Исследование полимербитумных мастик

Было установлено, что ПБВ с ЭТС-32 и жидким каучуком СКДП-Н обладает оптимальными свойствами. Для определения влияния этих полимерных добавок на свойства полимербитумных мастик (ПБМ) были приготовлены и исследованы мастики на основе тонкомолотого известнякового порошка и асбеста 7 сорта. При изучении составов ПБМ был применен метод математического планирования эксперимента. Целью являлось определение зависимости между составом и основными измеряемыми параметрами (свойствами).

При решении поставленной задачи эти свойства характеризовались следующими выходными параметрами:

У - температура размягчения по КиШ, °С;

У2 - растяжимость при +25 °С, см;

Уз - растяжимость при О °С, см;

У4 - водопоглощение под вакуумом, % мае.;

У5 - прочность сцепления с бетоном, МПа;

У в - температура хрупкости по Фраасу, °С.

Таблица 3.10

Кодовая таблица проведения эксперимента

Наименование переменных, %

Основной

уровень

Шаг варьирования

Верхний

уровень

Нижний

уровень

Xj - содержание в смеси ЭТС-32

6

4

10

2

Х2 - содержание в смеси каучука СКДП-Н

6

4

10

2

Х3 - содержание в смеси известняка

30

20

50

10

Х4 - содержание в смеси асбеста

6

4

10

2

Независимые переменные, характеризующие состав и свойства ПБМ, влияние которых предполагалось выявить на искомые параметры, приведены в табл. 3.10. Для удобства постановки эксперимента была составлена общая матрица планирования опытов по дробному факторному эксперименту типа 24'1, где порядок варьирования независимых переменных ХиХ2 и Х3 определялся порядком варьирования переменных в полном факторном плане типа 23, а порядок варьирования переменной Х4 определялся порядком взаимодействия факторов: Х4 = ХХ2Х3 (генерирующее соотношение 1 = ХХ2Х3Х4). Диапазон изменения независимых переменных выбирался при этом таким, чтобы полно охватить и проанализировать влияние на параметры оптимизации принятых факторов. Интервалы изменения независимых переменных, с помощью которых задавался переход от действительных значений переменных Хх • • • Х4 к их кодовым значениям Х • • Х4, принимающим на концах интервалов варьирования значения 1 и (-1), приведены в табл. 3.10.

Изучалось влияние независимых переменных на свойства битума БН 70/30, дозировка которого принималась за 100 %. Приготовление ПБМ проводилось следующим образом: в ПБВ при температуре 110-120 °С вводили вначале минеральный порошок, а затем асбест. Смесь перемешивали в течение 15-20 мин. Матрица планирования и результаты эксперимента приведены в табл. 3.11. После проверки результатов опытов на воспроизводимость по критерию Кохрена и значимости коэффициентов с помощью критерия Стьюдента при 5 %-ном уровне получили следующие уравнения регрессии:

Таблица 3.11

Матрица планирования и результаты экспериментов

Номер

п/п

Кодовое значение факторов

Температура

размягчения,

°С

Растяжимость, см, при температурах, ° С

Водопо-

глоще-

ние,

% мае.

Адгезия,

МПа

Температура хрупкости, 0 С

хх

х2

Х3

х4

25

0

1

-

-

-

-

75,5

6,3

0,2

0,28

0,36

-20,7

2

+

-

-

+

65,5

7,2

1J

0,20

0,22

-22,2

3

-

+

-

+

80,2

4,5

0,8

1,13

0,18

-29,7

4

+

+

-

-

73,5

3,6

0,6

0,45

0,65

-36,7

5

-

-

+

+

84,0

2,5

0,2

0,13

0,44

- 13,2

6

+

-

+

-

70,0

6,7

0,6

0,45

0,23

-25,5

7

-

+

+

-

89,0

3,4

0,3

0,35

0,20

-27,8

8

+

+

+

+

87,5

4,1

1,0

0,15

0,55

-25,0

Полученные уравнения регрессии проверялись на адекватность по критерию Фишера при 5%-ном уровне значимости. Уравнения регрессии для температуры размягчения и водопоглощения оказались неадекватными. Вероятно, для этих показателей будет адекватна математическая модель более высокого порядка. Но и исходя из этих уравнений можно установить влияние изучаемых полимерных добавок на основные физико-механические показатели ПБМ: введение этилсиликата от 2 до 10 % снижает температуру размягчения и водопоглощение, увеличивает растяжимость при 25 и при О °С и адгезию к бетону мастик. Введение каучука СКДП-Н увеличивает температуру размягчения и адгезию к бетону ПБМ. Температура хрупкости мастик снижается при увеличении дозировок этилсиликата и каучука.

Введение минеральных наполнителей, особенно асбеста, хотя и приводит к увеличению температуры размягчения битумов, но снижает их деформативную способность, адгезию к бетону и увеличивает водопоглощение мастик. Поэтому оптимальный состав ПБМ был принят с минимальным количеством порошкообразного и волокнистого наполнителей (%): битум БН70/30 - 100; ЭТС-32 - 5; СКДП-Н - 5; порошок - 10; асбест - 2. Разработанный состав ПБМ имеет следующие физико-механические показатели: температура размягчения составляет 70 °С; растяжимость при 25 °С - 5 см; водопоглощение под вакуумом - 0,4 %; адгезия к бетону - 0,5 МПа.

Кинетика старения битумной и полимербитумной мастики

Рис. 3.2. Кинетика старения битумной и полимербитумной мастики: 2,

4 - битумная мастика; 1,3 - полимербитумная мастика; А - адгезия к бетону (---);

КиШ - температура размягчения (-)

Известно [62], что введение этилсиликатов повышает атмосферо- стойкость материалов. Тем не менее с целью изучения возможности первоочередного разрушения разработанного состава мастики в результате агрессивного воздействия атмосферных факторов были проведены ускоренные испытания в аппарате искусственной погоды (ве- зерометре) «ИП-1-3» в течение 1 000 часов. Испытания проводились по ГОСТ 17170. Одновременно прошло испытание мастики на чистом битуме, экспонируемой в везерометре в аналогичных условиях. Старение ПБМ и мастик на чистом битуме оценивали по изменению температуры размягчения и адгезии к бетону после прогрева в слое толщиной 1 мм в климатической камере при 60 °С и влажности 30 %. По кривым кинетики старения (рис. 3.2) видно, что процесс старения начинается, вероятно, после 50 ч прогрева.

На этом же рисунке показано, что ПБМ на этапе старения изменяется менее резко, чем мастика на чистом битуме. Это, по-видимому, можно объяснить наличием сольватированных атмосферостойкими макромолекулами этилсиликата и каучука углеводородов битума, что замедляет их переход в смолы, а далее - в асфальтены, тем самым уменьшает скорость старения. Для того чтобы исключить влияние процессов гидролиза этилсиликата в битуме на температуру размягчения и адгезию, при испытаниях на атмосферостойкость были взяты образцы ПБМ после годичного хранения в нормальных условиях, когда скорость гидролиза становится минимальной. Таким образом, полученные результаты подтвердили устойчивость ПБМ к разрушающему воздействию атмосферных фактов, значительно более высокую, чем у испытывающейся в тех же условиях мастики на чистом битуме.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >