МОДИФИКАТОР АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ ГРАНУЛИРОВАННЫЙ Российский патент 2013 года по МПК C04B22/00 C04B26/26 

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам и может быть использовано при устройстве покрытий автомобильных дорог, мостов, аэродромов во всех климатических зонах.

Известен резиносодержащий полимерный модификатор битума, включающий битум, полиэтилен, резиновую крошку, использующий в качестве пластифицирующей добавки мазут и в качестве девулканизирующего неорганического соединения известь строительную (патент РФ №2266934).

Недостатком известного резиносодержащего модификатора является высокое содержание в нем дорогостоящего битума (до 62%) и изготовление модификатора в виде гранул малого размера, составляющих в диаметре 0,5-0,6 мм, затрудняющего условия работы, а также сложная технология приготовления модификатора. Кроме того, длительный нагрев битума с резиновой крошкой приводит к старению битума.

Известна асфальтобетонная смесь с модифицирующей добавкой и нефтяным вязким битумом, в которой в качестве полимерно-структурирующей добавки используется резиновый термоэластопласт и дополнительно поверхностно-активная пластифицирующая добавка - таловый пек, выполняющие вместе функцию модифицирующей добавки (патент РФ №2196750).

Недостатком известного решения является необходимость изменения технологии производства асфальтобетонной смеси и применение дополнительного оборудования на асфальтобетонном заводе, а также невысокие эксплуатационные характеристики получаемого асфальтобетона.

Известна модифицирующая композиция для асфальтобетонных смесей, содержащая резиновый порошок, полученный путем термомеханического измельчения в присутствии антиагломератора, метасиликат, инициатор гелеобразования, структурирующий агент (патент РФ №2377262).

Недостатком данного решения является форма изготовления композиции в виде порошковой смеси, которая создает трудности при использовании, и высокая вредность некоторых компонентов (нитрозоаминные соединения) модифицирующей композиции.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является модификатор асфальтобетонной смеси, содержащий вулканизированный каучук и композицию модифицирующих компонентов (патент РФ №2401817).

Недостатком указанного решения является форма изготовления модификатора в виде порошковой смеси. Сухая смесь из нескольких компонентов разной плотности и фракционного состава в процессе дозирования склонна к пылению, имеет тенденцию к расслоению при хранении и транспортировке, создает сложности при использовании пневмотранспортеров. Кроме того, необходимо принимать дополнительные меры по защите модификатора от влаги.

Технической задачей предлагаемого изобретения является улучшение условий применения модификатора без изменения стандартной технологии и оборудования для производства асфальтобетонных смесей, в том числе используемого для ввода гранулированных материалов, а также условий обращения с модификатором при хранении и транспортировке, а также улучшение некоторых эксплуатационных характеристик асфальтобетонной смеси.

Технический результат достигается тем, что модификатор асфальтобетонной смеси, содержащий вулканизированный каучук и композицию модифицирующих компонентов, имеет форму гранул с линейным размером от 3 до 15 мм и состоит из связующего, эластичного полимерного наполнителя, сшивающего и структурирующего агента, минерального структурного упрочняющего наполнителя и поверхностно-активного вещества - адгезива при количестве компонентов в гранулах (мас.%):

связующее 20-40 эластичный полимерный наполнитель 40-60 сшивающий и структурирующий агент 1-4 минеральный структурный упрочняющий наполнитель 5-20 поверхностно-активное вещество - адгезив 2,0-4,5

Кроме того, связующее может быть выполнено на основе органического асфальтенсодержащего материала (битум), на основе термопластичных полимеров или на основе полисахаридов, эластичный полимерный наполнитель может быть выполнен из синтетического или натурального каучука в виде порошка, в том числе получаемого из утилизированных шин, сшивающий и структурирующий агент может быть выполнен из смол эпоксидно-диановых (типа ЭД-8), фенолоформальдегидных или алкилфенольных (типа Октофор), или частично кристаллических каучуков (типа полициклооктенов), минеральный структурный упрочняющий наполнитель может быть выполнен из извести, метасиликата кальция игольчатой структуры или микрогетерогенного шунгита, поверхностно-активное вещество - адгезив может быть выполнено из канифоли и/или кубовых остатков, образующихся при производстве нафтеновых кислот и жидких аминов, повышающих адгезию битума к минеральным компонентам асфальтобетона.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в отличие от известных решений при изготовлении асфальтобетонной смеси модификатор имеет форму и применяется в виде гранул размером 3-15 мм; для соединения эластичного полимерного наполнителя и других модифицирующих компонентов используется связующее - асфальтеносодержащий материал, причем проведение предварительного взаимодействия эластичного полимерного наполнителя и модифицирующих компонентов с горячим асфальтеносодержащим материалом в процессе гранулирования обеспечивает более качественное распределение модификатора в асфальтобетонной смеси.

