Kísérleteinkben gumi rleménnyel módosított bitumen kompozíciókat állítottunk el egy új eljárással, melynek a módosított nedves eljárás (MNE) nevet adtuk. Az el állított végterméket az ismert gumibitumenekt l eltér viselkedése és tulajdonságai miatt kémiailag stabilizált gumibitumennek (KSGB) neveztük el.
A termékfejlesztés során célkit zésünk volt azon kedvez technológiai paraméter kombinációk és alapanyagok kiválasztása, illetve a köztük lév összefüggések feltárása, melyek alkalmazásával a hazai piacon kapható, csúcsmin ség elasztomerrel módosított bitument megközelít , kiváló felhasználási tulajdonságú KSGB-t lehet el állítani.
A hidegoldali viselkedésre jellemz kúszási merevséggel igazoltam, hogy a kémiailag stabilizált gumibitumenekb l nem távolíthatók el a tulajdonságmódosító hatású polimerek, ellentétben a hagyományos gumibitumenekkel, azaz a KSGB-ek esetén a gumi rlemény aktív módosítószerként viselkedett.
A tanulmányozott technológiai paraméter- és koncentráció tartományokon belül matematikai egyenletekkel írtam le a bekövetkezett tulajdonság-változásokat, így adott peremfeltételek betartása mellett ezek alkalmazásával jól becsülhet k az egyes tulajdonságok.
Reológiai elven alapuló méréstechnikát dolgoztunk ki a bitumenek, módosított bitumenek nyíróer kkel szembeni viselkedésének tanulmányozására. A rugalmas visszacsavarodás mérési módszerével felvett adatok Maxwell reológiai modellel történ értékelése során megállapítottam, hogy a nyíróer kkel szembeni ellenállást a vizsgált technológiai paraméterek és alapanyagok közül leginkább a gumikoncentráció befolyásolta.
Az alapbitumenek viszkozitásának becslésére kifejlesztett Mirza modellt 130 KSGB minta elemzése alapján a kémiailag stabilizált gumibitumenekre is alkalmazhatóvá tettem. A számítás menetét összekapcsolva a Witczak által kidolgozott modellével, a 25-180oC-os h mérséklet-tartományban jól becsülhet kké váltak a kompozitok viszkozitásai.
A viszkozitás h mérséklet karakterisztikát a felhasználási mérséklettartományban (135-180oC) az általában newtoni folyadékokra használt Arrhenius egyenlet jól írta le, bár a kisebb vizsgálati h mérsékleteken (135 és 110oC) a viszkoelasztikus KSGB termékekre kismérték plasztikusság is jellemz volt.
Minden tanulmányozott technológiai paraméter és az alapanyagok egy része esetében módosítottam az Arrhenius egyenletet, amely segítségével el re meghatározott viszkozitás esetén becsülhet k a kiválasztandó technológiai paraméterek és alapanyagok, pl.:
ahol,Tda termikus degradálás h mérséklete (K), a viszkozitás (mPas),TV a viszkozitás-mérés mérséklete (K),a, b c, d, pedig állandók (5.4. táblázat - 5.2.2 melléklet).
Technológiai peremfeltételek: termikus degradálás: 90 perc, mechano-kémiai diszpergálás:
BTn+60oC, 20+10 perc, továbbá ugyanazon alapanyagok, összetétel használata (5.106. táblázat - 5.11 melléklet).
Megállapítottam, hogy az alapbitumenekre kidolgozott Brown és Benson egyenletek egyaránt alkalmasak voltak a KSGB-ek tárolás során bekövetkez viszkozitás-változásainak modellezésére. A két modell közül azonban nem a hiperbolikus (Brown), hanem a hatványfüggvény (Benson) szerinti összefüggés írta le jobb korrelációs együtthatókkal a mérési adatokat.
Az értékelés során a KSGB-ek viszkozitásainak a termikus degradáció id tartamától, illetve a gumikoncentrációtól való függését változóként felhasználva módosítottam a Benson egyenletet, ami pl. a gumikoncentráció változtatásának hatására bekövetkez viszkozitás-változás esetén így nézett ki (2.25. egyenlet):
)
ahol, a viszkozitás (mPas),TV a viszkozitás-mérés h mérséklete (K),cg a gumikoncentráció,t a tárolási id (1-30 nap), e, f, g, h, i, j, k, l, m, n, o pedig állandók (5.76. táblázat - 5.8.3.
melléklet).
Technológiai peremfeltételek: termikus degradálás: BTd+100oC, 90 perc, mechano-kémiai diszpergálás: BTn+60oC, 20+10 perc, továbbá ugyanazon alapanyagok, összetétel használata (5.112. táblázat - 5.11 melléklet).
A 2.25. egyenletb l kifejezve a gumikoncentrációt a 2.26. összefüggést alkalmassá tettem arra, hogy bizonyos technológiai peremfeltételek teljesítése esetén, az el állítás után több nappal mért viszkozitások ismeretében becsülhet legyen, az el állításnál szükséges gumikoncentráció.
