книги / Энергоэффективный термопластичный материал для дорожной разметки

УДК 625.746.533.85.07 Т16

Рецензент д-р техн. наук, доцент Н.Е. Кокодеева

(СГТУ им. Ю.А. Гагарина, г. Саратов)

Талалай, В.В.

Т16 Энергоэффективный термопластичный материал для дорожной разметки : монография / В.В. Талалай, А.В. Кочетков; под ред. Л.В. Янковского. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2019. – 120 с.

ISBN 978-5-398-02112-7

В работе представлен аналитический обзор вопросов производства и применения материалов для дорожной разметки. Определены объекты и методы исследования, изучены вопросы влияния компонентов рецептуры термопласта на его технологические и эксплуатационные свойства. Произведен выбор наполнителя, изучены его особенности и влияние на характеристики термопласта. Проведено исследование структуры термопластичного разметочного материала, наполненного дисперсным модифицированным минеральным наполнителем. Представлены практические результаты производства и применения термопластичных материалов для дорожной разметки в ООО ПХ «Технопласт».

Предназначено для научных работников, студентов и специалистов дорожно-строительной отрасли.

УДК 625.746.533.85.07

5.1.Участие авторов в научно-техническом сопровождении производства материалов для дорожной разметки

ВВЕДЕНИЕ

ВРоссии за период с 2003 по 2013 г. количество автомобилей увеличилось с 20 млн шт. в год до свыше 36 млн шт. в год, что означает увеличение нагрузки на автомобильные дороги общего пользования и улично-дорожную сеть населенных пунктов в среднем на

5–7 % ежегодно [1–3].

Вто же время низкие темпы строительства и ремонта дорожной сети, не соответствующие возросшей интенсивности грузоперевозок, привели к тому, что инфраструктура транспортных магистралей в большинстве случаев не отвечает требованиям современных технических регламентов и нормативов.

Доля транспортных издержек в себестоимости промышленной продукции в России превышает показатели развитых стран – около 11,5 % национального дохода (для сравнения – в США менее 7 %).

Необходимо отметить высокую аварийность, связанную с качеством дорожной разметки, которая призвана упорядочивать транспортные потоки, облегчать ориентацию участников дорожного движения. Такие функции разметки подтверждены международным опытом ее применения.

Значение дорожной разметки становится особенно заметным ночью, когда с ее помощью водитель во время движения может точно оценить положение своего автомобиля на проезжей части.

Срок эксплуатации и функциональные свойства разметки

восновном зависят от качества и совместимости применяемых материалов и их компонентов и соблюдения технологии ее нанесения на дорожные покрытия. При этом важно, на какое основание она наносится и каково состояние этого основания.

Климатические условия в России значительно различаются

взависимости от региона – от полярных широт до субтропиков, от областей с преимущественно повышенной среднесуточной температурой и засушливым климатом до областей с резкими температурными перепадами и повышенной влажностью.

4

Таким образом, специфика нанесения и эксплуатации дорожной разметки в России имеет свои особенности и решение задачи о получении функционально устойчивой разметки с повышенным сроком службы требует научного подхода к выбору оптимальной рецептуры с учетом конкретных условий эксплуатации.

Современная справочная литература по нанесению дорожной разметки на полимерной основе представлена многочисленными источниками [7, 33, 42, 58, 68–70, 75, 79, 82].

Применение композиционных разметочных материалов на основе термопластов по сравнению с традиционными лакокрасочными материалами позволяет повысить срок их службы в 5–10 раз в зависимости от интенсивности транспортного потока.

Несмотря на более высокую стоимость термопластов, доля их использования в содержании автомобильных дорог постоянно растет и достигает уже 30 % в регионах России с развитой дорожной инфраструктурой.

Разметочный материал на полимерной основе должен сохранять заданные нормативными документами свойства и требуемый срок службы в различных условиях его применения и обладать способностью противостоять влияющим воздействиям различной природы.

Таким образом, задачи разработки новых долговечных термопластичных разметочных материалов и обоснования выбора свойств, обеспечивающих их высокие технологические и функциональные качества, является актуальной.

Работа выполнялась по Плану информационного обеспечения Федерального дорожного агентства в рамках Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России на 2002– 2010 годы».

