Строительные материалы статьи

Модификация покровных битумов полимерными добавками

Полнмербнтумные композиции прн- ■ч-пяют в производстве кровельных н | идронзоляционных материалов, при i ооружении ответственных участков ; ц. юмобпльных дорог, получении лаков j красок, в электротехнической про - |и1,[1Нлеш10стн н др. В последние 15—20 >. | юг предложено много рецептур ком-

■ '•|Ш1Иий битума с различными видами Н ; юлнмеров. Ряд из них внедрен в "промышленное производство I! приме­ре • гется fi—31

^ - Практически весь имеющийся экс - В срнмеитальный материал накоплен Н лннрическнм путем при крайне не - М _.11.4'!нтелыюм объеме теоретических сообщений, что ограничивает круг экс-

-Ьерименталыгого поиска.

H последнее время вырисовались онтуры теоретических предпосылок, п. ,й).1Воляющих прогнозировать состав н I войства полимерСнтумиых композиции. •1нн базируются на следующих поло-

СИНЯХ.

Полнмербнтумные КОМПОЗИЦИИ в по - зиляющем большинстве представляют •бой физические смеси, при получении иторых не образуются новые хнми - сские связи Создание устойчивых Р7 тшмербитумных композиций обус­ловливается сходством химической при-

оды их компонентов, которое может ыть характеризовано близостью зиа - ’ii ин параметра растворимости. Бп - мы — это коллоидно-дисперсные сис - , мы. При совмещении с полимерами

:и могут резко изменяться вплоть полного разрушения. Модификация

Il умов может происходить в резуль - : i е изменения и увеличения колнчест - j его дисперсной фазы, изменения >!!СТВ дисперсионной средь! битум - го коллоида или вследствие обра-

0 -'МНИЯ нового грубодпсперсного ком - опционного материала.

Поскольку все полнмербнтумные ком - чнции основываются на битуме, он ставляет от 90—95 до 50% ее мас - а я важно знать, каковы последние че - юдставлення о составе и структуре

'1’ТЯНЫХ битумов [4]. iо н'ляд на химическое строение Бе­гств, входящих в состав нефтяных щя |,,тУМ0В, за последние 5—10 лет зна- чельно изменился. Если раньше хи­осский состав битумов характери - вдлся только количеством входящих пего компонентов (парафнно-нафтс - ■ii. ix, моио- и бициклоароматнческнх do. единений, толуольных и спиртото - Я >льных смол и асфальтенов), то пдня имеются уже представления ™ химическом строении этих веществ, >дстве и различии строения их мо-

Кул, взаимном превращении в про­се окисления гудронов и т. д.

Коллоидная система битумов состоит из дисперсионной среды (масла н смо­лы) н дисперсной твердой фазы — коллоидно-дисперсных слоисто-блочных образовании асфальтенов. Наиболее полярная часть смол, при анализе проявляющаяся как асфальтены, в битумах, по всей видимости, раство­рима н благодаря своим поверхност - но-активным свойствам # стабилизирует коллоидную систему. Свойства кол­лоидной системы битумов зависят от содержания в ней дисперсной фазы — концентрации асфальтенов.

Сделай вывод, что все полезные свойства битумов при совмещении с полимерами сохраняются, если остает­ся неизменной его коллоидная система.

Задачи получения оптимальных по свойствам и качествам композиций сохранение полезных свойств битума при совмещении с полимерными мате­риалами; придание композиции свойств, максимально приближающихся к свой­ствам полимера при минимальной до­бавке последнего.

Решение этой задачи ограничивается закономерностями совмещения полиме­ров с битумами, которое в подавляю­щем большинстве случаев представляет собой физический процесс, подобный растворению или образованию дисперс­ной системы. Однако, в ходе этого процесса может происходить разру­шение уже имеющейся системы биту­мов с коагуляцией твердой фазы ас­фальтенов. Это зависит от химическо­го строения и свойств полимера и от химического состава битумов. Поэто­му при создании полнмербитумных композиции необходимо учитывать, кроме свойств битумов, такие факто­ры, как природа полимера, его моле­кулярная масса, количество вводимого полимера.

