Módosított bitumenek

A bitumenek módosítására azért van szükség, mert a k olajból nyert desztillációs bitumenek tulajdonságai nem mindenben elégítik ki az egyre szigorodó min ségi követelményeket. A felhasználás területeinek b vülésével a bitumen tulajdonságait az alkalmazási feltételek szabta igényeknek megfelel en meg kell változtatni. A bitumenek tulajdonságainak módosítása többféleképpen történhet. Az oxidációs folyamatokat kiváltó fúvatással ugyan némileg javítani lehet a tulajdonságokon, de sokkal kedvez bb az eredmény bitumenek különböz természetes és mesterséges polimerekkel történ társításakor.

Fúvatás hatására ugyanis oxidációs és kondenzációs reakciók játszódnak le, miközben a bitumen csoportösszetétele alapvet en megváltozik [Csikós 1965]. Így az

olajos részekb l gyanták, a gyantákból aszfaltének képz dnek, az aromástartalom enyhén csökken (1.1. táblázat).

1.1. táblázatBitumenek csoportösszetételének változása fúvatás során.

Vákuum maradék

Desztilláció Fúvatás

Penetráció, 25^oC, 0,1mm 285 185 99 44 12 84 46 9

Aszfaltének, m/m% 9,1 9,9 10,5 11,3 12,5 15,2 17,3 22,9

Gyanták, m/m% 18,6 16,7 18,2 17,7 21,3 21,0 22,1 21,5

Aromások, m/m% 51,2 53,0 52,4 58,4 53,8 47,6 45,0 40,5

Telített CH-ek, m/m% 16,2 15,1 14,1 11,2 9,4 16,2 15,6 15,1 Végtermékként nagy lágyuláspontú és keménység , magas töréspontú, kevésbé elasztikus, kissé rideg anyagot lehet el állítani [Chipperfield 1984]. Felhasználásuk dönt en az épít iparban történik, de kever komponensként az útépítési bitumeneknél is alkalmazhatók.

A termoplasztikus polimerek közül az APP, PE, EVA és a PVC a leggyakrabban használt és vizsgált módosító szerek [Nagy 1979, Vintila 2004, Youtcheff 2004].

Plasztomerek bitumennel való társításakor az alap bitumenéhez képest általában jelent sen megn tt az elegy viszkozitása, bár ez szignifikánsan nem növelte a bitumenek rugalmasságát, és melegítés, illetve h tés hatására a rendszer könnyen szétvált [Gilby 1985].

Az elasztomerekkel társított bitumenek viszont a módosítószerként alkalmazott polimerek kett skötés tartalmának következtében az öregedéssel szemben kisebb ellenállást mutatnak, mint a kett skötéseket nem tartalmazó polimerekkel módosítottak.

A bitumen-elasztomer kompozitok részben átveszik az elasztomerek tipikus tulajdonságait (elaszticitás, hajlíthatóság), a bitumenek plasztikus tulajdonságai tehát a plasztikus-elasztikus irányba tolódnak el. Desztillációs és fúvatott bitumenekhez képest a tapadóképesség, a fény- és bizonyos mértékig az öregedésállóság is fokozható elasztomerekkel való társítással. Jellemz még, hogy az elasztomerek hatására növekszik a bitumen szerkezeti viszkozitása, aminek következtében csökken a érzékenység Nagy 1979 . A bitumen-elasztomer keverékek tulajdonságait általában meghatározza az elasztomer típusa és koncentrációja, a bitumen származása és jellemz i, valamint a keverékkészítés körülményei [Glynn 2000, Koppel 1995, Lu 1998]. A bitumennel való társítás céljára felhasználható legfontosabb elasztomerek közé az sztirol-butadién-sztirol blokk kopolimer (SBS), sztirol-butadién kopolimer (SBR), és

természetes kaucsuk (NK) tartoznak. A vulkanizált gumi rlemény -mint módosítószer-bizonyos hasonlóságot mutat az elasztomerekkel, ám teljes mértékben nem tartozik ebbe a csoportba. Manapság a bitumenek tulajdonságainak javítására leginkább SBS-t használnak [Motomatsu 2004, Mouillet 2004, Reis 2004 ].

A fent említett sokféle természetes és szintetikus makromolekuláris polimerekkel történ bitumen-módosítás természetesen már világszerte ipari méretekben alkalmazott [Bernd 2000, Coxpaving 2005, Glynn 2000, Koppel 1995, Lu 1998, Pulse 2000, Stratco 2005, Vibeke 2000, Way 1999].

A bitumenes köt anyagok dönt hányadát az útépítés használja fel. A biztonságos közlekedés követelménye, hogy az út legyen vízzáró, érdes, hideg-melegt , ép felület , jól méretezett, jó építési technológiával készített, keréknyomvályútól mentes, egyenletes felület , csúszásmentes stb. Az itt említett követelmények közül az útburkolatok tönkremenetelét leginkább meghatározó paraméterek a magas h mérsékleten kialakuló plasztikus deformáció (nyomvályú képz dés), a fáradási tönkremenetel és az alacsonyh mérsékleti termikus repedések [Schuchmann 2003]. Az útépítési bitumenek ezekben a meghibásodásokban különböz súllyal vesznek részt. A három jellemz burkolatromlás típust tekintve a bitumenes köt anyag szerepe eltér , de f leg a burkolat közepes és alacsony h mérséklet viselkedésében dönt jelent ség (1.5. ábra) [Közút 1999].

