АКТИВИРОВАННЫЙ МИНЕРАЛЬНЫЙ ПОРОШОК Российский патент 2002 года по МПК C04B26/26 

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к составам для активирования минеральных порошков, и может быть использовано в дорожном, аэродромном, гидротехническом и других видах строительства.

Для приготовления асфальтобетонных композиций в качестве минерального порошка применяют тонкоизмельченные известняки и доломиты, а также известковые асфальтовые породы. Использование этих материалов позволяет повысить прочность и плотность асфальтобетона. Однако даже незначительное превышение нормы содержания минерального порошка приводит к увеличению хрупкости асфальтобетона и снижению долговечности при низких температурах. Для получения асфальтобетонной смеси повышенного качества минеральный порошок обрабатывают небольшим количеством активирующей смеси, состоящей из битума и поверхностно-активного вещества (ПАВ). В качестве ПАВ применяют гудроны, жирные синтетические кислоты С17-С20, петролатумы и др. (Справочник "Материалы и изделия для строительства дорог". - М.: Трансстрой, 1986, с. 163, 167). Использование таким образом активированного минерального порошка позволяет увеличить плотность, прочность и водостойкость асфальтобетонных смесей. Однако этот состав не обладает долговечностью при низких температурах окружающей среды.

Для улучшения физико-механических свойств асфальтобетона битум используют в сочетании с модифицирующими добавками, в качестве которых используют высокомолекулярные соединения, обеспечивающие способность асфальтобетона к высокоэластичным деформациям. Известно введение в битум при нагревании и непрерывном перемешивании дивинилстирольного блок-сополимера типа СБС, взятого в количестве 0,1-10% от массы битума в органических растворителях типа толуола, дизельного топлива, керосина (авт. свид. СССР 272881, 1969). Недостатком этого состава является взрыво- и пожароопасность процесса получения вследствие использования легких растворителей.

Известен способ получения битумного вяжущего путем перемешивания битума, нагретого до 150-160^oС, каучуксодержащем компонентом в количестве 103% от массы битума в виде раствора в продукте переработки нефти. В качестве продукта переработки нефти используют гудрон, нефтяной шлам или черный соляр (Патент РФ 1694606, 1991). Введение в битум каучуксодержащего компонента в виде раствора позволяет ускорить процесс получения вяжущею, понизить температурный режим процесса получения, но не достигается образование однородной структуры, требуемая трещиностойкость покрытия.

Известно вяжущее для дорожного строительства, содержащее битум, смолу регенерации диметилформамида, сополимер этилена с пропиленом, или сополимер этилена с пропиленом и диеном, или сополимер этилена с винилацетатом, лигнин и растворитель - отработанное моторное масло или тяжелый вакуумный газойль, или трансформаторное масло, или черный соляр битумного производства (Патент РФ 2131896, 1999). Эта композиция обладает хорошей адгезией, эластичностью и низкой температурой хрупкости.

Недостатками являются сложность состава и недостаточно высокая температура размягчения.

Наиболее близким к предлагаемому является состав активированного минерального порошка для асфальтобетонных смесей, содержащий минеральный порошок и активизирующую добавку, включающую поверхностно-активное вещество и битумно-каучуковое вяжущее из битума и раствора этиленпропиленового каучука, продутое воздухом, при следующем соотношении компонентов, вес.%: битумно-каучуковое вяжущее 1-3; поверхностно-активное вещество 1,0-1,1; минеральный порошок (патент РФ 2160238, 2000).

Однако асфальтобетон, полученный с применением активированного порошка по этому изобретению, не обладает достаточными адгезионными свойствами и необходимым температурным интервалом работоспособности дорожного покрытия.

Использование этого состава позволяет повысить устойчивость асфальтобетона к старению, увеличить интервал пластичности, повысить трещиностойкость покрытия, увеличить водостойкость асфальтобетона.

Задачей предлагаемого изобретения является получение качественного, технологичного и удобного в использовании активированного минерального порошка с более высокими физико-механическими свойствами, прочной адгезией, длительностью и надежностью эксплуатации в широком интервале температур.

