ДОРОЖНОЕ ПОКРЫТИЕ, АСФАЛЬТОВАЯ КОМПОЗИЦИЯ, СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И СПОСОБ УКЛАДКИ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2004 года по МПК C08L95/00 E01C7/20 E01C7/22 

Настоящее изобретение относится к дорожному покрытию, содержащему асфальтовый композиционный материал, к способу приготовления асфальтового композиционного материала, к композиции, состоящей из наполнителя и асфальтового композиционного материала, а также к использованию асфальтового композиционного материала для укладки дорожных покрытий на посадочных площадках летного поля, на полосах автомобильных дорог, выделенных для движения автобусного транспорта, и/или на проезжей части топливозаправочных станций.

Асфальт применяется в качестве связующего компонента в составе асфальтовых смесей, предназначенных для укладки дорожных покрытий. Однако обычно используемые для этих целей асфальтовые композиционные материалы постепенно растворяются при длительном воздействии на них различных масляных фракций нефти, в результате чего происходит размягчение поверхности дорожного покрытия, что может приводить к ускоренной потере им наполнителя. Это явление наблюдается в более заметной степени там, где асфальт гораздо чаще подвергается воздействию масляных фракций нефти, к примеру на посадочных площадках летного поля аэродромов, на полосах автомобильных дорог, выделенных для движения автобусного транспорта, и на проезжей части топливозаправочных станций. В связи с этим проведено было исследование с целью выявления возможностей для повышения сопротивляемости асфальтовых композиционных материалов воздействию масляных фракций нефти.

Было установлено, что асфальтовый композиционный материал, включающий в свой состав окисленный продувкой воздухом асфальт и полимер, содержащий эпоксигруппы, обладает повышенной сопротивляемостью к растворению в масляных фракциях нефти, т. е. происходит растворение меньшего количества асфальта, когда опытный образец этого материала погружают в масляную фракцию нефти.

Настоящее изобретение относится к дорожному покрытию, содержащему асфальтовый композиционный материал, включающий в свой состав окисленный продувкой воздухом асфальт и полимер, содержащий эпоксигруппы, причем указанное дорожное покрытие представляет собой в этом случае такое дорожное покрытие, которое часто подвергается воздействию различных масляных фракций нефти. Более конкретно, таким дорожным покрытием может являться дорожное покрытие на посадочной площадке летного поля аэродрома, на полосах автомобильных дорог, выделенных для движения автобусного транспорта, и/или на проезжей части топливозаправочных станций. Кроме того, настоящее изобретение относится также и к использованию такого асфальтового композиционного материала для укладки дорожных покрытий, которые часто подвергаются воздействию различных масляных фракций нефти.

В публикации WO 96/28513 раскрывается техническое решение, в соответствии с которым асфальтовый композиционный материал, отличающийся более широким рабочим диапазоном температур, получают в результате химической реакции полимера, содержащего соответствующие эпоксигруппы, с асфальтом в присутствии кислоты. В примере Е указывается на то, что нежелательно было бы использовать асфальт, предварительно обработанный кислотой. В описании изобретения указывается на то, что получаемые при этом асфальтовые композиционные материалы пригодны к использованию их для укладки дорожного покрытия в общем.

В описании изобретения к патенту US, A, 5519073 отмечается возможность получения определенных преимуществ при смешивании трехзвенного полимера, образующегося в результате параллельно протекающей химической реакции этилена, нормального бутилакрилата и глицидного сложного эфира с окисленным продувкой воздухом асфальтом, если после этого в полученный состав вводится дополнительно аминный связующий материал в количестве от 0,2 до 2,0 вес.%. Эти композиционные материалы предназначаются для использования их в дорожном строительстве вообще.

Предпочтительно было бы обеспечить возможность получения окисленного продувкой воздуха асфальта, предназначенного для использования в соответствии с настоящим изобретением, посредством приведения асфальта в контакт с кислородом при температуре в пределах между 240 и 340^oС в присутствии кислоты, которая способна вступать в химическую реакцию с асфальтом.

Для проведения обработки посредством продувки в присутствии кислоты могут использоваться все типы асфальта, как встречающиеся в природе в естественном виде, так и получаемые посредством синтеза при осуществлении соответствующих производственных процессов. В рамках описания настоящего изобретения под термином "битум" понимаются те же самые материалы, которые обозначаются термином "асфальт". Никакого различия между этим двумя терминами здесь не предполагается. В число асфальтов, встречающихся в природе в естественном виде, входят такие типы асфальта, как, например, природный горный асфальт и тринидадский асфальт. Получаемый посредством синтеза при осуществлении соответствующих производственных процессов асфальт часто представляет собой побочный продукт различных процессов переработки нефти, и в число асфальтов такого типа входят продутый воздухом асфальт, смешанный асфальт, крекинг-асфальт или остаточный асфальт, нефтяной асфальт, пропановый асфальт, асфальт прямой гонки и термический асфальт.