1.5. ábraBitumenes köt anyagok relatív hatása a maradó alakváltozásban, fáradási és alacsony h mérséklet repedések kialakulásában.

Az életciklus költség becslésénél az öregedési hajlam és a hidegoldali viselkedés, a termikus repedések kialakulása miatt, kiemelt szerepet játszik, ezért ezek újabb megoldások felé terelték a köt anyag-kutatásokat.

1.2.1 GUMI RLEMÉNNYEL MÓDOSÍTOTT BITUMENEK

Míg korábban a hulladékkezelés megoldásaként vették számításba a gumibitumenek alkalmazását, az újabb szabadalmak, közlemények inkább azt emelik ki, hogy milyen el nyei vannak a gumi rlemények bitumenbe keverésének [Burns 1998, LDSR 2000, Baker 2003]. Az 1990-es évek elejét l, a nedves eljárást véd szabadalmi oltalmak lejártakor a gumibitumeneket (GB) világszerte még elterjedtebben kezdték a legkülönfélébb célokra használni (porózus aszfaltok, hézagkitölt anyagok, feszültségelnyel rétegek, visszaver repedezést csökkent rétegek, tet fed kompozitok stb.), mivel igen kedvez hajlíthatósággal, öregedéssel szembeni ellenállással és hidegoldali viselkedéssel rendelkeznek [Worch 2000]. Némely területen a GB már útépítési szabványokba is bekerült [Faa 2001]. Ha gumibitumenr l beszélünk akkor az használt gumiabroncsból származó rlemény és bitumen nedves eljárással (apróbb technológiai eltérések természetesen megengedettek) történ társításának végtermékét jelenti. Az elegy jellemz en 15-25 % gumit tartalmaz, szemben a 3 % latexet tartalmazó gumival adalékolt bitumennel. Az utóbbi homogén, míg a gumibitumenben a diszpergált gumi részecskéi világosan megkülönböztethet k. Az elmúlt években is jelent s kutatási tevékenység folyt a bitumen-gumi kompozíciók el állítása és felhasználása területén, aminek eredményeképpen néhány cégnek sikerült szerte a világban újabb és újabb területeken elindítani a használt gumiköpenyek útépítési nyersanyagként való alkalmazását [Apctt 2001, Polyphalt 2004]. Mindezek ellenére azonban 1997-ben a gumibitumenek részaránya az összes bitumen-felhasználásban mindössze csak 0,17 % volt (1.6. ábra). Ennek oka a GB-ek bizonyos esetekben nagyobb el állítási költsége, valamint speciális tulajdonságaiból származó kezelési nehézségei stb. lehetnek (pl. túl ragacsos). Csak néhány országban, így a Dél-Afrikai Köztársaságban, az Egyesült Államok egyes államaiban, Ausztráliában, Kanadában, Malajziában és Ukrajnában volt az átlagos 7 % feletti a gumibitumen aránya a módosított bitumeneken belül (33-71%) [Heystaeten 2000]. A világ gumibitumen felhasználásában kiemelkednek Arizóna, Kalifornia és Texas államok.

Arizónában 2003 decemberéig már több mint 28.000 km GB-nel készült utat építettek [Way 2003-II].

1.6. ábraBitumenes köt anyagok felhasználása.

Ugyan az USA élen jár a GB alkalmazásában, a hagyományos bitumenek kedvez árával mindmáig nem tudott versenyezni (1.7. ábra) [Caltrans 2003].

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Tömeg, t

0 2x10⁶ 4x10⁶ 6x10⁶ 8x10⁶

Gumibitumen Beton

Hagyományos bitumen

1.7. ábraÚtburkolatokhoz felhasznált alapanyagok mennyiségének változása az USA-ban.

A gumival módosított bitumenek el állítási költségei bizonyos országokban (pl.

Dél-Afrikai Köztársaság), illetve esetenként alacsonyabbak az egyéb adalék-anyagokkal módosítottakénál, ezáltal a bel le épített utak költségei is kisebbek lehetnek. Nem lehet azonban egyértelm en kimondani, hogy a gumibitumenek el állítási költségei mindig kisebbek, mint az egyéb módosított köt anyagoké. Ezt ugyanis jelent sen befolyásolják az rlemény gyártók és a gumi-t zsdék árai [Euro 2004, Recycle 2004, Recycle Ohio 2004, Scraptire 2004], melyeket többféle szempont alapján állapítanak meg, ismerve azt, hogy a gumi rlemények útépítési bitumenekben való felhasználhatóságának szempontjából kiemelt fontosságú az alkalmazott rlemény természetes és szintetikus polimertartalmának aránya [Rouse 1992]. Err l azonban gazdasági okokból információ

elemzések során egyértelm en kimutatták a gumibitumenek gazdasági el nyeit (1.8.

ábra) [Potgieter 2003, Way 2003-II].

Idõ, év

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Repedezettség, %

0 2 4 6 8 10 12 14

Gumibitumen Hagyományos bitumen

1.8. ábraA hagyományos és a gumibitumennel készült utak repedezettségének mértéke az évek múlásával.