Практичний матеріал для технологів НПЗ і лабораторій дорожньо-будівельних компаній, які отримали ТЗ виробити полімерно-модифікований бітум класу PMB 45/80-65 і підбирають SBS-каучук. Без маркетингу — з конкретними цифрами, формулами та посиланнями на ДСТУ.
PMB 45/80-65 — найпоширеніший в Україні клас полімерно-модифікованого бітуму для доріг I–II категорії. Його якість на 50–60 % визначається не самою маркою SBS, а тим, як підібрано архітектуру каучуку, вміст стиролу, дозування й технологію введення. Нижче — повний робочий алгоритм: від читання маркування класу до чек-листа підбору і лабораторного контролю готового в'яжучого.
1. Що таке PMB 45/80-65 і навіщо потрібен SBS
PMB 45/80-65 — це полімерно-модифікований дорожній бітум з пенетрацією 45–80 (0,1 мм при 25 °C) і температурою розм'якшення за методом «кільце-куля» не нижче 65 °C, виготовлений за ДСТУ EN 14023:2023 «Бітум та бітумні в'яжучі — Технічні умови щодо полімерно модифікованих бітумів».
Маркування читається так:
- 45/80 — діапазон пенетрації за ДСТУ EN 1426. Чим більше число, тим м'якший бітум при +25 °C: для PMB 45/80-65 це означає 45 ≤ пенетрація ≤ 80 (0,1 мм).
- 65 — мінімальна температура розм'якшення за ДСТУ EN 1427 («кільце-куля»), у °C. Це фактично нижня межа теплової стійкості — нижче 65 °C готовий PMB не повинен «текти» за найпекучіших літніх умов.
Базовий бітум (наприклад, БНД 70/100 за ДСТУ 4044:2019) має пенетрацію 70–100 і температуру розм'якшення близько 43–51 °C — він не пройде специфікацію PMB 45/80-65 без модифікації. SBS-каучук додають саме для того, щоб підвищити температуру розм'якшення на 15–25 °C, понизити температуру крихкості за Фраасом на 10–15 °C, підняти пружне відновлення (для PMB 45/80-65 — мінімум 50 %) і стабілізувати в'язкість при високих температурах вкладання.
SBS — це термопластичний еластомер з полістирольною та полібутадієновою фазами. У бітумі полібутадієнова фаза набухає, утворюючи мікроскопічну еластомерну сітку, яка надає PMB пружності при низьких температурах і стійкості до колієутворення при високих. Без SBS клас PMB 45/80-65 за ДСТУ EN 14023:2023 отримати не вдасться; альтернативи (EVA, гумова крихта) дають інший профіль властивостей і відносяться до інших класів.
2. Класи PMB по ДСТУ EN 14023:2023 — як читати позначення
ДСТУ EN 14023:2023 регламентує позначення класів PMB за діапазоном пенетрації базового бітуму та мінімальною температурою розм'якшення модифікованого в'яжучого. У дорожній практиці найпоширеніші такі позначення:
| Клас PMB | Пенетрація (0,1 мм) | T розм'якшення (°C) | Типове застосування |
|---|---|---|---|
| PMB 10/40-65 | 10–40 | ≥ 65 | Мости, аеродроми (надтверді PMB) |
| PMB 10/40-75 | 10–40 | ≥ 75 | Аеродроми (поверхні з підвищеним навантаженням) |
| PMB 25/55-55 | 25–55 | ≥ 55 | Тяжкі дорожні покриття I категорії |
| PMB 25/55-65 | 25–55 | ≥ 65 | Магістралі, автостради |
| PMB 45/80-50 | 45–80 | ≥ 50 | Дороги II категорії, легкого навантаження |
| PMB 45/80-55 | 45–80 | ≥ 55 | Універсальний клас |
| PMB 45/80-65 | 45–80 | ≥ 65 | Найпопулярніший клас для I–II категорії доріг в Україні |
| PMB 75/130-60 | 75–130 | ≥ 60 | Холодні регіони, тротуарні матеріали |
| PMB 75/130-65 | 75–130 | ≥ 65 | Холодні регіони з підвищеним температурним діапазоном |
Як ДСТУ Б В.2.7-135:2014 співвідноситься з ДСТУ EN 14023:2023. Старий галузевий ДСТУ Б В.2.7-135:2014 «Бітуми дорожні модифіковані полімерами» досі чинний паралельно і визначає марки БМПД 60/90, БМПД 60/90-2, БМПД 80/120, БМПД 90/130. Класи PMB по ДСТУ EN 14023 — ширше і деталізованіше позначення; виробник може зазначати обидва маркування (наприклад: «PMB 45/80-65 / БМПД 60/90-2»).