Асфальтовый композиционный материал, полученный в соответствии с настоящим изобретением, содержит окисленный продувкой воздухом асфальт, который в необязательном порядке применяется в сочетании с другими углеводородными фракциями, к примеру, с такой, как асфальт прямой гонки. В целях уменьшения вязкости получаемого материала в него дополнительно могут вводиться различные остаточные масляные фракции нефти, газойль и/или гудрон одной или более разновидностей. Указанные материалы могут вводиться дополнительно либо в окисленный продувкой воздухом асфальт, либо в асфальтовый композиционный материал, который включает в свой состав полимер, содержащий эпоксигруппы. Предпочтительно было бы, чтобы эти материалы вводились дополнительно в асфальт, окисленный продувкой воздухом. В предпочтительном случае асфальтовый композиционный материал будет иметь весовое процентное содержание окисленного продувкой воздухом асфальта в пределах от 30 до 100%, а в более предпочтительно случае - в пределах между 40 и 100%, исходя из общего количества углеводородных фракций в составе асфальтового композиционного материала.

Предпочтительно было бы также обеспечить и возможность получения окисленного продувкой воздуха асфальта посредством приведения асфальта в контакт с кислородом при температуре в пределах между 240 и 340^oС в присутствии кислоты, которая способна вступать в химическую реакцию с асфальтом.

Кроме того, предпочтительно было бы, чтобы асфальт, который должен быть приведен в контакт с кислородом в присутствии кислоты, имел величину пенетрации в пределах от 50 до 500 дмм при проведении замера по методике D5, предложенной Американским обществом по испытанию материалов, при температуре 25^oС, а предпочтительнее в пределах от 150 до 250 дмм.

В качестве кислоты, в присутствии которой асфальт должен быть приведен в контакт с кислородам, может быть применена любая кислота, которая способна вступать в химическую реакцию с асфальтом при указанной температуре, либо вместо нее могут быть применены любые предшествующие таким кислотам продукты, образующиеся в ходе многостадийных химических реакций. Эти предшествующие продукты превращаются в соответствующие кислоты, которые способны вступать в химическую реакцию с асфальтом, когда создаются условия, необходимые для протекания этой реакции. Предпочтительными химическими соединениями из числа пригодных для использования в этих целях являются одно или несколько соединений, выбираемых из группы, включающей в себя ортофосфорную кислоту, метафосфорную кислоту, алкилфосфиновую кислоту, фосфористую кислоту, окись пятивалентного фосфора, фосфорноватистую кислоту, пирофосфорную кислоту, полифосфорную кислоту, пирофосфиновую кислоту, триметафосфорную кислоту, серную кислоту, борную кислоту, борноватую кислоту, один или несколько алкилзаместителей, содержащих производные этих кислот, в которых алкилзаместитель содержит от 1 до 15 атомов углерода, а также предшествующие этим кислотам продукты, образующиеся в ходе многостадийных химических реакций. При этом наиболее предпочтительно было бы, чтобы такая кислота представляла собой ортофосфорную кислоту метафосфорную кислоту, полифосфорную кислоту и/или окись пятивалентного фосфора.

Способы приготовления соответствующего окисленного продувкой воздуха асфальта, содержащего различные виды асфальта, раскрыты в описании изобретения к Европейскому патенту ЕР-А-459811. В описании изобретения к патенту Великобритании 9802312.0 раскрывается способ, с помощью которого может быть приготовлен такой окисленный продувкой воздухом асфальт, который может быть сам по себе использован в настоящем изобретении.

Предпочтительная разновидность окисленного продувкой воздухом асфальта имеет индекс пенетрации, равный, по меньшей мере, 0. Методика проведения замеров индекса пенетрации описывается в справочном пособии "Промышленное руководство по асфальтам фирмы "Шелл", ISBN-0-95 16625-1-1, 1995, стр.100-104.

Окисленный продувкой воздухом асфальт может содержать дополнительно различные добавки, известные специалисту в данной области как пригодные для использования с этой целью. Если нужно будет получить эмульсию, то тогда в приготавливаемом составе могут присутствовать вода и эмульгатор.

