34. Mszaki Kémiai Napok Veszprém, 2005. április 25-27 A termikus degradáció hmérsékletének hatása a kémiailag stabilizált gumibitumenek tulajdonságaira Buda Botond, Bíró Sz., Fazekas B., Geiger A., Deák Gy., Bartha L. e-mail: budab@almos.vein.hu Pannon Egyetem, Ásványolaj- és Széntechnológiai Tanszék 2006
Gumibitumenek A gumibitumen olyan keverék, mely bitumenbl, gumirleménybl és bizonyos adalékanyagok hozzáadásával készül. Gumitartalma legalább 15%-os és a gumi, mint aktív töltanyag vesz részt a kompozícióban, azaz reakcióba lép a forró bitumennel (ASTM).
Gumibitumenek elnyei hosszabb élettartam, kisebb életciklus-költség, felhasználás során kevesebb bitumen veszteség, kisebb deformálódás, jobb tapadás, ezáltal kisebb kkihordás, jobb vízelvezetés, kisebb közlekedési zaj, szélesebb alkalmazhatósági hmérséklet-intervallum, vékonyabb burkolat, könnyebb jégmentesítés, nagyobb csúszásgátlás.
Probléma megoldása elállítás nedves eljárással => nem megfelel ülepedési stabilitás Módosított nedves eljárás => kémiailag stabilizált gumibitumen (KSGB) elállítása, mely gazdasági szempontból hosszútávon elnyös lehet, s így a jövben az útépítés terén mint lehetséges kötanyag 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 hmérséklet hatásának vizsgálata az optimális hmérséklet meghatározása érdekében. Vizsgált hmérséklet-intervallum: T-T+50 C
Bitumenek Lágyuláspont, o C Penetráció, 25 o C-on, 0,1mm Töréspont Fraass szerint, C Viszkozitás 135 o C-on, mpas Viszkozitás 180 o C-on, mpas Rövid távú öregedés után (RTFOT) - tömegváltozás, % - penetráció az eredeti %-ában - lágyuláspont növekedés, C Hosszú távú öregedés után (PAV) -Kúszási merevség, MPa, -12 C-on -m-érték B1 40 190-15 190 40 +0,050 78 +10 159 0,421 B2 48 51-12 570 90 +0,028 68 +6 110 0,310
Gumirlem rlemény és s adalék Szemcseméret, mm Fémszennyezdés Vászon szennyezdés Elállítás módja <2 mentes mentes környezeti hmérsékleten A stabilitás növelésének érdekében, detergensdiszpergens és egyben térhálósító tulajdonságú adalék alkalmazása.
Vizsgálatok Minsítés : 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 72 R 2 =0,9994 70 Lágyuláspont, C 68 66 64 62 60 f (T d ) = a 1 (T d -b 1 ) 2 +c 1 T T+10 T+20 T+30 T+40 T+50 Termikus degradáció hmérséklete
Reológiai tulajdonságok vizsgálata Penetráció, 0,1mm, 25 C-on 70 65 60 55 50 45 f(t d )=a 2 (T d -b 2 ) 2 +c 2 R 2 =0,9999 40 T T+10 T+20 T+30 T+40 T+50 Termikus degradáció hmérséklete
Reológiai tulajdonságok vizsgálata Tárolási stabilitás, C 11 10 9 8 7 6 5 4 3 R 2 =0,9999 f (T d ) = b 8 /(1+((T d -a 8 )/c 8 ) 2 ) maximum T T+10 T+20 T+30 T+40 T+50 Termikus degradáció hmérséklete
Reológiai tulajdonságok vizsgálata 135 C-on 180 C-on 11000 R 2 =0,9999 2200 R 2 =0,9953 Dinamikai viszkozitás, mpas 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 f(t d )=a 3 +b 3 exp(-c 3 T d ) T T+10 T+20 T+30 T+40 T+50 Dinamikai viszkozitás, mpas 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 szivattyúzhatósági határ f(td)=a 4 +b 4 exp(-c 4 T d ) T T+10 T+20 T+30 T+40 T+50 Termikus degradáció hmérséklete Termikus degradáció hmérséklete
Hideg-tulajdons tulajdonságok vizsgálata -16 f (T d )= a 5 (T d -b 5 ) 2 +c 5 R 2 =0,9997 Fraass töréspont, C -18-20 -22-24 -26 legszigorúbb hazai elírás (minimum) -28 T T+10 T+20 T+30 T+40 T+50 Termikus degradáció hmérséklete
Öregedés s vizsgálata Rövid távú öregedés után (RTFO teszt) Termikus degradáció idtartama SBS-sel módosított útépítési bitumenek Elírás 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 s vizsgálata Hosszú távú öregedés után (PAV teszt) Termikus degradáció idtartama SBS-sel módosított útépítési bitumenek Elírás 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 max.300 m-érték, -12 C-on 0,324 0,326 0,325 0,336 0,357 0,330 0,341 0,360 min.0.3
Összefoglalás Megfelel degradációs hmérséklet 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 kitn hidegtulajdonságokat mutatott, még hosszú távú öregítés után is. A degradáció hmérséklete 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 kedvezbb hidegtulajdonságokat mutatott, mint az SBS-sel módosított bitumenek. Matematikai egyenletek segítségével sikerült jó korrelációs együtthatóval leírni a jellemzk változását a termikus degradáció függvényében. A kívánt tulajdonságok elérése érdekében így becsülhetvé vált az elállítás során alkalmazandó degradációs hmérséklet a peremfeltételek mellett. Vizsgálataink alapján termikus degradáció optimális hmérsékletének a T+40 C-ot határoztam meg.
Köszönet Vegyészmérnöki Intézet Kooperációs Kutatási Központ MOL Rt