Влияние углеродного наномодификатора на процессы старения полимерно-модифицированных вяжущих. Часть II: Практическое исследование

Abstract

Введение. Применение полимерно-модифицированных вяжущих является распространенным способом улучшения качества асфальтобетона и, как следствие, продления долговечности автомобильных дорог. Однако для данной группы материалов характерен важный недостаток, который не позволяет полностью использовать потенциал модифицированных вяжущих. Проблема заключается в их склонности к старению, что закономерно приводит к преждевременному разрушению покрытий автомобильных дорог. Перспективным направлением, нацеленным на устранение данного недостатка, является применение наномодификаторов. Цель работы – изучение влияния одностенных углеродных нанотрубок на структурообразование таких вяжущих в период эксплуатационных воздействий (старение). Методы. При подборе оптимального состава вяжущего, модифицированного полимером СБС, одностенными углеродными нанотрубками и углеводородным пластификатором, предварительно были определены гомогенизация и динамическая вязкость. Далее проведено моделирование процесса старения в лабораторной печи по методу RTFOT (печь для прокатки тонкопленочных материалов) и PAV (сосуд для выдержки под давлением). Исследованы зависимости вязкоупругих свойств от компонентного состава вяжущих. Установлены верхний и нижний пределы диапазона эксплуатационных температур. Исследованы релаксационные процессы в наномодифицированных полимерно-битумных вяжущих. Результаты. Установлено, что введение одностенных углеродных нанотрубок в полимерно-битумное вяжущее увеличило вязкость расплава, что согласуется с представлениями об изменении вязкости дисперсно-наполненных систем с увеличением объемной концентрации дисперсной фазы, которая в исследуемом диапазоне концентрации может быть описана реологическим линейным уравнением А. Эйнштейна. Определено оптимальное содержание одностенных углеродных нанотрубок (0,001 %), полимера СБС (3,5 %), отработанного углеводородного пластификатора (4 %) в составе вяжущего, которые обеспечивают улучшение производительности модифицированного вяжущего с PG (52–22) до марки PG (64–34). Выводы. Одностенные углеродные нанотрубки обеспечивают улучшение параметра долговечности ∆Tc вяжущего на 150 %, улучшение релаксационных свойств при низких температурах и устойчивость к усталостным разрушениям. Introduction. Polymer-modified binders are a common way to improve the quality of asphalt concrete and, as a result, extend the durability of highways. However, this group of materials is characterised by an important and unresolved drawback that prevents the full potential of modified binders from being realised. It is due to its ageing tendency, which inevitably causes road surfaces to deteriorate preliminarily. The use of nanomodifiers is a viable strategy to eliminate this drawback. The aim of the researchis to determine how single-walled carbon nanotubes affect the way that these binders form structurally during operational impacts (ageing). Materials and methods.First, homogenization and dynamic viscosity were measured in order to select the optimal ratio of SBS polymer, hydrocarbon plasticizer, and single-walled carbon nanotubes for the modified binder. Next, the RTFOT method (furnace for rolling thin-film materials) and PAV (pressure vessel) were used to simulate the ageing process in a laboratory furnace. The dependences of viscoelastic characteristics on the component composition of binders were investigated. The upper and lower limits of the operating temperature range were established. Relaxation processes in nanomodified polymer-bitumen binders have been studied. Research results.It was discovered that adding single-walled carbon nanotubes to a polymer-bitumen binder increased the melt's viscosity. This is in line with the theory that systems that are filled with dispersed particles will become more viscous as the volume concentration of the dispersed phase increases. In the concentration range under study, this phenomenon can be explained by A. Einstein's rheological linear equation. The optimal content of single-walled carbon nanotubes (0.001%), SBS polymer 3.5%, and spent hydrocarbon plasticizer 4% in the binder composition has been established, which provides improved performance of the modified binder from PG (52-22) to PG grade (64-34). Conclusion.It has been established that single-walled carbon nanotubes have enhanced low-temperature relaxation qualities, resistance to fatigue damage, and provided a 150% increase in the durability parameter (∆Tc binder).