В предпочтительном случае окисленный продувкой воздухом асфальт имеет величину пенетрации в пределах от 15 до 70 при проведении ее замера по методике D5, предложенной Американским обществом по испытанию материалов, а предпочтительнее в пределах от 15 до 40, и еще конкретнее в пределах от 15 до 30 при температуре 25^oС.

Полимер, содержащий эпоксигруппы, представляет собой в предпочтительном случае полимер, рассмотренный в публикации WO-A-96/28513. Кроме того, может также использоваться и отверждаемая смесь, состоящая из полимера, содержащего эпоксигруппы, в сочетании с органической термореактивной смолой, которая также рассматривается в описании изобретения в публикации WO-A-96/28513. Другие предпочтительные полимеры рассматриваются в описании изобретения к патенту США А-5306750.

Предпочтительно было бы, чтобы полимер, содержащий эпоксигруппы, представлял собой полимер, включающий в свой состав
а) 40-90% по весу этена, исходя из общего количества полимера;
б) 0-40% по весу, исходя из общего количества полимера, какого-либо мономера, выбираемого из группы, включающей в себя ненасыщенные одноосновную и двухосновную карбоновые кислоты, имеющие 3-20 атомов углерода, сложные эфиры таких кислот, сложные виниловые эфиры насыщенных карбоновых кислот, в которых кислотная группа имеет от 1 до 18 атомов углерода, акрилонитрил, метакрилонитрил, альфа-олефины, имеющие 3-20 атомов углерода, норборнин и виниловые ароматические соединения, а также
в) 0,1-15% по весу, исходя из общего количества полимера, какого-либо этиленненасыщенного мономера, имеющего 4-21 атом углерода и содержащего эпоксигруппу.

Кроме того, предпочтительно было бы также, чтобы этот полимер представлял собой трехзвенный полимер этена, акрилата и глицидилакрилата.

К тому же предпочтительно было бы также, чтобы полимер, содержащий эпоксигруппы, был смешан с растворителем перед тем, как привести его в контакт с окисленным продувкой воздухом асфальтом. Предпочтительными растворителями являются вода, остаточные масляные фракции нефти, газойлевые фракции нефти и гудроны. В наиболее предпочтительном случае полимер, содержащий эпоксигруппы, смешивается с гудроном, а более конкретно с газойлевым гудроном.

Асфальтовый композиционный материал в предпочтительном случае представляет собой такой асфальтовый композиционный материал, который может быть получен посредством приведения окисленного продувкой воздухом асфальта в контакт с полимером, содержащим эпоксигруппы, при температуре, находящейся в пределах между 120 и 195^oС, а предпочтительнее при температуре, находящейся в пределах между 140 и 180^oС. Эта химическая реакция будет обычно осуществляться под давлением окружающей среды.

Предпочтительно было бы, чтобы асфальтовый композиционный материал имел весовое процентное содержание окисленного продувкой воздухом асфальта в пределах между 95 и 99,9% и весовое процентное содержание полимера, имеющего в своем составе эпоксигруппы, в пределах между 0,1 и 5%, при этом весовое процентное содержание этих компонентов указано, исходя из общего количества соответственно окисленного продувкой воздухом асфальта и полимера, имеющего в своем составе эпоксигруппы. Однако более предпочтительно было бы, чтобы асфальтовый композиционный материал имел весовое процентное содержание окисленного продувкой воздухом асфальта в пределах между 95 и 99,8% и весовое процентное содержание полимера, имеющего в своем составе эпоксигруппы, в пределах между 0,2 и 5%.

Предлагаемое дорожное покрытие будет в большинстве случаев дополнительно содержать наполнитель.

Кроме того, настоящее изобретение относится также и к композиции, состоящей из наполнителя и асфальтового композиционного материала, имеющего весовое процентное содержание окисленного продувкой воздуха асфальта в пределах между 95 и 99,9% и весовое процентное содержание полимера, имеющего в своем составе эпоксигруппы, в пределах между 0,1 и 5% при определении указанных показателей, исходя из общего количества смеси, которая содержит также от 0 до менее 0,2% по весу аминного связующего материала при определении этого показателя, исходя из общего количества смеси.

Аминный связующий материал добавляют в композицию для предотвращения потери адгезии асфальта к наполнителю.

В качестве аминного связующего материала может быть использован материал типа диамина или амидоамина
(RNH-CH₂СН₂СН₂NН₂ или RCONH(CH₂CH₂NH₂)₃СН₂CH₂NH₂,
где R представляет собой алкильную группу).

Помимо этого, настоящее изобретение относится также и к способу приготовления асфальтового композиционного материала, имеющего весовое процентное содержание окисленного продувкой воздухом асфальта в пределах между 95 и 99,9% и весовое процентное содержание полимера, имеющего в своем составе эпоксигруппы, в пределах между 0,1 и 5% при определении указанных показателей, исходя из общего количества этой смеси, которая содержит также от 0 до менее 0,2% по весу аминного связующего материала при определении этого показателя, исходя из общего количества смеси, причем указанный способ предусматривает приведение асфальта в контакт с кислородом при температуре, находящейся в пределах между 240 и 340^oС, в присутствии кислоты, которая способна вступать в химическую реакцию с асфальтом, с последующим приведением окисленного продувкой воздухом асфальта при температуре, находящейся в пределах между 120 и 195^oС, в контакт с полимером, содержащим эпоксигруппы.

Дорожное покрытие, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, будет в большинстве случаев содержать наполнитель, а также - но в необязательном порядке - дополнительные обычные добавки. Если в составе дорожного покрытия имеется наполнитель, то тогда дорожное покрытие, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, будет в предпочтительном случае иметь весовое процентное содержание наполнителя в пределах между 90 и 99% и весовое процентное содержание асфальтового композиционного материала в пределах от 1 до 10%, исходя из общего количества наполнителя и асфальтового композиционного материала.

ПРИМЕРЫ
Окисленный продувкой воздухом асфальт был приготовлен посредством добавления 1,8% по весу фосфорной кислоты к асфальту, имеющему величину пенетрации, равную 200 дмм, с последующей продувкой полученной смеси при температуре 275^oС с тем, чтобы получить окисленный продувкой воздухом асфальт, имеющий величину пенетрации в пределах от 60 до 30 и индекс пенетрации, равный 4. Окисленный продувкой воздухом асфальт был смешан с гудроном, асфальтом прямой гонки и тяжелым газойлем. Полученный при этом основной асфальт имел весовое процентное содержание окисленного продувкой воздухом асфальта, равное 54%, величину пенетрации, равную 200 пен.ед., и индекс пенетрации, составляющий +0,8.

Основной асфальт был смешан с полимером посредством измельчения с приложением большого усилия сдвига при температуре 180^oС.

При этом применены были следующие полимеры:
сополимер этена и бутилакрилата, имеющий весовое процентное содержание бутилакрилата, равное 35%;
трехзвенный полимер, имеющий весовое процентное содержание бутилакрилата, равное 28%, и весовое процентное содержание глицидилакрилата, равное 5%, а остальное количество в нем - это этен;
трехзвенный полимер, имеющий весовое процентное содержание метилакрилата, равное 24%, и весовое процентное содержание глицидилметакрилата, равное 8%, а остальное количество в нем - это этен.

Образец основного асфальта с полимером был подготовлен к испытаниям в соответствии с методикой Маршалла RAW 57. Этот образец для испытаний погружен был в стеклянный химический стакан, который был наполнен керосином в достаточном количестве для того, чтобы асфальтовый образец полностью погрузился в керосин. По истечении периода времени продолжительностью 24 часа этот испытуемый образец был вынут из керосина и просушивался в вытяжном шкафу с вентиляцией, где находился до тех пор, пока вес его больше уже не изменялся. Разность в весовых показателях для асфальтового испытуемого образца по результатам замера, проведенного до и после выдерживания его в керосине, принята в качестве критерия для оценки сопротивляемости воздействию керосина.

Потери в весе (вес.%):
Полимер (% по весу отсутствует) - 6,6
Сополимер этена и бутилакрилата (1%) - 6,6
Трехзвенный полимер бутилакрилата, глицидилакрилата и этена (1%) - 1,3
Трехзвенный полимер метилакрилата, глицидилметакрилата и этена (1%) - 0,8

Изобретение относится к дорожному покрытию, содержащему асфальтовый композиционный материал, в состав которого входят окисленный продувкой воздухом в присутствии кислоты асфальт и полимер, содержащий эпоксигруппы, причем указанное дорожное покрытие представляет собой такое дорожное покрытие, которое часто подвергается воздействию масляных фракций нефти, а более конкретно - к дорожному покрытию, укладываемому на посадочных площадках летного поля аэродромов, на полосах автомобильных дорог, выделенных для движения автомобильного транспорта, и/или на проезжей части топливозаправочных станций, а также к способу приготовления такого асфальтового композиционного материала, к смеси, состоящей из наполнителя и асфальтового композиционного материала указанного типа. Данный асфальтовый композиционный материал предназначен предпочтительно для укладки дорожного покрытия, которое часто подвергается воздействию масляных фракций нефти. Дорожное покрытие содержит полимер с эпоксигруппами в пределах 0,1-5%. 4 с. и 7 з.п. ф-лы.

