Стабилизирующие добавки для щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА): виды, особенности, плюсы

Добавки, применяемые в производстве асфальтобетонных смесей, бывают разными: одни — модифицирующие — выполняют функцию дисперсно-эластичного армирования битума, улучшая его эксплуатационные свойства, другие — адгезионные — увеличивают сцепление вяжущего с щебнем, в том числе повышая таким образом трещиностойкость слоя, третьи — стабилизирующие — в обязательном порядке используют при выпуске наиболее износостойкого из всех известных видов асфальта — ЩМА.

Что такое ЩМА

ЩМА расшифровывается просто: щебеночно-мастичный асфальтобетон. Он выступает только в качестве верхнего слоя покрытия дорожных одежд и принимает на себя основные нагрузки: от проезжающих автомобилей, погодно-климатических факторов, реагентов и, конечно, шипованной резины. Так как ЩМА является самым дорогим асфальтом среди прочих, его укладывают тонким слоем толщиной в среднем 5-6 см, как на ответственных объектах, например трассах федерального значения, в том числе платных, так и на дорогах и улицах, характеризующихся большой пропускной способностью.

Главными компонентами ЩМА, как и любого другого вида асфальта, служат щебень, песок, битумное вяжущее, минеральный порошок и/или инертная пыль. При этом, отличием щебеночно-мастичного асфальтобетона от «обычного» является наличие в его составе увеличенного количества каменного материала, повышенного содержания битума, а также присутствие стабилизирующей добавки. Для понимания того, как добавка влияет на качество смеси и почему она играет наиважнейшую роль при выпуске ЩМА, стоит обратить внимание на особенности этого дорожно-строительного материала на конкретном примере.

Сравним два разных типа асфальта — А16ВТ и ЩМА-16. Оба создают на основе объемного проектирования, каждый из них соответствует одной серии стандартов, они подходят для использования в качестве слоя покрытия дороги, тяжелых условий движения транспорта, их номинально максимальный размер фракций каменного материала одинаков — 16 мм.

Что говорят ГОСТы на эти типы асфальтов: и там и там марка щебня по дробимости (читай — по прочности) должна быть не ниже М1000, средневзвешенное содержание зерен лещадной формы не должно превышать 15%, в качестве наполнителя может быть использован только дробленый, а не природный песок, средняя глубина колеи при испытании образца на лабораторном оборудовании должна составлять не более 4 мм, и так далее. То есть требования стандартов серии 58406 к показателям характеристик и применяемым компонентам двух разных видов асфальта во много совпадают или очень близки. Во многом, но не во всем.

Требования к зерновым составам принципиально отличаются. В случае с А16ВТ через сита с условно крупными ячейками должно проходить больше инертного материала, чем в случае с ЩМА. Что это значит: последний будет характеризоваться большим количеством щебня, а значит наличием жесткой минеральной структуры.

Многолетние исследования отечественных и зарубежных специалистов показали, что для эффективной работы щебеночного каркаса ЩМА, — без разрушения зерен в процессе эксплуатации, — необходимо большее количество битума, чем в «обычном» асфальтобетоне, — до 7-8% по массе. Только так можно обеспечить не только высокую сдвигоустойчивость слоя покрытия, но и его деформативность, способность противостоять воздействию растягивающих напряжений.

Повышенное количество вяжущего в составе щебеночно-мастичной смеси, очевидно, ведет к увеличению толщины стенок битума в межзерновом пространстве. Так как щебню сложно удержать весь объем вяжущего на своей поверхности, в процессе хранения или транспортировки смеси битум начинает постепенно стекать — происходит расслоение, сегрегация, которые ведут к неоднородности горячего материала. Эти процессы негативно сказываются на качестве уплотнения смеси и, как следствие, на физико-механических характеристиках асфальтобетона.

Удержать весь объем битума на поверхности зерен и снизить стекание вяжущего помогают стабилизирующие добавки, которые вводят в смесь «сухим» способом еще на этапе перемешивания компонентов асфальта, — в количестве от 0,2 до 0,6% по массе.

