21 апреля 2019г.
Долговечность деформационных швов жёстких покрытий аэродромов во многом определяется физико-механическими свойствами герметизирующих материалов. Как известно, такие материалы могут быть горячего и холодного применения. Наиболее широкое распространение на практике при устройстве деформационных швов цементобетонных аэродромных покрытий имеют герметики горячего применения, которые, как правило, получают на основе битума, модифицированного включениями различного типа, например, полимерами, резиновой крошкой, минеральными порошками.
В битум добавляются полимеры, способные к хорошему смешению. Это могут быть эластомеры (стирол-бутадиен-стирол, стирол-бутадиен полибутадиен и др.) и пластомеры (полиэтилен, полипропилен, этиленвинилацетат, этиленметилакрилат и др.).
В мире хорошо изучена и освоена технология производства модифицированных битумов. На данный момент в Росси находят применение два принципиальных метода производства полимерно- битумных вяжущих. Первый метод обеспечивает набухание и массообмен между смешиваемыми компонентами битума и раствора полимера. Метод реализуется при помощи механических мешалок различных видов и циркуляционных насосов. Второй метод обеспечивает измельчение полимера непосредственно в битуме. Данный метод осуществляется при помощи работы оборудования, в составе которого присутствуют так называемые коллоидные мельницы. При приготовлении смеси необходимо добиться, чтобы модификатор был хорошо диспергирован в битуме. В противном случае модифицирующее действие полимера в битуме реализуется не в полном объеме. Скорость растворения зависит от площади удельной поверхности соприкосновения битума и полимера. И соответственно эффективность растворения полимера в битуме зависит от следующих параметров: молекулярной массы полимера, размера частиц полимера, вязкости битума и его группового состава, температурного режима приготовления, продолжительности перемешивания. При приготовлении ПБВ (полимер-битумное вяжущее) исключительно важное значение имеют оптимальный выбор температуры и продолжительности процесса [1].
Для приготовления полимерно-битумных герметиков (БПГ) на первом этапе используется та же технология. Смесь битумов и раствора полимера, поступают в котел - мешалку. Температуру смеси доводят до температуры ~140-160 С и выдерживают смесь при такой температуре в течение часа, постоянно перемешивая до полного улетучивания легких фракций растворителя. В этих условиях происходит активное объединение смеси битумов с полимером. На втором этапе в смесь вводят требуемые по рецепту наполнители (асбестовую крошку, портландцемент марки «400», резиновую крошку [2]) и выдерживают в течение ~30 мин также при тщательном перемешивании до получения однородной по составу мастики.
Новая технология предполагает дополнительное воздействие на БПГ магнитным полем, что позволяет улучшить эксплуатационные и физико-механические характеристики битумно-полимерных аэродромных герметиков.
Применение данной технологии, требует создания установки, позволяющей производить непосредственно обработку образцов аэродромных герметиков в широком диапазоне напряжённости постоянного магнитного поля.
Таким образом, разработана и изготовлена экспериментальная установка для обработки образцов аэродромных герметиков в постоянном магнитном поле, общий вид которой представлен на рисунке 1.
Основным элементом установки является электромагнитный индуктор, который состоит из следующих элементов:
наборного прямоугольного сердечника сечением 26 см2 (марка стали 3424 ГОСТ 21427.4-78) –элемент № 1 (рисунок 1);
катушек индуктивности, изготовленных из провода ПЭТВ-2 диаметром 1 мм по 550 витков каждая – элемент № 2 (рисунок 1);
лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) со следующими характеристиками: диапазон напряжений 0-250 В, максимальная сила тока 9 А - элемент № 3 (рисунок 1);
амперметр на 10 А - элемент № 4 (рисунок 1);
медная емкость для испытуемого образца аэродромного герметика (рабочая ячейка) - элемент № 5 (рисунок 1);
устройство для нагревания образца аэродромного герметика горячим воздухом в диапазоне температур от + 20 0С до + 200 0С – элемент № 6 (рисунок 1);
выпрямительный мост на 10А и сглаживающий конденсатор - элемент № 7 (рисунок 1);
теплоизоляция сердечника, изготовленная из стекловолокна и тефлона - элемент № 8 (рисунок 1).
Напряжённость магнитного поля регулируется величиной подаваемого тока. Установка позволяет создавать магнитное поле напряженностью до 12·104 А/м. Для создания необходимого теплового режима в зоне рабочей ячейки применяется нагревательное устройство с подачей горячего воздуха. Информация о тепловом режиме в рабочей ячейке фиксируется на индикаторе нагревательного устройства.
1 - наборный прямоугольный сердечник; 2 - катушки индуктивности; 3 - лабораторный автотрансформатор (ЛАТР); 4 – амперметр; 5 - медная емкость для испытуемого образца аэродромного герметика; 6 - устройство для нагревания образца аэродромного герметика горячим воздухом; 7 - выпрямительный мост на 10 А и сглаживающий конденсатор; 8 - теплоизоляция сердечника
Рисунок 1 – Экспериментальная установка для обработки образцов битумно-полимерных аэродромных герметиков в постоянном магнитном поле
В процессе тарировки установки, (рисунок 2), были получены данные по зависимости напряжённости магнитного поля от силы тока.
Работа на установке осуществляется следующим образом. Между полюсами электромагнита помещается рабочая ячейка с намагничиваемым образцом аэродромного герметика. На обмотку электромагнита подаётся электрический ток постоянного напряжения заданной величины. Для подогрева образца включается нагревательное устройство с подачей горячего воздуха, температура которого регулируется с шагом в 10 0С.
Промежуточный план исследований предусматривает следующий вариант испытаний: определение величины относительного
удлинения в момент разрыва, обработанного в постоянном магнитном поле аэродромного герметика (БПГ-35) при температуре –20 °С на бетонных образцах-балочках. Данное испытание аэродромного герметика (БПГ-35) будет проводиться с учётом оценки степени влияния величины напряжённости постоянного магнитного поля на прочность соединений бетонных образцов с герметизирующим материалом прослойки, степени влияния температуры и времени обработки герметизирующего материала прослойки в постоянном магнитном поле.
Существующая технология применения БПГ на аэродромах государственной авиации выглядит следующим образом: герметизирующий материал предварительно разогревают до температуры 180 °С в котлах типа АП-1АМ или более современных плавильно-заливочных установках типа - ПЗУ-ПЭТ и заливщиков швов ЗШ-3, [3]. Этот метод трудоемок и малопроизводителен. Кроме того, нагрев БПГ до температуры более 180 °С приводит к снижению его эксплуатационных показателей за счёт местного перегрева.
Существующая технология применения БПГ во многих случаях не обеспечивает надежной герметизации деформационных швов жестких аэродромных покрытий - недостаточная деформативность и температура хрупкости, невысокая долговечность (1 год) и ряд других неудовлетворительных эксплуатационных показателей требуют разработки более эффективных технологий. Возможность оборудования штатных заливщиков швов электромагнитными установками по
модифицированию
битумно- полимерных аэродромных герметиков в магнитном поле значительно повысит эксплуатационные характеристики применяемых БПГ.
Список литературы
1 ГОСТ 30740-2000. Материалы герметизирующие для швов аэродромных покрытий. М.: Изд-во стандартов, 2002. 19 с.
2 Научно-технический отчёт
о
НИР
2
категории.
Разработка технологии модифицирования герметизирующих
материалов
для
деформационных
швов
жёстких
аэродромных покрытий
в электромагнитных полях. Шифр: «Вейгела». Инв.
№ 2776. Номер гос. рег. 1610788. Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2016
г. 101 с.
3 Обзор материалов фирмы «Монолит-М». Рекламный проспект. 2001.
