ВЯЖУЩЕЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПЛАСТОБЕТОНОВ Российский патент 2011 года по МПК C08L95/00 C04B26/26 

Настоящее изобретение посвящено получению вяжущего материала для цветных пластобетонов.

Как правило, при приготовлении подобных вяжущих используют полимерные материалы, состоящие из смолы (полимера), пластификатора (масел) и пигментов. Вяжущие для цветных пластобетонов должны обладать хорошей адгезией к минеральным материалам, обеспечивать необходимую прочность, долговечность. По таким и другим показателям пластобетоны на основе полимерных связующих должны соответствовать дорожным асфальтобетонам.

В связи с этим и требования к цветным пластобетонам и материалам для их приготовления должны соответствовать или быть близкими к требованиям, предъявляемым к асфальтобетонам, но с учетом специфики первых.

Работы по созданию и применению в дорожном строительстве цветных пластобетонов ведутся в нашей стране и во многих других странах, включая крупнейшего скандинавского производителя асфальтобетона компанию NCC - лидера дорожно-строительного рынка Северной Европы. Разработаны составы различных вяжущих, есть некоторый опыт практического использования этих материалов в дорожном строительстве Москвы, Санкт-Петербурга и других городов РФ. Однако широкомасштабного применения цветные дорожные асфальты в нашей стране пока не нашли.

Одна из главных причин, сдерживающих широкое применение цветных бетонов, состоит в дефицитности используемых для их получения материалов, узком спектре вяжущих для цветных бетонов, дороговизне и сложности технологического процесса их приготовления по сравнению с асфальтобетонами на битумном вяжущем. Для выделения цветных участков автомобильной дороги необходим материал на основе органического вяжущего, имеющего светлую окраску, которой можно придать различные оттенки и создать яркие цветные смеси

При изготовлении цветных бетонов известно использование осветленного битума с добавлениями окрашивающего пигмента, Недостатком этого способа является то, что он очень трудоемок, т.к. связан при осветлении вяжущего с необходимостью выделения из битумов темноокрашенных соединений входящих в состав асфальтобетонов (Макаренков В.Н. Цветные дорожные пластобетоны. - Воронеж: изд-во ВГУ, 1975, с.168).

Известны составы цветных смесей, в которых в качестве связующего материала используют неосветленные дорожные битумы. Однако существенным недостатком этого способа является то, что он не позволяет достигать главную задачу - обеспечение ярких цветов, даже за счет введения большого количества пигмента (Сюньи Г.К. Цветной асфальтобетон. - Транспорт. М., 1964, с.50).

Вследствие этого в дорожном строительстве в качестве вяжущих для цветных асфальтобетонов стремятся применять синтетические, полимерные вещества, отличительной особенностью которых является их хорошая окрашиваемость пигментами. В нашей стране и за рубежом в этих целях широко применяются синтетические смолы (эпоксидная, полиэфирная, карбомидная, полиизобутилен, нефтеполимерная, талловый пек и др.).

Поскольку цветные дорожные бетоны по условиям приготовления и применения близки к асфальтобетонам и фактически являются их разновидностью, то и применяемые в этих целях вяжущие должны соответствовать требованиям, предъявляемым к вяжущим, используемым в составе асфальтобетонов, но с учетом специфики первых. По основным показателям свойств (температура размягчения, растяжимость, глубина проникания иглы, адгезия) полимерное вяжущее должно в основном соответствовать вязким дорожным битумам (ГОСТ 22245-90).

Принято считать, что вяжущие для цветных дорожных пластобетонов, приготовляемых по типу горячих асфальтобетонов, по свойствам должны быть близки к нефтяным дорожным битумам марок БНД 90/130 и БНД 130/200. Однако для каждого из этих видов вяжущего требования могут быть несколько иными.

Известен способ приготовления цветной смеси для дорожных покрытий, основным связующим компонентом которой является талловый пек (а.с. SU 1717578 А1, C04B 26/26). Существенным недостатком такого вяжущего является некоторая длительность процесса смешения вяжущего с добавкой (атактическим полипропиленом) 30-50 мин, невысокая температура размягчения 37-45°C, темно-коричневая окраска таллового пека, не позволяющая получать яркие оттенки пластобетонов, и ограниченная возможность использования его в смеси с минеральными материалами (рекомендуются материалы основного характера, исключая кислые).