Получение гранул модификатора происходит путем смешения на экструдере с последующей резкой получаемого материала на гранулы и обсыпкой их минеральным порошком для исключения слеживания в процессе транспортировки и хранения.

Примеры

Предлагаемый модификатор использовали для приготовления асфальтобетонной смеси в типовых смесительных установках, оборудованных смесителями принудительного перемешивания периодического или непрерывного действия.

Пример 1

Для определения влияния модификатора асфальтобетонной смеси гранулированного на физико-механические свойства асфальтобетона были изготовлены асфальтобетонные образцы с различным содержанием добавки.

Температура приготовления смеси составляла 180°C, температура уплотнения смеси - 160°C.

Состав асфальтобетонной смеси типа А:

Щебень фр. 6,3-10 мм 55% Щебень фр. 2-4 мм 10% Отсев 25% Минеральный порошок 10% Вяжущее (битум БНД 90/130 + модификатор асфальтобетонной смеси гранулированный) 5,2%

Результаты определения физико-механических свойств асфальтобетона с различным содержанием модификатора асфальтобетонной смеси гранулированного приведены в таблице 1.

Согласно данным, приведенным в таблице 1, введение в состав асфальтобетона типа А модификатора асфальтобетонной смеси гранулированного незначительно влияет на значения показателей плотность, водонасыщение. Введение в состав асфальтобетона типа А модификатора в количестве 0,5-1,0% от массы минеральной части увеличивает прочностные свойства: предел прочности при сжатии при температуре 50°С, предел прочности при сдвиге при температуре 50°С, сцепление. Увеличение содержания модификатора в составе смеси до 1,5% приводит к снижению плотности и прочности асфальтобетона типа А.

Пример 2

Состав асфальтобетонной смеси типа ЩМА:

Щебень фр. 6,3-10 мм 50% Щебень фр. 4-6,3 мм 20% Отсев 20% Минеральный порошок 10% Вяжущее (битум БНД 90/130 + модификатор асфальтобетонной смеси гранулированный) 6,3%

Результаты определения физико-механических свойств асфальтобетона с различным содержанием модификатора асфальтобетонной смеси гранулированного приведены в таблице 2.

Согласно данным, приведенным в таблице 2, введение в состав асфальтобетона типа ЩМА модификатора асфальтобетонной смеси гранулированного незначительно влияет на значения показателей плотность, водонасыщение. Введение в состав асфальтобетона типа ЩМА модификатора в количестве 0,5-1,0% от массы минеральной части увеличивает прочностные свойства: предел прочности при сжатии при температуре 50°C, предел прочности при сдвиге при температуре 50°C, сцепление. Значение предела прочности при растяжении при 0°C уменьшается. Увеличение содержание добавки в составе смеси до 1,5% приводит к снижению прочности асфальтобетона типа ЩМА.

Анализ данных, приведенных в таблицах 1 и 2, показывает, что оптимальные значения физико-механических свойств асфальтобетонов типов А, ЩМА достигаются при содержании модификатора асфальтобетонной смеси гранулированного в количестве до 1,0% от массы минеральной части смеси. При увеличении в составе асфальтобетонной смеси содержания добавки свыше 1,0% увеличение прочностных показателей асфальтобетона не наблюдается, а значения плотности и водонасыщения практически не изменяются.

Устойчивость асфальтобетона к колееобразованию определяли на цилиндрических образцах-цилиндрах диаметром 100 мм, изготовленных в лабораторных условиях.

Для проведения исследований на колееобразование был принят следующий порядок проведения испытания.

1. Форму с образцом закрепляли в установке и термостатировали при заданной температуре 50°C в течение 2,5 часов.

2. По истечении времени термостатирования образец нагружали колесом.

3. Давление колеса на образец принимали 0,8 МПа.

4. После начала испытания в образце измеряли глубину колеи после 4000, 8000, 12000, 16000, 20000 проходов.

5. Деформацию измеряли в центральной части цилиндров. Результаты испытаний асфальтобетонов типов А и ЩМА с содержанием модификатора 0-1,5% представлены в таблице 3.

