БИТУМНОЕ ВЯЖУЩЕЕ Российский патент 2012 года по МПК C08L95/00 

Изобретение относится к нефтехимии, конкретно к битумным вяжущим, и может быть использовано при получении асфальтобетонов для дорожных строительных работ.

Известно битумное вяжущее кровельного и гидроизоляционного назначения, включающее битум, полипропилен атактический, полипропилен изотактический, отходы полиэтиленового производства и наполнитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полипропилен атактический 3,5-5 полипропилен изотактический 1,5-2 отходы полиэтиленового производства 0,5-1,5 наполнитель 35-40 битум остальное

см. RU Патент 2235817, МПК D06N 5/00, 2004.

Недостатками данного битумного вяжущего является то, что при его приготовлении изотактический полипропилен залипает на стенках технологического оборудования, что может привести к аварийным ситуациям.

Известно битумное вяжущее для получения асфальтобетонов для дорожного строительства, содержащее битум, бутадиен-стирольный термоэластопласт, индустриальное масло и тяжелые жирные кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум 86-89 бутадиен-стирольный термоэластопласт 2,5-5 индустриальное масло 5,5-7,5 тяжелые жирные кислоты 1-3

см. RU Патент 2297990, МПК C08L 95/00, 2007.

Недостатками известного битумного вяжущего является то, что для его получения бутадиен-стирольный термоэластопласт необходимо предварительно растворять в минеральном масле. Кроме того, данный термоэластопласт достаточно дорогостоящий.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является битумное вяжущее, содержащее битум, низкоокисленный атактический полипропилен средневязкостной молекулярной массы 22000-29000 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум 90,0-99,7 низкоокисленный атактический полипропилен 0,3-10

см. RU Патент 2181733, МПК C08L 95/00, 2002.

Недостатками известного битумного вяжущего являются высокая температура хрупкости, свидетельствующая о невысокой морозостойкости, недостаточная прочность асфальтобетона на его основе и высокий показатель водонасыщения, свидетельствующий о его недостаточной водостойкости.

Задачей изобретения является обеспечение высокими эксплуатационными характеристиками асфальтобетона на основе заявляемого битумного вяжущего, а именно прочностью, водостойкостью и морозостойкостью.

Техническая задача решается тем, что битумное вяжущее, содержащее битум, низкоокисленный атактический полипропилен, дополнительно содержит этерифицированный кремнезем формулы

,

где R - СН₃, или C₂H₅, или i-С₃Н₇, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум 90,0-99,0 низкоокисленный атактический полипропилен 0,5-5,0 указанный этерифицированный кремнезем 0,5-5,0.

Решение технической задачи позволяет получить битумное вяжущее, обеспечивающее высокие экспуатационные характеристики асфальтобетона, а именно повысить прочность асфальтобетона при 20°С в среднем на 5-30%, прочность при 50°С - на 7-30%, понизить водостойкость асфальтобетона на 5-50% и улучшить его морозостойкость на 10-45%.

Кремнезем - диоксид кремния, который может быть модифицирован металлами, полимерами, поверхностно-активными веществами (ПАВ) и др. Кремнезем, поверхность которого модифицирована спиртами, получил название этерифицированный кремнезем. Информация о этерифицированном кремнеземе, используемом в заявляемом объекте, описана в нижеприведенных источниках, см. Химическое модифицирование поверхности минеральных веществ, Г.В.Лисичкин, Соросовский образовательный журнал, №4, 1996. - 52-59 с., см. также книга Р.Айлер "Химия кремнезема": Пер. с англ. - М.: Мир, 1982. Ч.2. - 567 с. Сведения об использовании этерифицированного кремнезема в качестве компонента битумного вяжущего отсутствуют.

Для приготовления битумного вяжущего используют вязкий дорожный битум марок БНД 60/90 и БНД 90/130, низкоокисленный атактический полипропилен с характеристиками, указанными в таблице 1, и этерифицированный кремнезем, формулы

,

где R - СН₃, или С₂Н₅, или i-C₃H₇.

Свойства этерифицированного кремнезема приведены в таблице 2.