Известна асфальтобетонная смесь (SU 15287604 C04B 26/26), приготовленная с использованием вяжущего, содержащего таллловый пек, дивинилстирольный термоэластопласт и краситель - алый пигмент. Однако указанное вяжущее имеет недостаточно высокую температуру хрупкости и может быть использовано также только с минеральными материалами основного характера.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является вяжущее для дорожного строительства (см. патент РФ №2119464 «Вяжущее для дорожного строительства»), включающее битум нефтяной дорожный (96-98%), в качестве полимерной структурирующей добавки масляный раствор синтетического полибутадиенового каучука (1,6-3,0%), а также поверхностно-активную добавку НПС - нефтеполимерную смолу (0,4-1,0%).

Существенным недостатком такого способа является то, что наличие вязкого битума - основного компонента вяжущего - не позволяет достигать главную задачу - обеспечение ярких цветов, даже за счет введения большого количества пигмента. Кроме того, недостатком известного вяжущего является не очень высокая температура размягчения, недостаточно низкая температура хрупкости, а следовательно, невысокий интервал пластичности вяжущего, что особенно важно для районов страны с резко континентальным климатом.

Задачей заявляемого изобретения является расширение номенклатуры вяжущих для цветных пластобетонов с повышенной температурой размягчения и пониженной хрупкостью, а также яркостью и стойкостью окраски и упрощенной технологией их приготовления.

Сущность изобретения заключается в том, что вяжущее для дорожных пластобетонов, включающее полимерные компоненты, масляный раствор в индустриальном масле синтетического полибутадиенового каучука СКД (марка П), нефтеполимерную смолу, дополнительно содержит структурирующие полиолефиновые компоненты из вторичного полиэтилена и окисленного атактического пропилена при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Нефтеполимерная смола 43-55 Масляный раствор синтетического   полибутадиенового каучука СКД,   при соотношении в вяжущем:   Индустриальное масло 24-26 Каучук 8-12 Окисленный атактический полипропилен 7-10 Вторичный полиэтилен 6-9

Разработанное вяжущее имеет светлую окраску, ему можно придать различные оттенки и создать яркие цветные пластбетоны для устройства дорожных покрытий специального назначения, обладает хорошим сцеплением с минеральными материалами кислых и основных пород (4-5 баллов, по 5-балльной шкале), высокой температурой размягчения (62-67°C) и пониженной температурой хрупкости на 11-13°C ниже, чем у битумов, соответствуя по физико-механическим показателям требованиям ГОСТ 22245-90 «Битумы нефтяные дорожные вязкие» битумам марки БНД 90/130 (табл.1).

Анализ известных технологических решений показал, что использование нефтеполимерной смолы, полиолефинов (атактического полипропилена, полиэтилена) в составе вяжущих для цветных пластобетонов известно. Однако бетоны, приготовленные с использованием таких вяжущих, отличаются низкой трещиностойкостью. Известно также устройство покрытий с применением вяжущих, модифицированных каучуковыми добавками, растворенными в индустриальном масле. Асфальтобетоны, полученные с использованием подобных битумов, характеризуются повышенной трещиностойкостью, но склонны к колееобразованию (несдвигоустойчивые). Следует также отметить, что сведения о составе вяжущих со светлой окраской, как правило, не раскрываются.

Применение же разработанного комплексного вяжущего с использованием полиолефинов, нефтеполимерной смолы в сочетании с раствором каучука в индустриальном масле обеспечивает вяжущей композиции свойства, которые она проявляет в заявляемом решении, а именно светлую окраску, повышенную температуру размягчения и пониженную температуру хрупкости. Вяжущее обеспечивает получение сдвиго- и трещиностойкого цветного асфальтобетона светлой и яркой окраски с повышенным коэффициентом водостойкости.

Полученная композиция вяжущего использована для приготовления цветного пластобетона. Была подобрана и испытана смесь по зерновому составу, соответствующая типу А по требованиями ГОСТа 9128-97 (табл.2). Готовую композицию вяжущего усредненного состава №3 (табл.1) в количестве 6,5% смешивали при температуре 150-160°C с минеральными материалами кислых пород (щебня из гравия) в количестве 93,5% до полного обволакивания композицией поверхности минерального материала. Испытание смеси показало ее полное соответствие требованиям указанного ГОСТа. Вяжущее обеспечивает получение сдвиго- и трещиностойкого цветного асфальтобетона светлой и яркой окраски с повышенным коэффициентом водостойкости.