Таблица 3 Результаты испытаний на колееобразование Номер смеси согласно таблицам 1 и 2 Содержание модификатора, % Деформация после числа проходов, мм 4000 8000 12000 16000 20000 1 0 2,0 2,4 2,7 2,9 3,1 2 0,5 1,3 1,7 2 2,2 2,4 3 1 1,1 1,5 1,8 2 2,2 4 1,5 1,6 2 2,3 2,5 2,7 5 0 2,4 3,2 3,7 4,0 4,2 6 0,5 2,1 2,7 3,1 3,4 3,6 7 1 2,0 2,5 2,9 3,2 3,4 8 1,5 2,2 2,9 3,3 3,6 3,8

В соответствии с примерами введение в состав смеси модификатора асфальтобетонной смеси гранулированного расширяет на 10-60% температурный диапазон, при котором асфальтобетон обладает упруго-вязко-пластическими свойствами, что обеспечивает надежную работу покрытия как при низких отрицательных, так и высоких положительных температурах.

На практике в зависимости от типа асфальтобетонной смеси и применяемого в ней битума количество модификатора гранулированного составляет 0,3-5,0% от массы минеральной части асфальтобетонной смеси. В соответствии с изобретением модификатор гранулированный вводится непосредственно в смеситель во время введения битума.

Температура нагрева минеральных наполнителей составляла 190-230°С. Температура асфальтобетонной смеси при выходе из смесителя составляла 170-200°C для асфальтобетонов типа А, и 190-220°C для ЩМА.

Предлагаемое решение позволяет получить качественный состав асфальтобетонной смеси, в которой каучук является химически и физически связанным с остальными компонентами всей смеси без предварительной деградации путем длительного нагревания в битуме при высоких температурах, а также улучшить характеристики асфальтобетонов. При этом сохраняются все известные преимущества резиноасфальтобетонных дорожных покрытий, такие как увеличение срока службы, снижение колейности дорожного полотна, уменьшение температурного трещинообразования, снижение шума при движении автотранспорта, снижение толщины водной пленки и другие.

Технология использования модификатора при производстве асфальтобетонных смесей не отличается от стандартной, отсутствует необходимость предварительной модификации битума. Ввод модификатора в виде гранул обеспечивает постоянство его состава, снижается вредность производства. Кроме того, отсутствует агломерация и расслоение в процессе производства, транспортировки и хранения модификатора.

Описанный пример использования изобретения обеспечивает возможность реализации назначения изобретения и достижения указанного технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, но при этом не исчерпывают всех возможностей осуществления изобретения, охарактеризованного совокупностью признаков, приведенных в формуле изобретения.

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам и может быть использовано при устройстве покрытий автомобильных дорог, мостов, аэродромов во всех климатических зонах. Технический результат: улучшение условий применения модификатора без изменения стандартной технологии и оборудования для производства асфальтобетонных смесей, в том числе используемого для ввода гранулированных материалов, а также условий обращения с модификатором при хранении и транспортировке, а также улучшение эксплуатационных характеристик асфальтобетонной смеси. Модификатор асфальтобетонной смеси гранулированный содержит вулканизированный каучук и композицию модифицирующих компонентов. Причем модификатор имеет форму гранул с линейным размером от 3 до 15 мм и состоит из связующего, эластичного полимерного наполнителя, сшивающего и структурирующего агента, минерального структурного упрочняющего наполнителя и поверхностно-активного вещества - адгезива при количестве компонентов в гранулах (мас.%): связующее 20-40; эластичный полимерный наполнитель 40-60; сшивающий и структурирующий агент 1-4; минеральный структурный упрочняющий наполнитель 5-20; поверхностно-активное вещество - адгезив 2,0-4,5. 16 з.п. ф-лы, 2 пр., 3 табл.

1. Модификатор асфальтобетонной смеси гранулированный, содержащий вулканизированный каучук и композицию модифицирующих компонентов, отличающийся тем, что модификатор имеет форму гранул с линейным размером от 3 до 15 мм и состоит из связующего, эластичного полимерного наполнителя, сшивающего и структурирующего агента, минерального структурного упрочняющего наполнителя и поверхностно-активного вещества - адгезива при количестве компонентов в гранулах, мас.%:
связующее 20-40 эластичный полимерный наполнитель 40-60 сшивающий и структурирующий агент 1-4 минеральный структурный упрочняющий наполнитель 5-20 поверхностно-активное вещество - адгезив 2,0-4,5

2. Модификатор асфальтобетонной смеси по п.1, отличающийся тем, что в нем связующее может быть выполнено на основе органического асфальтосодержащего материала (битум), на основе термопластичных полимеров или на основе полисахаридов.

