Полимер битумное вяжущее
Полимерно-битумное вяжущее и способ его получения
Изобретение относится к материалам, используемым в дорожном, аэродромном и гражданском строительстве, а именно к полимерно-битумным вяжущим для строительной отрасли, и способам их получения. Вяжущее содержит битум и полимерный компонент, состоящий из индустриального масла, наномодифицированного одностенными углеродными нанотрубками (ОУНТ) без очистки от примесей углеродных и металлических наночастиц, и полимера. В качестве полимерного компонента используют термоэластопласт - ДСТ-30Р-01. Соотношение компонентов следующее, мас.%: ДСТ-30Р-01 - 1,1-3,4; индустриальное масло - 2,2-9,4; ОУНТ - 0,001-0,03; битум - остальное. Способ получения вяжущего включает введение при перемешивании в битум полимерного компонента. Причем до введения в битум осуществляют подготовку полимерного компонента путем смешивания ОУНТ с маслом индустриальным при температуре 100-120°C и последующим введением полимера, после чего полученную смесь при перемешивании вводят в битум при 120-160°C. Результатом является получение высокооднородного битумного вяжущего, обладающего высокими физико-механическими свойствами с одновременным сокращением расхода полимера и индустриального масла. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 5 пр.
Изобретение относится к материалам, используемым в дорожном, аэродромном и гражданском строительстве, а именно к полимерно-битумным вяжущим для строительной отрасли, и способам их получения, может быть использовано при устройстве кровель, гидроизоляций и герметичных швов, а также при приготовлении органоминеральных смесей.
Известно вяжущее для дорожных покрытий, получаемое смешением 85-98 мас.% битума, 15-2 мас.% разветвленного или линейного стирольного блок-сополимера при 200°C-250°C в течение 15-40 минут (ЕР №0458386, кл. C08L 95/00, 1972).
Кроме того, известно вяжущее для дорожных покрытий, получаемое путем введения в битум при температуре 80-200°C и непрерывном перемешивании дивинилстирольных блок-сополимеров типа СБС, взятых в количестве 0,1-10% от массы битума в виде 5-25%-ного раствора в легких растворителях (SU, А, 272881).
Названные вяжущие имеют достаточно высокую прочность, эластичность, однако в том случае, когда в вяжущем отсутствует растворитель, не наблюдается хорошее совмещение полимера с битумом, т.е. структура вяжущего негомогенна, несмотря на то, что процесс его получения осуществлялся при температуре 200-250°C. Негомогенная структура вяжущего является причиной образования трещин на дорожном покрытии при температуре ниже минус 10°C.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является вяжущее для дорожного покрытия и способ его получения (патент РФ №2038360, кл. C08L 95/00, 1995), содержащее битум, блок-сополимеры алкадиена и стирола и индустриальное масло при следующим количественном соотношении, мас.%:
| битум | 44,4-98,0 |
| блок-сополимеры алкадиена и стирола | 0,1-22,3 |
| масло индустриальное | 1,9-33,3 |
Причем до введения в битум сополимер смешивают при 80-160°C с индустриальным маслом, после чего полученную смесь при перемешивании вводят при 110-160°C в битум.
Изобретение позволяет получить вяжущее, соответствующее по параметрам требованиям, предъявляемым к вяжущим для дорожного покрытия. Однако полной однородности такого вяжущего достигнуть не удается, поскольку сродство индустриального масла, состоящего в основном из нафтеновых углеводородов, к блок-сополимерам алкадиена и стирола невысокое. Вяжущее обладает сравнительно невысокими значениями растяжимости и эластичности, а также неудовлетворительной адгезией.
Отличительным признаком заявляемого изобретения является получение вяжущего, характеризующегося высокими показателями когезии, эластичности, адгезии, температуры размягчения и низкими показателями температуры хрупкости. Достижение заявленных показателей осуществляется путем изменения вязкости индустриального масла введением в его состав одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ), что позволяет получить обозначенный положительный эффект при уменьшении содержания полимера в полимерном компоненте.
В части способа приготовления полимерно-битумного вяжущего отличительным признаком является получение однородного вяжущего с равномерно распределенным полимером в наноармированной матрице. Результат достигается за счет последовательного многофакторного перемешивания компонентов в процессе приготовления вяжущего.
В основу заявляемого изобретения положены следующие задачи: путем изменения состава и варьирования технологическими параметрами при приготовлении целевого продукта создать равномерно наноармированную матрицу полимерного компонента с последующим его введением в битум и получить высокооднородное битумное вяжущее, обладающее высокими физико-механическими свойствами с одновременным сокращением расхода полимера и индустриального масла.
Техническим результатом заявленного изобретения в части полимерно-битумного вяжущего материала является определение необходимых компонентов, составляющих композицию полимерно-битумного вяжущего материала, а также их соотношения в этой композиции, обеспечивающего достижение указанных выше свойств.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что вяжущее содержит битум и полимерный компонент, состоящий из индустриального масла и полимера, отличающийся тем, что в качестве полимерного компонента содержит полимер класса термоэластопластов (блок-сополимеры бутадиена и стирола типа СБС) - ДСТ-30Р-01, растворитель пластификатор - индустриальное масло, наномодифицированное одностенными углеродными нанотрубками (ОУНТ) без очистки от примесей углеродных и металлических наночастиц при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| ДСТ 30Р-01 | 1,1-3,4; |
| индустриальное масло | 2,2-9,4; |
| ОУНТ | 0,001-0,03; |
| битум | остальное. |
В случае приготовления полимерно-битумного вяжущего, с содержанием компонентов, не входящим в обозначенный выше интервал значений, достижение заявленного технического результата не происходит в связи с тем, что при увеличении содержания ОУНТ в полимерном компоненте вязкость вяжущего нарастает, это приводит к уменьшению его растяжимости и сокращению интервала пластичности.
Составы образцов приготовленных вяжущих приведены в таблице 1, а их характеристики в таблице 2. В таблице 1 приведены данные с одинаковым содержанием растворителя-пластификатора для адекватной сравнительной оценки составов вяжущего и установления влияния ОУНТ.
| Таблица 1 |
| Состав вяжущих |
| №/№ | Состав, масс.% |
| Обр | Битум | Растворитель-пластификатор | Наномодификатор | Стирол-бутадиен-стирол |
| | | Индустриальное масло И-40А | ОУНТ | ДСТ-30Р-01 |
| 1 | 92,970 | 5,0 | 0,3 | 2,0 |
| 2 | 91,970 | 5,0 | 0,03 | 3,0 |
| 3 | 92,998 | 5,0 | 0,002 | 2,0 |
| 4 | 91,998 | 5,0 | 0,002 | 3,0 |
| | 91,999 | 5,0 | 0,001 | 3,0 |
| Таблица 2 |
| Характеристики образцов вяжущего |
| | Образцы вяжущего (№/№) | Требования | Известное |
| Показатели | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ГОСТ Р | вяжущее |
| | | | | | | 52056-2003 | (прототип) |
| | | | | | | ПБВ60 | |
| Глубина проникания иглы, 0,1 мм | | | | | | | |
| при 25°C | 72 | 73 | 69 | 75 | 71 | 60 | 126-151 |
| при 0°C | 40 | 26 | 54 | 57 | 49 | 32 | 70-88 |
| Температура размягчения по кольцу и шару, °C | 59 | 61 | 59 | 63 | 59 | 54 | 51-61 |
| Температура хрупкости по Фассу, °C | -21 | -26 | -27 | -33 | -30 | -20 | (-26)-(-31) |
| Сцепление с | Соответствует образцу №1 | | С мрамором |
| мрамором или | С мрамором - 5 баллов | | - 5 баллов |
| песком* | С песком - 4 балла | | С песком - 4 балла |
| Температура вспышки, °C | 251 | - | 246-260 |
| Растяжимость, см | | | | | | | |
| при 25°C | 37 | 31 | 30,5 | 71 | 75 | 25 | 26-69 |
| при 0°C | 11 | 14 | 14,5 | 16 | 19 | 11 | 21-60 |
| Эластичность, см | | | | | | | |
| при 25°C | 82 | 89 | 90 | 93 | 87 | 80 | 58,1-91,8 |
| при 0°C | 73 | 76 | 85 | 92 | 85 | 70 | 75-82,5 |
| Когезия, кг/см2 | 10 | 11 | 13 | 15 | 10 | - | - |
| Интервал пластичности, °C** | 80 | 87 | 86 | 99 | 89 | - | - |
| * - сцепление с мрамором или песком определяется по ГОСТ 11508-74 |
| ** - интервал пластичности определяется как разность между температурой размягчения и температурой хрупкости |
Как видно, предлагаемое вяжущее превосходит прототип по растяжимости, эластичности, адгезии, температуре хрупкости для всего интервала состава вяжущего; при этом достигается полная однородность вяжущего. Однородность распределения полимера и ОУНТ в полимерном компоненте оценивали по микрофотографиям, рис.1-2.
При приготовлении модифицированного полимерного компонента с содержанием 0,03% ОУНТ наблюдается следующее: содержание полимера в количестве 2% позволяет получить вяжущее с показателями свойств, отвечающими нормативным требованиям, однако эти показатели пограничны, увеличение количества модификатора ОУНТ в смеси изменяет такие свойства вяжущего, как растяжимость и температура хрупкости, в сторону понижения и несоответствия ГОСТ Р 52056-2003. При увеличении содержания полимера до 3% в образце вяжущего №2 показатели пенетрации при 0°C не соответствуют требованиям ГОСТ Р 52056-2003.
Заявляемое вяжущее характеризуется следующими показателями: глубина проникания иглы при 0°C значительно превышает требования ГОСТ Р 52056-2003, более того, разница между этим показателем, определенным при температуре 25 и 0°C у составов №3-№5, невелика и составляет 30-20%.
