Основное отличие ПБВ от битума определяется наличием, наряду с коагуляционным каркасом из асфальтеновых комплексов, структурной сетки из макромолекул полимера, что и приводит к высокой эластичности ПБВ.
Как было показано в разделе 2.2, высокая эластичность ПБВ проявляется в существенно более высокой долговременной прочности полимерасфальтобетона по сравнению с асфальтобетоном.
Так число циклов до разрушения полимерасфальтобетона с применением ПБВ, содержащего 3,5% блоксополимера типа СБС марки Кратон D 1101 и 9% индустриального масла, в режиме постоянной амплитуды деформации 300 мкм/м при 10 °С составляет около 500000, асфальтобетона с применением вязкого битума марки В 80-10000, а полиме-расфальтобетона с применением ПБВ, содержащего 5% Кратона D 1101 без пластификатора — 20000 (рис. 24).
При 20 °С полимерасфальтобетон на ПБВ с пластификатором выдерживает 2000000 циклов, а без пластификатора — 15000 циклов при тех же режимах испытания (см. рис. 24).
Таким образом доказано, что число циклов нагружения до разрушения образцов полимерасфальтобетона в десятки раз больше, чем для асфальтобетона, а применение пластификатора в составе ПБВ позволяет увеличить число циклов до разрушения
в 130 раз по сравнению с полимерасфальтобетоном, приготовленным на основе ПБВ без пластификатора, даже при более высоком содержании полимера в нем.
Следовательно, работоспособность полимера в присутствии пластификатора выше.
Тем не менее, долговременная прочность определяется не только способностью к большим обратимым деформациям, но и вязкостью пленок вяжущего, то есть скоростью накопления необратимых деформаций.
Для выявления весомости вклада в процесс накопления необратимых деформаций каждого из факторов: вязкости и эластичности провели следующий эксперимент.
Приготовили бинарную смесь, моделирующую асфальтовяжущее, содержащую 60% минерального порошка и 40% вяжущего, путем простого перемешивания при 160 °С, залили в формы диаметром 2,6 см.
После охлаждения образцы выжимали из форм. Полученные цилиндрические образцы высотой h = 3,3 см и диаметром d = 2,6 см нагружали в воде 0,1 кг/см2 в течение 1 минуты, затем снимали нагрузку на 5 минут и снова нагружали. После каждого нагружения и каждого восстановления замеряли высоту h и диаметр d образца.
В таблице 22 приведены показатели свойств вяжущих (П25, Тразм, Э25), показатель эластичности образцов из бинарных смесей и изменение высоты Δh и диаметра образцов Δd, то есть необратимые деформации после 20 циклов нагружения — восстановления образцов.
Как видно из приведенных данных, ПБВ с оптимальным (3%) и более высоким (5%) содержанием полимера накапливают существенно меньшую необратимую деформацию, чем битумы, даже самые вязкие.

Таблица 22.

Значение показателей эластичности вяжущих и асфальтовяжущих

№ п/п	Состав вяжущего	П25	Тразм	Э25, %	Э25 ´ П25	Эпа, %	Δh, см	Δd, см	εост = Δh+Δd, см	Еост, кг/см2
1	БНД 40/60	45	60	0	0	0	1,2	0,8	2,0	0,165
2	БНД 60/90	68	49	0	0	2,5	1,8	0,8	2,6	0,127
3	БН 70/30	33	76	0	0	0	0,3	0,4	0,7	0,471
4	БНД 60/90 + 1% ДСТ	60	53	32	1920	33	1,3	0,5	1,8	0,183
5	БНД 60/90 + 1,5% ДСТ	52	55	38	1976	38	1,1	0,4	1,5	0,220
6	БНД 60/90 + 2,0% ДСТ	49	56	58	2842	47	0,9	0,2	1,1	0,300
7	БНД 60/90 + 3,0% ДСТ	46	58	84	3864	56	0,3	0,1	0,4	0,825
8	БНД 60/90 + 5,0% ДСТ	35	71	89	3115	75	0	0	0	—

Примечание:

На рис. 32 показано, что общая остаточная (необратимая) деформация (εост = Δh + Δd) образцов на битумах, независимо от их вязкости (пенетрации), всегда больше, чем для образцов на ПБВ.

 

Рис. 32. Зависимость остаточной деформации
от вязкости битума и ПБВ:
• — Битум; х — ПБВ.

При этом доля обратимой (упругой) деформации (Δεэл), обусловленная наличием полимера и структурной сетки полимера, может быть определена как разность между εост (битума) и εост (ПБВ) для каждого значения П25, выраженная в % по отношению к εост (битума).
Так как для каждого ПБВ известна его эластичность Э25 (таблица 22), то представляется возможным получить зависимость Δεэл от Э25 вяжущего (рис. 33).

