Денис Назиров - Гидроизоляционные материалы для сооружений Сибири

Процессами структурообразования в битумах можно управлять путем изменения природы и характера взаимодействия основных элементов [100]: пластификация углеводородными фракциями; введение добавок ПАВ, высокомолекулярных полимеров; изменение структуры тонких слоев битума на поверхности минерального материала [102]. Наиболее перспективным является способ улучшения битумов полимерными добавками [48]. Им можно либо значительно повысить эксплуатационные свойства, либо получить новый материал с совершенно другими физико-химическими и механическими свойствами.

Получению новых гидроизоляционных материалов на основе битумов и полимеров посвящены работы С. Н. Попченко [70], Н. В. Михайлова [55], Н. В. Стабникова [100], А. М. Кисиной [45], Л. М. Гохмана [28] и ряда других исследователей [26; 114].

История применения полимеров для модификации свойств битумов насчитывает более 150 лет. В настоящее время практически все выпускаемые полимеры опробованы как добавки в битум. Несмотря на многолетнюю практику применения полимеров для улучшения свойств битумов, ни в России, ни за рубежом не разработано четких критериев для выбора их типа и количества. Мнения исследователей о характере взаимодействия полимеров с битумом различны. Некоторые полагают, что в массе битума и полимера в результате термохимических процессов образуются адсорбционно-химические связи, которые являются достаточно прочными даже при температуре текучести. Ряд исследователей [24; 82] считают, что в процессе смешения полимеров с битумом происходит образование двух типов связей: слабых вандерваальсовых, которые легко разрушаются и восстанавливаются при деформации, создавая как бы подвижную структурную сетку, и относительно прочных, возникающих вследствие взаимодействия свободных полимерных и битумных радикалов смеси, образующихся при технологическом процессе. Образование связей указанных типов и их соотношение для данного битума, по мнению авторов, определяются природой и количеством полимера и главным образом технологией получения полимербитумных композиций.

Другие исследователи [28; 110; 121; 122] считают, что полимеры с битумом химически не взаимодействуют, а растворяются, набухают или диспергируются в нем. Отсутствие единого взгляда на процессы, происходящие при введении полимеров в битум, вызвано различием полимерного и битумного сырья, методов смешения компонентов в каждом конкретном случае, а также отсутствием отработанных методик исследования такого рода систем. Однако анализ физико-химических процессов взаимодействия полимеров и битума методами хроматографии и ИК-спектроскопии показывает [72; 120], что процессы взаимодействия между этими компонентами являются в основном физическими.

Согласно исследованиям [51], в зависимости от структурного типа битума и вида вводимого полимера могут возникнуть две категории полимербитумного вяжущего (ПБВ). Первая представляет собой сопряженную (сшитую) пространственную сетку асфальтенов и полимера. Последний при этом должен иметь функциональные группы, которые химически взаимодействуют с функциональными группами или ненасыщенными связями асфальтенов. Такая сопряженная структура пронизывает весь объем системы, придавая ей новые свойства.

При этом система имеет оптимальный комплекс физико-механических свойств, обусловленный сочетанием характеристик измененной дисперсионной среды и структурно-механических характеристик жесткого каркаса, образованного асфальтенами [56]. Создание сопряженных структур возможно лишь в битумах, имеющих коагуляционный каркас из асфальтенов (I структурный тип по классификации А. С. Колбановской) [51]. Вторая категория представляет собой самостоятельные пространственные структурные сетки полимера, которые играют доминирующую роль в системе «битум–полимер».

Для получения полимербитумных композиций с необходимым комплексом эксплуатационных показателей имеет большое значение концентрационное соотношение в системе «битум–полимер», при котором свойства композиций имеют оптимальные характеристики. В большинстве случаев содержание полимера определяют, руководствуясь назначением полимербитумных материалов и характеристикой основного эксплуатационного показателя, которому он должен соответствовать. В качестве таких показателей принимают значения по пенетрации, растяжимости, температуре размягчения и т. д. Согласно исследованиям А. Дж. Хойберга [8], Ж. Амо, М. Дрюна [123], для обеспечения требуемых эксплуатационных свойств композиций существует оптимум, зависящий от вида полимера и битума.