В соответствии с рекомендациями ГОСТ Р 52056-2003 разница между глубиной проникания иглы при температурах испытания 25 и 0°C составляет 87%, динамика изменения глубины проникания иглы в зависимости от температуры испытания в изобретении, взятом за прототип, составляет 80-70%. Известно, что глубина проникания иглы при 0°C характеризует пластичность вяжущих при низких температурах воздуха и является их эксплуатационной характеристикой, свидетельствующей о деформативности и, следовательно, трещиностойкости асфальтобетона. Таким образом, чем выше глубина проникания иглы в вяжущее при 0°C, тем более морозо- и трещиностойким будет асфальтобетон на его основе.
Анализ температуры хрупкости обосновывает это предположение. Сопоставление данных по эластичности показывает, что при содержании ДСТ 2-3% по массе в полимерной матрице, наноармированной 0,002% ОУНТ, эластичность ПБВ достигает своего наибольшего значения - более 90% при 25°C и более 80% при 0°C.
Значительно меняется когезия полимерного вяжущего. При испытании исходного битума БНД 60/90 величина когезии, определенная на приборе когезиометр (ASTM), составила 8 кг/см2, тогда как вяжущего, приготовленного без модификации ОУНТ и с содержанием полимера, 3%-10 кг/см2.
Дальнейшее уменьшение ОУНТ в вяжущем не дает заявляемого технического результата по причине отсутствия значимого эффекта от наномодификации полимерного компонента.
На примере образцов вяжущего №3 и №4, содержащих 2% и 3% полимера соответственно, можно сделать вывод, что для приготовления ПБВ марки 60, отвечающего требованиям ГОСТ Р 52056-2003, достаточно 2% ДСТ, в то время как по традиционной рецептуре это содержание колеблется в интервале 3-4%. Таким образом, за счет варьирования содержанием масла индустриального и наномодификатора становится возможным уменьшение содержания полимера ДСТ в вяжущем.
Введение в битум полимера в виде раствора позволяет ускорить процесс получения вяжущего, понизить температурный режим процесса получения, обеспечивая образование однородной структуры, требуемую трещиностойкость вяжущего.
Кроме того, заявляемое битумное вяжущее характеризуется температурой вспышки выше 220°C, что исключает взрыво- и пожароопасность при изготовлении и применении такого вяжущего.
Варьирование компонентным составом заявленного битумного вяжущего позволяет регулировать его свойства в заданном направлении (увеличение теплостойкости/хрупкости и т.д.) и успешно использовать его в различных климатических зонах.
Техническим результатом заявленного изобретения в части способа является разработка способа (технологического процесса) однородного распределения ОУНТ и создание наноармированной матрицы полимерного компонента с последующим объединением с битумом. Заявленный способ позволяет получить высокооднородный полимерно-битумный вяжущий материал, обладающий близкими показателями условной вязкости при температурах испытания 25 и 0°C, а также повышенной эластичностью и растяжимостью при низких температурах, широким интервалом пластичности, низкой температурой хрупкости и высокими показателями когезии, адгезии и стабильности свойств. При этом заявленный способ позволяет сократить расход полимера, время приготовления смеси, а также упрощает его получение.
Достижение указанного технического результата в части способа получения полимерно-битумного вяжущего материала обеспечивается тем, что указанный материал получают путем введения при перемешивании в битум полимерного компонента, отличающийся тем, что до введения в битум осуществляют подготовку полимерного компонента. Для его приготовления используют СБС-полимер линейного типа 1,1-3,4 мас.%, который перемешивают с предварительно приготовленным раствором из ОУНТ - 0,001-0,03 мас.% и индустриального масла И-40А - 2,2-9,4 мас.%, диспергированных до однородной массы при температуре 100-120°С. Далее производят смешение полимерного компонента с битумом БНД 60/90 - 87,2-96,7 мас.%, при этом процесс перемешивания осуществляют с поддержанием температуры смеси не более 160°C, в частности, при температуре 120-160°С.
1. Полимерно-битумное вяжущее, содержащее битум и полимерный компонент, состоящий из индустриального масла и полимера, отличающийся тем, что в качестве полимерного компонента содержит полимер класса термоэластопластов - блок-сополимер бутадиена и стирола типа СБС - ДСТ-30Р-01, растворитель-пластификатор - индустриальное масло, наномодифицированное одностенными углеродными нанотрубками (ОУНТ) без очистки от примесей углеродных и металлических наночастиц, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| ДСТ-30Р-01 | 1,1-3,4 |
| индустриальное масло | 2,2-9,4 |
| ОУНТ | 0,001-0,03 |
| битум | остальное. |
2. Способ получения полимерно-битумного вяжущего по п.1, включающий введение при перемешивании в битум полимерного компонента, отличающийся тем, что до введения в битум осуществляют подготовку полимерного компонента путем смешивания ОУНТ с маслом индустриальным при температуре 100-120°C и последующим введением полимера, после чего полученную смесь при перемешивании вводят в битум при 120-160°C.
www.findpatent.ru
Полимерно-битумное вяжущее
Изобретение относится к строительным материалам, а именно в строительстве верхних слоев дорожного полотна.
