для чего адгезионная добавка
Для чего нужны адгезионные добавки?
В сфере дорожного строительства широко известен факт разрушения дорог под воздействием атмосферных осадков, ультрафиолетовых излучений, воды, температурных перепадов. Симптомы этих повреждений разнообразны и включают в себя образование выемок и разрушений, выпадение щебня из поверхностного покрытия, образование выбоин, просадок, шелушений, проломов и т.д. Основной проблемой в микромасштабе является потеря сцепления между вяжущим и каменным материалом.
Химическое взаимодействие между битумом и каменным материалом может быть улучшено посредством добавления небольшого количества химических веществ, улучшающих химическую связь на границе раздела фаз битум-каменный материал, которые получили название адгезионные присадки.
Производственная компания БАЗИС более 12 лет производит продукцию для улучшения качественных показателей дорожных битумов и ПБВ. Введение в битум адгезионных присадок линейки «Адгезол» способствует повышению качества сцепления битума с каменными материалами различной природы. Это позволяет повысить водостойкость и морозостойкость асфальтобетона. Наряду с твердостью входящих в состав асфальтобетона минеральных материалов, адгезионные добавки влияют на износостойкость дорожного покрытия, так как износостойкость асфальтобетона в значительной мере определяется прочностью межзерновых связей и устойчивостью этих связей под воздействием погодно-климатических факторов. Эти связи обеспечиваются свойствами битума: внутренним сцеплением (когезией) и сцеплением с поверхностью минерального материала (адгезией). Адгезионные добавки линейки «Адгезол» облегчают распределение связующего вещества по поверхности каменного материала. Результатом является уменьшение количества непокрытых частиц и улучшение консистентности смеси, что облегчает уплотнение.
Адгезионные присадки «Адгезол» не только улучшают сцепление между связующим веществом и каменным материалом, но и вследствие своей химической природы замедляют снижение пенетрации связующего вещества при старении. Битум окисляется на всех этапах производства, хранения, транспортировки, уплотнения и укладки АБС и в более замедленном темпе на протяжении срока службы дороги. Результатом окисления битума является его затвердевание и потеря гибкости дорожного покрытия, что приводит к его разрушению. Изменение затвердевания при старении для обработанного адгезионными присадками связующего вещества снижает тенденцию к трещинообразованию на протяжении срока эксплуатации дорожного покрытия.
Комбинированное влияние улучшенного сцепления и более медленного старения на протяжении срока эксплуатации дороги приводят к увеличению экономического эффекта использования адгезионных добавок.
Принципы приготовления битума с адгезионной присадкой
Адгезионные присадки марки «Адгезол» в зависимости от марок и назначения эффективны в дозировках от 0,3 до 0,6% от массы битума. При ответе на вопрос «какую присадку использовать?», нужно, с одной стороны, обратить внимание не только на стоимость присадки, но и на требуемое ее количество из расчета на 1 т битума.
Неравномерность распределения присадки по объему битума ставит под сомнение целесообразность ее применения вообще, так как получается следующая ситуация: готовое дорожное покрытие местами ведет себя прекрасно, демонстрируя эффект от применения адгезионной присадки, а местами достаточно плохо – из-за чего, собственно, и возникла необходимость добавления присадок. Однако, несмотря на наличие «хороших» участков, дорога будет оставлять негативное впечатление в целом, так же, как если бы никакой присадки не было добавлено вовсе.
Точность дозирования является важным технико-экономическим показателем, ведь недостаточное количество присадки ставит под сомнение качество получаемого вяжущего, а передозировка ведет к нежелательному увеличению себестоимости продукции и обратному эффекту влияния. Из этих двух зол логично было бы предпочесть вторую.
Как добавить адгезионную присадку в битум?
Существуют три способа, существенно различающихся по принципу работы, достигаемому эффекту и, конечно же, стоимости реализации.
Способ 1.