Как влияет природа полимера на совместимость с битумом, количествен­но оценить пока трудно. Однако на основе физического смысла процесса совмещения, подобного растворению, предложено оценивать возможность совмещения полимеров с битумом, ис­ходя нз величины параметра раство­римости [5].

Параметры растворимости многих полимерных материалов, битумов и Их компонентов приведены в работе Г. Ненке ГМ. они могут быть исполь­зованы для предварительной оценки сов­местимости полимера с битумом. Чем ближе значение «параметра раствори­мости» полимера к его значению у? битума, особенно у мальтенов, тем лучше они совместимы.

Исходя из того, что компоненты битумов имеют разные, заметно от­личающиеся параметры растворимости, совместимость полимера с битумом может ограничиваться содержанием в последнем компонента с наиболее близ­ким к полимеру' параметром раство­римости. Поэтому на практике наблю­даются следующие случаи совмести­мости битумов с полимерами:

1) полимер нерастворим и не набу­хает в битуме. В определенных кон­центрациях (не выше 10—14% по объему) он образует гру^бодисперсные системы. При более высоких концент­рациях наступает расслоение системы (высокомолекулярный полиэтилен, поли­меры линейной насыщенной структу­ры);

2) полимер малорастворим, но на­бухает в масляной части битума. Вве­дение полимера в малых концентрациях (зависит от степени набухания поли­мера) ведет к увеличению теплостой­кости, но к снижению пенетрацин и морозостойкости композиции. При оп­ределенной концентрации набухшего, полимера (несколько выше 13—15%

Об.) образуется сплошная фаза набух­шего полимера, что сопровождается дальнейшим повышением или стабили­заций теплостойкости и, как правило, значительным понижением температу­ры хрупкости. Поглощение полимером при набухании ароматических масел нз битума приводит к коагуляции ас­фальтенов (это полимеры разветвлен­ной насыщенной структуры, например. СКЭП):

3) полимер частично растворим в мальтенах битума, но это сопровождает­ся уменьшением параметра растворимос­ти мальтенов. что вызывает коагуляцию асфальтенов (это относится к полиэти­леновому воску. ннзкомолекУлярным полимерам насыщенной линейной струк­туры) :

4) полимер частично растворим и мальтенах битума. Его растворение не вызывает коагуляции асфзльтенов, но при определенных концентрациях полимера происходит расслоение си­стемы (полимер ДСТ-30 и другие по­лимеры с ароматическими блоками).

Приведенные случаи являются край­ними проявлениями тех или иных свойств полнме, ров н битумов, на са­мом деле могут встречаться полиме­ры, которые займут промежуточное положение в этой градации.

Кроме природы полимера, нз его совместимость с битумом влияет мо­лекулярная масса. Чем она выше, тем хуже (в большинстве случаев) совме­щается полимер с битумом. Для обес­печения их оптимальной совместимости и получения желаемых свойств ком­позиции важно сочетание низко-и вы­

Сокомолекулярного полимера, воз о - на частичная вулканизация олигомера в массе битма путем введения серы или других вулканизирующих агентов, что повысит механическую прочность и теплостойкость КОМПОЗИЦИИ.

Наконец, свойства полнмербитумиых композиций зависят от количества вве­денного полимера. При малых коли­чествах полимера происходит пере­стройка надмолекулярной структуры битума, что сопровождается резким изменением товарных свойств компози­ции. Так, добавление в битум всего 1—2% (по массе) набухающих или частично растворяющихся в нем по­лимеров может привести к увеличению температуры размягчения на 5—20°С и снижению пенетрации. Температура хрупкости при этом, как правило, несколько возрастает.

Оптимальные свойства композиции достигаются в том случае, когда по­лимер образует в ее массе непрерыв­ную фазу (13—15% по объему).