Актуальность темы. В настоящее время дорожная разметка является эффективным средством организации движения транспортных средств, способствующим повышению безопасности дорожного движения, а также увеличению скорости движения транспорта и пропускной способности автомобильных дорог. По данным

5

ООН, наличие разметки на дорожном покрытии позволяет снизить число ДТП почти на 20 %.

Свойства разметки и ее срок службы во многом определяются эффективностью разработки рецептур и технологией производства применяемых материалов. Причем разметочный материал должен обладать такими качествами, которые позволили бы сохранять свойства разметки и требуемый срок службы в самых различных условиях ее эксплуатации, чему в значительной степени соответствуют современные композиционные материалы на полимерной основе. Ввиду этого задача разработки рецептур для разметки автомобильных дорог, обеспечивающих их высокие эксплуатационные качества, а также методов научного сопровождения их производства является актуальной.

Степень разработанности темы. Вопросами производства и создания новых видов дорожной разметки занимались в Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете, Саратовском государственном техническом университете имени Ю.А. Гагарина, ОАО «ГипродорНИИ», ФАУ «РосдорНИИ», ОАО «СоюздорНИИ», ООО «СНПЦ „Росдортех“» и ООО «ТД „СОЮЗ“», ООО ПХ «Технопласт» и других предприятиях и организациях.

Известны работы фирмы 3М (США), ученых и специалистов Франции, Финляндии, Швеции, Канады и других стран. В России этой теме посвящены работы Д. Азра, А.А. Артеменко, В.Д. Белова.

С.И. Поварова, Г.И. Тарасовой, В.В. Морозова, В.Н. Свежинского, М.И. Шакурова, В.М. Юмашева и др. Однако до настоящего времени задача создания эффективных разметочных покрытий не решена.

В нашей работе проводится исследование физико-химических свойств материалов на полимерной основе в зависимости от состава композиций и их структуры на основе инфракрасной спектрометрии.

Работа выполнялась в рамках Программного проекта «Информационное обеспечение» Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России на 2002–2010 годы».

6

К числу перспективных технических решений проблемы создания эффективных разметочных покрытий относится производство термопластичных разметочных материалов на основе нефтеполимерных смол (НПС).

Применение НПС обеспечивает требуемые показатели однородности и долговечности разметки и их соответствие требованиям нормативных документов.

Цель работы – разработка составов и методов комбинированного совмещения компонентов при получении функционально устойчивых гетерогенных композиционных материалов для дорожной разметки на основе НПС и модифицированного доломитового наполнителя.

Задачи исследования:

–комплексное изучение процессов физико-химического взаимодействия между компонентами материалов для дорожной разметки на основе НПС и их влияния на функциональные и технологические характеристики разметочной композиции;

–получение новых решений для исследования влияния фракционного состава дисперсного доломита на адгезию и прочностные свойства разметочных композиций, полученных при совмещении их

сНПС;

–изучение технологических особенностей модификации доломитового наполнителя и способов его комбинированного совмещения с нефтеполимерным связующим для получения расплава термопласта с заданными свойствами, адаптированного к условиям применения и эксплуатации;

–разработка методик составления операционной технологической схемы для разработанных рецептур и оценка их технического уровня;

–апробация разработанных составов разметочного термопласта на стойкость к многократным нагрузкам в условиях испытания их эксплуатационных свойств на кольцевом полигоне.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые доказана возможность направленного регулирования функциональных и технологических свойств полимерных раз-

7

меточных композиций путем изменения их рецептурного состава с учетом дорожно-климатических условий эксплуатации, характера

иинтенсивности движения автотранспорта.

2.Впервые установлены механизм фазового взаимодействия

в виде гидролиза водно-спиртового раствора АГМ-9 в пропорции Н2О:С2Н5ОН:АГМ-9 = 20:10:1, процессы образования органоолигомеров и взаимодействия их гидроксильных групп с гидроксильными группами ОН поверхности наполнителя с образованием ковалентных связей и реакции присоединения аппрета к макромолекулам полимеров, входящих в состав смолы в многокомпонентной гетерогенной термодинамической системе, которую представляет композиция для дорожной разметки, функционально зависящие от гранулометрического состава, шероховатости и пористости гидрофильной поверхности наполнителя – доломита.