Известна полимерно-битумная композиция (патент РФ №2258721, МПК C08L 95/00, C09D 195/00, опубл. 20.08.2005), содержащая битум, дивинилстирольный термоэластопласт и пластификатор, дополнительно содержит антиоксидант, в качестве которого использована полиэтилсилоксановая жидкость. Технический результат, по свидетельствам авторов, достигается также за счет того, что при получении полимерно-битумной композиции исходное количество битума делится на две части, первую часть 10-60% от исходного количества предварительно нагретого битума с температурой не ниже 90°C смешивают с пластификатором с использованием высокооборотной мешалки в течение 10-30 минут, полученную смесь догревают до 110°C и вводят дивинилстирольный термоэластопласт и антиоксидант с последующей обработкой на оборудовании с высоким напряжением сдвига при одновременном нагревании до 140-165°C, полученную полимерно-битумную смесь вводят во вторую часть 40-90% от исходного количества битума и диспергируют до получения однородной массы. Данное техническое решение трудно применить в промышленных условиях ввиду того, что гомогенность (однородность) вяжущего существенно зависит от последовательности смешения компонентов и строгого выдерживания температурных и временных режимов. Это приводит к недостаточной повторяемости условий эксперимента в промышленных условиях и, соответственно, не обеспечивает стабильности качества продукции.
Известна композиция (патент РФ №2412223, МПК C08L 95/00, опубл. 20.02.2011), которая содержит битум и полимерный компонент, при этом в качестве битума используется битум кровельный и битум строительный, в качестве полимерного компонента - стирол-бутадиен-стирольный полимер линейного и/или радиального типа. При этом в технологическую цепь включен смеситель-гомогенизатор, отличающийся скоростью вращения ротора 800-10000 об/мин, с величиной капиллярных отверстий или зазора узких щелей - 100-800 мкм.
Предлагаемая технология получения полимерно-битумного вяжущего предусматривает внедрение дорогостоящего и сложного оборудования. При этом использование битума (строительный битум) и полимеров с высокой температурой размягчения существенно усложняет процесс приготовления вяжущего. Возможно забивание капилляров гомогенизатора. Строительный битум значительно хуже совмещается с полимерами типа стирол-бутадиен-стирол. Таким образом, предлагаемое техническое решение трудно реализовать без использования пластификаторов.
Известна композиция (патент РФ №2297990, МПК С04В 26/26, C08L 95/00, опубл. 27.04.2007), в состав которой, помимо битума, полимера и ПАВ, входит индустриальное масло. Использование индустриальных масел приводит к ускоренному старению композиций и требует дополнительных компонентов - ингибиторов окисления.
Наиболее близкой по компонентному составу (прототипом) к предлагаемому полимерно-битумному вяжущему может служить композиция (патент РФ №2138459, МПК С04В 26/00, C08L 95/00, E04D 5/00, опубл. 27.09.1999), содержащая отходы термопластичных полимеров 1,0-69 мас. %, отработанное минеральное масло 10-30 мас. %, битум - остальное.
Недостатком данной композиции является зависимость эксплуатационных характеристик вяжущего от соотношения полимер-пластификатор и необходимость обязательного присутствия последнего.
При этом свойства композиции существенно будут зависеть от качества и природы используемых отходов полимеров, что не обеспечивает постоянства эксплуатационных свойств предлагаемой композиции. По свидетельствам авторов нижний предел содержания пластификатора в композиции составляет 5%. Его количество в меньшей пропорции не позволит осуществить пластификацию битума. Превышение верхнего предела содержания пластификатора в композиции будет способствовать ухудшению адгезионных свойств материала. Кроме того, эксперименты показали, что известная композиция не соответствует требованиям ГОСТ Р 52056-2003.
Задачей изобретения является создание полимерно-битумного вяжущего с улучшенными эксплуатационными характеристиками и возможность использования отходов термопластичных полимеров типа полиэтилентерефталата. Полимерно-битумное вяжущее обладает улучшенными эксплуатационными характеристиками, соответствующими ГОСТ Р 52056-2003.
Техническим результатом по сравнению с прототипом является упрощение технологического процесса (нет высокооборотистых смесителей) и обеспечение однородности композиции. В разработанной композиции смешение ведут с помощью мешалки лопастного типа со скоростью вращения, не превышающей 60 об/мин. При этом нет необходимости измельчать гранулы полимера до указанных размеров, он свободно диспергируется в разогретом битуме, что является преимуществом, так как отпадает необходимость в дорогостоящем гомогенизаторе.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что полимерно-битумное вяжущее, включающее термопластичный полимер и битум, в качестве термопластичного полимера содержит полимерную добавку на основе модифицированного полиэтилентерефталата, полученную путем совместной термохимической деструкции смесей вторичного полиэтилентерефталата (в присутствии олигопропиленгликоля или глицерина) при следующем соотношении компонентов мас.%:
полимерная добавка на основе модифицированного полиэтилентерефталата - 6-9;
битум - остальное.
Предлагаемая композиция не содержит пластификатора, а улучшенная термостабильность полимерно-битумного вяжущего подтверждена экспериментальными данными (относительно малые изменения эксплуатационных показателей после прогрева).
