СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОГО БИТУМА Российский патент 2000 года по МПК C08L95/00 C08L53/02 

Предлагаемое изобретение относится к способам получения модифицированных битумов и может быть использовано в дорожном строительстве, а также при строительстве промышленных и гражданских сооружений, а именно: при создании кровель, гидроизоляции, герметиков.

Известен способ получения модифицированного битума, включающий смешение компонентов при 200-250^oC в течение 15-45 минут (ЕРА 0458386).

Известно вяжущее для дорожных покрытий, получаемое путем введения в битум при 80-200^oC 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 272881 А).

При указанных способах получения вяжущие имеют достаточно высокую прочность, эластичность, но, поскольку в вяжущем отсутствует растворитель, нет хорошего совмещения полимера с битумом, т.е. структура вяжущего негомогенна, несмотря на то, что процесс его получения осуществляется при 200-250^oC. Негомогенная структура вяжущего является причиной образования трещин в дорожном покрытии при низких температурах.

Проведенный анализ уровня техники и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к техническому результату отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения модифицированного битума, включающий смешивание блоксополимера при 80-160^oC с маслом индустриальным, после чего полученную смесь вводят при 110-160^oC в битум. (Патент России N 2038360, кл. G 08 L 95/00, 12.10.94 г. Бюлл. N 18, 27.05.95 г. Прототип).

Однако указанный способ получения модифицированного битума осуществляется в две стадии, что значительно увеличивает время его приготовления. Кроме того, в указанном способе получения модифицированного битума предварительное смешивание блоксополимера с индустриальным маслом и последующее введение этого концентрата в битум при 110-160^oC приводит к перерасходу дорогостоящего индустриального масла и не обеспечивает гарантированных показателей модифицированного битума, отвечающих требованиям ОСТа 218.010-98. Данный способ не гарантирует получения качественного вяжущего из любого типа дорожных битумов. Создание концентрата полимера в индустриальном масле с заранее заданным соотношением компонентов (как правило, 10%:90% или 20%:80%) не позволяет при производстве битумного вяжущего изменять соотношение в системе "полимер-масло- битум", что необходимо для получения вяжущего, показатели которого соответствуют требованиям ОСТа. Введение концентрата с заранее заданным соотношением полимера и индустриального масла, приводит при минимально необходимом количестве полимера, равном 3%, к введению в вяжущее от 12 до 30% индустриального масла, что значительно снижает показатель температуры размягчения по Кольцу и Шару и ведет к снижению сопротивления колееобразованию асфальтобетона. Создание концентрата полимера в индустриальном масле требует подвода тепла, что ведет к дополнительным затратам энергии при получении модифицированного битума. Все вышеперечисленное свидетельствует о сложности используемой технологии.

Целью предлагаемого изобретения является повышение качества модифицированного битума и упрощение технологии.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения модифицированного битума, включающем подачу компонентов, их перемешивание в смесителе и выгрузку, перед подачей компонентов в смеситель осуществляют подбор и корректировку состава, а при смешении компонентов одновременно с горизонтальным осуществляют принудительное вертикальное циркуляционное их перемешивание в замкнутом цикле.

Изложенная сущность изобретения достигается тем, что перед подачей компонентов в смеситель предварительно подбирают состав для каждой конкретной марки битума, с анализом его показателей и последующей корректировкой состава до тех пор, пока все показатели не будут соответствовать нормам ОСТа. Полученный откорректированный состав будет пригоден для получения модифицированного битума для всей партии исходного битума. Такой способ подбора и корректировки позволяет исключить перерасход сырьевых компонентов модифицированного битума: дорогостоящего полимера, индустриального масла, а также битума. При этом способе затрачивается от 1 до 3 кг исходных компонентов, т. к. весь процесс осуществляется в объеме мини-смесителя, в то время как при всех известных способах затрачивается от 2 до 5 тонн исходных компонентов с последующей их утилизацией, т.к. подбора и корректировки не предусмотрено. Процесс приготовления модифицированного битума осуществляется в одну стадию при экономии энергозатрат и времени, в отличие от двухстадийной технологии. Получение гомогенного высококачественного модифицированного битума обеспечивается за счет интенсивного смешения компонентов по всему объему смесителя, которое осуществляется путем создания окружных потоков массы - рамной мешалкой, радиально-осевых потоков массы - шнековой мешалкой, а дополнительного вертикального циркуляционного потока - шестеренчатым насосом.