Таблица 1 Характеристики низкоокисленного атактического полипропилена ММ Содержание изотактической фракции, % не более t_разм, °C по КиШ Глубина проникания иглы при 25°С, * 0,1 мм Вязкость при 180°С, сП 22000-29000 20,0 99,5 80 200,0

Таблица 2 Характеристики этерифицированного кремнезема Наименование показателей R-СН₃ R-C₂H₅ R-i-С₃Н₇ Внешний вид порошок белого цвета Значение рН водной вытяжки, ед. рН 6,9 7,5 8,1 Гидрофобность, % 87 92 95 Абсорбция дибутилфталата (ДБФ), мл/100 г 171 166 175 Удельная поверхность, м²/г 337 342 346 Размер частиц, нм   5-40  

Изобретение поясняется на примерах. Примеры 1-3 по прототипу с использованием битума, что и в заявляемом объекте, см. таблицу 3.

Пример 1 по прототипу. В металлическую емкость, снабженную мешалкой, электрообогревателем и термометром, загружают 99,50 г (99,50 мас.%) дорожного битума марки БНД 60/90, нагревают емкость до 120°С и выдерживают при этой температуре до полного расплавления битума. Затем при перемешивании добавляют 0,50 г (0,50 мас.%) низкоокисленного атактического полипропилена. Смесь перемешивают 30 минут при той же температуре. У приготовленного битумного вяжущего определяют свойства. Примеры 2, 3, см. таблицу 3, выполняют аналогичным образом, меняя соотношения ингридиентов.

Пример 4 по заявляемому объекту. В металлическую емкость, снабженную мешалкой, электрообогревателем и термометром, загружают 99,00 г (99,00 мас.%) дорожного битума марки БНД 60/90, нагревают стакан до 120°С и выдерживают при этой температуре до полного расплавления битума. Затем при перемешивании добавляют 0,50 г (0,50 мас.%) низкоокисленного атактического полипропилена. Смесь перемешивают 30 минут при 120°С, к полученной смеси добавляют этерифицированный кремнезем в количестве 0,5 г (0,5 мас.%) и перемешивают 30 минут при той же температуре. У приготовленного битумного вяжущего определяют свойства.

Примеры 5-18, за исключением примеров 6, 10, 17, выполняют аналогично примеру 4, меняя соотношения ингридиентов.

Примеры 6, 10, 17 готовят с использованием битума марки БНД 90/130.

Примеры 4-18 соответствуют соотношению ингридиентов в заявляемых пределах их содержания в битумном вяжущем, см. таблицу 3.

Свойства битумного вяжущего определяют согласно ГОСТ 22245-90 «Битумы нефтяные дорожные вязкие». Адгезионную прочность к минеральному материалу определяют по ГОСТ 11508-76 методом А - «пассивное» сцепление, сущность которого заключается в определении способности вязкого битума удерживаться на предварительно покрытой им поверхности минерального материала при воздействии воды. Теплостойкость заявляемых битумных вяжущих оценивают по их температуре размягчения методом КиШ согласно ГОСТ 11506-73. Температура размягчения соответствует верхнему пределу температуры эксплуатации. Температуру хрупкости определяют по методу Фрааса согласно ГОСТ 11507-78. Температура хрупкости - граница перехода из упругопластичного в упругохрупкое реологическое состояние.

Результаты, приведенные в таблице 3, показывают, что заявляемое битумное вяжущее по сравнению с прототипом имеет повышенную теплостойкость, пониженную температуру хрупкости, улучшенную адгезионную прочность к минеральному материалу, а именно примеры 4-9 по сравнению с примером 1 имеют повышенную на 2-10% теплостойкость, пониженную на 6-26% температуру хрупкости; примеры 10-12 по сравнению с примером 2 имеют повышенную на 6-11% теплостойкость, пониженную на 26-46% температуру хрупкости, примеры 13-18 по сравнению с примером 3 имеют повышенную на 2-16% теплостойкость, пониженную на 26-46% температуру хрупкости. Сравнение битумных вяжущих ведется при одинаковом соотношении в составе вяжущего битума и атактического полипропилена. Таким образом, примеры 4-18 демонстрируют расширение температурного интервала эксплуатации битумного вяжущего, а также повышение его адгезии к поверхности минерального материала.