В емкость с битумом заливается требуемое на его объем количество присадки. Например, имеется расходная емкость, в которой содержится 20 т битума. Пусть необходимо добавить 0,25% присадки. Тогда получаем, что необходимо залить и размешать 50 кг адгезионной присадки. Заливка 50 кг присадки с вполне приемлемой точностью в емкость с битумом без использования каких либо специальных сложных технических средств не представляет собой проблему. Однако распределить такое количество присадки по такому объему битума более-менее равномерно является серьезной задачей. Проходя путь от циркуляции обычной битумной насосной станцией до использования мешалок специальной конструкции, устанавливаемых на емкость, получаем, что эффективность всех подобных методов довольно низка. При этом имеем относительно большие энергозатраты и время работы оборудования. Кроме того, следует отметить следующие два момента:
Достоинством такого способа является лишь одно – дешевизна оборудования. Все-таки ведро и шестеренный насос найдется на любом асфальтобетонном заводе. Тем не менее недостатки таковы, что эффективность от применения присадки при ее добавлении таким способом оказывается весьма невысокой.
Способ 2.
На весы асфальтобетонного завода после взвешивания порции битума добавляется соответствующее количество адгезионной присадки. Так, если взвешиваемое количество битума составило 100 кг, то из расчета 0,25% необходимо добавить 250 г присадки. Получаем, что в данном случае способ 1 повторяется, но в миниатюре. Для того, чтобы в каждую порцию битума автоматически добавлять такое количество присадки с достаточно высокой точностью, уже понадобится специальное оборудование. При этом никаких специальных действий по перемешиванию битума с присадкой не производится – вся надежда на то, что за время, пока битум поступит в смесительный барабан АБЗ, двести пятьдесят грамм добавки равномерно распределится по массе битума, а это, конечно же, весьма сомнительно. Тем не менее, по сравнению с первым способом в данном случае на лицо следующие преимущества:
Способ 3.
В трубопровод, по которому битум подается на весы АБЗ, вставляется специальный участок – так называемый статический миксер – предназначенный для эффективного перемешивания проходящего через него потока жидкости. В начало этого участка в заданной пропорции к битуму подается адгезионная присадка. Таким образом, при движении битума к весам он проходит через статический миксер и хорошо перемешивается с присадкой. Главным достоинством этого способа в отличие от рассмотренных ранее, является очень высокая равномерность распределения присадки по объему битума. При этом сохраняются и перечисленные выше преимущества, присущие второму способу.
Присадка битумная адгезионная Адгезол представляет собой высококачественную органическую композицию на основе продуктов взаимодействия ненасыщенных и жирных кислот с полиалкилполиаминовыми соединениями и применяется при строительстве и ремонте автомобильных дорожных покрытий, аэродромных покрытий, и предназначена для улучшения физико-механических свойств дорожных битумов. Она обеспечивает высокую степень сцепления битумов с различными по природе минеральными материалами, в том числе с гранитным щебнем и песком, обладающими повышенными кислотными свойствами. Введение присадки приводит к значительному увеличению межремонтного срока службы дорожного покрытия, а следовательно сокращает материальные затраты на эксплуатацию и ремонт дорожных покрытий.
Дорожные Адгезионные Добавки
Широко известен факт разрушения дорог под воздействием воды (шелушение, выкрашивание, образование трещин). Это происходит в следствии недостаточно прочной химической связи (сцепления или адгезии) на границе раздела фаз «битум – каменный материал» – основной характеристики на пути получения эффективного асфальтобетонного покрытия автомобильной дороги.
Адгезионные добавки (или присадки) предназначены для обеспечения сцепления дорожных битумов с каменными материалами в составе асфальтобетона.
Применение адгезионных добавок позволяет:
Адгезионные добавки нашего производства
Компания «Селена» выпускает полный спектр химических веществ, использующихся в мировой практике в качестве адгезионных добавок для битумов и асфальтобетона.
Дорожные адгезионные добавки линейки «ДАД» различаются по своей химической природе, составу и механизму обеспечения химических адгезионных связей, что позволяет гибко подбирать необходимый реагент для любых условий производства асфальтобетона.
Как правильно выбрать добавку?