Способ осуществляется следующим образом: битум любой марки, поступающий на производство модифицированного битума, анализируется на соответствие его показателей требованиям ГОСТа 22245-90. В зависимости от значений, полученных в результате анализа, задается первоначальное соотношение компонентов в системе "полимер-масло-битум". В соответствии с этим соотношением определенное количество разогретого до рабочей температуры битума загружается в мини-смеситель (аналог промышленного смесителя), в который затем последовательно вводятся индустриальное масло и дивинилстирольный термоэластопласт.

Сущность заявленного изобретения заключается в том, что данная конструкция установки обеспечивает получение однородной гомогенной массы за счет наличия высокоэффективных перемешивающих устройств и исключает образование застойных зон, за счет наличия в контуре рециркуляционного шестеренного насоса. Получение модифицированного битума осуществляется в одну стадию.

Изложенная сущность изобретения поясняется чертежом, где показана схема установки для получения модифицированного битума.

Установка для получения модифицированного битума содержит раму 1, на которой установлены два попеременно работающих смесителя 2 с перемешивающими устройствами, выполненными в виде планетарного водила 3, размещенного в крышке смесителя, на одном конце которого смонтирована рамная 4, на другом - шнековая 5 мешалки. Каждый смеситель снабжен шестеренным насосом 6, соединенным с ним трубопроводом 7, образующим рециркуляционный контур. Кроме того, установка включает в себя линию подачи сыпучих компонентов, состоящую из элеватора 8, бункера-накопителя 9, шнека-дозатора 10 и устройства 11 для подачи пластификатора и линию выгрузки готового продукта 12.

Установка для получения модифицированного битума работает следующим образом. В смеситель 2 поочередно подаются предварительно нагретый до рабочей температуры битум и пластификатор из устройства 11. После чего включается перемешивающее устройство, выполненное в виде планетарного водила, на одном конце которого размещена рамная, на другом конце - шнековая мешалки. Одновременно начинается подача сыпучего полимера шнеком-дозатором 10. Создающиеся мешалками внутри смесителя 2 окружные, радиальные и осевые потоки способствуют интенсивному диспергированию порошкообразного полимера во всем объеме аппарата без образования агломератов. По окончании подачи полимера в смеситель и его равномерного распределения мешалками, включается шестеренный насос 6, дополнительно установленный и соединенный со смесителем 2 рециркуляционным трубопроводом 7. Дальнейшее интенсивное перемешивание всего объема обеспечивается в горизонтальной плоскости рамной мешалкой 4, а шнековая мешалка 5 создает вертикальные потоки движения всей массы внутри смесителя 2. Дополнительно с помощью шестеренного насоса 6 происходит принудительная циркуляция всего объема смеси по замкнутому контуру и интенсивное растирание и разбивание шестернями насоса 6 всей загруженной массы.

Использование указанной установки для получения модифицированного битума позволяет получать высококачественный однородный гомогенный продукт, пригодный для использования в строительно-дорожной отрасли для производства асфальтобетона, битумных эмульсий, мастик, кровельных материалов и позволяет экономить дорогостоящие сырьевые ресурсы, упрощая при этом конструкцию установки.

Перемешивание компонентов производят при температуре 170-180^oC до образования гомогенной массы, что определяется при взятии проб. После выгрузки готового состава, производится анализ всех его показателей в соответствии с ОСТом 218.010-98. При несоответствии хотя бы одного из показателей полученного модифицированного битума требованиям ОСТа, производится корректировка количества масла и полимера и в соответствии с новым соотношением компонентов производится их смешение в мини-смесителе. Затем снова состав анализируется на соответствие его показателей требованиям ОСТа. Подбор и корректировка состава проводится до тех пор, пока все показатели модифицированного битума не будут соответствовать требованиям ОСТа. Время, необходимое для подбора и корректировки состава, составляет от 1 ч до 1,5 ч. Подобранное соотношение компонентов, гарантирующее высокое качество модифицированного битума, сообщается оператору, обслуживающему промышленный смеситель, для расчета количества загружаемых компонентов.