В качестве полимерной добавки используются модифицированный полиэтилентерефталат (олигоэфирный модификатор), полученный путем термохимической деструкции смесей вторичного полиэтилентерефталата в присутствии олигопропиленгликоля или глицерина.
В качестве вторичного полиэтилентерефталата использовались измельченные бытовые бутылки. Полимерную добавку готовят в обогреваемом реакторе с мешалкой в среде инертного газа - азота. Сначала вторичный полиэтилентерефталат (измельченные отходы полиэтилентерефталата) и многоатомный спирт - олигопропиленгликоль (лапрол-202) в процентном соотношении ПЭТФ:олигопропиленгликоль 45:55 мас.% или олигопропилентриол (глицерин) в процентном соотношении ПЭТФ:олигопропилентриол 55:45 мас. % загружают в реактор, расплавляют, затем полученную смесь нагревают до температуры 240-260°C в течение 1-2 часов и после этого охлаждают до 20-25°C.
Таким образом было приготовлено две полимерные добавки: модифицированная полимерная добавка на основе продуктов термохимической деструкции вторичного полиэтилентерефталата в присутствии олигопропиленгликоля (лапрол-202) (далее полимерная добавка-1) с температурой каплепадения 97°C и модифицированная полимерная добавка на основе продуктов термохимической деструкции вторичного полиэтилентерефталата в присутствии олигопропилентриола (глицерин) (далее полимерная добавка-2) с температурой каплепадения 65°C.
Результаты испытаний полимерно-битумного вяжущего с использованием полимерных добавок в различных концентрационных пределах представлены в таблицах 1 и 2.
Предлагаемое изобретение решает следующие поставленные задачи:
- улучшение эксплуатационных характеристик полимерно-битумного вяжущего по сравнению с прототипом (патент РФ №2138459), соответствие нормам ГОСТ Р 52056-2003;
- улучшение технологического решения (отсутствие необходимости введения в технологическую цепочку высокооборотистых смесителей);
- улучшенная гомогенность (однородность) полимерно-битумного вяжущего без использования дополнительного оборудования для измельчения гранул полимерной добавки;
- улучшенная термостабильность (незначительные изменения показателей пенетрации и температуры размягчения по кольцу и шару после прогрева);
- отсутствие необходимости применения пластификатора;
- за счет процесса совместной химической деструкции вторичного полиэтилентерефталата в присутствии олигопропилендиола или глицерина решается проблема усреднения продукта, ввиду чего нет потребности в предварительной подготовке и сортировке полимеров;
- предлагаемый способ получения полимерных добавок решает важную экологическую проблему утилизации вторичных полиэтилентерефталатных отходов. Полученными полимерными добавками можно заменить дорогостоящий стирол-бутадиен-стирольный каучук;
- данное технологическое решение реализуемо в промышленном объеме.
1. Полимерно-битумное вяжущее, включающее термопластичный полимер и битум, отличающееся тем, что в качестве термопластичного полимера оно содержит полимерную добавку на основе модифицированного полиэтилентерефталата, полученную путем совместной термохимической деструкции вторичного полиэтилентерефталата в присутствии олигопропиленгликоля или глицерина, при следующем соотношении компонентов мас.%:полимерная добавка на основе модифицированного полиэтилентерфталата 6-9
битум остальное.
2. Полимерно-битумное вяжущее по п.1, отличающееся тем, что в качестве исходного вторичного полиэтилентерефталата используют бытовые отходы полиэтилентерефталата.
www.findpatent.ru
ПОЛИМЕРНО-БИТУМНОЕ ВЯЖУЩЕЕ (ПБВ) - Гидроизоляционные материалы Рулонная гидроизоляция ЖИДКАЯ РЕЗИНА Геотекстильные материалы
| Полимернобитумное вяжущее (ПБВ) — композиционный материал, получаемый путем смешения и гомогенизации вязких дорожных нефтяных битумов с блоксополимерами типа СБС; пластификаторами и ПАВ. ПБВ — новый материал, превосходящий по характеристикам битумы нефтяные дорожные (БНД), выполняет функцию вяжущего (замещая БНД) при производстве асфальтобетонных смесей применяемых при строительстве, реконструкции, ремонте дорог, мостов и аэродромов. | |
ПРЕИМУЩЕСТВА: ПБВ относительно БНД 1. Увеличение срока службы дорожных покрытий в 2–3 раза, с 6 лет при использование БНД, до 12–18 лет при использовании ПБВ; 1.1. Повышенная деформационная устойчивость. ПБВ относятся к классу эластомеров и поэтому отличаются от БНД: высокой эластичностью (более 70%), широким интервалом пластичности, повышенной прочностью при растяжении, более сильной адгезией с компонентами асфальтобетонной смеси. Эти свойства сохраняются и при низких температурах. В результате, дорожное покрытие построенное с применением ПБВ выдерживает повышенные нагрузки на дорожное полотно и обладает высокой трещиностойкостью при отрицательных температурах и большой цикличности замораживания-размораживания; 1.2. Повышенная коррозионная стойкость дорожных покрытий; 1.3. Снижает вероятность колеобразование на дорогах летом за счет более высокой температуры размягчения. 2. Существенное снижение затрат на эксплуатацию и текущий ремонт дорожных покрытий за счет увеличения срока службы.
