34. M szaki Kémiai Napok Veszprém, 2005. április 25-27
A termikus degradáció h mérsékletének hatása a kémiailag stabilizált gumibitumenek tulajdonságaira Buda Botond, Bíró Sz., Fazekas B., Geiger A., Deák Gy. , Bartha L. e-mail:
[email protected]
Pannon Egyetem, Ásványolaj- és Széntechnológiai Tanszék 2006
Gumibitumenek A gumibitumen olyan keverék, mely bitumenb l, gumi rleményb l és bizonyos adalékanyagok hozzáadásával készül. Gumitartalma legalább 15%-os és a gumi, mint aktív tölt anyag vesz részt a kompozícióban, azaz reakcióba lép a forró bitumennel (ASTM).
Gumibitumenek el nyei hosszabb élettartam, kisebb életciklus-költség, felhasználás során kevesebb bitumen veszteség, kisebb deformálódás, jobb tapadás, ezáltal kisebb k kihordás, jobb vízelvezetés, kisebb közlekedési zaj, szélesebb alkalmazhatósági h mérséklet-intervallum, vékonyabb burkolat, könnyebb jégmentesítés, nagyobb csúszásgátlás.
Probléma megoldása el állítás nedves eljárással => nem megfelel ülepedési stabilitás
Módosított nedves eljárás => kémiailag stabilizált gumibitumen (KSGB) el állítása, mely gazdasági szempontból hosszútávon el nyös lehet, s így a jöv ben az útépítés terén mint lehetséges köt anyag jelenhet meg.
Módosított nedves eljárás 1. lépés: Termikus degradálás: 150-250°C 2. lépés: Mechano-kémiai diszpergálás: 150-250°C (nagy fordulatszámon végzett nyírás)
Újdonság: termikus degradálás felületaktív adalék jelenlétében.
Célok
A termikus degradáció során alkalmazott h mérséklet hatásának vizsgálata az optimális h mérséklet meghatározása érdekében. Vizsgált h mérséklet-intervallum: T-T+50°C
Bitumenek B1
B2
Lágyuláspont, oC
40
48
Penetráció, 25 oC-on, 0,1mm
190
51
Töréspont Fraass szerint, °C
-15
-12
Viszkozitás 135 oC-on, mPas
190
570
Viszkozitás 180 oC-on, mPas
40
90
Rövid távú öregedés után (RTFOT) - tömegváltozás, % - penetráció az eredeti %-ában - lágyuláspont növekedés, °C
+0,050 78 +10
+0,028 68 +6
Hosszú távú öregedés után (PAV) -Kúszási merevség, MPa, -12°C-on -m-érték
159 0,421
110 0,310
Gumi rlemény és adalék Szemcseméret, mm Fémszennyez dés Vászon szennyez dés El állítás módja
<2 mentes mentes környezeti h mérsékleten
A stabilitás növelésének érdekében, detergensdiszpergens és egyben térhálósító tulajdonságú adalék alkalmazása.