Таблица 2 Зерновые составы исходных материалов и подобранный состав минеральной части цветного асфальтобетона Наименование Содержание, % Размер зерен, мм 20 15 10 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 0,071 Исходные материалы                       Отсев дробления фр. 0-10 мм 100 100 100 86,11 9,53 4,13 3,65 3,44 3,31 3,05 2,53 Песок фр. 0-5 мм 100 100 100 99,93 97,48 70,88 57,75 41,85 28,89 19,82 11,99 Минеральный порошок (активир.) 100 100 100 100 100 100 100 99,7 99,5 97,4 81 Состав смеси                     Отсев дробления фр. 0-10 мм 65 65 65 56 6,2 2,7 2,4 2,2 2,2 2 1,6 Песок фр. 0-5 мм 31 31 31 31 30,2 22 17,9 13 9 6,1 3,7 Минеральный порошок (активир.) 4 4 4 4 4 4 4 4 4 3,9 3,2 Количество вяжущего 6,5   Готовая смесь   100 100 91 40,4 28,7 24,3 19,2 15,2 12 8,5 ГОСТ 9128-97 Тип А (непр. зер. сост)   90-100 75-100 62-100 40-50 28-38 20-28 14-20 10-16 6-12 4-10

Характеристика исходных материалов

1. Синтетический каучук ефремовского завода - полибутадиеновый каучук СКД (марка П) В табл.3 приведены показатели его свойств.

Таблица 3 Физико-механические показатели каучука СКД (марка П)   Наименование показателей Требования Результат испытаний 1 Содержание 1,4 цис-звеньев, % 87-93 90 2 Вязкость по Муни МБ 1+4 (100°C) 40-50 46 3 Разброс по вязкости внутри партии, не более 6 4 4 Потеря массы при сушке, % не более 0,4 0,3 5 Массовая доля золы, %, не более 0,3 0,2 6 Массовая доля антиоксиданта, %, золы, % 0,6-1,0 0,7 7 Плотность, г/см³ Около 0,92 0,91 8 Температура стеклования, °C До минус 110 -110 9 Каталитическая система Титан-хлор-иод Титан-хлор-иод

2. Нефтеполимерная смола (Пиропласт-2) выпускается ООО ПКС «АКРИЛ» воронежской области в соответствии с требованиями ТУ 2451-008-49740748 - 2006

Пиропласт 2 - Продукт термической полимеризации фракции С9 пиролиза углеводородов при температуре 250°C и давлении до 1 МПа. Спецификация продукта (усредненные значения):

Нелетучие составляющие 99% Температура размягчения 85-100°C Цвет 60% раствора смолы в уайт-спирите по йодометрической шкале мг I₂/100 мл: 60-80 Кислотное число, мг КОН/г, не более 1 Йодное число, г I₂/100 г 35-60

Свойства: Твердое вещество от желтого до коричневого цвета

Применение: Строительство - в качестве компонента высоковяжущих материалов (для производства ячеистых бетонов, в полировочных пастах, при изготовлении покрытий полов); в качестве эффективной структурообразующей добавки к маловязким битумам и нефтяным остаткам (для производства асфальтобетона).

В работе использовалась смола желтого цвета. Показатели свойств соответствовали указанному ТУ.

3. Окисленный атактический полипропилен. Выпускается в соответствии с ТУ 2211-002-02069318-04. В работе использовался окисленный атактический полипропилен, производимый в г.Томске, ООО «АТАКТИКА». В табл.4 представлены его физико-механические показатели.

4. Вторичный полиэтилен ПЭ. Использовался вторичный полиэтилен как низкой (пленка сельскохозяйственного назначения), так и высокой степени плотности (упаковочный материал). В табл.5 приведены их основные физико-механические характеристики. Вторичный полиэтилен как низкой, так и высокой степени плотности сохраняет достаточно высокие прочностные и деформационные показатели и может использоваться в качестве упрочняющей добавки асфальтобетона (Бонченко Г.А. Асфальтобетон. Сдвигоустойчивость и технология модифицирования полимером. - М: машиностроение, 1994 - 176 с.).

Таблица 5 Физико-механические свойства использованного в работе вторичного полиэтилена № п/п Наименование показателя Значение 1. Предел прочности при растяжении, МПа 9,2 2. Относительное удлинение при разрыве, % 176 3. Морозостойкость, °C 46

5. Индустриальное масло

Индустриальное масло И-40 А производства ООО «Новокуйбышевский завод масел и присадок», отвечающее требованиям ГОСТ 20799-88 «Масла индустриальные, Технические условия», свойства которого приведены в табл.6

Таблица 6 Показатели свойств индустриального масла И-40А № п/п Наименование показателя Норма по ГОСТ Фактически 1. Кинетическия вязкость при 40°C, мм²/с 51-75 70,08 2. Кислотное число, мг КОН на 1 г масла, не более 0,05 0,04 3. Зольность, %, не более 0,005 0,004 4. Массовая доля серы в маслах из сернистых нефтей, не более 1,1 1,02 5. Плотность при 20°C, кг/м³, не более 900 889 6. Температура застывания, °C, не выше -15 -17 7. Цвет на колориметре ЦНТ, единицы ЦНТ, не более 4,5 3,5 8. Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °C, не ниже 200 226   Стабильность против окисления:       - приращение кислотного окисленного масла, не более 0,40 0,37 9. - приращение смол, %, не более 3,0 2,6

Пример. Для экспериментальной проверки заявляемого состава были приготовлены 5 вариантов составов вяжущих для цветного дорожного пластобетона. Приготовление вяжущего производили в следующем порядке.

