Применение полимеров для модификации гидроизоляционных материалов на основе битума

В качестве добавок, улучшающих свойства битума, в настоящее время используются 4 группы полимерных материалов:

  • 1) каучукоподобные полимеры - эластомеры (например, натуральные и синтетические каучуки, полиизобутилен, девулканизиро- ванная резиновая крошка);
  • 2) термопластичные пластмассы (на основе полиэтилена, полипропилена, полиметилметакрилата, полистирола, поливинилхлорида);
  • 3) термореактивные пластмассы (фенолформальдегидные и эпоксидные смолы);
  • 4) термоэластопласты (дивинилстирольный, дивинилметилсти- рольный, изопренстирольный).

Наиболее широкое распространение для улучшения свойств гидроизоляционных материалов на основе битума получили добавки каучуков. Многочисленными исследованиями установлено, что введение в битум каучука позволяет повысить температуру его размягчения, снизить температуру хрупкости, увеличить адгезию к бетону и другим материалам, а также стойкость к разрушающему действию воды [45].

Электронно-микроскопические и оптические методы исследований [101] позволяют изучить распределение битума и каучука в композиции в зависимости от их соотношения. При малых концентрациях (3-5 %) каучук не образует никаких самостоятельных структурных элементов и изменение свойств битума аналогично введению тонкого наполнителя: возрастает вязкость системы, увеличивается температура размягчения, уменьшается растяжимость. В интервале концентраций от 10 до 12,5 % начинает образовываться сплошной каркас из каучука, а битум становится «масляной смазкой» этого несшитого каркаса. Этот процесс переформирования продолжается до концентрации 20-25 %.

Дальше поведение композиции целиком определяется поведением каучука. Происходит полное обращение фаз. Дисперсионной средой является уже полимер, а битум включается отдельными частицами в структурные ячейки полимера [45]. Большое влияние на свойства полимербитумных композиций оказывает способ введения полимеров.

В соответствии с принципами физико-химической механики для создания новой структуры ПБВ необходимо предварительно разрушить имеющиеся в вяжущем и полимере пространственные структурные сетки. Только при этом условии возможно получение единой структуры нового материала. Основными факторами, обусловливающими разрушение структуры полимера и битума, являются температура и механическое воздействие.

Вследствие большого разнообразия полимеров, применяемых для модификации битумов, технология их введения может значительно отличаться. Анализ зарубежного и отечественного опыта показывает, что полимеры могут вводиться в виде кусков или кип [8; 123; 134; 135], крошек или гранул [129], растворов в органических углеводородах [8; 123; 136], порошков [8; 119], латексов [59; 123], жидких каучуков и олигомеров [85; 128; 130].

Первые два способа требуют применения тяжелого и энергоемкого оборудования (резиносмесителей, грануляторов, вальцев). Использование растворов каучуков в жидких углеводородах сопряжено со значительной пожарной опасностью и вредностью производства. Кроме того, этот способ, наряду с удорожанием органического вяжущего (при больших расходах растворителя), имеет технологические ограничения, не позволяющие получать растворы полимера с концентрацией выше 15-20 %, так как при больших количествах полимера происходит желатинизация раствора, его вязкость возрастает в такой степени, которая препятствует его использованию [8; 123].

Наиболее доступными полимерными модифицирующими добавками являются латексы, которые представляют собой стабильную эмульсию полимера, распределенную в воде в виде микроскопических частиц размером от 0,25 до 6 мк. При совмещении латексов с горячим битумом происходит обезвоживание латексов, разрушение их коллоидной структуры с последующим постепенным растворением содержащегося в них полимера в массе битума и образованием молекулярной структуры из цепных молекул каучука. Совмещение латексов с горячим битумом требует модификации серийного оборудования [8; 59].

При модификации битумов широкое использование получили порошки каучуков, преимуществами которых перед латексами являются возможность применения обычного смесительного оборудования, простота хранения и транспортировки, что особенно важно для строительства в отдаленных районах Сибири.

В последние годы все чаще используют методы модификаций битумов с помощью дивинил-стирольных термоэластопластов (ДСТ). Преимуществами ДСТ перед обычным дивинил-стирольным каучуком (при том же соотношении дивинила и стирола в сополимере) являются более низкая температура стеклования и приобретение свойств вулканизированного каучука при комнатной температуре без проведения процесса вулканизации [28; 30].

В последнее десятилетие для модификации битумов стали применять жидкие каучуки и олигомеры, которые легко совмещаются с битумом при использовании обычного смесительного оборудования. В процессе приготовления полимербитумных композиций при воздействии относительно невысоких технологических температур происходит реакция частичной полимеризации олигомеров. Регулирование степени полимеризации олигомеров достигается введением добавок-инициаторов, а также изменением температуры и продолжительности прогрева, что обусловливает получение материала с заранее заданными свойствами. Эти материалы получили распространение не только за рубежом, но и в России [85].

Вышеперечисленные добавки полимеров могут применяться как для создания полимербитумных гидроизоляционных мастик, так и для ПБВ асфальтополимербетона. Полимерные добавки, введенные в АПБ, частично выполняют функции минерального порошка, структурируя битум, что дает возможность в ряде случаев либо вообще отказаться от порошков, либо использовать местные порошки и пески и даже отходы производства. Кроме того, использование ПВБ допускает применение в асфальтополимербетоне (АПБ) не только кондиционных дорожных и строительных битумов, но и гудронов и даже тяжелых нефтей [100].

Из приведенного обзора видно, что все виды полимерных добавок способны улучшать физико-механические свойства битумов. Однако трудности совмещения некоторых полимеров с битумом могут быть причиной ограничения при использовании новых видов добавок. Правильный выбор вида полимера, его количества и технологии приготовления создает широкие возможности для получения гидроизоляционных материалов, пригодных для эксплуатации в районах Сибири.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >