БИТУМНОЕ ВЯЖУЩЕЕ ДЛЯ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК C08L95/00 

Изобретение относится к материалам, используемым при строительстве дорог, конкретнее, к битумным вяжущим для дорожного покрытия и способу его получения.

Изобретение найдет применение при строительстве промышленных и гражданских сооружений, а именно, строительстве кровель, гидроизоляций, герметиков.

Битум и дегти являются традиционно основным вяжущим материалом при строительстве (устройстве) верхнего слоя автострад, мостов, аэродромов. Однако для улучшения их физико-механических свойств, а именно, расширения температурного интервала работоспособности дорожного покрытия, выполняемого с помощью такого материала, понижения хрупкости, т.е. увеличения трещиностойкости и повышения эластичности, битум используют в сочетании с модифицирующими добавками, наполнителями.

В качестве модифицирующих добавок используют, в частности, высокомолекулярные соединения, обеспечивающие способность битума к высокоэластичным деформациям.

Известно битумное вяжущее, содержащее 1-10 мас.частей смеси блоксополимеров и 100 мас.частей битума с пенетрацией 30-130. При этом смесь блоксополимеров содержит от 30 до 94 мас. блоксополимеров, содержащих по меньшей мере один блок из винилароматического углеводорода, типа стирола (30-94 мас.); по меньшей мере один блок (35-75 мас.) в основном из бутадиена с содержанием винильных групп в бутадиеновой части от 15 до 55 мас. и винилароматических углеводородов в количестве от 10 до 35 мас. и 5-70 мас. блоксополимера с по меньшей мере одним блоком из винилароматического углеводорода типа стирола в количестве 10-35 мас. и по меньшей мере одним блоком из изопрена. Названное битумное вяжущее имеет высокую термостойкость наряду с достаточной температурой размягчения, пенетрации, когезионной прочности (JP, А, 3-143961).

Известно также вяжущее для дорожных покрытий, содержащее 85-98 мас. битума, 15-2 мас. разветвленного или линейного битудиенстирольного блоксопо- лимера. Получают такую композицию смешением компонентов при 200-250^оС в течение 15-45 мин (ЕР, А, 0458386).

Кроме того, известно вяжущее для дорожных покрытий, получаемое путем введения в битум при 80-200^оС и непрерывном перемешивании дивинилстирольных блоксополимеров 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 наблюдают хорошего совмещения полимера с битумом, т.е. структура вяжущего не гомогенна несмотря на то, что процесс его получения осуществляется при 200-250^оС. Негомогенная структура вяжущего является причиной образования трещин на дорожном покрытии при температуре ниже минус 10^оС.

Введение в битум полимера в виде раствора позволяет ускорить процесс получения вяжущего, понизить температурный режим процесса получения, обеспечивая образование однородной структуры, требуемую трещиностойкость вяжущего. Однако использование легких растворителей (ксилола, сольвета, керосина, дизтоплива) обуславливают взрыво- и пожароопасность процесса получения вяжущего, так как температура вспышки используемых растворителей и полученных вяжущих существенно ниже значения температуры осуществления процесса получения вяжущего и температуры применения последнего.

Кроме того, с применением указанных растворителей не удается добиться полной однородности вяжущего, что проявляется в неоднозначности показателя температуры хрупкости по Фраасу наличие множества мелких трещин на пластине, покрытой слоем такого вяжущего, вместо одной глубокой трещины, наблюдаемой при нанесении на пластину только битума. Таким образом, неоднородность структуры вяжущего не позволяет нормировать трещиностойкость важнейший эксплуатационный показатель вяжущего.

В основу изобретения положена задача путем изменения состава целевого продукта создать высокооднородное битумное вяжущее, обладающее наряду с высокими физико-механическими свойствами показателем по взрыво- и пожароопасности, сопоставимым с аналогичным показателем битума.

Эта задача решается тем, что битумное вяжущее для дорожного покрытия, содержащее битум и блоксополимеры алкадиена и стирола типа САС, дополнительно содержит индустриальное масло, при этом компоненты содержатся в следующем количестве, мас. Битум 44,4-98,0 Блоксополимеры алкадиена и стирола 0,1-22,3 Масло индустриальное 1,9-33,3
Предлагаемое битумное вяжущее имеет эластичность не менее 75% регулируемую температуру хрупкости, что позволяет обеспечивать требуемую трещиностойкость дорожных покрытий в районах с любыми минимальными зимними температурами. Кроме того, битумное вяжущее характеризуется температурой вспышки выше 220^оС, что исключает взрыво- и пожароопасность при изготовлении и применении такого вяжущего.

Согласно изобретению целесообразно, чтобы в качестве блоксополимеров алкадиена и стирола битумное вяжущее содержало соединение, выбранное из группы, включающей блоксополимеры бутадиена и стирола типа СБС, блоксополимеры изопрена и стирола типа СИС.