Поставленная задача решается созданием активирванного минерального порошка, содержащего минеральный наполнитель и активизирующую добавку, включающую ПАВ и битумно-каучуковое вяжущее (БКВ), причем в качестве каучуксодержащего компонента БКВ используют смесь высокомолекулярных и низкомолекулярных каучуков при содержании последних в смеси каучуков 5-50 мас.% при следующем соотношении компонентов, вес.%:
БКВ - 1 - 4
ПАВ - 1 - 2
Минеральный порошок - До 100
Использование смеси высокомолекулярных и низкомолекулярных каучуков при содержании последнего в смеси 5-50 мас.% позволяет существенно повысить физико-механические свойства получаемого асфальтобетона. По-видимому, присутствие в смеси растворенного эластомера с относительно длинной углеводородной цепью, характерной для высокомолекулярного каучука, придает получаемому БКВ эластичность, упругость, термоустойчивость, а низкомолекулярный каучук обеспечивает резкое повышение адгезионных свойств.

Низкомолекулярные каучуки получают в результате термоокислительной деструкции под воздействием высокой температуры и окисления исходного каучука.

Смесь высокомолекулярного и низкомолекулярного каучуков готовят следующим образом. В мазут при 70-120^oС вводят предварительно измельченный до состояния крошки каучук. С помощью перемешивающего устройства в присутствии воздуха при постоянном повышении температуры до 220^oС производят растворение и деструкцию каучука в течение 1-2 ч до полной однородности материала (контролируют внешний вид визуально и вязкость продукта с помощью вискозиметра). После проведения деструктивной обработки температуру снижают до 70-120^oС и добавляют крошку высокомолекулярного каучука того же вида, что и первая, или другой вид каучука, или смесь различных каучуков при условии исключения в композиции сочетания низкомолекулярный - высокомолекулярный этилен-пропилен (диеновый). Далее процесс проводят до полного растворения каучуков.

Битумно-каучуковое вяжущее получают путем введения в предварительно нагретый до 185-195^oС, битум раствора из смеси высокомолекулярного и низкомолекулярного каучуков с одновременной подачей воздуха для продувки композиции в окислительных установках или котлах, снабженных барбатером для подачи воздуха.

Приготовление активированного минерального порошка проводят следующим образом. Минеральный материал подают в сушильный барабан и просушивают при 110-140^oС до содержания влаги в нем 0,5-1%. Затем просушенный минеральный материал и подогретые до 70-80^oС БКВ и ПАВ подают в смеситель для перемешивания. Полученный активированный минеральный материал подают в шаровую мельницу для измельчения в порошок, соответствующий ГОСТ 16557-78. В качестве битума используют битумы нефтяные дорожные марок БНД 60/90 и БНД 90/130 (ГОСТ 22245-90). В качестве высокомолекулярного каучука могут быть использованы синтетические каучуки: этилен-пропиленовый, этилен-пропилен-диеновый, бутиловый, бутадиеновый (дивиниловый), дивинилстирольный и др, и/или отходы производства каучуков. В качестве низкомолекулярного каучука применяют продукты термоокислительной деструкции вышеуказанных каучуков, либо индивидуальных, либо их смеси за исключением этилен-пропилен-(диенового). В смеси каучуков высокомолекулярного и низкомолекулярного могут быть использованы как каучуки одного вида, так и различные за исключением сочетания низкомолекулярный-высокомолекулярный этилен-пропилен-(диеновый). В качестве ПАВ возможно использование неионогенных ПАВ, низкотемпературных смол, анионных ПАВ типа высших карбоновых кислот и др. В качестве минерального порошка могут быть использованы тонкоизмельченные известняки, доломиты, доломитизированные известняки, щебень Уральский (фр. 5-20), песчано-гравийная смесь Камская и др.

Составы активированных минеральных порошков приведены в табл. 1.

Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Щебень фракционного состава 5-20 мм в количестве 945,3 кг подают в сушильный барабан и просушивают при 120^oС до содержания влаги 1%. Битум БНД 90/130 (ГОСТ 22245-90) в количестве 30,7 кг нагревают до 185-195^oС и подают в барботируемый воздухом аппарат для окисления. Раствор смеси каучуков, состоящий из мазута М-100 (ГОСТ 10585-75) - 8 кг низкомолекулярного каучука, продукта деструкции изопренового каучука СКИ-3, (ГОСТ 14925-79) - 0,2 кг и высокомолекулярного каучука этилен-пропилен-диенового СКЭПТ (ТУ 2294-022-05 766801-94) - 0,8 кг, подают на поверхность битума в течение 1 ч с одновременной подачей воздуха с расходом 1 л/мин на 1 кг смеси. Битумно-каучуковое вяжущее интенсивно перемешивают при 185-195^oС. Просушенный щебень, полученное битумно-каучуковое вяжущее и кубовый остаток синтетических жирных кислот (ТУ 38-1-07-54-74) в количестве 15 кг подают в смеситель и перемешивают при 70-80^oС. Полученный активированный материал после охлаждения до 20^oС направляют в шаровую мельницу для измельчения и получения активированного минерального порошка.

Пример 2. Битум БНД 90/130 (ГОСТ 22245-90) в количестве 20 кг нагревают до 185^oС и подают в аппарат для окисления, затем подают туда раствор смеси каучуков в мазуте, состоящий из мазута М-40 (ГОСТ 10585-75) в количестве 4,5 кг; полибутадиенового каучука марки СКД-К (ТУ 2294-073-05766801-98), являющегося в каучуксодержащем компоненте низкомолекулярным каучуком, в количестве 0,25 кг; бутилового каучука БК1675Н (ТУ 2294-034-05766801-95), являющегося высокомолекулярным каучуком, в количестве 0,25 кг.

Тщательно перемешивают при 185^oС при одновременной подаче воздуха через барботер 1 л/мин на 1 кг смеси. Процесс ведут до необходимой точки размягчения. Далее подготовленный щебень в количестве 965 кг, полученное БКВ в количестве 25 кг и ПАВ кубовый остаток синтетических жирных кислот (ТУ 38-1-07054-74) в количестве 10 кг перемешивают в смесителе при 70-80^oС. Полученный активированный минеральный материал при температуре 20^oС измельчают в шаровой мельнице и тем самым получают активированный минеральный порошок.

Составы и свойства БКВ, а также свойства асфальтобетона на основе активированного минерального порошка по примерам 1 и 2 приведены в табл. 2 и 3.

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам и может быть использовано в дорожном, аэдромном, гидротехническом и других видах строительства. Активированный минеральный порошок содержит минеральный порошок, поверхностно-активное вещество и битумно-каучуковое вяжущее, в котором в качестве каучукосодержащего компонента используется смесь высокомолекулярных и низкомолекулярных каучуков при содержании последних в смеси каучуков 5-50 мас. %. Каучуки выбраны из группы, включающей этиленпропиленовый, этилен-пропилен-диеновый, изопреновый, бутадиеновый, бутиловый, бутадиен-стирольный каучук за исключением сочетания низкомолекулярный - высокомолекулярный этилен-пропилен(диеновый) каучук при соотношении компонентов, мас.%: битумно-каучуковое вяжущее 1-4; поверхностно-активное вещество 1-2; минеральный порошок до 100. 3 табл.

Активированный минеральный порошок для асфальтобетонных смесей, содержащий минеральный порошок и активизирующую добавку, включающую поверхностно-активное вещество и битумно-каучуковое вяжущее, отличающийся тем, что в качестве каучукосодержащего компонента битумно-каучукового вяжущего используют смесь высокомолекулярных и низкомолекулярных каучуков при содержании последних в смеси 5-50 мас. %, при этом каучуки выбраны из группы, включающей этиленпропиленовый, этилен-пропилен-диеновый, изопреновый, бутадиеновый, бутиловый, бутадиен-стирольный каучук за исключением сочетания низкомолекулярный-высокомолекулярный этилен-пропилен (диеновый) каучук при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Битумно-каучуковое вяжущее - 1-4
Поверхностно-активное вещество - 1-2
Минеральный порошок - До 100