1. Дорожное покрытие, стойкое к воздействию керосина, содержащее асфальтовый композиционный материал, в состав которого входит окисленный продувкой воздухом в присутствии кислоты асфальт и полимер, содержащий эпоксигруппы, причем указанное дорожное покрытие представляет собой такое дорожное покрытие, которое часто подвергается воздействию масляных фракций нефти.2. Дорожное покрытие по п.1, отличающееся тем, что оно представляет собой покрытие на посадочных площадках летнего поля аэродромов, на полосках автомобильных дорог, выделенных для движения автобусного транспорта, и/или на проезжей части топливозаправочных станций.3. Дорожное покрытие по п.1 или 2, отличающееся тем, что окисленный продувкой воздухом асфальт имеет индекс пенетрации, равный, по меньшей мере, 0.4. Дорожное покрытие по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что окисленный продувкой воздухом асфальт получают посредством приведения асфальта в контакт с кислородом при температуре в пределах между 240 и 340°С в присутствии кислоты, которая способна вступать в химическую реакцию с асфальтом.5. Дорожное покрытие по любому одному из пп.1-4, отличающееся тем, что асфальтовый композиционный материал получен посредством приведения окисленного продувкой воздухом асфальта при температуре, находящейся в пределах между 120 и 195°С, в контакт с полимером, включающим в свой состав эпоксигруппы.6. Дорожное покрытие по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что полимер, содержащий эпоксигруппы, представляет собой полимер, включающий в свой состав а) 40-90% по весу этена, исходя из общего количества полимера, б) 0-40% по весу - исходя из общего количества полимера - какого-либо мономера, выбираемого из группы, включающей в себя ненасыщенные одноосновную и двухосновную карбоновые кислоты, имеющие по 3-20 атомов углерода, сложные эфиры таких кислот, сложные виниловые эфиры насыщенных карбоновых кислот, в которых кислотные группы имеют от 1 до 18 атомов углерода, акрилонитрил, метакрилонитрил, альфа-олефины, имеющие по 3-20 атомов углерода, норборнин и виниловые ароматические соединения, а также в) 0,1-15% по весу - исходя из общего количества полимера - какого-либо ненасыщенного этиленом мономера, имеющего 4-21 атом углерода и содержащего эпоксигруппу.7. Дорожное покрытие по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что окисленный продувкой воздухом асфальт имеет величину пенетрации в пределах от 15 до 70 дмм при проведении ее замера по методике В5, предложенной Американским обществом по испытанию материалов, при температуре 25°С.8. Дорожное покрытие по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что оно имеет весовое процентное содержание наполнителя в пределах от 90 до 99% и весовое процентное содержание асфальтового композиционного материала в пределах от 1 до 10%, исходя из общего количества наполнителя и асфальтового композиционного материала.9. Композиция, содержащая наполнитель и асфальтовый композиционный материал, имеющий весовое процентное содержание окисленного продувкой воздухом в присутствии кислоты асфальта в пределах между 95 и 99,9% и весовое процентное содержание полимера, имеющего в своем составе эпоксигруппы, в пределах между 0,1 и 5% при определении указанных показателей, исходя из общего количества указанной композиции, которая содержит также от 0 до менее 0,2% по весу аминного связующего материала при определении этого показателя, исходя из общего количества указанной смеси.10. Способ приготовления асфальтового композиционного материала, имеющего весовое процентное содержание окисленного продувкой воздухом асфальта в пределах между 95 и 99,9%, и весовое процентное содержание полимера, имеющего в своем составе эпоксигруппы, в пределах между 0,1 и 5% при определении указанных показателей, исходя из общего количества указанной смеси, которая содержит также от 0 до менее 0,2% по весу аминного связующего материала при определении этого показателя, исходя из общего количества указанной смеси, причем указанный способ предусматривает приведение асфальта в контакт с кислородом при температуре, находящейся в пределах между 240 и 340°С, в присутствии кислоты, которая способна вступать в химическую реакцию с асфальтом, с последующим приведением окисленного продувкой воздухом асфальта при температуре, находящейся в пределах между 120 и 195°С, в контакт с полимером, имеющим в своем составе эпоксигруппы.11. Способ укладки дорожного покрытия, стойкого к воздействию керосина, с использованием битумной композиции, отличающийся тем, что при укладке дорожного покрытия, подверженного частому воздействию масляных фракций нефти, используют композицию содержащую окисленный продувкой воздухом в присутствии кислоты асфальт и полимер, содержащий в своем составе эпоксигруппы.