3. Дает возможность продлить строительный сезон на 20–30%. Применение разжиженных ПБВ позволяет проводить строительные работы при температурах воздуха до –10°С.
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ: ПБВ в РФ В 1995г была начата реконструкция Московской кольцевой автодороги (МКАД). Согласно комплексу произведенных наблюдений за отдельными участками дороги, и полученным результатам увеличение срока службы покрытий произошло в 2–3 раза (Гохман, Комплексные органические вяжущие материалы на основе блоксополимеров типа СБС, стр. 231).
Расход ПБВ при строительстве 1 км верхнего слоя дорожного покрытия составляет ориентировочно 42 т, при устройстве поверхностной обработки 7 т. (при принятой ширине дороги 7 м). За период с 1995 по 2000 гг. при строительстве дорожных покрытий и устройстве поверхностных обработок было использовано 80 тыс. т ПБВ и охвачен 3000 км дорог. Каждый рубль дополнительных затрат дает не менее 5,12 рублей экономии, а удорожание стоимости всей дорожной одежды на 1км составляет 0,11%.
| | ПБВ 130 | ПБВ 90 | ПБВ 60 | ПБВ 40 | Методы испытания |
| Глубина проникания иглы 0.1 мм, не менеепри 25°С / при 0°С | 130 / 50 | 90 / 40 | 60 / 32 | 40 / 25 | по ГОСТ 11501-78 |
| Температура размягчения по кольцу и шару, °С, не ниже | 49 | 51 | 54 | 56 | по ГОСТ 11506-73 |
| Растяжимость, см, не менее при 25°С / при 0°Сn | 30 / 20 | 30 / 15 | 25 / 11 | 15 / 8 | по ГОСТ 11505-75 |
| Температура хрупкости, °С не выше | -30 | -25 | -20 | -15 | по ГОСТ 11507-78 |
| Эластичность, %, не менее при 25°С при 0°С | 85 75 | 85 75 | 80 70 | 80 70 | п.6.2 ГОСТ 52056-2003 |
| Изменение температуры размягчения после прогрева, °С, не более | 6 | 6 | 5 | 5 | по ГОСТ 18180-72 по ГОСТ 11506-73 с доп. по п.3.3 |
| Температура вспышки, °С, не ниже | 220 | 220 | 230 | 230 | |
| Сцепление с мрамором или песком | Выдерживает по контрольному образцу № 2 | ГОСТ 11508-74 (метод А) |
| Однородность | Однородно | п.6.1 ГОСТ 52056-2003 |
Гарантийный срок хранения ПБВ при температуре окружающей среды — один год со дня изготовления.
www.centerpartner.ru
Полимерно-битумное вяжущее
Изобретение относится к области химии и нефтехимического производства и может быть использовано для применения при строительстве, реконструкции и ремонте дорог, мостов и аэродромов в качестве полимерно-битумного вяжущего. Полимерно-битумное вяжущее (ПБВ) включает битум и мастичную композицию, содержащую асфальт, 94-97-процентный раствор серной кислоты и смесь диеновых углеводородов производства бутадиена и изопрена. Мастичная композиция дополнительно содержит ароматический экстракт селективной очистки нефтяных дистиллятов, образующий в смеси с асфальтом асфальтовую композицию, компоненты которой взяты в соотношении, мас.%: экстракт - 15-20, асфальт - остальное. Мастичная композиция дополнительно содержит полиметилсилоксановую жидкость при следующем соотношении компонентов, мас.%: асфальтовая композиция - 84-88, раствор кислоты - 7-9, смесь диеновых углеводородов производства бутадиена и изопрена - 3,5-6, полиметилсилоксановая жидкость - 1-2. Вяжущее дополнительно включает асфальтовую композицию. Компоненты ПБВ взяты при следующем соотношении, мас.%: мастичная композиция - 20-30, асфальтовая композиция - 30, битум - остальное. Результат заключается в снижении «старения» дорожного покрытия на основе ПБВ и повышении долговечности. 2 з.п. ф-лы, 6 табл.
Изобретение относится к области химии и нефтехимического производства и может быть использовано для применения при строительстве, реконструкции и ремонте дорог, мостов и аэродромов в качестве полимерно-битумного вяжущего.
Полимерно-битумное вяжущее - композиционный материал, получаемый путем компаундирования (смешения) и гомогенизации вязких дорожных нефтяных битумов с блок-сополимерами, пластификаторами и поверхностно-активными веществами (ПАВ), выполняющий функцию вяжущего, замещая традиционные битумы при производстве асфальтобетонных смесей, применяемых при строительстве, реконструкции, ремонте дорог, мостов и аэродромов (ГОСТ Р 52056-2003 «Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блок-сополимеров типа стирол-бутадиен-стирол. Технические условия»).