Выбор адгезионной добавки в первую очередь зависит от природы каменного материала, разновидности битума или ПБВ и температуры приготовления смеси. Помимо этого в природе существует масса факторов влияющих на качество сцепления, помимо химической природы сырьевых материалов, на качество адгезии так же влияет – структура битума, природа нефтяного сырья из которого его получают, условия его переработки. В части щебня помимо заряда поверхности – поверхностная структура, пористость, форма, абсорбирующая способность.
Выбор той или иной добавки производится на основе конкретной производственной ситуации на базе клиента. Количество препаратов подбирается по результатам предварительных лабораторных испытаний для конкретного состава асфальтобетонной смеси.
При предоставлении заказчиком собственного сырья в лаборатории Компании Селена осуществляется бесплатный подбор концентраций и составов как вяжущих, так и асфальтобетонов.
В случае Вашей заинтересованности в применении продукции нашего производства, возможна бесплатная отправка как лабораторных, так и промышленных образцов добавок.
Дорого – не всегда качественно
При выборе оптимальной адгезионной добавки помимо низкой стоимости необходимо уделять внимание и другим важным факторам:
Линейка «ДАД» включает как суперэкономичные продукты, допускающие ручной ввод и большую погрешность при дозировании, так и высокоэффективные вещества премиум сегмента, предназначенные для применения на высокотехнологичных производствах асфальтобетонов и Полимерно Модифицированных Битумов (ПМБ или ПБВ).
Адгезия асфальтобетона
Асфальтобетон — искусственный строительный материал, полученный в результате смешения и уплотнения, подобранной в необходимых соотношениях и специально приготовленной смеси (асфальтобетонной смеси (АБС)) минерального материала (щебня, песка, минерального порошка) и битума.
Сцепление битума с поверхностью минеральных материалов в водной среде является свойством, определяющим водоустойчивость асфальтобетонов и долговечность асфальтобетонных покрытий.
В строго научном толковании это свойство битума попадает под понятие адгезии.
Широко известен факт разрушения дорог под воздействием воды, это происходит в следствии недостаточно прочной химической связи (сцепления или адгезии) на границе раздела фаз битум-каменный материал, основной характеристики на пути получения эффективного асфальтобетонного покрытия автомобильной дороги.
Материалы на основе битумов в процессе работы в дорожной одежде подвергаются воздействию жидких сред, главным образом воды. В результате образуется система, когда на поверхности каменного материала распределена пленка битума, окруженная водой. В такой пленке всегда имеются слабые зоны, неоднородности, очаги минеральной поверхности, не покрытой битумом, через которые вода проникает к зоне контакта битума.
В дорожном покрытии это происходит в периоды больших осадков осенью или при таянии снега и льда весной, а в регионах с жарким и влажным климатом во время обильных осадков летом.
Для чего нужна адгезионная добавка?
Для улучшения адгезии битума к минеральной поверхности, в него на технологи ческой стадии подготовки к использованию вводят поверхностно-активные вещества (ПАВ).
Принцип действия адгезионной добавки
По специфике химического состава битум характеризуется достаточно низкой полярностью, в то время как вода имеет чрезвычайно высокую полярность. Битумы, в особенности сорта с высоким показателем кислотности, проявляют тенденцию к приобретению незначительного отрицательного заряда. Поэтому проблема слабой адгезии характерна, в основном, при применении кислых (отрицательно заряженных) каменных материалов.
Адгезионные добавки представляют собой молекулы поверхностно-активного вещества (ПАВ).
Поверхностно-активные вещества – это углеводороды, при растворении малого количества которых в жидкости ее поверхностное натяжение сильно снижается. В случае асфальтобетона – поверхностное натяжение возникает на границе раздела фаз между битумом и поверхностью каменных материалов. 
Особенностью поверхностно-активных веществ является несимметричность строения их молекул. Одна часть молекулы представлена углеводородным радикалом, вторая – полярной группой, которая имеет дипольный момент и достаточно большое силовое поле.
По заряду полярной группы ионогенные ПАВ могут быть анионными и катионными.
Не стоит забывать, что каменный материал может быть кислого типа (при тенденции к отрицательному заряду поверхности) или щелочного типа (при тенденции к положительному заряду поверхности). К кислым каменным материалам относятся материалы с высоким содержанием кремния, а щелочные каменные материалы содержат карбонаты.
