Блог

Між 2,5 % і 3,5 % полімеру температура розм'якшеності бітуму БНД 70/100 зросла на 21 °C. У наступному інтервалі такої самої ширини, від 3,5 до 4,5 %, — лише на 5 °C. Той самий полімер, той самий бітум, та сама методика.

Ця непропорційність — не похибка окремої партії, а типова поведінка системи «бітум + SBS», і саме через неї питання «скільки сипати» не має універсальної відповіді з каталогу. Нижче — розбір на реальних даних: у червні–липні 2026 року полімерну добавку Exaflex SBS 7090 випробували у лабораторії випробувань матеріалів ДП «Національний інститут розвитку інфраструктури» (ДП «НІРІ»). Протокол містить те, що рідко публікують, — кілька точок дозування замість однієї.

1. Проблема, яку розв'язує полімер

Бітум — термопластик, і це одночасно його головна перевага й головна вада. Влітку він розм'якшується, і покрив набирає колію; взимку стає крихким і тріскається; під повторюваними навантагами накопичує незворотну деформацію.

Пастка в тому, що ці дефекти лікуються протилежними засобами: в'язкіший бітум виграє на колії й програє на зимових тріщинах, м'якший — навпаки. У формулюванні висновку ДП «НІРІ»: «щоб одночасно задовольнити ці протилежні вимоги та розширити температурний інтервал працездатності в'яжучого, потрібно змінити фізико-механічну поведінку самого бітуму».

Ключове слово — поведінку, а не показник. У бітуму один механізм релаксації, і всі його властивості зчеплені між собою по температурній шкалі. Полімер додає другий, незалежний механізм — еластичну сітку, яка не плавиться за 60 °C і не склується за мінус 20 °C. Тому модифіковане в'яжуче може одночасно стати твердішим улітку й гнучкішим узимку; немодифіковане — не може за визначенням.

2. Що відбувається, коли SBS потрапляє в гарячий бітум

SBS — блок-кополімер: два жорсткі кінцеві блоки полістиролу (температура склування близько 100 °C) і довгий гнучкий середній блок полібутадієну (близько мінус 90 °C). У масі полістирольні блоки збираються в домени, які працюють як фізичні вузли зшивання — гума без вулканізації.

У бітумі полібутадієновий блок вбирає мальтени — легкі ароматичні й нафтенові фракції — і набрякає в кілька разів за об'ємом. Практичний наслідок, який рідко проговорюють: 3–4 % полімеру за масою займають у в'яжучому близько третини об'єму. Ви дозуєте відсотки, а працюєте з об'ємною часткою.

Далі вирішує геометрія. Поки набряклі частинки ізольовані, в'яжуче поводиться як бітум із наповнювачем. Коли їхня об'ємна частка переходить поріг перколяції, вони змикаються в суцільну просторову сітку, і за достатнього вмісту полімеру настає інверсія фаз: безперервною стає полімерно-збагачена фаза. Реологія змінюється якісно — з'являється пружна відповідь, зростає комплексний модуль.

Це — описаний у літературі механізм, а не результат вимірювання в цій роботі. Встановити, за якого саме вмісту відбулася інверсія, класичні показники не дозволяють: для цього потрібні флуоресцентна мікроскопія, DSR або інші морфологічні та реологічні методи.

Практичний висновок звідси такий: ефективна доза визначається сумісністю конкретної пари «базовий бітум — SBS» і режимом приготування. Склад бітуму критичний — набрякання живиться його мальтеновою фракцією, і залежність сумісності та стабільності при зберіганні від співвідношення фракцій SARA описана Lu та Isacsson. Але архітектура полімеру, молекулярна маса, частка диблоку, температура, час і інтенсивність зсуву впливають на результат так само.

3. Експериментальні точки дозування на БНД 70/100

Випробували вихідний бітум і три дозування — 2,5 %, 3,5 % і 4,5 %. Полімер вводили в бітум, нагрітий до 175–185 °C, за постійного механічного перемішування; тривалість перемішування — 3,0 год.

