Традиционную российскую проблему - плохие дороги - помогут решить новые битумы отечественного производства. Одним из крупнейших разработчиков дорожных битумов в РФ стал ЛУКОЙЛ. Об этом пишет Валерий Чусов в статье «Битум небитого везет», опубликованной в «Коммерсант-Автопилот».

Дорожное покрытие официально называется "асфальтобетон". Оно состоит из битума и минеральных материалов - щебня, минерального порошка, песка и т.д. Дорожный битум производят на нефтеперерабатывающих заводах путем окисления тяжелых нефтяных остатков. Примерно 90% битумных материалов применяются в строительстве дорог. Это связующий материал, определяющий рабочие характеристики дорожного полотна.

"Содержание битума в готовом асфальтобетоне не превышает 7%, но именно от его свойств на 90% зависит устойчивость дорожного полотна к появлению трещин и на 40 - устойчивость к образованию колеи", - пояснил Александр Обухов, начальник Научно-исследовательского центра "ЛУКОЙЛ" в Кстово, под Нижним Новгородом.

Главный враг российских дорог - наш климат. Например, в Волгоградской области диапазон изменения температур более 70 градусов - от минус 33 в январе до +42 в июле и августе. В Нижнем Новгороде диапазон такой же, только чуть смещен - от минус 41 зимой до +38 летом. Как бы ни был хорош битум, его свойства меняются при изменении температуры.

Многократные переходы через ноль в зимнем сезоне приводят к тому, что талая вода попадает в трещины, замерзает и расширяет их. Непростым климатическим условиям можно противостоять. В НИЦ "ЛУКОЙЛ" считают вполне достижимым продление срока службы дорог между ремонтами до 12 лет, а между капитальными ремонтами - до 24. Этого, кстати, требует постановление правительства РФ, принятое в 2017 году.

Раньше исследованиям битума не уделяли особого внимания, главное - чтобы он соответствовал требованиям стандартов. Некоторые из них заданы прямо в наименованиях марок битумов.

Вот, например, БНД 50/70 - это "битум нефтяной дорожный". Цифры означают, что при температуре 25 С специальная игла с грузом 100 г проникает в образец такого битума не менее чем на 5 и не более чем на 7 мм. Так косвенно оценивается одно из основных свойств - вязкость.

С ней связаны и другие характеристики. Чем битум менее вязкий, тем ниже температура его размягчения. Если у БНД 70/100 она 47 С, то у БНД 50/70 - уже 51. Соответственно, он больше подходит для южных районов. Но такие битумы становятся хрупкими при температуре минус 16 С и меньше прослужат на морозе. В северных регионах, например, востребован БНД 130/200. Минимальные требования к этому стандарту - "температура хрупкости" минус 21 градус, а размягчения - плюс 42.

Для проверки температуры размягчения используют метод КиШ - "кольца и шара". На помещенные в кольца с внутренним диаметром 15,9 мм образцы битума кладут шарик диаметром 9,525 мм и весом 3,5 г. Помещают в водяную баню и плавно поднимают температуру со скоростью 5 С в минуту до того момента, когда под действием веса шарика битум коснется пластины внизу. Для проверки свойств битума применяются и другие методы: его замораживают и нагревают, давят и растягивают... Российские стандарты предусматривают проверку битумов по десяти параметрам. В лабораториях НИЦ "ЛУКОЙЛ" их намного больше.

Проверять надо и свежеприготовленный битум, и искусственно состаренный. "Битум в процессе приготовления асфальтобетонной смеси на заводе, при ее транспортировке и укладке подвергается процессам старения, - объясняет Обухов. - В лаборатории эти условия мы имитируем при помощи специальных печей, где при повышенной температуре происходит продувка воздухом".

В другой печи битум можно "состарить" на семь лет за 20 часов. Исследуя получившиеся образцы, можно получить данные, как изменятся его свойства через несколько лет. Так можно создавать материалы с заранее известными свойствами, и знать, сколько времени прослужит сделанная из такого битума дорога.

Сейчас на Кстовском НПЗ («ЛУКОЙЛ-Нижегороднефтеоргсинтез» – прим. ИА Девон) модернизируют битумное производство. Планируется возведение современного окислительного блока, установки модификации битумов, а также установки для выпуска битумопроизводных материалов. Это позволит выпускать также строительные, кровельные, изоляционные и специальные битумы.

Улучшить свойства асфальтобетона можно введением различных добавок. Модифицированный битум имеет улучшенные характеристики, он лучше противостоит воздействию климата и износу. Для разных условий нужны различные добавки.

Можно использовать серу - на НПЗ она всегда есть. Сера улучшает адгезию, то есть битум лучше связывается с минеральными частицами в асфальтобетоне.

Другой эффективный модификатор битума - стирол-бутадиенстирол. За счет бутадиеновых звеньев СБС добавляет битуму эластичности, а за счет стирольных - жесткости.

Есть еще такой перспективный материал - переработанные шины. Сейчас их утилизация требует затрат, а ведь многие из них в своем составе содержат натуральный каучук. Но просто всыпать резиновую крошку в битум нельзя. Во-первых, трудно добиться равномерного распределения. Также пока нет нормативных документов, которые бы разрешали такую смесь. Технологические проблемы пытаются решить в НИЦ.

Модифицированный битум выходит приблизительно на треть дороже обычного. Но в итоге срок службы дороги без ремонта увеличивается в несколько раз. Правда, чтобы этот механизм работал, дорожники должны быть заинтересованы в том, чтобы ремонтировать дороги надо было реже. Они должны точно соблюдать технологии строительства.

В НИЦ "ЛУКОЙЛ" сегодня проводят исследования и в рамках SuperPave. Это одна из новейших систем проектирования и испытания эффективных материалов для дорожных покрытий. Она предусматривает более широкий диапазон характеристик дорог и их градацию в зависимости от климата и нагрузки. Результаты оказываются ближе к реальной картине, чем результаты традиционных методов.

В НИЦ "ЛУКОЙЛ" тестируют и асфальтобетон. В Центре есть секторный уплотнитель, который выпускает плиты (образцы дорожного покрытия), имитируя движение катка по дороге. В общей сложности НИЦ может использовать более 70 методов тестирования. Климатическая камера обеспечивает перепады температур от -70 до +180 С. В этот диапазон укладываются все возможные варианты климата на Земле.

Есть и установка для проверки дорожного покрытия на устойчивость к образованию колеи. Специальные колеса проезжают по поверхности образцов при температуре 60 С. За семь часов они проделывают 20 тысяч циклов. Это как если бы по дороге проехали 10 тысяч автомобилей. С учетом повышенной температуры и интенсивности "прокатывания" исследование соответствует примерно 12 годам эксплуатации.

В НИЦ есть возможность проверить и уже готовые дороги. Вырезанный из реальной дороги фрагмент здесь разбирают на составные части. Сначала удаляют связующее - битум, при этом его состав можно проанализировать. Затем сортируют оставшиеся неорганические части. Калиброванные сита позволяют выяснить соотношение частиц разного размера. Так можно проверить, как строители соблюдали стандарты.

Новый Центр ЛУКОЙЛа - крупнейший в России. Раньше его функции выполняли отдельные лаборатории. Создание единого научно-исследовательского центра поможет заводам ЛУКОЙЛа не только повысить качество производимого битума, но и контролировать результаты его применения.