книги / Энергоэффективный термопластичный материал для дорожной разметки

Рис. 1.4. Внешний вид смятого в процессе эксплуатации термопластичного материала для разметки автомобильных дорог

Рассмотрены некоторые аспекты данной проблемы и пути ее решения. Исследования проводились на ненаполненных системах, где все эффекты более выражены, чем на полной рецептуре пластиков.

В качестве основы связующих современных термопластов для дорожной разметки используются синтетические смолы, получаемые полимеризацией непредельных С5–С9 углеводородов (углеводо-

Из данных табл. 1.5 следует, что смолы обладают высокой температурой стеклования и в чистом виде не могут обеспечить морозостойкость термопластов. Для этого их пластифицируют.

Также исследованы минеральные масла и эфиры двухосновных органических кислот.

Основные требования, которым должны удовлетворять пластификаторы: это иметь высокую температуру кипения и стабильность к окислению в условиях переработки термопластов.

Все рассмотренные пластификаторы практически одинаково снижают температуру размягчения смолы, и их применение в реальных рецептурах определяется только стоимостью.

В реальных рецептурах за счет пластификации эта температура снижается до 70 °С, т.е. остаются условия для загрязнения термопластов, так как пластифицированная смола создает эластичную и липкую на ощупь пленку.

Для обеспечения прочности и эластичности термопластов при пониженных значениях температуры применяют полимерные добавки. В качестве таковых используют сополимеры этилена с винилацетатом (сэвилен или EVA) и блок-сополимеры стирола с изопреном (SIS).

Суммарно влияние добавок в смолы на свойства получаемых при этом пленок приведены в табл. 1.6 [86].

Введение восков устраняет эффект липкости вяжущих. При этом воски повышают температуру размягчения вяжущих, что должно снижать загрязняемость термопластов при высоких значениях температуры поверхности дороги.

Природа смолы сильно влияет на характер действия восков в связующем, по-разному сказываясь на эффекте повышения температуры размягчения.

Введение восков в состав термопластов является эффективным способом борьбы с загрязняемостью. Они дают возможность быстрого формирования полосы разметки за счет повышения температуры размягчения, воски перемещаются на поверхность полосы и делают ее менее липкой.

32

Наличие восков в термопластах способствует быстрому отмыванию разметки во время дождя.

Воски отрицательно влияют на свойства материалов, поэтому их применение ограничено. К снижению загрязняемости приводит также посыпка поверхности разметки стеклошариками, которые используются для обеспечения видимости разметки в ночное время [98]. Ю.В. Борисов и другие авторы в своей работе показали, что введение стеклянных микрошариков приводит к повышению эксплуатационных свойств износостойкости и сопротивлению загразняемости.

Известен ряд составов разметочных материалов, которые отличаются друг от друга типом пленкообразующего. Например, в патенте Австралии АИ-В-33-909/93 использованы полиакрилаты и сополимеры акрилатов со стиролом. Аналогичное вещество использо-

33

вано в патенте Японии (заявка 496976). В патенте России 2083374, МКИ В32В 5/16, Е01F 9/00 использованы полиуретан и его реакционная смесь с полиэфирной смолой. В других отечественных разработках используют полиэфирные твердые смолы (патенты РФ 2074921) или смолу на основе продуктов полимеризации ароматических углеводородов фракций С9–С10 (ТУ 218-50–84).

Согласно отчету СКТБ «Дорстройтехника» (Республика Беларусь), используемый термопласт обладает повышенной хрупкостью и низкой белизной. Причем значение цветности – термопласт темный. Зарегистрирован резкий запах, что исключает практическое использование такого термопласта.

Аналогом является термопласт, включающий в качестве пленкообразующего полиэфирную смолу, содержащую до 55 мас. % терефталевой кислоты с температурой размягчения не ниже 70 °С, воски, двуокись титана, пластификатор, антиседиментационную добавку, наполнитель, стекломикрошарики (RV 2216564).

Недостатком является низкая эластичность при низких значениях температуры. Это ведет к растрескиванию термопласта и малому сроку службы.