Известно полимерно-битумное вяжущее (ПБВ), включающее смесь вязкого дорожного битума с полимерами - блок-сополимерами типа стирол-бутадиен-стирол (СБС) в соответствии с ГОСТ Р 52056-2003. Полимерно-битумное вяжущее содержит блок-сополимер в количестве 2-4 мас. % и битум - остальное (Автомобильные дороги: СНиП 2.05 02-85. Приготовление и применение полимерно-битумного вяжущего. Утв. Госстроем СССР: Введ. 01.01.87. - Издание официальное). ПБВ может содержать дополнительные компоненты, например масло индустриальное (патент RU 2038360 С1. Лейтланд В.Г., Юмашев В.М., Гохман Л.М., Лапшин В.А., Броницкий Е.И. Битумное вяжущее для дорожного покрытия и способ его получения. 27.06.1995 г.). При изготовлении ПБВ на основе вязких битумов блок-сополимер добавляют в виде раствора в углеводородных растворителях (ксилол, сольвент, керосин, жидкий битум, гудрон). Для этого блок-сополимер предварительно растворяют в углеводородных растворителях без подогрева (при использовании керосина, ксилола, сольвента) или с незначительным нагревом (при использовании дизтоплива, битума или гудронов) в течение нескольких часов, затем перемешивают с битумом при температуре 90-160°C до получения однородной массы. При изготовлении ПБВ на основе маловязких и жидких битумов блок-сополимер добавляют в виде крошки. При этом крошку блок-сополимера подают непосредственно в котлы с битумом и перемешивают до однородного состояния при максимальной рабочей температуре исходного битума. Процесс приготовления полимерно-битумного вяжущего занимает 8-20 часов. По техническим показателям ПБВ на основе СБС соответствуют требованиям и нормам, указанным в таблице 1. Как видно из таблицы 1, в зависимости от значения пенетрации и других характеристик получаемого ПБВ вяжущие могут быть различных марок. Они получаются различными в зависимости от способа введения и количества введенного блок-сополимера СБС в битумы.
Недостатками данного ПБВ и способа его получения являются длительность изготовления ПБВ, расслоение продукта при длительном хранении и транспортировке, в связи с чем необходимо постоянное перемешивание через каждые 3 часа, большие энергозатраты для поддержание гомогенной среды продукта при Т=160°C. Кроме того, необходимость использования легких растворителей (ксилола, сольвента, керосина) при приготовлении полимерно-битумных вяжущих обуславливает взрыво- и пожароопасность процесса, так как температура вспышки используемых растворителей и полученных вяжущих существенно ниже значения температуры процесса приготовления вяжущего и температуры применения последнего. При подаче блоксополимера в виде крошки не наблюдается хорошего совмещения полимера с битумом, то есть структура вяжущего негомогенна несмотря на температуру его получения - 200-250°C. Негомогенная структура вяжущего приводит в конечном счете к образованию трещин в дорожном покрытии при температуре ниже минус 10°C.
Наиболее близким к заявляемому полимерно-битумному вяжущему является ПБВ «Битад» (ТУ 5623-005-16802026-96 Битумно-асмольное вяжущее для дорожного строительства «Битад». Технические условия), представляющее собой смесь мастики «Асмол» марки В с битумом марки БН 90/130. Оптимальное содержание «Асмола» в битуме БН 90/130 составляет 20±2 мас. % (ТУ 0258-037-16802026-2009 Мастичная композиция для антикоррозионных покрытий «АСМОЛ». Технические условия.). Продукт «Асмол» содержит поликонденсированный битум нефтяной (по ГОСТ 22245-90) или асфальт деасфальтизации гудрона пропаном (АПД) со смесью диеновых углеводородов производства бутадиена и изопрена (Абсорбент А-2) в присутствии серной кислоты, являющейся одновременно и окислителем, и катализатором. Основные характеристики продукта «Асмол» представлены в таблице 2. Технические характеристики ПБВ «Битад», получаемого на основе мастики «Асмол», указаны в таблице 3.
Недостатками данного ПБВ, принятого за прототип, являются длительность изготовления и высокие энергозатраты при производстве продукта. Кроме того, смесь подвержена вскипанию при изготовлении мастичной композиции, что приводит к частому выбраковыванию целевого продукта.
Задачей изобретения является совершенствование состава ПБВ, улучшение технологических параметров, приводящих к повышению выхода продукта, снижению времени протекания и энергозатратности процесса изготовления, повышение конкурентоспособности продукта за счет снижения его себестоимости.
Технический результат заключается в снижении «старения» дорожного покрытия на основе ПБВ, возникающего в результате до окисления ПБВ, и, как следствие, повышении долговечности за счет повышения гомогенизации и отсутствия вскипания в процессе приготовления ПБВ при использовании полиметилсилоксановой жидкости.