3. Модификатор асфальтобетонной смеси по п.1, отличающийся тем, что в нем эластичный полимерный наполнитель может быть выполнен из синтетического или натурального каучука, в том числе в виде порошка, получаемого из утилизированных шин.

4. Модификатор асфальтобетонной смеси по п.2, отличающийся тем, что в нем эластичный полимерный наполнитель может быть выполнен из синтетического или натурального каучука, в том числе в виде порошка, получаемого из утилизированных шин.

5. Модификатор асфальтобетонной смеси по п.1, отличающийся тем, что в нем сшивающий и структурирующий агент может быть выполнен из смол эпоксидно-диановых (типа ЭД-8), фенолоформальдегидных или алкилфенольных (типа Октофор) или частично кристаллических каучуков (типа полициклооктенов).

6. Модификатор асфальтобетонной смеси по п.2, отличающийся тем, что в нем сшивающий и структурирующий агент может быть выполнен из смол эпоксидно-диановых (типа ЭД-8), фенолоформальдегидных или алкилфенольных (типа Октофор) или частично кристаллических каучуков (типа полициклооктенов).

7. Модификатор асфальтобетонной смеси по п.3, отличающийся тем, что в нем сшивающий и структурирующий агент может быть выполнен из смол эпоксидно-диановых (типа ЭД-8), фенолоформальдегидных или алкилфенольных (типа Октофор) или частично кристаллических каучуков (типа полициклооктенов).

8. Модификатор асфальтобетонной смеси по п.4, отличающийся тем, что в нем сшивающий и структурирующий агент может быть выполнен из смол эпоксидно-диановых (типа ЭД-8), фенолоформальдегидных или алкилфенольных (типа Октофор) или частично кристаллических каучуков (типа полициклооктенов).

9. Модификатор асфальтобетонной смеси по п.1, отличающийся тем, что в нем минеральный структурный упрочняющий наполнитель может быть выполнен в виде извести, метасиликата кальция игольчатой структуры или микрогетерогенного шунгита.

10. Модификатор асфальтобетонной смеси по п.2, отличающийся тем, что в нем минеральный структурный упрочняющий наполнитель может быть выполнен в виде извести, метасиликата кальция игольчатой структуры или микрогетерогенного шунгита.

11. Модификатор асфальтобетонной смеси по п.3, отличающийся тем, что в нем минеральный структурный упрочняющий наполнитель может быть выполнен в виде извести, метасиликата кальция игольчатой структуры или микрогетерогенного шунгита.

12. Модификатор асфальтобетонной смеси по п.4, отличающийся тем, что в нем минеральный структурный упрочняющий наполнитель может быть выполнен в виде извести, метасиликата кальция игольчатой структуры или микрогетерогенного шунгита.

13. Модификатор асфальтобетонной смеси по п.5, отличающийся тем, что в нем минеральный структурный упрочняющий наполнитель может быть выполнен в виде извести, метасиликата кальция игольчатой структуры или микрогетерогенного шунгита.

14. Модификатор асфальтобетонной смеси по п.6, отличающийся тем, что в нем минеральный структурный упрочняющий наполнитель может быть выполнен в виде извести, метасиликата кальция игольчатой структуры или микрогетерогенного шунгита.

15. Модификатор асфальтобетонной смеси по п.7, отличающийся тем, что в нем минеральный структурный упрочняющий наполнитель может быть выполнен в виде извести, метасиликата кальция игольчатой структуры или микрогетерогенного шунгита.

16. Модификатор асфальтобетонной смеси по п.8, отличающийся тем, что в нем минеральный структурный упрочняющий наполнитель может быть выполнен в виде извести, метасиликата кальция игольчатой структуры или микрогетерогенного шунгита.

17. Модификатор асфальтобетонной смеси по любому из пп.1-16, отличающийся тем, что в нем поверхностно-активное вещество - адгезив может быть выполнено в виде канифоли и/или кубовых остатков, образующихся при производстве нафтеновых кислот и жидких аминов, повышающих адгезию битума к минеральным компонентам асфальтобетона.