13 Июнь 2016

 

В. П. ЯРЦЕВ, д-р техн. наук, Е. В. ГУРОВА, инженер
(Тамбовский государственный технический университет)

В настоящее время на строительном рынке представлен широкий ассортимент кровельных и гидроизоляционных битумных и битумно-полимерных материалов различных производителей. Часто битумные материалы в чистом виде не отвечают возрастающим требованиям, а битумно-полимерные материалы, обладающие высокими физико-механическими характеристиками, слишком дороги. В этой связи актуально использование местных сырьевых ресурсов и отходов производства в качестве наполнителей битумов, улучшающих их экономические и технологические параметры.

 

На основе строительных битумов и утилизируемых асбофрикционных отходов (АФО), образующихся при производстве фрикционных асбестовых накладок, на тамбовском заводе «АРТИ» получено новое модифицированное битумное вяжущее. В состав АФО входят следующие компоненты (мас. ч.): каучук СКБ-50 — 11,7; смола или фенольное связующее СФ-312 СФП-011П — 8; сера (ГОСТ 127.1—93) сорт 9995 — 2,75; 2 — меркапто-бензотиазол — 0,15; тиурам Д — 0,1; белила цинковые марки БЦО — 3; графит скрытокристаллический ГЛС-1 — 12; концентрат баритовый — 16,2; глинозем Г-00,0,1,2 — 4,6; латунная стружка — 5; асбест А-4-20 — 30; масло И 40А — 1,5; шлифовальная пыль — 5. Асбофрикционные отходы представляют собой мелкодисперсный порошок серого цвета, хорошо смешивающийся с битумом. Введение АФО в битум марок БН 90/10 и БН 70/30 в количестве 10—30 мас. ч. способствует повышению его теплостойкости и механических характеристик. Дальнейшее увеличение количества наполнителя приводит к снижению эластичности и адгезионных свойств.

 

Результаты исследования композиций на основе битума марок БН-70/30 и БН-90/10 и асбофрикционных отходов в количестве 10, 30 и 50 мас. ч. приведены в таблице.

 

Введение АФО в битум повышает температуру размягчения по КиШ (ГОСТ 11506-73) для обеих марок битума. Введение 40 мас. ч. АФО в битум БН 90/10 и 50 масс. ч. в битум БН 70/30 приводит к полной потере способности композиций к размягчению. Вязкость (глубина проникания иглы по ГОСТ 11501-78) с увеличением количества наполнителя уменьшается.

 

Асбофрикционные отходы существенно повышают коэффициент теплопроводности битумных композиций. Так, введение 50 мас. ч. АФО в битум марки БН 70/30 повышает теплопроводность примерно в 6 раз, а в битум БН 90/10 — в 2 раза.

 

Количество наполнителя свыше 10 мас. ч. снижает коэффициент термического расширения, а именно: при 30—50 мас. ч — до 1,5 раз [1, 2]. Водопоглощение битумных композиций повышается при введении до 10 мас. ч. АФО, при дальнейшем увеличении количества наполнителя оно незначительно снижается. Время выдержки битумного материала в воде на величину водопоглощения практически не влияет. Так, введение 10 мас. ч. не приводит к росту водопоглощения во времени, тогда как водопоглощение композиций с 30 до 50 мас. ч. АФО увеличивается по истечении 365 суток. Такое поведение, по-видимому, связано с повышением неоднородности композиций при введении наполнителя.

 

Характеристики

БН 70/30

БН 90/10

Количество АФО, мас. ч.