На диаграмме показано содержание окисленного кремния SiO2 в некоторых из наиболее распространенных типов каменного материала.
При смачивании битумом поверхности каменных материалов молекулы ПАВ ориентируются полярной функциональной группой к поверхности минерального материала, а радикалы — к пленке битума. При этом происходит взаимодействие электрических зарядов противоположного знака, что способствует сцеплению битума с каменным материалом.
Схема прилипания поверхности битума с ПАВ к поверхности каменного материала:
а — прилипание пленки битума с ПАВ катионного типа к поверхности кислого каменного материала; б — прилипание пленки битума с ПАВ анионного типа к поверхности основного каменного материала; 1 — битум; 2 — молекулы ПАВ катионного типа; 3 — каменный материал из кислых горных пород (кварцевый песок, гранит); 4 — молекулы ПАВ анионного типа; 5 — каменный материал из основных (карбонатных) горных пород (известняк, доломит).
Наиболее характерными представителями анионактивных веществ являются мыла карбоновых кислот, катионактивных — соли ароматических и алифатических аминов.
Положительно заряженные (гидрофильные) головные группы катионного поверхностно-активного вещества прочно прикрепляются к отрицательно заряженным участкам на поверхности каменного материала, в то время как гидрофобные углеводородные «хвостовые части» молекул закрепляются в битуме.
В работах исследователей методично подчеркивается, что поверхность каменных материалов, используемых для дорожного строительства, мозаична, т.е. имеет участки несущие как положительный заряд так и отрицательный. Желательно выбирать такие ПАВ, которые в дальнейшем химически взаимодействуют со всей поверхностью каменного материала (хемосорбционная адгезия), что обеспечивает длительную водостойкость пленки битума.
Поскольку некоторые ПАВ могут значительно ухудшить свои свойства под воздействием повышенных температур при нагреве битума, нагревать битум с ПАВ следует строго в соответствии с нормативными документами.
Избыток ПАВ в битуме или его недостаточное количество ухудшает адгезионные свойства битума. Поэтому добавки ПАВ вводят в битум также строго нормировано.
«Адгезионные добавки. Вопросы Круглого стола».
«Специально для отраслевого журнала «Мир дорог» на вопросы круглого стола по адгезионным добавкам ответил главный специалист направления битумных технологий и строительной химии ГК «КОРРУС-ТЕХ» Дементьев Н.В.»
1 Какие адгезионные добавки предлагает ваша компания? Насколько эффективно улучшается адгезия вяжущего как к кислым, так и основным минеральным материалам в составе асфальтобетонной смеси при их использовании? Выпускает ли ваша компания добавки для производства теплых смесей?
Наша компания является официальным представителем Итальянской фабрики Star Asphalt в России и СНГ. Фабрика Star Asphalt занимается производством дорожно-строительной и строительной химии и является одним из мировых лидеров в сфере производства химических добавок для дорожного строительства. Фабрика выпускает широчайший ассортимент добавок и, конечно же, адгезионные добавки являются одним из основных продуктов. Star Asphalt производит как традиционные адгезионные добавки, имеющие амидную, либо фосфорную основу, так и инновационные, на основе силановых кремнеорганических соединений. Большой выбор добавок позволяет подобрать наиболее подходящий усилитель адгезии к любому каменному материалу, как к кислым минералам (гранит, кварцит, песчаник), так и к основным (мрамор, известняк, базальт, габбро-диобаз).
Причем, помимо добавок, которые наиболее эффективно взаимодействуют с конкретными типами инертных материалов, фабрика производит ряд универсальных добавок, эффективность адгезии которых зависит лишь от небольших изменений их дозировки и от качества битума. Вся линейка адгезионных добавок STARDOPE обеспечивает долговечную адгезию, что подтверждается лабораторными тестами как битума с щебнем, так и асфальтобетона, при испытании которого добавки показывают повышение влагостойкости при длительном водонасыщении. Адгезионные добавки фабрики Star Asphalt имеют торговое название STARDOPE, и отличаются в первую очередь тем, что все они термостабильные, а значит, предварительно могут быть добавлены непосредственно в емкости для хранения битума, до начала производства асфальта. Стоит отметить, что термостабильность адгезионных добавок не ограничена по времени, а значит производитель асфальта может не переживать о времени и не беспокоиться о необходимости израсходовать всю емкость битума с предварительно размешанной в ней адгезионной добавкой.
