Ученые Казанского федерального университета вместе с коллегами из Института органической и физической химии имени А. Е. Арбузова Казанского научного центра РАН выяснили, как состав дорожного вяжущего влияет на его устойчивость к высоким температурам. Исследователи изучили, какие компоненты помогают битуму сохранять структуру при нагреве, а какие, наоборот, ускоряют его разрушение.
Битум используется как связующее в асфальтобетоне — он соединяет щебень, песок и минеральный порошок в единый слой. При производстве асфальта материал сильно нагревается, и уже на этом этапе может начинаться его разрушение. Под воздействием высокой температуры из битума испаряются легкие фракции, а молекулярные связи могут разрушаться.
Ученые изучили неокисленные полимерно-модифицированные вяжущие на основе вакуумного нефтяного остатка. Чтобы проследить за изменениями при нагреве, они использовали синхронный термический анализ. Метод позволяет одновременно измерять изменение массы образца и тепловые эффекты, возникающие во время нагревания.
Оказалось, что добавление 5% полимера СБС — стирол-бутадиен-стирола — заметно повышает устойчивость смеси. Полимер формирует структуру, которая удерживает легкие компоненты и замедляет их испарение. Поэтому для начала разрушения такого вяжущего требуется больше энергии. Однако при очень сильном нагреве полимерная структура тоже разрушается, после чего деградация материала ускоряется.
На устойчивость битума влияют и другие компоненты. Низкомолекулярный пластификатор делает структуру более подвижной и облегчает ее разрушение при нагреве. Повышенное содержание асфальтенов — тяжелых компонентов нефти — также снижает термостойкость, поскольку они мешают формированию однородной полимерной структуры.
«Мы выяснили, что низкомолекулярный пластификатор делает молекулы более подвижными, структура становится «рыхлой», и битум легче разрушается при нагреве».
Рустам Ахметзянов, ассистент кафедры технологии нефти, газа и углеродных материалов
Ученые также сравнили поведение вяжущих в разных газовых средах. В аргоне молекулы постепенно распадаются, оставляя плотный остаток. В воздухе процесс проходит в два этапа: сначала на поверхности образуется защитный углеродистый слой, а при дальнейшем повышении температуры начинается активное выгорание.
Исследователи определили показатели и формулы, которые позволяют оценивать стойкость вяжущих к высоким технологическим температурам. Полученные данные могут использоваться для подбора состава дорожных смесей с учетом условий их производства и эксплуатации.
Источник: Минобрнауки России
Читайте также:
Алгоритм «ЛЭТИ» автоматически находит уязвимости в нейросетях для автопилотов
Радиофизики в тысячу раз ускорили работу солнечно-слепого УФ-приемника