Учёные Института геологии и нефтегазовых технологий Казанского федерального университета с коллегами из Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова выяснили, каким должен быть состав дорожного вяжущего, чтобы асфальт выдерживал высокие температуры. Об этом сообщили в Минобрнауки РФ.
Вяжущие материалы, такие как битум, играют ключевую роль в создании асфальтобетона. Они «склеивают» минеральные компоненты, включая щебень, песок и минеральный порошок, в единую прочную структуру.
Процесс производства асфальтобетона сопровождается значительным нагревом битума. В местах контакта с горячим щебнем и нагревательными элементами температура достигает экстремальных значений. Это приводит к испарению лёгких компонентов битума, таких как масла, что вызывает разрыв межмолекулярных связей. В результате асфальтобетон преждевременно стареет, теряя свои прочностные свойства ещё до укладки и эксплуатации.
Учёные из Казани провели детальное исследование процессов разрушения полимерно-битумных вяжущих. Они изучали составы, включающие тяжёлый нефтяной остаток и окисленный битум марки БНД 70/100. Для анализа изменений, происходящих при нагреве, использовался синхронный термический анализ. Этот метод позволяет одновременно отслеживать изменение массы образца и количество тепла, которое материал поглощает или выделяет.
Исследования показали, что добавление всего 5% полимера типа СБС (стирол-бутадиен-стирол) значительно увеличивает прочность смеси. Полимер действует как «невидимая глазу арматура», удерживающая лёгкие компоненты масел. Для разрушения такой структуры требуется больше энергии, что позволяет вяжущему выдерживать более высокие температуры нагрева.
При производстве полимерно-битумных вяжущих иногда используются пластификаторы. В экспериментах казанских учёных применялась прямогоннная вакуумная фракция, которая способствует равномерному распределению полимера и повышает трещиностойкость асфальтобетона.
Также было обнаружено, что поведение вяжущих материалов зависит от газовой среды. В инертной атмосфере (аргон) молекулярная деструкция происходит постепенно, оставляя плотный остаток. В воздушной среде процесс делится на два этапа: сначала на поверхности образуется защитный углеродистый слой, а затем при высоких температурах начинается активное выгорание.
«Мы выяснили, что низкомолекулярный пластификатор при получении ПБВ на основе окисленного битума делает молекулы более подвижными, структура становится «рыхлой», и битум легче разрушается при нагреве», — сообщил еще один участник исследования, ассистент кафедры технологии нефти, газа и углеродных материалов ИГиНГТ КФУ Рустам Ахметзянов.
Изучив механизмы разрушения органических компонентов вяжущих при высоких температурах, исследователи вывели формулы и определили показатели, позволяющие прогнозировать, насколько стойким окажется вяжущее при нагреве.
Учёные работают над составом, который сделает асфальт устойчивее к жаре, но есть и другая проблема. Как рассказывала интернет-газета «ЖУК», асфальт не только нагревает города, но и серьёзно вредит здоровью. В жару битум выделяет ядовитые пары — они поражают лёгкие и нервную систему.