Таблиця 1. Результати підбору складу (висновок ДП «НІРІ» № Д 190-26, табл. 2)

Показник «еластичність» тут і далі — еластичне відновлення за ДСТУ EN 13398:2018; назву наведено так, як вона фігурує у висновку.

Найінформативніший розріз — середній приріст на кожен доданий відсоток полімеру в межах кожного інтервалу.

Коректно порівнювати між собою два останні інтервали: обидва мають ширину 1 в. п. Інтервал 0 → 2,5 % усереднено за 2,5 в. п., проміжних точок у ньому немає, тому його висота з рештою не зіставляється.

• 2,5 → 3,5 %. Один відсоток полімеру дає +21 °C температури розм'якшеності й +32 пункти еластичного відновлення.
• 3,5 → 4,5 %. Той самий один відсоток дає вже +5 °C і мінус 2 пункти.

Різниця у чотири рази за розм'якшеністю в сусідніх інтервалах однакової ширини — це головний практичний факт усього набору даних. Він узгоджується з переходом до розвиненої SBS-мережі десь у діапазоні 2,5–3,5 %: спершу віддача від кожного відсотка різко зростає, потім так само різко падає. За наявними випробуваннями точку переходу локалізувати не можна, і зниження еластичного відновлення з 95 до 93 % інтерпретувати як реальне падіння теж не варто — без даних про повторюваність методу така різниця нічого не доводить.

Про температуру крихкості окремо. Значення знижуються монотонно, з мінус 18 до мінус 24 °C, і спокуса побудувати на цьому окрему стратегію дозування під зиму велика. Робити цього не варто: EN 12593 задає повторюваність r = 3 °C і відтворюваність R = 6 °C, тобто крок між сусідніми точками (1–3 °C) цілком лежить у межах похибки методу. Змістовним є лише загальний розмах у 6 °C між вихідним бітумом і 4,5 %, та й він на межі повторюваності.

Різниця між температурою крихкості й температурою розм'якшеності у висновку названа інтервалом пластичності; вона зростає з 66 °C у вихідного бітуму до 102 °C за 4,5 % добавки. Варто розуміти, що це різниця результатів двох емпіричних випробувань, а не гарантований діапазон роботи покриву.

4. Чому для контрольної рецептури обрали 3,2 %, а не 3,5 %

Максимум еластичного відновлення — 95 % — припадає на 3,5 %. Для подальших досліджень і практичного впровадження у висновку прийнято вміст 3,2 % (у документі він названий оптимальним).

Таблиця 2. Бітум БНД 70/100, модифікований 3,2 % Exaflex SBS 7090 (табл. 3 висновку)

Рецептуру 3,2 % готували окремо, і результат узгодився з трендом між 2,5 і 3,5 %: лінійна інтерполяція дає 66,7 °C проти виміряних 66 °C, для еластичного відновлення — 85 % проти виміряних 88 %. Це свідчить про внутрішню несуперечливість набору. Оцінкою відтворюваності це не є: для неї потрібні повторні приготування й показаний розкид.

Аргументація відмови від 3,5 % у висновку сформульована як техніко-економічна доцільність, і за нею стоять три речі.

В'язкість. Після формування розвиненої полімерної фази в'язкість зростає швидше, ніж пропорційно дозі. Кожна десята частка відсотка дорожче обходиться насосам, змішувачу й коткам, а надмірно в'язке в'яжуче гірше вкриває мінеральний матеріал і гірше ущільнюється — частина лабораторного виграшу губиться на об'єкті.

Ризик фазового розшарування. Що вища частка полімеру, то більша рушійна сила розділення полімерно- та асфальтено-збагаченої фаз за тривалого гарячого зберігання. Цей аргумент наведено у висновку; варто зазначити, що стабільність цієї рецептури при зберіганні за EN 13399 у межах роботи не перевіряли, тож нижча концентрація тут потенційно зменшує технологічний ризик, а не підтверджено його зменшує.