Виды стабилизирующих добавок

На сегодняшний день наиболее популярными стабилизаторами смеси являются гранулированные добавки. В зависимости от производителя-поставщика добавок, одна гранула цилиндрической формы, состоящая из спрессованных волокон, может иметь длину от 2 до 20 мм и диаметр от 3,5 до 7 мм.

Для производства щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси дорожно-строительные предприятия преимущественно используют два вида стабилизирующих добавок:

• на основе целлюлозного волокна
• на основе минерального волокна

При этом, вне зависимости от вида стабилизирующих добавок, для их производства применяют не только волокна целлюлозы или минерала, но и другие компоненты, например битум или воск, выступающие в том числе оболочкой гранул, — это необходимо, чтобы предотвратить преждевременное раскрытие добавок, защитить их от воды и, как следствие, набухания, не допустить обгорания на солнце или в смесителе при контакте с горячим каменным материалом.

Целлюлозные добавки производят на основе продукта переработки растительного сырья — целлюлозы, в большом объеме присутствующей в бумажной продукции. Для получения мельчайших целлюлозных волокон длиной в среднем до 2 мм и толщиной до 0,05 мм, отходы бумажной или хлопчатобумажной продукции сначала измельчают в шредерах, а после — пропускают через молотковую дробилку или специальную мельницу. Следующим технологическим этапом выступает смешивание волокон с остальными компонентами или компонентом добавки: битумом, воском и другими.

Так, в патентах на стабилизирующие добавки для ЩМА, созданные на основе целлюлозного волокна, можно встретить совершенно разнообразные составы гранул. К примеру:

• Целлюлозно-бумажные отходы — 85%
• Катионная битумная эмульсия — 9%
• Отработанное синтетическое машинное масло — 6%

Или:

• Целлюлозное волокно — 50‒60%
• Битум нефтяной дорожный — 10‒15%
• Минеральный наполнитель — 30‒40%

Или:

• Хлопчатобумажное волокно — 70‒90%
• Водная дисперсия латекса — 10‒30%

После смешивания всех компонентов, которое в зависимости от используемых веществ и технологии производства может быть реализовано на разном оборудовании, — вплоть до химического реактора с мешалкой, — полученную смесь пропускают через специальное оборудование — гранулятор — для получения добавок необходимой формы.

В процессе механического смешивания составляющих асфальта гранулы раскрываются и равномерно распределяются по всему объему смеси. При взаимодействии целлюлозных волокон с горячим битумом начинают происходить процессы смачивания их поверхности компонентами вяжущего. Постепенно мельчайшие волокна набухают, молекулы продукта нефтепереработки проникают в межфибриллярное пространство, образуется гелеподобная подвижная битумоцеллюлозная дисперсная система, которая в результате положительно влияет на показатель стекания вяжущего.

Сегодня наиболее используемыми целлюлозными добавками для ЩМА являются Нанобит-СД, Topcel, Viatop, СД-3 ГБЦ и другие.

Для производства второго вида стабилизирующих добавок — на основе минерального волокна — применяют измельченный до определенной степени хризотил. Он представляет собой одну из форм асбеста — природного минерала, структуру которого составляют мягкие, эластичные волокна.

Для создания стабилизирующих минеральных добавок используют хризотиловые волокна длиной в среднем до 10 мм. Для получения пучков таких волокон асбест измельчают на горно-обогатительных предприятиях: в несколько этапов на вертикально-молотковых или центробежно-ударных дробилках, для более тонкого помола — в мельницах.

Как и в случае с целлюлозными добавками, при выпуске минеральных гранул применяют не только основной материал, но и дополнительные компоненты: битум, эмульсии и другие.

В патентах и стандартах организаций на стабилизирующие добавки на основе минерального волокна можно встретить разные составы гранул. Например:

• Стабилизирующий материал (минеральное волокно) — 60‒90%
• Резиновый порошок — 5‒20%
• Органическое связующее — 5‒20%

Или:

• Хризотиловое волокно — 55%
• Базальтовое волокно — 30%
• Битум — 15%

Или:

• Хризотиловое волокно — 70‒90%
• Вяжущее (парафин + петролатум) — 10‒30%

После смешивания всех компонентов полученную смесь подают на пресс-гранулятор для создания продукции необходимой формы.