Согласно изобретению, целесообразно, чтобы битумное вяжущее содержало, мас. Битум 85,5-81,5 Блоксополимер алкадиена и стирола 2,5-3,5 Масло индустpиальное 12,0-15,0 что позволяет успешно использовать такое вяжущее в Москве и Московской области, так как удовлетворяются требования по теплостойкости и трещиностойкости для данной климатической зоны.

Вариант выполнения изобретения состоит в том, что битумное вяжущее содержит, мас. Битум 65-95 Блоксополимер алкадиена и стирола 2-10 Масло индустриальное 3-25
Вариант выполнения изобретения состоит в том, что битумное вяжущее целесообразно получать способом, включающим введение при перемешивании в битум блоксополимеров алкадиена и стирола, при этом для повышения гомогенности целевого продукта, согласно изобретению, до введения в битум блоксополимер, взятый в количестве 0,1-22,3 мас. смешивают при 110-160^оС с 1,9-33,3 мас. масла индустриального, после чего полученную смесь при перемешивании вводят при 130-160^оС в 44,4-98,0 мас. битума.

Дальнейшие цели и преимущества изобретения станут ясны из последующего подробного описания битумного вяжущего и способа его получения, а также конкретных примеров выполнения битумного вяжущего и осуществления способа его получения.

Предлагаемое вяжущее для дорожного покрытия содержит вязкий дорожный битум, одна из основных характеристик которого, выраженная значением глубины проникания иглы, составляет при 25^оС (40-300) х 0,1 мм.

Содержание такого битума в вяжущем находится в пределах от 44,4 до 98,0 мас.

Согласно изобретению, битумное вяжущее в отличие от чистого битума способно обеспечить стойкость дорожных покрытий к повышенным динамическим нагрузкам на них благодаря тому, что оно по существу является эластомером, т. е. материалом, способным к большим обратимым деформациям. Превращение битума в эластомер обеспечивается введением в битум блок-сополимеров алкадиена и стирола, а именно блок-сополимеров бутадиена и стирола типа СБС и/или блок-сополимеров изопрена и стирола типа СИС. Названные термоэластопласты представляют собой материалы, обладающие в невулканизованном состоянии свойствами сшитых трехмерных структур (резин), а при нагревании до 100-150^оС, обратимо превращающиеся в линейные полимеры, обладающие высокой вязкостью и способностью равномерно распределяться в битумах. Алкадиенстирольные термоэластопласты образуются в результате гомогенной каталитической полимеризации бутиллитием или другими литийорганическими соединениями и представляют собой блок-сополимеры алкадиена и стирола с содержанием стирола 25-60% Молекулярная масса таких термоэластопластов составляет 50000-300000. Содержание блок-сополимеров в предлагаемом вяжущем составляет от 0,1 до 22,3 мас.

Согласно изобретению третьим компонентом битумного вяжущего является масло индустриальное, групповой углеводородный состав одного из образцов которого представлен в табл.1.

Масло индустриальное обеспечивает полную однородность вяжущего, требуемую регулируемую трещиностойкость. При этом предлагаемое индустриальное масло позволяет сохранить температуру вспышки вяжущего на уровне выше 220^оС, т. е. на значении, характером для битума, что исключает взрыво- и пожароопасность при изготовлении и применении вяжущего и, следовательно, не требует никаких специальных мер по технике безопасности на асфальтобетонных заводах, битумных базах, где изготавливают подобное вяжущее.

Масло индустриальное содержится в предлагаемом вяжущем в количестве от 1,9 до 33,3 мас.

В том случае, если содержание битума ниже указанного значения, т.е. менее 44,4% то, согласно проведенным экспериментам, резко ухудшаются технологические свойства вяжущего повышается его вязкость при 160^оС, т.е. при максимально возможной температуре применения вяжущего (при более высокой температуре резко интенсифицируется процесс старения битума).

В том случае, если содержание блок-сополимеров превышает 22,3 мас. затрудняется процесс распределения полимеров в получаемом вяжущем и желаемая однородность целевого продукта не обеспечивается.

В том случае, если масло индустриальное содержится в количестве, превышающем 33,3 мас. то вяжущее имеет недостаточную теплостойкость.

Согласно изобретению, целесообразно битумное вяжущее получать следующим образом.

Блок-сополимеры алкадиена и стирола (0,1-22,3 мас.) смешивают при 80-160^оС с 1,9-33,3 мас. масла индустриального, после чего полученную смесь при интенсивном перемешивании вводят при 110-160^оС в битум, взятый в количестве 44,4-98,0 мас.

Характеристики нескольких составов полученного битумного вяжущего по температуре размягчения, температурному интервалу работоспособности, температуре хрупкости приведены в табл.2,3,4, соответственно.

Подробные испытания вяжущих приготовленных как с предлагаемыми блок-сополимерами, так и с другими блок-со- полимерами типа СБС (марок Финопрен фирмы "Петрофина" и Карифлекс фирмы "Шелл") приведены в табл.5.