Норматив вимагає класу, а не рекорда. Для PMB 45/80-65 потрібні розм'якшеність ≥ 65 °C і еластичне відновлення ≥ 80 %. За 3,2 % отримано 66 °C і 88 %; додаткові 7 пунктів відновлення за 3,5 % не дають жодної додаткової відповідності, лише додаткову витрату.

5. Що показали випробування на короткочасне старіння

Після RTFOT модифіковане в'яжуче показало меншу відносну зміну властивостей, ніж вихідне: залишкова пенетрація 85 % проти 68 %, зміна температури розм'якшеності 1,8 проти 4,8 °C, зміна маси 0,3 проти 0,6 %.

Пояснити, за рахунок чого саме це відбулося, за наявним протоколом не можна. Пенетрація, температура розм'якшеності й зміна маси не дозволяють окремо оцінити внесок полімерної сітки, окиснення бітумної матриці та деградації самого SBS. Для розділення цих процесів потрібні хімічні (FTIR), молекулярні (GPC) або реологічні методи.

Що варто мати на увазі при трактуванні цих чисел:

• Залишкова пенетрація — відносний показник. В'яжуче з вихідною пенетрацією 52 і в'яжуче з пенетрацією 78 змінюються в різних ділянках шкали, тому пряме порівняння відсотків між ними не є коректним порівнянням стійкості до окиснення.
• SBS у бітумі деградує. Дослідження термоокиснювального старіння описують двостадійну картину: спершу переважає зшивання ланцюгів, а після тривалішого термічного впливу — їхній розрив, що видно за розворотом індексу полідисперсності й падінням молекулярної маси. Подвійні зв'язки й α-водень полібутадієнового блока окиснюються з утворенням гідроксильних і карбоксильних груп.
• RTFOT моделює лише технологічне старіння — 85 хв за 163 °C, тобто змішування й укладання. Про поведінку в резервуарі, який кілька діб простояв за високої температури без перемішування, цей метод не говорить нічого, як і про довготривале старіння в покриві — для цього є PAV, і його не проводили.

Робочі правила з цього виходять прості: не перевищувати робочу температуру, не тримати готове PMB гарячим довго, зберігати перемішування.

6. Чого не видно через пенетрацію й кільце-кулю

Класичні показники створювалися для немодифікованого бітуму, і у застосуванні до PMB мають прогалину, про яку варто знати кожному, хто приймає в'яжуче за паспортом.

Пенетрація й температура розм'якшеності не відрізняють пружну сітку від простого загущення. Тих самих 65 °C за кільцем і кулею можна досягти окисненим бітумом, воском, надлишком мінерального порошку або полімером із високим умістом диблоку. Показники будуть у нормі — пружної відповіді не буде, і на дорозі це проявиться колією й втомними тріщинами через сезон-два.

Із класичних методів найбільш інформативне тут еластичне відновлення за ДСТУ EN 13398:2018. Зростання з 20 до 88 % — сильний практичний індикатор еластомерного відгуку, хоча сам по собі метод не підтверджує морфологію полімерної фази. У парі «розм'якшеність + еластичне відновлення» саме друга цифра несе інформацію про природу модифікування; перша лише каже, що в'яжуче стало твердішим.

Температура крихкості за Фраасом має відомі обмеження. Крім згаданої вище похибки методу, кореляція температури руйнування асфальтобетону з Фраасом слабка (R² ≈ 0,50), тоді як із граничними температурами за BBR — сильна (R² > 0,80). До того ж Фраас виконують на незістареному в'яжучому. Мінус 21 °C — це виконана нормативна вимога, а не прогноз поведінки взимку.