Температура розм'якшення PMB ≥ 65 °C критично залежить від концентрації SBS (3,0–4,5 % мас. для PMB 45/80-65), архітектури SBS (лінійний vs радіальний), вмісту стиролу (28–32 % для класу 45/80-65) і стану дисперсії. Невідповідність хоча б одного параметру = недотримання класу. Це головна причина браку: нібито «купили правильний SBS», але дозування або технологія не вивірені.
3. Лінійний SBS vs радіальний SBS — який обирати під 45/80-65
SBS-каучуки розрізняють за архітектурою молекули: лінійний (triblock S-B-S) і радіальний (star-shaped (S-B)ₙX).
| Параметр | Лінійний SBS | Радіальний SBS |
|---|---|---|
| Молекулярна архітектура | S-B-S тригрупний кополімер | (S-B)ₙ зіркоподібний з coupling agent |
| Типовий молекулярний вес Mw | 100 000–180 000 | 250 000–400 000 |
| Розчинність у бітумі | Швидка (1,5–2,5 год при 175–180 °C) | Повільніша (2,5–4 год при 180–185 °C) |
| Стійкість до сегрегації | Висока | Середня (потребує стабілізатори) |
| Пружне відновлення PMB | 50–60 % | 60–75 % |
| Температура розм'якшення PMB | + 22 ± 3 °C до базового | + 27 ± 3 °C до базового |
| Вартість сировини | Базова | На 8–15 % дорожче |
| Типове застосування | PMB 45/80-65 (універсальний клас) | PMB 10/40-65/75 (мости, аеродроми) |
Раціональний вибір для PMB 45/80-65 — лінійний SBS зі вмістом стиролу 28–32 %. Це оптимальний баланс ціна/якість/технологічність. Радіальний SBS дає вищі показники, але підвищує собівартість PMB на 6–10 %, потребує довший цикл змішування і має підвищений ризик сегрегації при тривалому зберіганні готового PMB (понад 72 год) — що критично, якщо в'яжуче вивозиться повільно.
Виняток: якщо специфікація замовника прямо вимагає пружне відновлення ≥ 65 % (наприклад, для автомагістралей категорії I-A з навантаженням понад 6 000 авто/добу), варто розглянути радіальний SBS або суміш (75 % лінійного + 25 % радіального).
4. Вміст стиролу 30 % vs 40 % — як впливає на властивості
Молекула SBS складається з полістирольних блоків (S, твердих, Tg ≈ +95 °C) і полібутадієнового блоку (B, еластомерного, Tg ≈ −95 °C). Полістирольна фаза формує фізичні поперечні зшивання, які тримають еластомерну сітку у бітумі. Звідси правило: чим вищий вміст стиролу, тим жорсткіша сітка, вищі модулі при високих температурах, але нижча низькотемпературна еластичність.
