НАНОСТРУКТУРИРУЮЩИЙ МОДИФИКАТОР ДЛЯ АСФАЛЬТОБЕТОНА Российский патент 2011 года по МПК C04B24/36 C04B20/10 B82B3/00 

Предлагаемое изобретение относится к модификаторам на основе углеродных наночастиц для асфальтобетона и может найти применение в строительной промышленности для производства дорожных покрытий.

В связи с новизной темы по модификации асфальтобетонов наноструктурами, в частности углеродными наночастицами, информация о составах и способах получения наноструктурированных асфальтобетонов с помощью намодификаторов не найдена. В качестве аналога изобретения может рассматриваться модификатор для асфальтобетонов, разработанный Орловским государственным техническим университетом [1] и содержащий, мас.%: резиновая крошка 4-6, битум нефтяной дорожный 40-54, продукт экстракции N₁N - диметилформамидом из деасфальтизата тяжелых нефтяных остатков высокомолекулярных гетероатомных компонентов 2-3, моторное масло - остальное.

Модифицирующее действие такого материала направлено только на улучшение ряда свойств самой битумной основы, а следовательно, и асфальтобетонов. Однако данная модификация не повышает адгезию между компонентами асфальтобетона, что является необходимым условием для существенного увеличения износостойких свойств асфальтобетона, а следовательно, при этом не в полной мере реализуется возможность улучшения свойств наноструктурированного асфальтобетона.

Техническим результатом заявленного изобретения является то, что при применении заявленного модификатора достигается более высокая износостойкость асфальтобетонов за счет улучшения свойств не только битумной основы, но и повышения адгезии между компонентами асфальтобетона. Технический результат достигается за счет того, что модификатор представляет собой структуру из равномерно распределенных в битумной или мазутной основе углеродных нанотрубок в количестве 0,2-10 мас.%, технического углерода в количестве 10-20 мас.% и органоглины в количестве 1-20 мас.% Приведенный состав модификатора позволяет наилучшим образом структурировать битумную основу асфальтобетонов и значительно увеличить адгезию основы к дискретным наполнителям асфальтобетона за счет стремления системы «битумная основа асфальтобетона + наноструктуры модификатора + дискретные компоненты асфальтобетона (щебенка, песок и т.п.)» к минимуму свободной энергии. Последнее возможно за счет того, что все наноструктуры обладают высокой свободной энергией за счет развитой поверхности и стремятся к ее уменьшению. Сочетание различных типов наноструктур обеспечивает наилучший результат за счет синергетического усиливающего эффекта.

Сущность изобретения заключается в том, что с целью достижения наилучшего эффекта от модификации используется синергетический эффект от использования различных по типу наноструктур. Модификатор готовится следующим образом. Все компоненты модификатора (углеродные нанотрубки, технический углерод, органоглины) диспергируются в расплаве битума или мазута. Диспергирование осуществляется в ультразвуковой ванне типа «Сапфир» в течение 10 минут при температуре 180°С. Состав модификатора - смеси, подвергаемой ультразвуковой обработке, приведен в Таблице 1.

Таблица 1 Наименование вещества Содержание, мас.% А Б Модификатор на битумной основе Битум 50,00 88,80 Технический углерод (средний размер частиц 10-50 им) 20,00 10,00 Органоглины (межплоскостное расстояние 3 нм) 20,00 1,00 Углеродные нанотрубки (длина 0,2-10 мкм, диаметр 1,0-7,0 нм, число графеновых слоев от 1 до 5) 10,00 0,20 Модификатор на мазутной основе Мазут 50,00 88,80 Технический углерод (средний размер частиц 10-50 нм) 20,00 10,00 Органоглины (межплоскостное расстояние 3 нм) 20,00 1,00 Углеродные нанотрубки (длина 0,2-10 мкм, диаметр 1,0-7,0 нм, число графеновых слоев от 1 до 5) 10,00 0,20

При изменении указанных соотношений компонентов модифицирующего состава (модификатора) эффект от его использования значительно снижается. Снижение модифицирующей способности для модификатора, где все наноструктуры были заменены на углеродные нанотрубки или на органоглины и составляли соответственно 32% и 46% по сравнению с оптимальным составом, приведены в Таблице 1. Под модифицирующей способностью подразумевается увеличение прочности на сжатие модифицированного асфальтобетона по сравнению с немодифицируемым образцом.

Для подтверждения результатов заявленного изобретения изготавливались следующие асфальтобетонные смеси:

1. Смесь 1 - контрольная: битумная основа - 30 мас.%, щебенка - 40 мас.%, песок - 30 мас.%.

2. Смесь 2: битумная основа - 30 мас.%, щебенка - 40 мас.%, песок - 30 мас.%, модификатор на битумной основе - 0,1% от общей массы контрольной смеси.

3. Смесь 3: мазутная основа - 30 мас.%, щебенка - 40 мас.%, песок - 30 мас.%, модификатор на мазутной основе - 0,1% от общей массы контрольной смеси.

Из этих смесей были получены образцы для испытаний. В качестве параметра, характеризующего эффективность модификатора, была выбрана прочность на сжатие и сохранность этого параметра после 50-ти циклов заморозки - разморозки, имитирующих естественный цикл.

Результаты испытаний представлены в Таблице 2 и подтверждают эффективность изобретения:

Таблица 2   Прочность на сжатие, МПа Прочность на сжатие (после 50 циклов заморозки-разморозки), МПа   А Б А Б Смесь 1 (контрольная) 5,6 5,6 4,2 4,2 Смесь 2 8,7 8,4 7,9 7,8 Смесь 3 8,6 8,5 7,8 7,7 Примечание: значение индексов А и Б см. в Таблице 1.

Полезным эффектом от изобретения является увеличение долговечности асфальтобетона, что даст высокий экономический эффект за счет сокращения количества ремонтных работ.

Источник информации

1. [SU 1768548, 15.10.1992, 2 с.] (аналог).

Изобретение относится к модификаторам для асфальтобетона на основе углеродных наночастиц и может использоваться в строительной промышленности для производства дорожных покрытий. Модификатор для асфальтобетона на органической основе содержит органическую основу - битум или мазут, равномерно диспергированные в ней углеродные нанотрубки, технический углерод и органоглину при следующем соотношении компонентов, мас.%: углеродные нанотрубки 0,2-10, технический углерод 10-20, органоглина 1-20, битум или мазут остальное. Технический результат - достижение высокой износостойкости и долговечности асфальтобетонов. 2 табл.

Модификатор для асфальтобетона на органической основе, отличающийся тем, что содержит в качестве органической основы битум или мазут и дополнительно равномерно диспергированные в ней углеродные нанотрубки, технический углерод и органоглину при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углеродные нанотрубки 0,2-10 технический углерод 10-20 органоглина 1-20 битум или мазут остальное