Следует иметь в виду, что достиг­нуть указанных концентраций поли­мера в битуме без разрушения его коллоидной системы часто невозмож­но. Особенно это относится к каучу - кам, обладающим способностью набу­хать и поглощать при этом аромати­ческую часть мальтенов, что приводит к коагуляции асфальтенов. Поэтому каучуки перед введением в битум на­сыщают маслами, смолами, пенами или растворителями. В этом важном про­цессе нельзя упустить из виду тот факт, что вещество, поглощенное каучуками при их набухании после введения в битум, будет путем диффузии обме­ниваться на те соединения битума, которые имеют больше сродства к полимеру. Это может повлиять на стабильность коллоидной системы би­тума. Второе, что следует помнить, это — понижение механической прочно­сти набухшего каучука и снижение его эластических свойств по сравнению с ненабухшим.

Таким образом, количество и при­роду вводимого мягчителя (пластифи­катора) необходимо определять опыт­ным путем с учетом состава и свойств битумов.

При создании полимербитумных ком­позиций их теплостойкость и морозо­стойкость обычно достигают нужных значений благодаря полимеру. Значит, нет необходимости расходовать тепло­стойкие битумы с высоким содержа­нием асфальтенов. Целесообразнее ис­пользовать смолистые битумы с вы­соким содержанием ароматических ма­сел с температурой размягчения не выше 70°С, так как одно из полезных свойств битума п составе композиции — адгезия к различным материалам, а она зависит в основном от смолистых компонентов.

Третьим компонентом в полимерби - тумных составах является минераль­ный наполнитель. Он сорбирует на своей поверхности часть полярных ве­ществ. изменяя межмолекулярное взаи­модействие в дисперсной системе би­тума н полнмербитумноп композиции, снижает ползучесть, несколько пови­тает тепло - н морозостойкость мате­риала. Однако главным остается его сорбиионная характеристика, так что при создании композиции небезраз­лично, к да вводить минер ьнын на­полнитель — в битум или в полимер. В многочисленных патентах дается ре­комендация вводить наполнитель в полимер Таким образом «дезактиви­руется» его поверхность к полярным компонентам битума, обеспечивающим адгезию композиции к другим мате­риалам.

В настоящее время ряд рубероид­ных заводов используют в качестве добавок к битуму такие полимерные составляющие, как полиэтиленовый воск, этилпропнленовый каучук, бутилкаучук

II др. В связи с этнм появились новые кровельные материалы — экарбнт, армо - бптэп, эластобит И др. []].

Задачей кровельной промышленности сегодня яляется создание наплавляе­мого рубероида с массой покровного слоя до 2,6 кг/м2, из которых на нижинй слой приходится не менее

1 кг/м2. Производство такого рубероида невозможно без использования поли­мерных добавок.

Наплавляемый р'бероид более удо­бен в устройстве кровельных покры

Согласно существующим представле­ниям водостойкость смешанных гипсо­вых вяжущих, включающих в себя порт­ландцемент, воздушную известь и золу- уноса ТЭЦ, обусловливается гидратаци­ей названных компонентов, а также об­разованием сложных по составу гидро - сульфоалюминатов н гидутосульфофер - ритов кальция. При этом предполагает­ся, что последние кристаллизуются после возникновения первичного кристалличе­ского каркаса двуводного сульфата каль­ция и, таким образом, уплотняют струк­туру искусственного камня, способствуя повышению его водостойкости [11. Дол­говечность получаемого материала на­ходится в прямой зависимости от точ­ности дозировки исходных компонентов вяжущего. Правильно выдержанные граничные условия при подготовке со­става гарантируют оптимальную лля твердения гипсозольного вяжущего ще­лочную среду.

Можно полностью исключить из по­добных составов воздушную известь и портландцемент, если приготовлять гип созолыше смеси из строительного гипса ;| золы-уноса ог сжигания каменного гля с применением в качестве щелоч­ного компонента ионизированной в по­стоянном электрическом поле воды с показателем pH = 10— 1 1.

С, целью выявления природы взаимо­действия исходных компонентов при за - творепнп их ионизированной водой бы­ли проанализированы получаемые но - образования с использованием мето тни, при его использовании меньще трудоемкость кровельных работ, чец при настилке нескольких слоев руб{. роида Его применение в практике строительства, но данным НПО «По. лимерстройматерналы». на 70% иовц. шает производительность труда црц сооружении кровли. Одновременно ца 30% снижается материалоемкость. Это может обеспечить экономический эф. фект около 120—250 р. на 1000 м2 кр0. вельного покрытия.