Смесь измельченного каучука и индустриального масла, нагретая до температуры 140°C, перемешивалась в лабораторной мешалке в течение 0,5 часа до получения вязкой гомогенной массы. Затем отключался нагреватель мешалки и также при перемешивании подавался атактический полипропилен, температура смеси при этом понижалась до 100-120°C, после чего в мешалку вводился вторичный полиэтилен и после перемешивания в полученную композицию подавалась нефтеполимерная смола и смешивалась с остальными компонентами приготовляемого вяжущего до получения однородной консистенции. В табл.1 приведены характеристики полученного вяжущего, испытания которого проводись в соответствии с требованиями ГОСТ 22245-90 «Битумы нефтяные дорожные вязкие». По показателям свойств полученное вяжущее соответствовало марке вязкого нефтяного битума БНД 90/130. С использованием разработанных составов вяжущего (использовался усредненный состав вяжущего №3) и минеральных материалов подобрана и испытана пластобетонная смесь. Подобранный состав смеси и результаты испытаний приведены в табл.7.

Из данных табл.7 следует, что полимерная композиция вяжущего предлагаемого состава обеспечивает получение цветных пластобетонов по всем показателям, удовлетворяющим требованиям ГОСТ 9128-97. Вяжущее обеспечивает получение сдвиго- и трещиностойкого цветного пластобетона светлой и яркой окраски с повышенным коэффициентом водостойкости.

Таблица 7 Физико-механические показатели для цветного дорожного пластобетона Наименование показателей Нормы по ГОСТ 9128-97 для типа А марки 1 Цветная пластобетонная смесь на полимерном вяжущем Для дорожно-климатических зон I II, III IV, V Водонасыщение, % по объему 2,0-5,0 3,82 Предел прочности при сжатии при температуре 20°C, МПа, не менее 2,5 2,5 2,5 3,7 Предел прочности при сжатии при температуре 50°C, МПа, не менее 0,9 1,0 1,1 1,98 Предел прочности при сжатии при температуре 0°C, МПа, не более 9,0 11,0 13,0 8,95 Водостойкость, не менее: плотных асфальтобетонов 0,95 0,90 0,85 0,98 Сдвигоустойчивость по:
коэффициенту внутреннего трения, не менее 0,86 0,87 0,89 0,89 сцеплению при сдвиге при температуре 50°C, МПа, не менее 0,23 0,25 0,26 0,41 Трещиностойкость по пределу прочности на растяжение при расколе при температуре 0°C и скорости деформирования 50 мм/мин, МПа: 3,0-5,5 3,5-6,0 4,0-6,5 4,43 Примечание - при использовании полимерно-битумных вяжущих допускается снижать нормы к сцеплению при сдвиге и пределу прочности на растяжение при расколе на 20%

Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов и может быть использовано для получения вяжущего материала для цветных пластобетонов. Изобретение касается вяжущего для дорожных пластобетонов, включающего светлые полимерные компоненты - масляный раствор в индустриальном масле синтетического полибутадиенового каучука СКД (марка П), нефтеполимерную смолу, дополнительно содержащего структурирующие полиолефиновые добавки из вторичного полиэтилена и окисленного атактического полипропилена при следующем соотношении компонентов, мас.%:

нефтеполимерная смола 43-55; масляный раствор синтетического полибутадиенового каучука СКД при соотношении в вяжущем: индустриальное масло 24-26; каучук 8-12; окисленный атактический полипропилен 7-10; вторичный полиэтилен 6-9.

Технический результат - получение сдвиго- и трещиностойкого цветного пластобетона светлой и яркой окраски с повышенным коэффициентом водостойкости. 7 табл.

Вяжущее для дорожных пластобетонов, включающее светлые полимерные компоненты - масляный раствор в индустриальном масле синтетического полибутадиенового каучука СКД (марка П), нефтеполимерную смолу, отличающееся тем, что дополнительно содержит структурирующие полиолефиновые добавки из вторичного полиэтилена и окисленного атактического полипропилена при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нефтеполимерная смола 43-55 Масляный раствор синтетического   полибутадиенового каучука СКД   при соотношении в вяжущем:   индустриальное масло 24-26 каучук 8-12 Окисленный атактический полипропилен 7-10 Вторичный полиэтилен 6-9