| Вміст стиролу, % | Архітектура | T розм'якшення (Δ до базового) | Низькотемп. крихкість (Фраас) | Типова сфера |
|---|---|---|---|---|
| 24–27 | Soft SBS | + 8 ± 2 °C на 1 % | Краща (−25…−30 °C) | Мастики, гідроізоляція |
| 28–32 | Стандарт (Exaflex® SBS 7090, Kraton D1101) | + 6–7 °C на 1 % | Стабільна (−20…−25 °C) | PMB 45/80-65, 75/130-65 |
| 33–35 | Medium-stiff | + 7–8 °C на 1 % | Прийнятна (−18…−22 °C) | PMB 25/55-65 |
| 36–40 | High-styrene | + 9–11 °C на 1 % | Гірша (−12…−18 °C) | PMB 10/40-65/75, мости |
Клас PMB 45/80-65 вимагає одночасно пенетрації 45–80, температури розм'якшення ≥ 65 °C, пружного відновлення ≥ 50 % і температури крихкості за Фраасом ≤ −15 °C. Лінійний SBS зі вмістом стиролу 30 % при дозуванні 3,0–4,0 % мас. зазвичай дає всі чотири параметри в норму одночасно. High-styrene (≥ 35 %) може «перетягти» Фраас у небажаний діапазон −10…−12 °C — PMB пройде верхні специфікації, але провалить нижні. Високостирольний SBS — це інструмент під клас PMB 10/40-75 (мости, злітні смуги).
Чого варто уникати: змішування SBS 30 % і 40 % «на ходу» без лабораторного підбору (хаотичні параметри партій); використання soft SBS (< 28 %) для дорожнього PMB (доведеться завищувати дозування > 5 % і провокувати сегрегацію); покладання на маркетингові обіцянки «універсального SBS» — кожен клас PMB має свій оптимальний діапазон стиролу.
5. Дозування SBS у бітум — формули та орієнтовні значення
Правильно підібране дозування визначає одночасно і досягнення цільового класу, і собівартість партії. Помилка у 0,5 % SBS на партії 30 тонн = ±150 кг каучуку прямих витрат, плюс або недосягнутий клас, або «насичена» крива, де подальший приріст стиролу нічого не дає.
Для класу PMB 45/80-65 на базі бітумів БНД 70/100 або БНД 60/90 робоче вікно лінійного SBS зі вмістом стиролу 30 % становить 3,0–4,0 % мас. від маси бітуму, з типовим значенням 3,5 ± 0,3 %. Точка стабілізації — це не вибір з прайс-листа, а результат лабораторного підбору під конкретну партію базового бітуму: різні НПЗ (і навіть різні партії одного НПЗ) мають різну схильність до набухання SBS-фази через відмінності у мальтеновій фракції.
Формула орієнтовного підбору (точка старту лабораторії):
де T_target — цільова температура розм'якшення (ДСТУ EN 1427); T_base — температура розм'якшення базового бітуму; k — емпіричний коефіцієнт приросту: ≈ 6,5 °C/% для лінійного SBS 30 % і ≈ 7,5 °C/% для радіального.
Приклад (PMB 45/80-65 на БНД 70/100): T_base = 47 °C, ціль T ≥ 65 °C, ΔT = 18 °C → dose = 18 / 6,5 ≈ 2,8 % лінійного SBS 30 %. Це стартова точка, а не остаточне дозування: лабораторія готує три зразки навколо розрахункової точки (2,8 / 3,2 / 3,6 %) і вимірює повний пакет властивостей. Партія йде у виробництво лише коли всі параметри одночасно потрапляють у вікно класу.
Для боротьби із сегрегацією при тривалому зберіганні (понад 72 год при 180 °C) застосовують поліфосфорну кислоту (PPA) у дозуванні 0,15–0,30 % мас. — вона зшиває SBS-домени з асфальтенами і знижує різницю густин фаз. PPA не замінює якісного SBS, а лише розширює технологічне вікно зберігання.
Чого не робити: перевищувати 5,0 % SBS (крива приросту насичується вже на 4,5–5,0 %, а сегрегація різко зростає); економити до 2,0–2,5 % на «теплих» бітумах (формальний клас може досягатися, але пружне відновлення випадає з мінімуму); замінювати лінійний SBS на радіальний без перерахунку технології (радіальний має на 15–25 % вищу в'язкість на тих самих відсотках).
6. Технологія введення (high shear mill vs propeller mixer)
Одна й та сама партія лінійного SBS 30 % може дати або PMB у специфікації, або сегрегований брак — залежно від того, як її диспергували.