Результаты испытания экструдерного термопласта фирмы «Роттерс Европа» на сцепление и ретроотражение представлены на рис. 1.5 [15].

Ретроотражение (Mcd.lux.m2). Температура (°С)

Рис. 1.5. Результаты испытания термопласта фирмы «Роттерс Европа» на сцепление и ретроотражение (шарики 125–850 мкм, количество 350 г/м2)

34

1.4. Базовый состав термопласта

Термопласт для исследований, о котором идет речь в кандидатской диссертации С.И. Возного, представлял собой композиционный материал, состоящий из нескольких компонентов (табл. 1.7) [22].

Таблица 1.7

Базовый состав термопласта для дорожной разметки типа «Кратер-1»

При смачивании пористых, неоднородных или шероховатых поверхностей происходит запирание пузырьков воздуха в неровностях. Наблюдается различная прочность адгезионного соединения термопласта с асфальтобетонным покрытием в зависимости от характеристик поверхности последнего (табл. 1.8). Наиболее прочное сцепление термопласта с асфальтобетонным покрытием происходит при нанесении разметки на состаренный асфальтобетон [22].

Таблица 1.8 Прочность адгезионного соединения термопласта с покрытием

При нанесении термопласта на асфальтобетон смачивание происходит натеканием слоя термопласта.

Пористость, шероховатость, различные виды загрязнения формируют энергетические барьеры для растекания и смачивания [22].

Поверхность асфальтобетонного покрытия является дифильной мозаичной структурой, состоящей из гидрофобных (битум) и гидрофильных (минеральные материалы) участков.

Выделяют 2 механизма адгезии термопласта к асфальтобетону:

–химическая связь между асфальтеновыми кислотами, входящими в состав битума, и термопластом;

–проникновение расплава термопласта в микротрещины и поры минеральных материалов в процессе нанесения разметки ‒ адсорбированный термопласт удерживает пленку подобно анкерам на поверхности зерен минеральных материалов.

Благодаря физико-химическим взаимодействиям расплавов битума и термопласта, а также термопласта с поверхностью наполнителя создается прочный контакт на поверхности раздела асфаль- тобетон–термопласт. Установлен когезионный характер отрыва термопласта с асфальтобетоном.

При разработке рецептуры существенное внимание уделяется формированию характеристик получаемого материала, как технологических ‒ удобству переработки в конечный продукт (горизонталь-

ную дорожную разметку), так и эксплуатационных – стойкости к воздействию агрессивных факторов и долговечности.

При этом технологические характеристики можно считать практически теми же, что и для большинства полимерных композиционных материалов, наполненных дисперсными наполнителями, с матрицей из термопластов. К ним относятся температура размягчения, текучесть расплава, время отверждения и т.д.

Эксплуатационные же характеристики оказываются достаточно спорными, что связано со спецификой применения этих материалов.

Здесь необходимо рассмотреть более подробно прочностные характеристики термопласта.

36

Прочность на сжатие. Считается, что чем она выше, тем лучше. Достичь высоких характеристик термопласта по этому показателю достаточно просто за счет повышения в рецептуре массовой доли твердых неорганических дисперсий (кварцевого песка, доломита, мраморного отсева, стеклошариков и т.д.). Однако при этом снижаются эластические характеристики и повышается хрупкость при отрицательных значениях температуры, что приводит к быстрому разрушению термопласта.

Прочность на растяжение. Эта характеристика термопласта также обеспечивается на высоком уровне за счет оптимального соотношения дисперсных наполнителей и полимера. Однако при эксплуатации дорожной разметки в реальных условиях этот показатель недостаточен для определения качества, так как на практике термопласт испытывает другие силовые воздействия.

Адгезия к асфальтобетону. Для ее повышения в рецептуру термопласта вводятся адгезионные добавки. На первый взгляд, эта характеристика является важнейшей для показателей разметочного материала. Но тут вмешиваются факторы иной природы.

Во-первых, дороги постоянно совершенствуются ‒ перепланируются и расширяются, разметка наносится на покрытие не навсегда.

