Bitumul modificat cu polimer intre teorie si realitate

Bitumul modificat cu polimer intre teorie si realitate.

Dr.Ing. Marin George Catalin

Director General SC GEOECOTEST S.R.L.

Expert si Verificator Tehnic

Constructii Rutiere Drumuri si Piste de Aviatie

1. Polimerii ; modificatori pentru bitum.Polimerii sunt subsatnte chimice, care din punct de vedere fizic pot avea diferite structuri functie de modul de dispunere al macromoleculelor din compunere si n alcaturiea carora intra substante macromoleculare, de natura organica sau anorganica. Substantele moleculare folosite la fabricarea materialelor din polimeri, au macromolecula formata din cel putin 1500 de atomi si greutatea moleculara de cel putin 10 000 , fara a avea o limita superioara.Macromoleculele monodimensionale au structura filiforma, firul principal al macro- moleculei este n zigzag ca n figura 1, (ca n cazul alcalilor).

Fig. 1 Reprezentarea unui alcal.

Ele sunt lichide cu atat mai vascoase, cu cat gradul de polimerizare este mai mare. Sunt solubile n anumiti solventi cu care dau deasemenea solutii vascoase. In stare lichida sau n solutii concentrate se aseaza sub forma de gheme , iar daca lichidul vscos se trage in fire , macromoleculele se aseaza n paralel ca n figura 2.

Fig. 2 Comportamentul sub actiune mecanica al macromoleculelor monodimensionale.

Asezarea macromoleculelor n paralel se realizeaza sub actiunea unor forte , nsa n momentul cand aceste forte nceteaza, ele revin la forma initiala de ghem. Aceste deformari seamana cu deformatiile elastice ale solidelor si de aceea aceste substante ce sunt formate din macromolecule monodimensionale se numesc elastomeri. Caracterul de elastomer se pastreaza si atunci cand ntre macromoleculele monodimensionale se stabilesc un numar redus de legaturi fie direct prin valente, fie prin intermediul unor atomi care se leaga n puncte de doua macromolecule nvecinate ca n figura 3.

Fig. 3

Macromoleculele bidimensionale au o structura lamelara si se formeaza prin legarea ntre ele a macromoleculelor monodimensionale printr-un numar mare de valente sau de punti . Aceste substante nu se mai dizolva n solventi organici, nsa n prezenta lor se umfla si dau o masa plastica. De aceea aceste substante se numesc plastomeri. Unii dintre plastomeri prin ncalzire si maresc plasticitatea nsa prin racire revin la starea initiala. Acestia din urma se numesc plastomeri termoplastici. Alti plastomeri devin activi la ncalzire , ntre macromoleculele bidimensionale stabilindu-se legaturi sau punti perpendiculare pe planul macromoleculelor , formadu-se o structura tridimensionala , iar acestia poarta numele de termoreactivi. Ei sunt reprezentati n figura 4.

Fig. 4

Substantele cu structura tridimensionala sunt solide si rigide si ele nu se folosesc n industria constructiilor de drumuri.Marea diversitate de polimeri, face aproape imposibila o clasificare justa, nsa din punct de vedere structural si functie de proprietati , polimerii obtinuti prin sinteza se pot clasifica n trei mari grupe:

Fig. 5 Polimerii termoplastici.

Sunt solubili n solventi organici si se mnoaie sub actiunea caldurii. Sunt n general polimeri liniari, sau lejer ramificati. Din aceasta clasa printre cei mai cunoscuti cu destinatie n special n lucrarile de drumuri sunt:

-polietilena ( PE )

polimer;

-polipropilena ( PP )

polimer;

-policlorura de vinil ( PVC )

polimer;

-poliesterul ( PS )

polimer;

-etilen acetat de vinil ( EVA )

copolimer;

-polipropilena izotactica ( IPP )

polimer;

-polietilena de mare densitate ( HDPE )polimer;

-etilen acetat de vinil AV100

82,5

35

ASTM D113-79

Indice de penetratie-1,3-8,20-8,45UNE 104-281-86

Fraass (oC)-15-14-11DIN 52012-80

Recuperare elastica (oC) (%)-6679NLT-124

Interval de plasticitate (oC)64,792,569,6-

Variatia de masa ( % )0,100,0450,012NLT-186/84

Privind valorile de mai sus se poate constata ca s-a produs o scadere a intervalului de plasticitate , nsa nu o scadere accentuata. Aceasta s-a datorat n special modificarii temperaturii inel si bila (IB) si mai putin temperaturi de rupere Fraass, care devine semnificativa pentru studiu.

Indicele de penetratie se pastreaza n zona pentru care acesti lianti se preteaza n continuare pentru lucrarile de drumuri, desi recupererea elastica s-a redus si ea .

Facnd o analiza de imagine pe microscopul cu reflexie n ultraviolet , figura 11, se constata o oarecare degradare a retelei de polimer pentru liantul "L2", liantul "L1" ramnnd nca stabil morfologia structurii pastrndu-se aproape nealterata.

