вяжущего на установке циклического действия необходимо затратить больше времени, чем для производства того же объема продукции на «непрерывнике». И в этом есть свои плюсы: во-первых, в этом случае готовая продукция будет отличаться повышенным уровнем однородности; во-вторых, за время перемешивания битума и добавок в отдельном баке, успевают пройти столь необходимые для высокомолекулярных соединений химические процессы.

Комплексы непрерывного и циклического действия могут быть однопроходными и многопроходными. В первом случае смесь битума с добавками проходит по технологической линии только один раз, после чего ПБВ выгружают в отдельный резервуар или транспорт; во втором случае смесь может быть принудительно отправлена на дополнительный «круг» для повторного прохождения через смесительное оборудование — сначала в резервуар с лопастями или, в случае с «непрерывниками», в гидродинамические смесители, а после — в коллойдную мельницу.

Многопроходные установки гарантируют лучшую однородность готовой продукции, но при этом не могут обеспечить заявленную работоспособность оборудования. К примеру, если номинальная производительность комплекса составляет 10 т/ч, то использование функции двух проходов смеси по технологической линии, снизит выпуск продукции до 5 т/ч.

Современные технологии на установках для производства ПБВ

Сегодня компания SOLOMATIC — российский поставщик оборудования из Китая — предлагает дорожно-строительной отрасли высокотехнологичные установки циклического действия для приготовления ПБВ за один проход.

К плюсам каждой из пяти моделей серии PMB — производительностью до 5, 10, 20, 30 и 40 тонн готовой продукции в час — можно смело отнести:

• Наличие элеватора и большого бункера под полимер, наверное, самого большого бункера под добавки, представленного на российском рынке
• Применение двух резервуаров-смесителей в теплой масляной рубашке, необходимых для перемешивания битума с полимером и пластификатором
• Устройство на технологической линии не одной коллойдной мельницы для диспергирования, а двух последовательных, гарантирующих высокий уровень гомогенности ПБВ
• Оснащение установки двумя резервуарами-смесителями в теплой масляной рубашке, предназначенными для перемешивания готового модифицированного вяжущего со стабилизатором
• Наличие тензодатчиков, установленных на резервуарах под битум, бункере под полимер, бункерах под стабилизатор
• Использование в качестве компонентов комплекса оборудования, созданного надежными производителями: компаниями Siemens, Mettler Toledo, ABO, Festo и другими
• Оснащение комплекса системой быстрого нагрева битума — Speed Heater — благодаря ей нагревается только тот объем вяжущего, который необходим для приготовления продукции здесь и сейчас
• Комплектацию установки кабиной оператора — с компьютером и интуитивно понятным программным обеспечением
• Наличие функции автоматического режима производства ПБВ

Два резервуара-смесителя под битум, реализованные на моделях от компании SOLOMATIC, позволяют превратить установку циклического действия в установку условно непрерывного действия. После полной загрузки вяжущего в первый резервуар, постепенно начинает заполняться второй. После опорожнения первого резервуара, происходит опорожнение второго. И так далее.

Если ваше предприятие планирует приобрести современную установку для приготовления полимерно-битумного вяжущего, то обратите внимание на модели серии PMB.

Для получения более подробной информации обо всех условиях поставки и возможностях оборудования от компании SOLOMATIC, позвоните по телефону 8 (800) 555 73 40 , напишите в чате или отправьте заявку на sale@solomatic.ru

Установки серии PMB — это гарантия стабильного производства ПБВ в точном соответствии с заданным рецептом.