Во-вторых, меняются виды дорожной разметки – от прерывистой линии до сплошной полосы. Как результат – необходимо периодически удалять разметку (демаркировать). Если сцепление термопласта к асфальтобетону оказывается выше, чем прочность асфальтобетона, то это становится проблемой.

Видеальном случае у качественного термопласта для дорожной разметки величины когезионной прочности термопласта и асфальтобетона должны быть не менее адгезионной прочности их соединения.

Влетний период износостойкость всех термопластов выше, чем в зимний из-за влияния низких значений температуры на компоненты термопласта и перепада температур.

От количества полимера в термопласте зависят износостойкость и коэффициенты температурной деформации разметочного материала.

37

При сцеплении термопласта и покрытия при колебаниях температуры окружающей среды возникают трещины, накапливаются поврежденности. Это вызывает разрушение разметки. До недавнего времени считалось, что зависимость адгезии материала к дорожному покрытию прямо пропорциональна долговечности разметки. Оказалось, что это не так, но многие производители стараются максимально увеличить адгезию.

При движении транспортного средства по проезжей части возникают нормальные, касательные (продольные и поперечные) силы взаимодействия между шиной колеса и покрытием. К ним относятся: сила, перпендикулярная покрытию, равная и противоположная ей, нормальная реакция покрытия на колесо; окружная сила, приложенная к площади контакта колес с покрытием, противоположно направленная направлению движения; сила воздействия колес на

и экструдерного типа и рекомендуются для нанесения основных линий разметки на всех категориях дорог. Термопласты изготавливаются на основе импортных («Новопласт») и отечественных («Кратер») смол, поставляются в виде сыпучей смеси белого цвета. Температура переработки от 180 до 200 °С. Они упаковываются в мешки из полиэтилена (15 кг) и отгружаются на европоддонах (1 т) на паллетах [18]. Эти термопласты совместимы со всеми современными термопластами на основе канифольных и нефтеполимерных (углеводородных) смол.

www.uvoguvdsk.ru www.baggucci.ru

Рис. 1.6. Схема взаимодействия колеса транспортного средства и дорожной разметки

38

Основные технические характеристики этих разметочных материалов представлены в табл. 1.9.

Термопласт «Новопласт» изготавливается на основе нефтеполимерной смолы и поставляется в виде смеси белого цвета типа мокрого песка, является аналогом импортных. Температура перера-

ботки 200±10 °С.

Термопласт «Кратер» изготавливается на основе канифольных смол, поставляется в виде сыпучей смеси белого цвета. Температура переработки материала 180±10 °С.

Термопласт «Технопласт М» изготавливается на основе полиэфирной смолы собственного производства, поставляется в виде сыпучей смеси белого цвета. Температура переработки при нанесении с использованием машин кареточного типа ‒ 180±10 °С, при использовании экструдерных машин – 200±10 °С.

1.5.Выводы по главе 1

1.Определены требования к технологии изготовления и качеству подбора рецептур термопластичных материалов для дорожной разметки на основе анализа физико-химических процессов взаимодействия термопласта с дорожным покрытием. В качестве метода исследований использован метод совершенствования базового состава термопласта, ранее примененный С.И. Возным.

39

2.Установлено доминирующее влияние свойств и параметров качества минеральных наполнителей при изготовлении на срок службы дорожной разметки.

3.Установлены причины загрязнения термопластов из-за несовершенства процесса разработки рецептур. Предложены для исследования и практической реализации методы коррекции рецептур на основе регулирования процентного содержания и модификации минеральных наполнителей для регулирования температуры размягчения термопласта.

4.При сравнении эксплуатационных характеристик отечественных и иностранных разметочных материалов испытания показали, что отечественные термопласты по качеству и долговечности уступают зарубежным, у которых показатель адгезии к дорожному покрытию в 2 раза ниже.

5.Выделены 2 механизма адгезии термопласта к асфальтобетону: химическая связь между асфальтеновыми кислотами, входящими в состав битума, и термопластом и проникновение расплава

термопласта в микротрещины и поры минеральных материалов в процессе нанесения разметки.

40