High shear mill (колоїдна мельниця, ротор-статор) — стандарт галузі для гранульованого SBS. Базовий бітум розігрівають до 175–185 °C, SBS подають у потік через дозатор, суміш багаторазово прокачують через мельницю. Робочі параметри: швидкість ротора 4 000–6 000 об/хв; зазор ротор-статор 0,15–0,30 мм; тривалість диспергування 25–45 хв до розміру частинок SBS ≤ 5 мкм; дозрівання 1,5–3 год при 175–185 °C з низькооборотним перемішуванням. Високозсувне поле «розриває» гранули до субмікронної дисперсії — саме вона дає стабільний PMB, який витримує зберігання понад 72 год без розшарування (контроль за ДСТУ EN 13399).
Propeller mixer (лопатеве перемішування) — звичайний бітумний бак з мішалкою (60–120 об/хв) при 180 °C. Придатний насамперед для порошкового SBS, який розчиняється швидше за гранули. Тривалість 4–6 год. Капітальні витрати приблизно на 90 % нижчі, але якість дисперсії гірша і ризик сегрегації вищий. Цей шлях обирають невеликі виробники або там, де PMB виготовляється під замовлення і відразу вивозиться.
Якість розподілу SBS перевіряють флуоресцентною мікроскопією (полімерна фаза світиться під УФ) або непрямо — тестом стійкості до зберігання за ДСТУ EN 13399. Дві найпоширеніші помилки: занизька температура (< 170 °C — бітум у «гелевому» стані не дає полімеру набухнути) і закороткий час диспергування (нерозчинені гранули видно неозброєним оком на склі-пробі).
7. Лабораторний контроль готового PMB — критичні параметри
Готовий PMB 45/80-65 не вважається таким, доки лабораторія не підтвердила повний пакет із шести параметрів одночасно. Жоден з них не є самодостатнім.
- Пенетрація при 25 °C — ДСТУ EN 1426 (голка 100 г, 5 с). Для класу 45/80-65: 45–80 (0,1 мм). Нижче 45 — перемодифікація; вище 80 — недостатнє дозування.
- Температура розм'якшення «кільце-куля» — ДСТУ EN 1427. Ключовий показник класу: ≥ 65 °C. Найчутливіший до концентрації та архітектури SBS.
- Пружне відновлення при 25 °C — ДСТУ EN 13398. Індикатор сформованої еластомерної сітки: мінімум 50 %, для «живого» дорожнього PMB бажано 60–70 %.
- Температура крихкості за Фраасом — ДСТУ EN 12593. Контроль низькотемпературної поведінки: ≤ −15 °C для класу 45/80-65.
- Стійкість до зберігання (сегрегація) — ДСТУ EN 13399. Зразок витримують 72 год при 180 °C у вертикальній тубі; різниця температури розм'якшення верхньої та нижньої частин має бути ≤ 5 °C.
- Динамічна в'язкість — ДСТУ EN 13302 (ротаційний віскозиметр). Контроль технологічності: завелика в'язкість ускладнює перекачування й розпил, замала — сигналізує про недостатню модифікацію.
На практиці виробник веде протокол на кожну партію, де всі шість параметрів зведені в одну таблицю з допусками класу 45/80-65; партія йде на відвантаження лише за умови, що жоден показник не виходить за межі вікна. Це і є різниця між сертифікованим PMB і «бітумом з каучуком».
8. Чек-лист підбору SBS — практична таблиця рішень
Зведена матриця як орієнтир для старту лабораторного підбору (фінальне дозування завжди уточнюється на конкретній партії базового бітуму):
| Цільовий клас PMB \ Базовий бітум | БНД 50/70 | БНД 70/100 | БНД 90/130 |
|---|---|---|---|
| PMB 45/80-65 | Лінійний 30 % St, 3,0–3,5 % | Лінійний 30 % St, 3,5–4,0 % | Лінійний 30 % St, 4,0–4,5 % |
| PMB 25/55-65 | Лінійний 32 % St, 4,0–4,5 % | Лінійний 32 % St, 4,5–5,0 % | Радіальний 30 % St, 4,5 % |
| PMB 10/40-75 | Радіальний 36 % St, 5,0–5,5 % + PPA | Радіальний 36 % St, 5,5 % + PPA | Не рекомендовано |
Короткий алгоритм підбору під PMB 45/80-65:
- Визначити марку базового бітуму (БНД) і виміряти його T_base.