Полученные данные свидетельствуют о том, что вяжущее существенно отличается в лучшую сторону от известных вяжущих по теплостойкости, эластичности и трещиностойкости и соответствуют по всем параметрам требованиям, предъявляемым к вяжущим.

Срок службы покрытий, полученных с применением такого вяжущего, увеличивается в 1,5-2 раза.

П р и м е р 1. 0,1 кг блок-сополимера бутадиена и стирола в виде крошки размером 2-5 мм засыпают в емкость, содержащую 1,9 кг масла индустриального, нагретого до 80^оС, и перемешивают до однородного состояния раствора.

Готовый раствор подают в обезвоженный нефтяной дорожный битум, взятый в количестве 98 кг, нагретый до 160^оС и перемешивают смесь до однородности.

Образец полученного продукта подвергают стандартным испытаниям, получают следующие результаты: Температура раз- мягчения по кольцу и шару 49^оС Температура хруп- кости по Фраасу -17^оС Температура вспышки 245^оС Эластичность при 25^оС 75% Эластичность при 0^оС 70%
П р и м е р 2. 1,5 кг масла индустриального подают в обезвоженный нефтяной дорожный битум, взятый в количестве 7,5 кг, нагретый до 110^оС, и осуществляют перемешивание названных компонентов до однородного состояния смеси. Затем в эту смесь вводят небольшими порциями 1,0 кг блок-сополимера изопрена и стирола в виде крошки размером от 2 до 5 мм и перемешивают смесь до однородности. Образец полученного вяжущего подвергают стандартным испытаниям, получают следующие результаты: Температура размяг- чения по кольцу и шару 81^оС Температура хруп- кости по Фраасу -32^оС Температура вспышки 235^оС Эластичность при 25^оС 92% Эластичность при 0^оС 85%
П р и м е р 3. 5 кг блок-сополимера бутадиена и стирола в виде крошки засыпают в емкость, содержащую 20 кг масла индустриального, нагретого до 160^оС и перемешивают до однородного состояния раствора. Полученный раствор подают в обезвоженный нефтяной дорожный битум, взятый в количестве 75 кг, нагретый до 110^оС, и перемешивают смесь до однородности.

Образец полученного вяжущего подвергают стандартным испытаниям, получают следующие результаты: Температура размяг- чения по кольцу и шару 73^оС Температура хрупкости по Фраасу -36^оС Температура вспышки 232^оС Эластичность при 25^оС 87% Эластичность при 0^оС 80%
П р и м е р 4. 33,3 кг масла индустриального подают в обезвоженный нефтяной дорожный битум, взятый в количестве 44,4 кг, нагретый до 160^оС, и перемешивают до однородного состояния смеси. Затем в эту смесь вводят небольшими порциями 22,3 кг блоксополимера бутадиена и стирола в виде крошки размером от 2 до 5 мм, и перемешивают смесь до однородности.

Образец полученного вяжущего подвергают стандартным испытаниям, получают следующие результаты: Температура размяг- чения по кольцу и шару 95^оС Температура хруп- кости по Фраасу -70^оС Температура вспышки 220^оС Эластичность при 25^оС 97% Эластичность при 0^оС 90%

Битумное вяжущее для дорожного покрытия содержит, мас.%: битум 44,4 - 98,0; блоксополимеры алкадиена и стирола типа САС 0,1 - 22,3; масло индустриальное 1,9 - 33,3. Способ получения битумного вяжущего включает смешивание блоксополимера при 80 - 160°С с маслом индустриальным, после чего полученную смесь вводят при 110 - 160°С в битум. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 5 табл.

1. Битумное вяжущее для дорожного покрытия, содержащее битум и блоксополимеры алкадиена и стирола, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит индустриальное масло, при этом названные компоненты содержатся в следующем количестве, мас.

Битум 44,4 98,0
Блоксополимеры алкадиена и стирола 0,1 22,3
Масло индустриальное 1,9 33,3
2. Вяжущее по п.1, отличающееся тем, что в качестве блоксополимеров алкадиена и стирола оно содержит соединение, выбранное из группы, включающей блоксополимеры бутадиена и стирола или блоксополимеры изопрена и стирола.

Битум 65 95
Блоксополимер алкадиена и стирола 2 10
Масло индустриальное 3 25
4. Вяжущее по п.1, отличающееся тем, что оно содержит, мас.

Битум 81,5 85,5
Блоксополимер алкадиена и стирола 2,5 3,5
Масло индустриальное 12 15
5. Способ получения битумного вяжущего, включающий введение при перемешивании в битум блоксополимера алкадиена и стирола, отличающийся тем, что до введения в битум названный блоксополимер, взятый в количестве 0,1-22,3 мас. смешивают при 80-160^oС с 1,9-33,3 мас. масла индустриального, после чего полученную смесь при перемешивании вводят при 110-160^o в 44,4-98,0 мас. битума.