Ниже приводятся примеры осуществления способа.

Пример N 1
В мини-смеситель загружается обезвоженный нефтяной дорожный битум марки БНД 60/90, взятый в количестве 700 г, нагретый до температуры 170^oC, в который вводится при постоянном перемешивании 38 г индустриального масла с температурой 18^oC. Сразу после ввода масла в эту смесь вводится небольшими порциями 23 г дивинилстирольного термо-эластопласта с размером частиц до 2 мм. Смесь перемешивается при температуре 170^oC в течение 1,5 ч до однородного состояния. Полученный модифицированный битум, имеющий состав 92% битума, 5% индустриального масла и 3% полимера, анализируется на соответствие требованиям ОСТа 218.010-98. При анализе устанавливается, что показатель глубины проникания иглы при 0^oC равен 30 х 0,1 мм, что на 2 единицы меньше, чем требуемое по ОСТу значение. Состав вяжущего корректируется в сторону увеличения индустриального масла с 5% до 6% и в соответствии с новым составом: 91% битума, 6% индустриального масла, 3% полимера производится перемешивание компонентов. При этом к 700 г нагретого до температуры 170^oC битума марки БНД 60/90 добавляется 46 г индустриального масла и 23 г дивинилстирольного термоэластопласта. После перемешивания смеси при температуре 170^oC в течение 1,5 ч производится анализ показателей полученного модифицированного битума, при котором устанавливается, что все показатели соответствуют требованиям ОСТа. Далее, в соответствии с полученным в результате подбора состава соотношением компонентов, производится загрузка промышленного смесителя: в битум БНД 60/90, взятый в количестве 2000 кг, нагретый до температуры 170^oC, вводится при постоянном перемешивании 132 кг индустриального масла, затем небольшими порциями 66 кг полимера. Смесь интенсивно перемешивается, одновременно с горизонтальным осуществляют принудительное вертикальное циркуляционное перемешивание ее в замкнутом цикле при температуре 170^oC в течение 1,5 ч до однородного состояния и выгружается потребителю с гарантией соответствия показателей модифицированного битума нормам ОСТа.

Пример N 2
В обезвоженный нефтяной дорожный битум марки БНД 130/200, загруженный в мини-смеситель в количестве 700 г при температуре 170^oC вводится при непрерывном перемешивании 38 г индустриального масла с температурой 20^oC. Сразу после ввода масла в эту смесь вводится небольшими порциями 23 г дивинилстирольного термоэластопласта. Смесь перемешивается при температуре 180^oC в течение 1 ч до однородного состояния. Полученный модифицированный битум, имеющий состав: 92% битума, 5% индустриального масла и 3% полимера, анализируется на соответствие нормам ОСТа 218.010-98. При анализе устанавливается, что показатель эластичности при 0^oC на 2% ниже требуемого для этой марки модифицированного битума, а показатель глубины проникания иглы при 0^oC на 3 х 0,1 мм ниже нормируемого. Для увеличения того и другого показателя в составе необходимо увеличить как количество индустриального масла, так и количество полимера. Производится корректировка состава в сторону увеличения количества индустриального масла до 7% и увеличение количества полимера до 4%. Таким образом, замешивается состав: 80% БНД 130/200, 7% масла и 4% полимера, для чего в битум, взятый в количестве 700 г при температуре 180^oC, вводится при непрерывном перемешивании 55 г индустриального масла, а затем 31,5 г полимера. Смесь перемешивается при температуре 180^oC в течение 1 ч до однородного состояния и после выгрузки из мини-смесителя анализируется на соответствие показателей модифицированного битума нормам ОСТа. При анализе устанавливается, что все показатели соответствуют требованиям ОСТа. Далее, в соответствии с соотношением компонентов, установленных при подборе и корректировке состава, производится загрузка промышленного смесителя: в битум БНД 120/200, взятый в количестве 2000 кг, нагретый до температуры 180^oC, вводится при непрерывном перемешивании 197,3 кг индустриального масла при температуре 20^oC, затем небольшими порциями 90 кг полимера. При температуре 180^oC смесь интенсивно перемешивается в течение 1 ч до однородного состояния и выгружается потребителю с гарантией качества модифицированного битума.