- Обрати лінійний SBS зі вмістом стиролу 28–32 %.
- Розрахувати стартове дозування за формулою dose = (65 − T_base) / 6,5.
- Приготувати 3 зразки навколо розрахункової точки на high shear mill.
- Перевірити повний пакет із 6 параметрів (розділ 7).
- За потреби стабілізації зберігання — додати PPA 0,15–0,30 %.
- Зафіксувати рецептуру у протоколі партії.
5 питань, які варто поставити перед вибором SBS
1. Лінійний чи радіальний SBS брати під 45/80-65? Для універсального класу 45/80-65 у переважній більшості випадків раціональний вибір — лінійний SBS 28–32 % стиролу: він дає потрібні параметри при нижчій собівартості та кращій стійкості до сегрегації. Радіальний доцільний, коли замовник прямо вимагає пружне відновлення ≥ 65 % або для жорстких класів (мости, аеродроми).
2. Чому «правильний» SBS іноді дає брак PMB? Найчастіше причина не в каучуку, а в дозуванні чи дисперсії: занизька температура змішування, закороткий час на high shear mill або відсутність етапу дозрівання. SBS може бути ідеальним, але без субмікронної дисперсії еластомерна сітка не формується.
3. Скільки SBS додавати — чи можна за прайсом? Ні. Стартове дозування рахується за формулою dose = (T_target − T_base)/k, але остаточне значення підтверджується лабораторно на конкретній партії базового бітуму. Дві партії «3,5 %» з різних НПЗ можуть дати різницю +3…+5 °C по температурі розм'якшення.
4. Навіщо потрібна поліфосфорна кислота (PPA)? PPA (0,15–0,30 %) розширює технологічне вікно зберігання готового PMB, зшиваючи SBS-домени з асфальтенами і знижуючи різницю густин фаз. Вона не замінює якісного SBS і не підвищує клас — лише страхує від розшарування при тривалому зберіганні у баку.
5. Як переконатися, що готовий PMB відповідає класу? Перевірити одночасно всі шість параметрів: пенетрацію (EN 1426), температуру розм'якшення (EN 1427), пружне відновлення (EN 13398), Фраас (EN 12593), стійкість до зберігання (EN 13399) і динамічну в'язкість (EN 13302). Відповідність лише за одним-двома показниками не означає досягнення класу.
Підсумок
Підбір SBS під PMB 45/80-65 — це послідовність із чотирьох вивірених рішень: архітектура (лінійний для універсального класу), вміст стиролу (28–32 %), дозування (3,0–4,0 % з лабораторним уточненням) і технологія введення (high shear mill до ≤ 5 мкм). Кожна ланка впливає на фінальний пакет із шести параметрів ДСТУ EN 14023:2023. Якісна сировина — необхідна, але не достатня умова: клас PMB народжується на стику марки, рецептури і технології.
Потрібен SBS для виробництва PMB 45/80-65? Exaflex® SBS 7090 — лінійний каучук зі вмістом стиролу 30 %, сумісний з ДСТУ EN 14023:2023, з CoA на кожну партію та відвантаженням зі складу в Деражні. Щоб купити з доставкою по Україні або підібрати грейд під ваш базовий бітум — уточнюйте у спеціаліста Material Wizard.
Exaflex® SBS 7090Лінійний SBS, 30% стиролу — робоча марка під PMB 45/80-65 — Сумісний з ДСТУ EN 14023:2023 · CoA на партію · склад у ДеражніУточнити умови поставки →