Якщо об'єкт відповідальний, нормативний набір варто доповнити MSCR (Jnr і відсоток відновлення) для колієстійкості та BBR для низьких температур. MSCR теж не всесильний — у частині досліджень він не розрізняв 5,0 і 5,5 % SBS, — але саме він показує поведінку під повторюваним навантаженням.

7. Лінійний чи радіальний SBS, і навіщо диблок

Exaflex SBS 7090 — лінійний S-B-S із номінальним співвідношенням бутадієн/стирол ≈ 70/30 і вмістом диблоку 15–18 %.

Архітектура. Лінійні марки дають меншу в'язкість розчину за однакової молекулярної маси, тому легше диспергуються й менше навантажують обладнання. Радіальні — вищу в'язкість і, за низкою даних, кращий опір втомі. Деталь, яку часто ігнорують: за низьких дозувань різниця між архітектурами невелика й проявляється переважно за високих. У порівняльних дослідженнях за 6 % SBS лінійний давав дещо вище відновлення й менші залишкові деформації, ніж радіальний. У діапазоні 3–4 %, який реально використовується для PMB 45/80-65, архітектура не є визначальним чинником.

Диблок. Диблок (S-B) має лише один полістирольний кінець, тому не тримає навантаження в сітці. З погляду міцності сітки це баласт, з погляду технології — навпаки: він працює як компатибілізатор, знижує в'язкість, прискорює набрякання й полегшує диспергування. 15–18 % — компроміс у бік технологічності, і результати за 3,2 % показують, що сітка при цьому формується достатньою мірою для виконання вимог класу.

Деталь протоколу. У наведеному описі технології зазначено механічне перемішування протягом 3,0 год; колоїдний млин або інше високозсувне обладнання не згадуються. Це не доводить, що застосовували саме низькозсувну схему, — опис короткий, — але для підприємства, яке вибирає між закупівлею млина й підбором полімеру під наявне обладнання, повний протокол варто запросити окремо.

Про ринок. На українських АБЗ ви зустрінете Kraton D1101 і D1192, Dynasol Calprene, марки Sinopec серії YH-791/792, продукти LG. Порівнювати паспорти має обмежений сенс: у жодного з цих полімерів немає «своєї» дози. Доза належить парі «полімер + ваш базовий бітум», і при переході з будь-якої марки на будь-яку іншу підбір доведеться повторити.

8. Технологія на заводі

Температура 175–185 °C — режим, застосований у випробуваннях. Нижче набрякання йде повільніше й у в'яжучому можуть лишатися нерозчинені частинки; підвищення температури понад типовий робочий діапазон посилює ризик термоокиснювальної деструкції полімеру. Конкретна межа, за якою деструкція стає визначальною, залежить від пари «бітум — SBS» і в цій роботі не встановлювалася.

Перемішування 3,0 год — це час не змішування, а розвитку: набрякання й формування сітки. Скорочення часу дає недорозвинену систему, властивості якої ще змінюватимуться в резервуарі; надмірне продовження несе ризик деструкції. Оптимальну тривалість для іншої пари матеріалів слід визначати окремо.

Форма постачання. Порошок набрякає швидше за рахунок більшої питомої поверхні. Гранула менш пилить і зручніша в дозуванні. Неочевидна пастка для тих, у кого є млин: надмірне попереднє набрякання знижує ефективність подрібнення, тому за високозсувної схеми премікс має бути коротким — рівно до початкового диспергування.

Перед серійним запуском — випробування на стабільність при зберіганні за EN 13399. Це триденне випробування одного підготовленого зразка: труба витримується вертикально за 180 °C протягом 72 год, після охолодження зразок ділиться на три частини, і верхня та нижня порівнюються за пенетрацією й температурою розм'якшеності. Ціна пропущеної перевірки — резервуар розшарованого в'яжучого.

Базовий бітум. Якщо є можливість отримати від НПЗ дані щодо групового складу — беріть. Високий уміст асфальтенів і бідна ароматика — сигнал, що дозу доведеться піднімати, а стабільність буде гіршою.