Fig. 11

6. Simularea n laborator a comportamentului liantilor compoziti la actiunea com-binata a factorilor de mediu si trafic.

Pentru acest gen de ncercare programul SHRP a imaginat un alt test prin care liantul analizat este supus unor conditii si mai severe de testare. Aceste conditii sunt create n etuva sub presiune si influenta temperaturii PAV . Esantioanele cate au fost testate n etuva RTFOT sunt supuse testarii la 100 oC si 2.1 Mpa presiune de aer, n etuva PAV timp de 20 de ore. Aceasta simulare reproduce degradarea liantului pe care o sufera n cale sub efectul conditiilor climatice si trafic dealungul a 6-10 ani de exploatare.

In tabelul 4, sunt nscrise rezultatele testelor efectuate pe cei trei lianti n urma PAV.Tab. 4

CaracteristiciB80-100L1L2Echivalent

Dupa PAV

Penetratia la 25 (oC)283425ASTM D5-73AASHTO T49-74

Cresterea temperaturii IB(oC)59,283,368,7ASTM D36-76

Ductilitatea , 25 (oC) (cm)42,257415,2ASTM D113-79

Indice de penetratie-0,4-8,36-8,54UNE 104-281-86

Fraass (oC)-16-11-16DIN 52012-80

Recuperare elastica 25 (oC) (%)-2615NLT-124

Interval de plasticitate (oC)75,294,384,7-

Variatia de masa (% )* 0,52* 0,44* 0,32SHRP

Dupa acest test cei doi lianti modificati si pastreaza indicele de penetratie , temperatura Fraass rame n continuare nesemnificativa. In schimb recuperarea elastica nu mai raspunde conditiilor de comportament pentru aceasta categorie de lianti compoziti.

Cresterea de masa nregistrata n urma acestui test este la o prima apreciere de neacceptat, nsa daca studiem fenomenul la nivel molecular, conditia de presiune n prezenta temperaturii, face ca oxigenul din aer sa se combine cu compusi din bitum, ducnd la cresterea masei moleculare.

O analiza la microscopul cu fluorescenta cu lumina n ultraviolet pune n evidenta o degradare si mai mare a structurii polimerului, matricea modificatorului suferind degradari nsa nu drastic de semnificative, ca n figura 4.

Fig. 4

7. Concluzii.

Caracterizarea liantilor modificati cu polimeri, este o operatie de finete , de modul si implicit strategia cum este realizat, depinznd obtinerea rezultatului scontat. Lucrnd cu materiale diferite structural ( liant, respectiv bitumu de drumuri si polimer ) trebuie gasite modalitatile tehnologice de identificare si testare a proprietatilor materialului rezultat.

Comportamentul bitumurilor de drumuri, nu mai satisface conditia de stabilitate sub actiunea factorilor de clima si n special de trafic, deci de aici necesitatea combinarii acestuia cu alte produse, compatibile la scara moleculara care sa-i transfere din proprietati. Astfel flexibilitatea n comportamentul bitumurilor a fost atinsa prin amestecarea lor cu cauciucuri, transmit proprietatile lor elastice, materialului nou creat, adica liantul compozit.

Mai mult decat atat, amestecul bitum polimer, influenteaza foarte mult comportamentul liantului compozit in relatia cu agregatul sporind adezivitatea , dar si al mixturii , prin rezistenta cu mult mai mare la actiunea factorilor de mediu, (imbatranire ) dar si la atacul benzinelor si motorinelor care dizolva liantul obisnuit.Tixotropia asfaltului este foarte bine reprezentata de folosirea bitumului modificat cu polimer , comportamentul elastic al mixturii transmis de liant intr-o plaja mare de temperature (-20 oC .+78oC) este termen referential ce sporeste durata de viata a stratului de uzura atunci cand uzura este modificata , sau a binderului cand acesta este modificat.

Stabilitatea la stocare , astazi este rezolvata , producatori renumiti ca si OMV vand bitumuri modificate cu polimeri care au stabilitate la stocare minimum 15 zile.

Bibliografie.

NLT-125/84 Punto de reblandecimiento anillo y bola de los materiales bituminosos.

NLT-126/84 Dictilidad de los materiales bituminosos.

NLT-127/84 Puntos de inflamacin y combustin de los materiales bituminosos. Aparato Cleveland.

NLT-159/86 Resistencia a la deformacin plastica de mezclas bituminosas empleando el aparato Marshall.

NLT-181/88 Indice de penetracin de los betunes asfalticos.

NLT-182/84 Punto de fragilidad Fraass de los materiales bituminosas.

NLT-328/91 Estabilidad al almacenamiento del betunes modificados con polimeros.

NLT-329/91 Recuperatin elastica por torsin de betunes asfalticos modificados.

STUDIUL PROPRIETATILOR ASFALTULUI CU ADITIVI SI POLIMERI Teza de doctorat Bucuresti 1998 autor Marin George Catalin.

_1425987854.unknown

_1425991369.unknown

_1425977993.unknown