0

10

30

50

0

10

30

50

Температура размягчения по КиШ, оС

70

83

102

90

98

110

Глубина проникания иглы, мм

3,21

3,01

2,88

2,79

1,23

1,2

0,87

0,73

Водопоглощение, %, в течение
48 сут
365 сут

0

0

3.67

3.67

1,4

1,58

2,38

2,56

0

0

2,89

2,91

2,57

2,69

2,22

2,45

Коэффициент теплопроводности X, Вт/(м-К)

0,06

0,13

0,29

0,38

0,12

0,17

0,26

0,29

Коэффициент термического расширения а, 0С-1

15

15

12

10

14

14

10

10

Напряжения разрушения битума БН 90/10 при срезе (70 циклов замораживания), МПа

0,59

0,68

1,1

1,07

Напряжения отрыва битумных композиций от древесины, 10-6 МПа

0,5

0,2

0,05

0,01

Разрушающие напряжения s, МПа, при срезе (перед чертой) и при растяжении (за чертой) при
   –50°С
–18°С
–10°С
0,2/0,3
1/1,4
0,4/0,3
1,2/1,5
0,4/0,45
2,4/1,8
0,45/0,3
3/2,2
0,5/0,4
2/1,7
3,4/-
0,5/0,5
2,3/1,7
3,7/–
0,65/0,5
2,6/2
4,8/-
0,8/1
2/2,5
5,3/-

 

Испытания битумных материалов, подвергшихся многократным циклическим температурным переходам от +50 до —25оС, показали, что с повышением количества наполнителя пропорционально увеличивается напряжение среза для всех исследованных композиций.

 

Механические испытания на длительную прочность при срезе и растяжении проводили на специальном стенде в режиме заданных постоянной нагрузки и температуры. Полученные результаты рассматривали с позиции термофлуктуационной концепции прочности. Были предложены уравнения, описывающие процессы разрушения битумных материалов[2]. Из полученных зависимостей для всех исследованных материалов рассчитаны физические и эмпирические константы. Используя значения полученных экспериментально констант, c помощью уравнений можно рассчитать долговечность битумных композиций в любом эксплуатационном интервале напряжений и температур. Анализ полученных результатов показывает значительное повышение долговечности битумных материалов с увеличением количества наполнителя [3, 4].

 

Разрушающие напряжения среза и растяжения при различных температурах растут с увеличением количества наполнителя. Повышение содержания добавок снижает адгезионное взаимодействие битума с древесиной.

 

Как следует из данных, приведенных в таблице, введение асбофрикционных отходов в битум улучшает его механические и теплофизические характеристики. Однако введение в битум 30 и более мас. ч. наполнителя снижает адгезионные свойства композиции.

 

Технико-экономические расчеты показывают, что использование асбофрикционных отходов в качестве модифицирующей добавки в битум позволяет снизить затраты на ремонтные работы покрытий на 10—30%.

 

Оптимальным, по данным исследований, следует считать вяжущее, содержащее АФО в количестве 10 мас. ч. Такой материал можно использовать для устройства кровель, гидроизоляции и антикоррозионной защиты строительных конструкций. Введение же 30 и более мас. ч. АФО в исследуемый битум делает его жестким и менее текучим, что позволяет эффективно использовать его при герметизации швов строительных конструкций.

 

Список литературы

  1. Ярцев В.П., Гурова Е.В. Механические и теплофизические свойства битумных материалов с использованием утилизируемых асбофрикционных отходов. Междунар. научн.-практ. конф. «Качество, безопасность, энерго- и ресурсосбережение в промышленности строительных материалов и строительстве на пороге XXI века». Ч. 2. Белгород. 2000. С. 499—503.
  2. Ярцев В.П., Гурова Е.В. Композиционный материал на основе битума и отходов завода резинотехнических изделий. Проблемы и пути создания композиционных материалов и технологий из вторичных ресурсов / Под. общ. ред. д-ра техн. наук, проф. С.И. Павленко. Новокузнецк: СибГИУ. 2003. С. 251-259.
  3. Ярцев В.П., Гурова Е.В., Ляшков В.И. Влияние концентрации наполнителя на теплофизические характеристики битума. Проблемы строительства, инженерного обеспечения и экологии городов. Сб. материалов IV Международной научно-практической конференции. Пенза. 2002. С. 120-123.
  4. Ратнер С.Б., Ярцев В.П. Физическая механика пластмасс. Как прогнозируют работоспособность? М.: Химия. 1992. 320 с.

 

Статья взята из журнала «Строительные материалы»