Пример N 3
В мини-смеситель загружается обезвоженный нефтяной дорожный битум марки БНД 90/130, взятый в количестве 700 г, нагретый до температуры 175^oC, в который вводится при постоянном перемешивании 50 г индустриального масла с температурой 19^oC. Сразу после ввода масла в эту смесь вводится небольшими порциями 27 г дивинилстирольного термоэластопласта. Смесь перемешивается при температуре 175^oC в течение 1 ч 20 мин до однородного состояния. Полученный модифицированный битум, имеющий состав 90% битума, 6,5% индустриального масла и 3,5% полимера, анализируется на соответствие требованиям ОСТа 218.010-98. При анализе устанавливается, что модифицированный битум по всем показателям удовлетворят требованиям ОСТа. После этого производится загрузка компонентов в промышленный смеситель: в битум БНД 90/130, взятый в количестве 2000 кг, нагретый до температуры 175^oC, вводится при постоянном перемешивании 144 кг индустриального масла, затем небольшими порциями 78 кг полимера. Смесь интенсивно перемешивается, одновременно с горизонтальным осуществляют принудительное вертикальное циркуляционное перемешивание ее в замкнутом цикле при температуре 175^oC в течение 1 ч 20 мин до однородного состояния и выгружается потребителю с гарантией соответствия показателей модифицированного битума нормам ОСТа.

Ниже приводится таблица, в которой показаны изложенные выше примеры.

Повышение температуры с 160^oC по сравнению с прототипом до 170-180^oC дает возможность значительно уменьшить время приготовления модифицированного битума и, следовательно, увеличить производительность при промышленном производстве. Кратковременный разогрев битума до температур 175±5^oC не ведет к изменениям его свойств и не влияет на качество производимого модифицированного битума.

Проанализировав приведенные примеры, можно сделать следующие выводы:
проведение процесса получения модифицированного битума в одну стадию, в отличие от двухстадийной технологии прототипа, позволяет экономить энергоресурсы и время;
высокое качество модифицированного битума с гарантированными показателями обеспечивается подбором и корректировкой состава на мини-смесителе и сохраняется постоянным на всю партию битума;
высокая однородность модифицированного битума - один из важнейших его показателей, обеспечивается за счет интенсивного перемешивания компонентов при создании радиально-осевых и окружных потоков перемешиваемой массы с дополнительной вертикальной циркуляцией.

Изобретение относится к способам получения модифицированных битумов и может быть использовано в дорожном строительстве, а также при строительстве промышленных и гражданских сооружений, а именно при создании кровель, гидроизоляции, герметиков. Описывается способ получения модифицированного битума, включающий подачу компонентов - битума, полимера и индустриального масла, их перемешивания в смесителе и выгрузку, отличающийся тем, что перед подачей компонентов в смеситель осуществляют подбор и корректировку соотношения масс битума, полимера и индустриального масла, а перемешивание в смесителе осуществляют путем использования рамной, шнековой мешалок и шестеренчатого насоса, обеспечивающих одновременно горизонтальное и принудительное вертикальное циркуляционное перемешивание в замкнутом объеме смесителя. Технический результат - повышение качества модифицированного битума и упрощение технологии. 1 ил., 1 табл.

Способ получения модифицированного битума, включающий подачу компонентов - битума, полимера и индустриального масла, их перемешивания в смесителе и выгрузку, отличающийся тем, что перед подачей компонентов в смеситель осуществляют подбор и корректировку соотношения масс битума, полимера и индустриального масла, а перемешивание в смесителе осуществляют путем использования рамной, шнековой мешалок и шестеренчатого насоса, обеспечивающих одновременно горизонтальное и принудительное вертикальное циркуляционное перемешивание в замкнутом объеме смесителя.