Lambert féle W függvény, a viszkozitás (mPas),TVa viszkozitás-mérés h mérséklete (K),t a tárolási id (1-30 nap), e, f, g, h, i, j, k, l, m, n, o pedig állandók (5.76. táblázat - 5.8.3.
melléklet).
Technológiai peremfeltételek: termikus degradálás: BTd+100oC, 90 perc, mechano-kémiai diszpergálás: BTn+60oC, 20+10 perc, továbbá ugyanazon alapanyagok, összetétel használata (5.112. táblázat - 5.11 melléklet).
A homogenitás vizsgálat céljából készített fluoreszcens mikroszkópos felvételeket új, számítógépes módszerrel elemeztem. Ennek alkalmazásával a fényképes eredmények már számszer síthet k voltak. A jöv ben, nagyszámú minta elemzése esetén ez a módszer helyettesítheti a jelenlegi szemrevételezéssel történ , szakmai tapasztalaton alapuló, empirikus és részben szubjektív értékelést.
A termikus degradálás h mérsékletének vizsgálata során egyértelm en megállapítottam, hogy a BTd+90 - BTd+110oC tartományban degradált KSGB-ek esetén nagyobb valószín séggel beszélhetünk kialakult polimer-szerkezetr l, és er sebb kölcsönhatásokból ered kedvez folyási-, deformációs tulajdonságokról.
Megállapítottam, hogy míg a 60 perces termikus degradálás kevésnek bizonyult a depolimerizációs és devulkanizációs folyamatok lejátszódására, addig a 150 perces termikus kezelés már a gumiszemcsék túldegradálódását okozta. A degradációs id tartam szempontjából ideális tartománynak a 90 és a 120 perc közötti id tartamot találtam.
A mechano-kémiai diszpergálás h mérsékletének tanulmányozása során azt tapasztaltam, hogy a BTn+60oC az optimális h mérséklet a KSGB-ek kedvez felhasználási tulajdonságainak szempontjából és ezt a reológiai vizsgálatok is alátámasztották
A mechano-kémiai diszpergálás id tartamának tanulmányozása során a 20+10-es nyírási id kombinációt találtam legkedvez bbnek a vizsgált tartományon belül,
továbbá azt tapasztaltam, hogy a viszkozitás értékek igen érzékenyen változtak a mechanikai nyírás id tartamától függ en, azaz az elérni kívánt értékek ezzel a részlépéssel jól beállíthatók.
A technológiai paraméterek vizsgálata során meghatároztam a felhasználási tulajdonságok szempontjából azt a kedvez paraméterkombinációt, mely alkalmazásával az alapanyagok hatás-vizsgálatához szükséges KSGB mintákat el állítottuk.
A bitumenarányok vizsgálata során megállapítottam, hogy azok változtatásával egyszer en és gazdaságosan lehet a felhasználási tulajdonságokat széles tartományban változtatni. Azt találtam, hogy a stabilitás szempontjából kedvez bb a B160/220-as bitument nagyobb százalékban tartalmazó kompozitokból való kiindulás és ezt követ en a B50/70-es bitumennel történ visszahígítás.
A gumikoncentráció jelent s hatással volt a hidegoldali tulajdonságokra, és már 5m/m%-nyi hozzáadott rlemény is jelent sen javította a hidegoldali viselkedést, de az összes tulajdonság tekintetében az igazán kedvez hatás eléréséhez min. 10-15m/m%-nyi gumi rlemény volt szükséges.
Megállapítottam továbbá, hogy kedvez minél nagyobb kezdeti gumikoncentrációjú törzsoldatot el állítani (esetünkben 30m/m%), majd azt visszahígítani, mert így stabilisabb KSGB-t volt el állítható.
Az egyes tulajdonságokon tovább lehetett javítani megfelel en összeválogatott szemcseméret-frakciók alkalmazásával is (1,6-1,0 mm – 10%, 1,0-0,63 mm – 10%, 0,63-0,5 mm – 5%, <0,5 mm – 75%).
Összességében tehát a kémiailag stabilizált gumibitumenek tulajdonságai az alapbitumenek összes tulajdonságánál kedvez bbek voltak felhasználási szempontból.
A PmB-vel összehasonlítva sokkal jobb nyíróer kkel szembeni ellenállással, nagyobb stabilitással, kiváló folyási tulajdonságokkal, hideg és öregedéssel szembeni viselkedéssel voltak jellemezhet ek. A klasszikus gumibitumenekhez képest sokkal rugalmasabbak, nyújthatóbbak voltak, és kiváló stabilitásuk miatt logisztikai kezelésük nem igényelt speciális berendezéseket.
Kedvez felhasználási tulajdonságú, a gyakorlatban is alkalmazható KSGB fejlesztése során négy sikeres méretnövelést hajtottunk végre, és annak ellenére, hogy a
félüzemi méret (egy tonna) esetén a felf tési-leh tési id tartamok nehezen voltak kézben tarthatóak, a végtermékek tulajdonságai felhasználási szempontból kedvez nek adódtak.
Az els , kémiailag stabilizált gumibitumennel készült kísérleti aszfalt-útszakasz 2004. október 28-án épült meg.