При осуществлении подбора адгезионной добавки наша компания рекомендует испытывать как добавки, наиболее подходящие к конкретной породе инертных, так и универсальные. Такой метод позволит найти оптимальное решение с точки зрения экономии, ведь большое влияние на затраты оказывает дозировка, а не стоимость добавки за килограмм, а точнее говоря стоимость за килограмм с учетом дозировки. Качество адгезии зависит от многих факторов, битум имеет слабое химическое взаимодействие с каменным материалом, а камни очень сильно подвержены влагонасыщению при хранении на открытом воздухе. Именно поэтому прилипание битума может быть серьезно нарушено с присутствием влаги на поверхности инертных. Адгезионные добавки фабрики Star Asphalt работают таким образом, что они вытесняют воду, присутствующую на поверхности инертных. Качество и эффективность адгезионных добавок STARDOPE подтверждается многочисленными лабораторными испытаниями и успешным опытом применения их дорожно-строительными компаниями. Помимо добавок, основной функцией которых является усиление адгезии, в ассортименте фабрики есть добавки выполняющие две функции. Речь идет о добавках STARDOPE ACF, которые усиливают адгезию и восстанавливают свойства окисленного битума в отфрезерованном асфальте, позволяя применять его в составе новой асфальтовой смеси и о добавках STARDOPE WMX, которые помимо усиления адгезии позволяют производить теплые смеси. Фабрика так же производит добавки WARM-MIX, функцией которых является только снижение температуры производства, либо укладки асфальтовой смеси. Данное направление очень актуально, особенно для нашей страны, где в преобладающем большинстве регионов затяжные холодные зимы, ведь именно такие добавки, понижающие температуру производства, либо укладки асфальтобетонных смесей, позволяют осуществлять дорожное строительство, либо текущий ремонт дорожных покрытий при низких температурах.
Стоит отметить, что это не единственное предназначение данных добавок, они так же позволяют экономить денежные ресурсы. Снижая температуру при производстве, пропорционально снижается расход топлива, затрачиваемого на подогрев материалов на АБЗ, что положительно сказывается на экологии. Возможность снизить температуру укладки асфальтобетонной смеси позволяет приготовить асфальт при традиционных температурах, но увезти его дальше от АБЗ, ведь асфальт может остывать ниже пограничных значений температуры укладки, таким образом, увеличивается транспортное плечо. Учитывая, что добавка позволяет снижать температуру на 30 – 40 ℃, транспортное плечо увеличивается практически в два раза. Еще одно направление применения так называемых «теплых» асфальтобетонов, особенно актуальное для России – это снижение окисления битумного вяжущего в процессе приготовления смеси на АБЗ за счет снижения температуры производства и, как следствие, уменьшение скорости старения данного вяжущего в асфальтобетоне. Для нашей страны, использующей исключительно окисленные битумы данный вопрос особенно важен. Одним из ключевых моментов является то, что добавки для снижения температуры фабрики Star Asphalt уменьшают поверхностное натяжение битума, соответственно уменьшается вязкость асфальта, не влияя на такие характеристики битума, как: пенетрация, температура размягчения (КиШ), точка хрупкости по Фраассу, вязкость. Именно поэтому их применение не повлечет за собой какие-то существенные изменения в подборе смеси и необходимость корректировать свойства битума.
2 Если говорить о взаимодействии ПБВ с вводимыми адгезионными добавками, возникает вопрос: поскольку температура приготовления и использования ПБВ выше, чем при использовании обычных дорожных битумов, не требуется ли вводить при применении ПБВ какие-то особые адгезионные добавки, более термостойкие? Если говорить наоборот — о влиянии на свойства битума самих адгезионных добавок, не могут ли они приводить к его старению? Проводят ли, в связи с этим, ваши специалисты испытания по определению устойчивости к старению асфальтобетонов с адгезионными добавками в соответствии с ОДМ 218.3.021-2011?