Рис.33. Зависимость вклада эластичности вяжущего
в образовании остаточной деформации в образце
полимерасфальтовяжущего:
• — по П25; х — по Тразм,

Анализ данных, приведенных на рис. 29, показывает, что εэл образца увеличивается с повышением эластичности ПБВ, а при содержании полимера, достаточного для образования пространственной структурной сетки полимера в битуме, наблюдается увеличение
угла наклона этой зависимости, то есть Δεэл значительно больше зависит от Э25 при значениях Э25 более 80%.
Это свидетельствует о том, что повышение эластичности ПБВ на несколько процентов выше 80% позволит существенно повысить долговременную прочность покрытия, что особенно важно для дорог высоких категорий, так как модуль деформации Еост, а, следовательно, и упругость покрытия, будут резко возрастать. Это проиллюстрировано на рис. 34 и 35.
Для определения и регламентирования показателя, характеризующего способность полимерасфальтобетона к эластическим деформациям, а, следовательно, и его долговре-менную прочность, предложен простой метод, приемлемый для заводских лабораторий.
Метод заключается в определении числа циклов до разрушения стандартного образца полимерасфальтобетона — «семерки» под действием 0,5 от значения предела прочности при 50 °С.
Нагружение — 1 минута, отдых — 5 минут. Показатель назван показателем эластичности полимерасфальтобетона Э50, так как именно высокая эластичность ПБВ и обусловливает более высокую долговременную прочность полимерасфальтобетона по сравнению с асфальтобетоном.

 

 
Рис. 35. Взаимосвязь эластичности ПБВ и упругости
полимерасфальтовяжущего.

В таблице 23 приведены результаты испытания всех типов смесей, приготовленных на основе ПБВ всех марок.

Таблица 23.

Значения показателя эластичности (Э50)
полимерасфальтобетонов на разных марках ПБВ

№ п/п	Марка вяжущего	П25	Число циклов до разрушения
			Плотный, типов смеси
			А	Б	В	Г	Д
1	ПБВ 300	372	7	6	4	7	4
2	БНД 200/300	204	4	4	2	4	2
3	ПБВ 200	237	12	7	5	8	6
4	ПБВ 130	139	15	9	7	12	8
5	ПБВ 90	122	21	10	8	16	10
6	ПБВ 60	98	18	10	10	17	9
7	БНД 60/90	68	11	4	5	9	2
8	ПБВ 40	55	16	12	12	17	15

Как видно из приведенных данных, показатель Э50 для полимерасфальтобетона выше, чем для асфальтобетона на 50-80% при близких пенетрациях вяжущих.
На рис. 36 показано, что долговременная прочность полимерасфальтобетона снижается с увеличением пенетрации ПБВ, а для смесей типов А и Б наблюдается максимум при П25, равном соответственно 110 и 80.
В зависимости от типа смеси показатель Э50 может быть ранжирован по степени убывания в следующий ряд: А, Г, Б, Д, В.
Установлено, что наиболее высокое значение Э50 достигается при оптимальном со-держании ПБВ в смеси.

Рис. 36. Влияние вязкости ПБВ на показатель эластичности
полимерасфальтобетона:

А, Б, В, Г, Д — типы смеси.

В результате проведенных исследований по данному разделу получены следующие результаты.
1. Установлена взаимосвязь между показателем эластичности ПБВ (Э25) и долговременной прочностью асфальтовяжущего и полимерасфальтовяжущего, в частности, накоплением остаточных деформаций в полимерасфальтобетоне при многократном воздейтвии нагрузки (εост). Показано, что при применении ПБВ значение εост ниже, чем при применении битума, особенно при наличии структурной сетки в ПБВ.
2. Показано, что чем выше показатель эластичности ПБВ, тем меньше εост в полимерасфальтовяжущем при 50 °С. При этом наибольший эффект в части повышения упру-гости полимерасфальтовяжущего наблюдается при наличии пространственной структур-ной сетки полимера во всем объеме ПБВ и особенно при значении Э25 более 80%.
3. Установлено, что эта закономерность сохраняется и при условии исключения влияния вязкости ПБВ на εост.
4. Определены показатели эластичности полимерасфальтобетонов (Э50) типов А, Б, В, Г, Д на полимерно — битумном вяжущем всех марок и для сопоставления для асфальтобетонов тех же типов на битумах марок БНД 60/90 и БНД 200/300.
5. Установлены нормы на значение показателя эластичности полимерасфальтобетонов Э50 всех типов полимерасфальтобетонных смесей в зависимости от типа смеси и марки ПБВ.
6. Показано, что на показатель эластичности полимерасфальтабетона Э50 наиболее существенное влияние оказывает условная вязкость ПБВ (марка) и содержание его в смеси.

7. Установлено, что наиболее высоким значением Э50 характеризуются полимерас-фальтобетоны с оптимальным содержанием ПБВ, особенно типов А, Г и Б.
8. Установлено, что Э50 в полимерасфальтобетонах и асфальтобетонах оптимальных составов значительно отличаются. Э50 в полимерасфальтобетонах в 1,5-1,8 раз выше, чем в асфальтобетонах при близких значениях пенетрации вяжущих.