9. Що це дає на дорозі та як виглядає з боку економіки

Найчистіші наявні польові дані — дослідження Департаменту транспорту Міннесоти. У ньому порівнювали конкретну пару: модифіковане в'яжуче PG 58H-34 проти немодифікованого PG 58S-28 на дорогах із низькою інтенсивністю руху. У цьому сценарії застосування PMB дало розрахункове подовження строку служби покриву на шість років і близько 14,4 % економії за життєвий цикл попри вищу початкову вартість. Це результат конкретного порівняння, а не універсальний ефект будь-якого PMB.

Розрив між лабораторією та полем існує й документований: у частині оглядів лабораторні моделі прогнозували приріст строку служби понад 10 років, тоді як польові спостереження давали менш ніж 3. Причина не в тому, що полімер не працює, а в тому, що результат визначається ланцюжком — доза, базовий бітум, проєктування суміші, температура укладання, ущільнення, — і будь-яка ланка здатна з'їсти виграш.

Щодо витрати полімеру арифметика проста: 4,5 % — це 45 кг на тонну в'яжучого, 3,2 % — 32 кг, різниця 13 кг/т, або близько 29 %. Важливе застереження: 4,5 % у цій роботі — верхня експериментальна точка, а не чиясь реальна виробнича рецептура, тож це порівняння дослідних дозувань, а не підтверджена економія конкретного заводу. Але напрямок воно задає: доза — єдиний важіль, яким завод керує безпосередньо, і підбір під власний бітум замість запасу «про всяк випадок» прибирає переплату за показники, яких не вимагає жоден норматив.

10. Що саме підтверджено — і що ні

Підтверджено висновком ДП «НІРІ» № Д 190-26 (затверджено 01.07.2026, договір від 05.06.2026 № 190-26):

• полімерну добавку Exaflex SBS 7090 можна використовувати для модифікування бітумів;
• бітум БНД 70/100 за ДСТУ 4044:2019, модифікований 3,2 % добавки, відповідає вимогам ДСТУ EN 14023:2023 за класами, наведеними в таблиці 3;
• те саме в'яжуче відповідає вимогам ДСТУ 9281:2024 стосовно бітумів марок PMB 45/80-60 і PMB 45/80-65.

Таблиця 3. Підтверджені класи за ДСТУ EN 14023:2023

Не охоплено цим висновком:

• інші базові бітуми — БНД 50/70, БНД 35/50;
• інші класи PMB, крім 45/80-60 і 45/80-65;
• випробування на рівні асфальтобетонної суміші;
• довготривале старіння за PAV;
• стабільність при зберіганні за EN 13399;
• MSCR, BBR, вимірювання в'язкості;
• повторні приготування й оцінка розкиду;
• морфологія модифікованого в'яжучого.

11. Практичний порядок дій

1. Зафіксуйте паспорт свого базового бітуму — далі все прив'язується до нього.
2. Замовте пробу полімеру; 1–5 кг достатньо для лабораторного підбору.
3. Робіть три точки, не одну — розрахункова доза, мінус 0,5 % і плюс 0,5 %.
4. Міряйте еластичне відновлення за ДСТУ EN 13398, а не лише пенетрацію й розм'якшеність.
5. Проженіть випробування за EN 13399 на обраній дозі перед серійним запуском.
6. Зафіксуйте технологічний регламент — температуру, час, порядок введення — і не відступайте від нього.

Exaflex® SBS 7090 — лінійний SBS для виробництва бітум-полімерних в'яжучих. Проби 1–5 кг для лабораторних випробувань — безкоштовно. Кожна партія супроводжується паспортом якості. Технічна консультація з підбору дози під ваш базовий бітум: +38 050 323-23-21.

Технічні характеристики та умови постачання Exaflex® SBS 7090 →