Указанный технический результат достигается тем, что полимерно-битумное вяжущее, включающее битум и мастичную композицию, содержащую асфальт, 94-97 процентный раствор серной кислоты h3SO4 и смесь диеновых углеводородов производства бутадиена и изопрена (называемую Абсорбент А-2), согласно решению дополнительно содержит ароматический экстракт селективной очистки нефтяных дистиллятов, образующий в смеси с асфальтом асфальтовую композицию, компоненты которой взяты в соотношении, масс. %:
экстракт - 15-20,
асфальт - остальное;
мастичная композиция дополнительно содержит полиметилсилоксановую жидкость при следующем соотношении компонентов, масс. %;
асфальтовая композиция - 84-88,
раствор серной кислоты - 7-9,
смесь диеновых углеводородов производства бутадиена и изопрена - 3.5-6,
полиметилсилоксановая жидкость - 1-2;
полимерно-битумное вяжущее дополнительно включает асфальтовую композицию, при этом компоненты полимерно-битумного вяжущего взяты при следующем соотношении, масс. %:
мастичная композиция - 20-30,
асфальтовая композиция -30,
битум - остальное.
Использован битум нефтяной дорожный марки БНД 60/90 и полиметилсилоксановая жидкость марки ПМС-100.
Таким образом, для приготовления мастичной композиции, входящей в состав ПБВ, вместо битума или асфальта деасфальтизации гудрона пропаном (АПД) используется асфальт в смеси с ароматическим экстрактом селективной очистки нефтяных дистиллятов, образующий асфальтовую композицию, в которой 15-20 мас. % экстракта, асфальт - остальное. Заявляемый продукт имеет характеристики, приведенные в таблице 4.
В составе мастичной композиции на основе асфальтосмолистых олигомеров использована полиметилсилоксановая жидкость, которая значительно снижает вскипание продукта, тем самым увеличивая объем загрузки реактора и, соответственно, конечный выход продукта.
Заявляемое полимерно-битумное вяжущее получают в две стадии. На первой стадии асфальт перемешивают с ароматическим экстрактом селективной очистки нефтяных дистиллятов и со смесью диеновых углеводородов производства бутадиена и изопрена (абсорбентом Абсорбент А-2) при температуре 100-115°C в течение 15-25 минут, затем в реакционную смесь добавляют полиметилсилоксановую жидкость и прикапывают серную кислоту в течение 10-30 минут. Полученную смесь перемешивают в течение 30-40 минут при температуре 120°C. Затем температуру постепенно повышают до 130°C и перемешивают смесь в течение 30-40 минут, после чего смесь нагревают до 140-145°C и проводят стабилизацию продукта в течение 30-40 минут. Процесс проводится при постоянном перемешивании.
На второй стадии полученную мастику смешивают со смесью битума БНД 60/90 с асфальтовой композицией (смеси асфальта и экстракта) при температуре 130-140°C в течение 30-50 минут. Благодаря более низкой температуре смешения компонентов на второй стадии по сравнению с приготовлением традиционных ПБВ, указанных в примере 1 (по СНиП 2.05 02-85 температура приготовления вяжущих - до 160°C), а также сокращению времени перемешивания компонентов достигается снижение энергозатратности процесса изготовления.
Составы мастик и полученных на их основе ПБВ с техническими характеристиками приведены в таблицах 5 и 6.
Выводы.
1. Использование нового компонента для приготовления модифицированной мастики и, соответственно, ПБВ - смеси асфальта с экстрактом селективной очистки нефтяных дистиллятов - позволяет снизить температуру протекания реакции и, следовательно, энергозатраты при изготовлении заявляемого вяжущего.
2. Использование полиметилсилоксановой жидкости, в частности марки ПМС-100, предотвращает вскипание реакционной смеси и повышает конечный выход продукта, а также увеличивает твердость и растяжимость продукта.
А-2 - смесь диеновых углеводородов производства бутадиена и изопрена, ПМС-100 - полиметилсилоксановая жидкость
Мастика №1 - мастика №5 - мастичные композиции по таблице 5.
1. Полимерно-битумное вяжущее, включающее битум и мастичную композицию, содержащую асфальт, 94-97 процентный раствор серной кислоты h3SO4 и смесь диеновых углеводородов производства бутадиена и изопрена, отличающееся тем, что мастичная композиция дополнительно содержит ароматический экстракт селективной очистки нефтяных дистиллятов, образующий в смеси с асфальтом асфальтовую композицию, компоненты которой взяты в соотношении, мас.%:экстракт - 15-20,асфальт - остальное;мастичная композиция дополнительно содержит полиметилсилоксановую жидкость при следующем соотношении компонентов, мас.%:асфальтовая композиция - 84-88,раствор кислоты - 7-9,смесь диеновых углеводородов производства бутадиена и изопрена - 3,5-6,полиметилсилоксановая жидкость - 1-2;полимерно-битумное вяжущее дополнительно включает асфальтовую композицию, при этом компоненты полимерно-битумного вяжущего взяты при следующем соотношении, мас.%:мастичная композиция - 20-30,асфальтовая композиция - 30,
битум - остальное.
2. Полимерно-битумное вяжущее по п.1, отличающееся тем, что использован битум нефтяной дорожный марки БНД 60/90.
3. Полимерно-битумное вяжущее по п.1, отличающееся тем, что использована полиметилсилоксановая жидкость марки ПМС-100.
www.findpatent.ru