В отличие от целлюлозных, минеральные волокна не набухают, обладают большей химической стойкостью, устойчивостью к загниванию, механической прочностью, повышенной термической стойкостью: 700 °С против 200 °С у целлюлозы. Сравнивая два вида стабилизирующих добавок, нельзя не сказать о том, что санитарные нормы и правила более требовательны к работе с материалами на основе хризотилового волокна. В этом случае предельно-допустимая концентрация пыли в воздухе рабочей зоны должна составлять 2 мг/м³, а при работе с целлюлозным волокном — 10 мг/м³. Применение добавок на основе волокон асбеста — требует от дорожников повышенного внимания к вопросам гигиены и экологии. Особенности хризотиловых волокон — их трубчатая полая структура, а также способность делиться на множество тончайших волокон — обеспечивают стабилизацию битума и снижение показателя стекания вяжущего.

Наиболее используемыми в дорожной отрасли добавками на основе минерального волокна выступают Стилобит, Хризопро, Хризотоп и другие.

Добавки для щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей — на целлюлозной и минеральной основах — поставляют на дорожно-строительные предприятия в полипропиленовых тканых мешках по 25, 30, 40 и 50 кг или биг-бэгах весом по 500 или 1000 кг. Стоимость стабилизирующих добавок для ЩМА, к слову, за 1000 кг может составлять от 30 000 до 60 000 рублей, — все зависит процентного содержания волокон, качества исходного сырья и других характеристик продукции.

Плюсы использования стабилизирующих добавок

Главное достоинство стабилизирующих добавок очевидно — без них было бы невозможно создать щебеночно-мастичную асфальтобетонную смесь. Таким образом, к плюсам использования добавок можно смело отнести плюсы ЩМА, а это:

• повышенная сдвигоустойчивость
• высокая износостойкость
• водонепроницаемость
• трещиностойкость
• устойчивость к старению
• шероховатость покрытия

При небольшом процентном содержании в составе асфальта, стабилизирующие добавки значительно снижают стекание вяжущего, удерживая свободный битум в межзерновом пространстве, а значит — обеспечивают однородность смеси, столь необходимую для устройства качественного верхнего слоя покрытия дороги.

Современное оборудование для подачи стабилизирующих добавок

Современная установка для ввода гранулированных добавок в технологический процесс выпуска ЩМА должна решать, как минимум, следующие производственные задачи:

• защищать гранулы от возможных осадков
• обеспечивать точное взвешивание добавки в соответствии с заданным рецептом
• транспортировать взвешенное количество компонентов на этаж башни АБЗ без потерь
• сохранять гранулы в целости до момента их подачи в смеситель
• работать с разными добавками, в том числе более тяжелыми, содержащими резиновую крошку
• обеспечивать комфортную загрузку продукции в бункер и удобное техническое обслуживание
• гарантировать автоматический режим работы оборудования
• надежно функционировать в течение всего срока службы

Все эти задачи решает установка от компании SOLOMATIC серии AS: современная, компактная, технологичная. Два бункера объемом по 2,5 м³ с крышками позволяют использовать разные добавки при выпуске ЩМА, тензодатчики обеспечивают высокую точность дозирования, компоненты авторитетных брендов (Mettler Toledo, WAM и других) — поддерживают стабильную работу установки даже при больших нагрузках, пневмомагистраль с износостойким напылением — способствует сохранению целостности каждой гранулы при подаче в смеситель. Более того, автоматизированная установка серии AS может быть интегрирована в состав любого асфальтобетонного завода: как отечественного, так и зарубежного производства.

Если ваше предприятие планирует выпускать ЩМА, и вы ищете оборудование для подачи стабилизирующих добавок, обратите внимание на агрегат серии AS от компании SOLOMATIC.

Для получения более подробной информации об установке, ее возможностях и условиях поставки, позвоните нам по телефону 8 (800) 555 73 40 , отправьте запрос на sale@solomatic.ru или свяжитесь любым другим удобным способом, указанным в разделе с контактами.

Оборудование от компании SOLOMATIC — гарантия стабильного производства высококачественной щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси по стандартам серий 58401 и 58406.