3.Впервые доказано, что при модификации органосиланом марки АГМ-9 происходит увеличение интенсивности адгезионных связей между наполнителем и полимером, обусловленное взаимодействием кремний-функциональных групп органосилана с реакционноспособными группами НПС, что подтверждается данными ИКС.

4.Впервые установлена взаимосвязь между химическим составом связующего и прочностными свойствами композиционного покрытия, заключающаяся в проявлении упрочняющего эффекта при увеличении кислотного числа НПС.

Практическая значимость работы. Определены требования

кдолговечности термопластов, используемых для дорожной разметки; выполнен подбор ингредиентов композиций (связующих, технологических добавок), проведены комплексные испытания экспериментальных составов на основе термопластов. Разработаны СТО 47768292-01–2015 «Материалы для дорожной разметки на полимерной основе. Технические условия. Методы испытаний». Выпущены опытные партии разработанных материалов, которые внедрены на федеральной и территориальной сети автомобильных дорог и улич- но-дорожной сети населенных пунктов (акт внедрения ООО ПХ «Технопласт», 2016 г.).

8

Проведено сравнение разработанных составов с аналогом на стойкость к воздействию автомобильных колес с различными протекторами (в том числе шипованными) на полигоне «Карусель-2» Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета – МАДИ, г. Москва (акт внедрения ООО МИП «МАДИ – Дорожные Технологии», 2016 г.).

Методология и методы исследований. Методологической основой работы является современный опыт ведущих отечественных и зарубежных исследователей в области создания эффективных полимерных материалов для дорожной разметки.

В работе использованы гостированные методы контроля качества материалов для дорожной разметки, а также современные методы исследования полимеров: инфракрасная спектроскопия, определение удельной поверхности методом Козени – Кармана, термогравиметрический анализ, оптическая спектроскопия, методы испытаний дорожных покрытий и др. Для статической обработки использовали пакет программ Excel.

Область исследования соответствует требованиям пп. 1, 2, 3 и 6 паспорта научной специальности 05.16.09 – Материаловедение (строительство).

Основные положения научного исследования следующие: 1. Механизмы фазового взаимодействия компонентов в мно-

гокомпонентной композиции для дорожной разметки на основе НПС в виде гидролиза водно-спиртового раствора АГМ-9 в пропорции Н2О:С2Н5ОН:АГМ-9 = 20:10:1, процессы образования органоолигомеров и взаимодействия их гидроксильных групп с гидроксильными группами ОН поверхности наполнителя с образованием ковалентных связей и реакции присоединения аппрета к макромолекулам полимеров, входящих в состав смолы, функционально зависящие от гранулометрического состава, шероховатости и пористости гидрофильной поверхности наполнителя – микродоломита, а также от природы модифицирующих компонентов.

2. Результаты комплексных исследований функциональных и технологических характеристик разметочных композиций на основе НПС.

9

3.Результаты исследования влияния модификации наполнителя органосиланом марки АГМ-9 на адгезионное взаимодействие между наполнителем и полимером.

4.Новые методы совершенствования рецептур разметочных композиций на основе НПС для получения расплава термопласта, адаптированного к условиям применения.

5.Функциональные и технологические характеристики полимерных материалов для дорожной разметки на основе НПС, полученных в виде готовых к оперативному применению технологических блоков.

6.Методика и результаты полигонных испытаний эксплуатационных свойств разработанных полимерных композиций для дорожной разметки.

Достоверность научных положений и результатов, получен-

ных в работе, подтверждается большим объемом экспериментальных данных, применением аттестованного испытательного и измерительного оборудования, хорошим согласованием результатов теоретических исследований с результатами практических и эксперименталь-

с учетом современных технологий производства и переработки полимеров и композитов с применением комплекса взаимодополняющих независимых методов исследований и информационного обеспечения, а также стандартных методов испытаний.

Апробация результатов работы. Основные научные поло-

жения и результаты работ докладывались и получили одобрение на Всероссийской научно-практической конференции «Разметка автомобильных дорог» (Саратов, 2002 г.), международной научнопрактической конференции «Разметка автомобильных дорог: инновации, техника, оборудование и материалы» (Саратов, 2007 г.), Всероссийском научно-практическом семинаре «Применение перспективных технических решений при строительстве автомобильных дорог (Саратов, 2010 г.), 6-й Международной конференции по проблемам горной промышленности строительства и энергетики (Тула,

10