Таблица 3 Свойства битумных вяжущих № примера Состав вяжущего, мас.% Свойства битумного вяжущего t_разм, °C по КиШ Глубина проникания иглы, *0,1 мм, 25°С Растяжи-
мость, см, 25°С t_хруп, °с Адгезия к мин. материалу, в баллах*** 1 Битум +0,5% ОАПП-н* 50 62 63 -15 3 2 Битум +3,0% ОАПП-н 54 61 55 -15 4 3 Битум +5,0% ОАПП-н 55 61 54 -15 4 4 Битум +0,5% ОАПП-н+0,5% Силином БС-300 R1** 51 62 59 -16 4 5 Битум +0,5% ОАПП-н+0,5% Силином БС-300 R2** 52 61 58 -18 4 6 Битум +0,5% ОАПП-н+0,5% Силином БС-300 R3** 53 90 66 -18 4 7 Битум +0,5% ОАПП-н+5,0% Силином БС-300 R1 52 57 56 -18 5 8 Битум +0,5% ОАПП-н+5,0% Силином БС-300 R2 54 56 56 -19 5 9 Битум +0,5% ОАПП-н+5,0% Силином БС-300 R3 55 54 53 -19 5 10 Битум +3,0% ОАПП-н+2,0% Силином БС-300 R1 57 87 64 -19 5 11 Битум +3,0% ОАПП-н+2,0% Силином БС-300 R2 59 54 52 -20 5 12 Битум +3,0% ОАПП-н+2,0% Силином БС-300 R3 60 52 50 -22 5 13 Битум +5,0% ОАПП-н+0,5% Силином БС-300 R1 56 55 54 -19 4 14 Битум +5,0% ОАПП-н+0,5% Силином БС-300 R2 56 53 53 -19 4 15 Битум +5,0% ОАПП-н+0,5% Силином БС-300 R3 57,5 53 52 -20 4 16 Битум +5,0% ОАПП-н+5,0% Силином БС-300 R1 61 53 52 -20 5 17 Битум +5,0% ОАПП-н+5,0% Силином БС-300 R2 63 85 60 -22 5 18 Битум +5,0% ОАПП-н+5,0% Силином БС-300 R3 64 50 49 -24 5 Примечания: * - ОАПП-н - низкоокисленный атактический полипропилен; ** - Силином БС-300 R1, Силином БС-300 R2, Силином БС-300 R3 - марки этерифицированного кремнезема, где R1 - СН₃, R2 - С₂Н₅, R3 - i-С₃Н₇; *** - расшифровка баллов при сцеплении вяжущего с поверхностью минеральной части:
3 - «удовлетворительно», пленкой вяжущего покрыто 75% поверхности частиц гравия;
4 - «хорошо», пленкой вяжущего покрыто 90% поверхности частиц гравия;
5 - пленкой вяжущего покрыто 95% поверхности частиц гравия.

Предлагаемое битумное вяжущее используют для приготовления горячих асфальтобетонных смесей по ГОСТ 9128-97. Испытания асфальтобетонных смесей проводят по общепринятым методикам согласно ГОСТ 12801-98. Состав и свойства асфальтобетонных смесей приведены в таблице 4. Примеры 1-18 таблицы 4 соответствуют составам битумного вяжущего 1-18 таблицы 3.

У асфальтобетонов на основе заявляемого битумного вяжущего повышается прочность, падает показатель водонасыщения. Это объясняется повышением адгезионной прочности заявляемого битумного вяжущего к минеральной части асфальтобетона. Хороший адгезионный контакт между частицами минерального наполнителя и битумным вяжущим исключает внедрение воды в пограничную область раздела фаз.

Таблица 4 Результаты испытаний образцов асфальтобетонных смесей № примера* Предел прочности на сжатие при 0, 20, 50°С и после водонасыщения Коэф-т температурочувствительности К_т=R₀/R₅₀ Коэф-т водостойкости К_вод=R_вод/R₂₀ Водонасыщение W, % R₀, МПа R₂₀, МПа R₅₀, МПа R_вод, МПа 1 9,94 4,12 1,21 3,61 8,21 0,88 1,64 2 8,87 5,00 1,28 4,90 6,93 0,98 1,42 3 9,17 5,17 1,31 5,12 7,00 0,99 1,35 4 9,75 4,31 1,29 3,75 7,56 0,87 1,58 5 9,61 4,50 1,37 3,86 7,01 0,86 1,47 6 9,47 4,64 1,48 4,02 6,40 0,87 1,41 7 8,33 5,32 1,41 5,29 5,91 0,99 1,07 8 8,21 5,42 1,50 5,42 5,47 1,00 0,98 9 8,15 5,53 1,61 5,50 5,06 0,99 0,92 10 7,93 5,36 1,36 5,26 5,83 0,98 0,87 11 7,56 5,77 1,56 5,59 4,85 0,97 0,78 12 7,38 5,92 1,67 5,71 4,42 0,96 0,73 13 9,00 5,29 1,43 5,27 6,30 0,99 1,21 14 8,91 5,41 1,52 5,41 5,86 1,00 1,17 15 8,76 5,49 1,65 5,48 5,31 0,99 1,13 16 7,37 5,71 1,45 5,60 5,08 0,98 0,73 17 7,25 6,14 1,65 5,98 4,39 0,97 0,70 18 7,03 6,33 1,73 6,18 4,06 0,98 0,68 Примечания: * - рецептура асфальтобетонных смесей, мас.%:

Щебень, фракция 2-7 мм - 55;

Песок, фракция 0-3 мм - 45;

Битумное вяжущее - 6;

Средняя плотность образцов - 2,13 г/см³;

Остаточная пористость асфальтобетона - 4 об.%.

Асфальтобетонные смеси на основе заявляемого битумного вяжущего по сравнению с прототипом демонстрируют улучшение свойств, а именно примеры 4-9 по сравнению с примером 1 имеют повышенный на 4-34% предел прочности на сжатие при 20°С, повышенный на 6-33% предел прочности на сжатие при 50°С, пониженное на 3-44% водонасыщение; примеры 10-12 по сравнению с примером 2 имеют повышенный на 7-18% предел прочности на сжатие при 20°С, повышенный на 6-30% предел прочности на сжатие при 50°С, пониженное в 1,63-2 раза водонасыщение; примеры 13-18 по сравнению с примером 3 имеют повышенный на 2-22% предел прочности на сжатие при 20°С, повышенный на 9-32% предел прочности на сжатие при 50°С, пониженное на 10-50% водонасыщение, см. таблицу 4.

Таким образом, заявляемое битумное вяжущее по сравнению с прототипом позволяет повысить прочность асфальтобетона при 20°С в среднем на 5-30%, прочность при 50°С - на 7-30%, понизить водостойкость асфальтобетона на 5-50% и улучшить его морозостойкость на 10-45%.

Поскольку прочность и водонасыщение являются основными показателями, определяющими долговечность асфальтобетонного покрытия, полученные результаты позволяют увеличить межремонтный срок эксплуатации асфальтобетонных дорожных покрытий на основе заявляемого битумного вяжущего. Снижение коэффициента температурочувствительности по сравнению с прототипом почти в 2 раза говорит о повышении деформационной устойчивости дорожных покрытий и повышении их стойкости к растрескиванию при сезонных температурных перепадах. Асфальтобетоны на основе заявляемого битумного вяжущего обладают большей морозостойкостью, так как происходит понижение температуры хрупкости заявляемого вяжущего по сравнению с прототипом, см. таблицу 3.

Таким образом, заявляемый объект позволяет получить асфальтобетон с повышенными прочностными характеристиками, повышенной водостойкостью, стойкостью к сезонным температурным перепадам, а значит и с увеличенным межремонтным сроком эксплуатации дорожных покрытий на его основе.

Изобретение относится к нефтехимии, конкретно к битумным вяжущим, и может быть использовано при получении асфальтобетонов для дорожных строительных работ. Битумное вяжущее содержит битум, низкоокисленный атактический полипропилен и дополнительно этерифицированный кремнезем формулы

,

где R - СН₃, или С₂Н₅, или i-С₃Н₇. Вяжущее получают при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум 90,0-99,0; низкоокисленный атактический полипропилен 0,5-5,0; указанный этерифицированный кремнезем 0,5-5,0. Полученное битумное вяжущее обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики асфальтобетона, такие как повышение прочности и уменьшение показателя водонасыщения. 4 табл., 18 пр.

Битумное вяжущее, содержащее битум, низкоокисленный атактический полипропилен, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит этерифицированный кремнезем формулы
,
где R - СН₃ или С₂Н₅, или i-C₃H₂, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
битум 90,0-99,0 низкоокисленный атактический полипропилен 0,5-5,0 указанный этерифицированный кремнезем 0,5-5,0