Старение органических вяжущих и методы повышения стабильности

Органические вяжущие в процессе их работы в дорожных покрытиях подвергаются воздействию всего комплекса атмосферных факторов и с течением времени изменяют свои свойства.

По условиям, механического износа асфальтобетонные покрытия толщиной 4 см должны служить 30 - 40 лет, но нередко их разрушение происходит раньше (через 7 - 10 лет) за счет преждевременного старения битума и потери им вязкопластичных свойств.

Процесс старения органических вяжущих прежде всего обусловливается испарением масел, которое зависит от температуры их кипения, величины поверхности испарения и упругости паров, насыщающих пространство. Считается, что испаряются вещества с молекулярной массой ниже 400.

Вторым важным фактором старения органических вяжущих является химическое изменение их компонентов и образование новых веществ. Эти изменения в основном связаны с процессом окисления. Сам процесс окисления может ускоряться под действием многих факторов: теплового, солнечного света, механических воздействий и солей металлов переменной валентности — железа, меди, марганца и др. (рис. 10.10).

Существующее представление о старении органических вяжущих основывается на теории цепных химических реакций И. Н. Семенова. В развитии цепных реакций окисления основная роль принадлежит пероксидным и гидропероксидным соединениям, которые образуются на первых стадиях взаимодействия кислорода с углеводородами. Будучи неустойчивыми, они распадаются на свободные радикалы и дают начало новым цепям окислительных реакций.

При поглощении кислорода происходит деструкция высокомолекулярных веществ с выделением газообразных и жидких веществ.

Ненасыщенные группы углеводородов, содержащиеся в органических вяжущих, сравнительно легко отдают водород, соединяющийся с кислородом воздуха, и переходят в разряд еще более ненасыщенных соединений, которые затем уплотняются (полимеризуются) и образуют сложные высокоуглеродистыс соединения.

В процессе старения битума происходит изменение группового состава сначала в результате испарения масел, затем накопления смол и асфальтенов и, наконец, превращения смол в асфальтены. Неразрывно с изменением группового состава битумов происходит изменение их структуры, повышается упругость, понижается пластичность, и, наконец, битумы становятся хрупкими. Влияние компонентного состава вяжущих на старение изучено недостаточно. Так, некоторые исследователи считают асфальтены наиболее устойчивыми к окислению, другие относят смолы и асфальтены к наименее устойчивым компонентам. Это объясняется тем, что высокомо­лекулярные соединения (смолы и асфальтены) в битуме содержат больше нена­сыщенных связей, обусловливающих их повышенную окисляемость. Существует мнение, что если содержание асфальтенов достигает 30 - 40 %. то битум переходит в такое хрупкое состояние, при котором покрытие разрушается.

Ко второй группе относятся вещества, предотвращающие разложение гидропероксидов по радикальному механизму, т. е. разрушающие гидропероксиды до неактивных для развития окислительной цепи продуктов. К ним относятся сульфиды, тиофосфаты, соли диалколдитио-карбоминовых кислот.

Замедляющее действие на старение оказывают соли олеиновой, Нафтеновой стеариновой и других жирных кислот в количестве 0,5 %. Положительное влияние оказывают антиокислители фентиазина, дефиниламина, гидрохинона. Содержание серы 0,07 %, танина 0,2 %, нафтола 0,1 %, сульфаниламида 0,01 %, полиэфирной насыщенной смолы 3 - 5,5 %, винилпиридина до 1,5 %, кумароновой смолы до 10 % оказывает замедляющее действие на старение битума. Для повышения структурной стабильности битума, особенно в химически активных средах (кислых и щелочных), рекомендуется применять регенераты бутилкаучуковых отходов шинной промышленности в количестве 6 - 10%. Эта добавка является комплексной, так как, помимо замедления старения, она оказывает пластифи­цирующее действие: расширяет интервал пластичности как в области положительных, так и в области отрицательных температур.

Минеральные порошки из талька, сланца, доломита, слюды, диабаза, извести, известняков адсорбируют на своей поверхности соединения битума с активными функциональными группами, понижают запас их химической энергии, а, следовательно, снижают склонность к старению. Некоторые порошки, содержащие полуторные окислы Fе₂0₃ и А1₂0_3; оказывают катализирующее воздействие и способствуют старению. Установлено, что устойчивость зависит от происхождения и состава нефти, а также от технологии ее переработки и получения би тума. Остаточные битумы более устойчивы, чем окисленные, а битумы, полученные с добавлением крекинг-остатков, как правило, имеют больше ненасыщенных связей по сравнению с другими битумами. Надо полагать, что интенсивное термическое воздействие на битум в процессе его получения способствует образованию менее устойчивых соединений.

Погодоустойчивость определяется путем длительной экспозиции битума под воздействием атмосферных факторов. Для ускоренного определения погодоустойчивости битумов применяется специальная установка, воспроизводящая естественные условия работы органических вяжущих в конструкциях (воздействие температуры, ультрафиолетовых лучей, кислорода и влаги).

Дата добавления: 2014-01-07