3 Какие способы определения сцепления битумного вяжущего, в котором растворена адгезионная добавка, применяются более активно — по ГОСТ 11508-74 (метод А), по ГОСТ 12801-98 (раздел 24), по ГОСТ 12801-98 (раздел 28), используются ли другие способы?
Для определения силы сцепления битумного вяжущего, в котором растворена адгезионная добавка наиболее часто применяется ГОСТ 12801-98 (раздел 28) и ГОСТ 11508-74 (метод А). Данная методика испытаний на наш взгляд не является самой показательной для определения адгезии, так как кипячение инертных, покрытых битумом не воссоздает всех условий, при которых адгезионная добавка должна сохранять свои свойства и характеристики. В Европейских и Американских нормативных документах существуют другие методики, которые позволяют более точно смоделировать полевые условия. Причем испытания на адгезию производят не только анализируя взаимодействие между каменным материалом и битумом, испытывают уплотненные асфальтобетонные смеси. Испытания проводят с применением специального лабораторного оборудования, которое, к сожалению, отсутствует практически во всех Российских дорожно-строительных лабораториях. Данные испытания проводятся в соответствии с Европейскими стандартами EN 12697-11, EN 12697-12, EN 12697-22 и Американскими стандартами ASTM D 3625-91, ASTM D 4867-92, ASTM D 1075-94. К сожалению, в России испытания по зарубежным методикам проводят только крупные лаборатории, имеющие в своем арсенале специальное оборудование и результаты данных испытаний можно применять лишь для внутреннего контроля и «поиска истины», чем зачастую необходимы заниматься при оценки эффективности той или иной технлогии.
4 Проводили ли специалисты вашей компании испытания горячих асфальтобетонных смесей на определение совместимости между заполнителем и битумом по нормам EN12697-11:2012 Bituminous mixtures – Test methods for hot mix asphalt – Part 11: Determination of the affinity between aggregate and bitumen?
Специалисты нашей компании оказывают технологическое сопровождение в подборе асфальтобетонных смесей, разрабатывают рецептуры битумных эмульсий, ПБВ, а так же помогают в проведении испытаний добавок Star Asphalt для дорожного строительства. Ежегодно наши специалисты проходят стажировки и курсы повышения квалификации в Европе и хорошо знакомы с зарубежными методиками и лабораторным оборудованием. В рамках данных мероприятий постоянно происходит обмен опытом между Российскими и Европейскими специалистами. Так же наша компания активно практикует привлечение специалистов лаборатории Star Asphalt для подбора смесей, определения наиболее подходящих добавок, корректировки составов. Мы высылаем образцы битума и инертных материалов и, в зависимости от поставленной задачи и сложности её выполнения, фабрика Star Asphalt не только проводит испытания в соответствии с Европейскими стандартами для выбора наиболее эффективного решения, но и существует практика, когда специалисты разрабатывают добавки для выполнения конкретного проекта.
5 Какая технология введения адгезионных добавок в битум или ПБВ наиболее эффективна с точки зрения получения оптимальной концентрации, практикуется ли применение добавок путем подачи в смеситель АБЗ (то есть, нанесением на поверхность минеральных материалов)?
На наш взгляд самым оптимальным является смешение адгезионной добавки в битумной емкости, оснащенной мешалками, так как данный метод является более менее доступным для дорожников. Не у всех АБЗ есть подобные емкости, однако дооснастить мешалками, либо циркуляционным насосом, можно практически любую расходную емкость АБЗ. Некоторые современные заводы оснащаются дозирующим устройством, которое осуществляет подачу жидких добавок непосредственно в смеситель АБЗ. Такие устройства так же позволяют четко соблюдать необходимую дозировку и равномерность концентрации добавки в асфальтобетонной смеси, особенно, если это устройство имеет форсунки, позволяющие напылять добавки даже с крайне малой дозировкой. Однако большинство линий ввода жидких добавок АБЗ работают по принципу подачи добавки в трубу с битумом и не гарантируют равномерности и точности дозирования.