Vizsgálatok Min sítés : MSZ-EN SHRP PG 58-22
Elvégzett vizsgálatok: Lágyuláspont Penetráció Tárolási stabilitás Dinamikai viszkozitás Fraass töréspont Rövid távú oxidatív öregítés (RTFOT) Hosszú távú oxidatív öregítés (PAV) Kúszási merevség
Reológiai tulajdonságok vizsgálata R2=0,9994 72
Lágyuláspont, °C
70 68 66 64 62
f (Td) = a1(Td-b1)2+c1
60 T
T+10
T+20
T+30
T+40
Termikus degradáció h mérséklete
T+50
Penetráció, 0,1mm, 25°C-on
Reológiai tulajdonságok vizsgálata R2=0,9999
70
f(Td)=a2·(Td-b2)2+c2
65 60 55 50 45 40 T
T+10
T+20
T+30
T+40
Termikus degradáció h mérséklete
T+50
Reológiai tulajdonságok vizsgálata R2=0,9999
Tárolási stabilitás, °C
11
f (Td) = b8/(1+((Td-a8)/c8)2)
10
maximum
9 8 7 6 5 4 3 T
T+10
T+20
T+30
T+40
Termikus degradáció h mérséklete
T+50
Reológiai tulajdonságok vizsgálata 180°C-on R2=0,9999
11000
Dinamikai viszkozitás, mPas
Dinamikai viszkozitás, mPas
135°C-on
10000 f(Td)=a3+b3·exp(-c3·Td)
9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 T
T+10
T+20
T+30
T+40
T+50
Termikus degradáció h mérséklete
R2=0,9953
2200 2000 1800
szivattyúzhatósági határ f(Td)=a4+b4exp(-c4Td)
1600 1400 1200 1000 800 600 400 T
T+10
T+20
T+30
T+40
Termikus degradáció h mérséklete
T+50
Hideg-tulajdonságok vizsgálata
Fraass töréspont, °C
-16
f (Td)= a5(Td-b5)2+c5
R2=0,9997
legszigorúbb hazai el írás (minimum)
-18 -20 -22 -24 -26 -28 T
T+10
T+20
T+30
T+40
Termikus degradáció h mérséklete
T+50
Öregedés vizsgálata
Rövid távú öregedés után (RTFO teszt)
SBS-sel módosított útépítési bitumenek
Termikus degradáció id tartama
El írás
T
T+10
T+20
T+30
T+40
T+50
PmB 1
PmB 2
Tömegváltozás, %
-0,21
-0,26
-0,23
-0,18
-0,14
-0,18
-0,01
-0,04
± 0,50
Penetráció az eredeti %-ában
73,1
72,2
75,5
75,5
75,2
76,2
78,8
66,1
min. 50
Lágyuláspont növekedés, °C
+8
+6
+6
+5
+6
+7
+5
+5
-
Öregedés vizsgálata
Hosszú távú öregedés után (PAV teszt)
SBS-sel módosított útépítési bitumenek
Termikus degradáció id tartama
T
T+10
T+20
T+30
T+40
T+50
PmB 1
PmB 2
Kúszási merevség, S, [MPa], -12°C-on
70
77,2
75,6
61,5
61,6
63,5
197
107
m-érték, -12°C-on
0,324
0,326
0,325
0,336
0,357
0,330
0,341 0,360
El írás
max.300 min.0.3
Összefoglalás Megfelel degradációs h mérséklet esetén (T+40-T+50°C) kedvez tárolási stabilitással rendelkez , KSGB-ek állíthatók el a meghatározott peremfeltételek mellett. Megállapítottam, hogy a degradációt minimum T+40°C-on kell végezni, hogy gyakorlati felhasználás szempontjából megfelel végterméket kapjunk. A vizsgált KSGB-ek mindegyike kit n hidegtulajdonságokat mutatott, még hosszú távú öregítés után is. A degradáció h mérséklete a rövid távú öregedést nem befolyásolta az általunk vizsgált intervallumban, minden minta hasonló lágyuláspont- és penetrációváltozást mutatott, mint az SBS-sel módosított útépítési bitumenek.
Összefoglalás Hosszú távú öregítés után a gumibitumenek mindegyike sokkal kedvez bb hidegtulajdonságokat mutatott, mint az SBS-sel módosított bitumenek. Matematikai egyenletek segítségével sikerült jó korrelációs együtthatóval leírni a jellemz k változását a termikus degradáció függvényében. A kívánt tulajdonságok elérése érdekében így becsülhet vé vált az el állítás során alkalmazandó degradációs h mérséklet a peremfeltételek mellett. Vizsgálataink alapján termikus degradáció optimális h mérsékletének a T+40°C-ot határoztam meg.
Köszönet
Vegyészmérnöki Intézet Kooperációs Kutatási Központ
MOL Rt
