Модифицирующая композиция для асфальтобетонной смеси Российский патент 2017 года по МПК C08L17/00 C08J11/04 C04B26/26 C08L95/00 C08K3/00 C08K5/05 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к модифицирующей композиции для асфальтобетонной смеси, и может быть использовано при устройстве покрытий автомобильных дорог, мостов, аэродромов и гидротехнических сооружений.

Уровень техники

В условиях происходящего за последние годы резкого увеличения автотранспортных, климатических и техногенных нагрузок наблюдается исчерпание возможностей окисленных битумов, как вяжущих материалов, которые традиционно и наиболее широко используются в составе асфальтобетонов для дорожных покрытий.

Обычно дорожные битумы имеют интервал пластичности, как правило, не выше 60-65°C, что явно недостаточно для устройства верхних слоев покрытий в климатических условиях большинства регионов России. Кроме того, у вязких дорожных битумов практически отсутствуют упругие свойства, от которых зависит устойчивость композиционных материалов, каковым является асфальтобетон, к разрушению под действием циклической нагрузки. Поэтому битумные вяжущие принципиально требуют модификации и улучшения физико-механических свойств, поскольку по самой своей природе не могут обеспечить необходимую стойкость асфальтобетонных покрытий дорог в условиях увеличивающихся транспортных нагрузок.

Наиболее устойчивы к старению и стабильны во времени битумы, получаемые по прямогонным вакуумным технологиям при невысоких температурах. В России, в силу сложившихся обстоятельств, широко развилась технология получения битумов по методу барботажного окисления (окислительного дегидрирования). У таких «выжатых» окисленных битумов сильно уменьшена стабильность свойств и устойчивость к старению. Уменьшается устойчивость к воздействию воды, снижаются адгезионные свойства. Поэтому важнейшей задачей модификации таких битумов становится исправление не только физико-механических, но и химических свойств.

Одним из важнейших направлений повышения долговечности и качества таких материалов стало введение в их состав различного рода добавок, позволяющих улучшить присущие битумам свойства и модифицировать их в необходимом для практики направлении. Наиболее распространенным способом улучшения пластоэластических свойств битумных материалов в настоящее время является их модификация с помощью каучуков и термоэластопластов (блоксополимеров стирольного ряда, в основном СБС-типа). Повышение качества и долговечности дорожных вяжущих материалов, герметиков и мастик, применяемых для строительства и ремонта автомобильных мостов и аэродромных покрытий, гидроизоляции сооружений и транспортных конструкций, защиты подземных стальных трубопроводов и металлоконструкций, а также при проведении кровельных работ, является одним из наиболее эффективных путей продления сроков службы объектов и сокращения затрат материальных, энергетических и трудовых ресурсов на их ремонт и содержание.

Особенно актуальным является использование модифицированных битумных материалов повышенного качества при строительстве и ремонте дорог с асфальтобетонными покрытиями в районах с суровым континентальным климатом и низкими зимними температурами. Наибольшими потенциальными возможностями для улучшения свойств битумных вяжущих обладает крошка из резин общего назначения, в том числе шинная.

Резина, по сравнению с каучуками, намного более устойчива к окислительному воздействию кислорода воздуха. Она отличается высокой устойчивостью к воде и солевым растворам. Кроме того, важной особенностью резиновой крошки, особенно шинной, является присутствие в ее составе специальных химических веществ - антиоксидантов и антистарителей. Их присутствие сможет обеспечить повышение устойчивости вяжущего материала к окислительной деградации в условиях эксплуатации. Замедлит процессы старения при эксплуатационных температурах и в условиях нагрева до высокой технологической температуры. Получаемые резиновые порошки, удовлетворяющие приведенным выше показателям, достаточно быстро диспергируются в битуме, вводимом в асфальтобетонную смесь, и не приводят к увеличению времени изготовления этих смесей. Кроме того, подобные резиновые порошки, их принято называть активными, сохраняют основные физико-химические свойства шинных резин, что обеспечивает им способность соединения на молекулярном уровне с нефтяными битумами.

Известна модифицирующая композиция (RU 2377262, 27.12.2009), включающая активный резиновый порошок с высокой удельной поверхностью, полученный термомеханическим измельчением, с размером частиц не более 0,8 мм, в присутствии антиагломератора, например галогенсодержащего спирта-теломера, наполнитель - метасиликат игольчатой структуры, инициатор гелеобразования и структурирующий агент.

Наиболее близкой к заявляемой является модифицирующая композиция по RU 2458083, 10.08.2012, на основе активного резинового порошка, включающая наполнитель - молотую слюду или смесь молотой слюды и диатомита, например, мусковит или флогопит адгезив, выбранный из фенольноформальдегидных смол (смола 101 к, Яркопол 100, Яркопол ПО, ФЛ-326), и структурирующую добавку, выбранную из ФР-12, СФ-280, октофор 10S, резорцинформальдегидной смолы. Использование указанных модифицирующих композиций приводит к улучшению многих эксплуатационных показателей, например морозостойкости, стойкости к циклическим нагрузкам, что способствует увеличению срока их эксплуатации. Однако асфальтобетон с использованием указанных модифицирующих композиций имеет не достаточную величину водостойкости при длительном водонасыщении, сцепления при сдвиге, что не благоприятно сказывается на сдвигоустойчивости покрытия и увеличивает возможность колееобразования.

Асфальтобетонное покрытие летом в жаркую погоду может нагреваться до температуры более +70°C. Поэтому нижний предел водонасыщения, как правило, ограничивает количество вяжущего в асфальтобетонной смеси с той целью, чтобы была обеспечена требуемая сдвигоустойчивость при повышенных летних температурах (недостаточная сдвигоустойчивость приводит к появлению таких деформаций на покрытии дорог, как колея).

Раскрытие сущности изобретения

Целью настоящего изобретения является получение модифицирующей композиции для различных типов асфальтобетонных смесей, вводимой непосредственно при изготовлении смеси и повышающей эксплуатационные характеристики асфальтобетонов, а именно увеличение температурного интервала эксплуатации 76-82°C, снижение колееобразования, трещинообразования и увеличение водостойкости, что в свою очередь обеспечивает решение проблемы утилизации использованных автомобильных покрышек, долговечность дорожных покрытий, увеличение межремонтных сроков эксплуатации автодорог, экономию бюджетных средств, выделяемых на текущее обслуживание и капитальный ремонт дорожных покрытий.

Технический результат, достигаемый использованием заявленного изобретения, заключается в повышении прочностных и деформационных характеристик асфальтобетона при высоких температурах, увеличении пределов прочности при сжатии при 20°C и 50°C, сдвигоустойчивости по сцеплению, увеличении температурного интервала до 82°C, уменьшении колееобразования, коэффициента длительной водостойкости.

Указанный технический результат достигается применением модифицирующей композиции для асфальтобетонной смеси на основе активного резинового порошка, включающей наполнитель - молотую слюду и диатомит, адгезив и структурирующий агент и кубовый остаток полифторированных спиртов-теломеров, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

активный резиновый порошок 60-75 молотая слюда 15-25 диатомит 2-9 адгезив 1-3 структурирующий агент 1-3

указанный кубовый остаток 0,5-1,5

В качестве активного резинового порошка используют резиновый порошок - продукт переработки шин и/или резинотехнических изделий, полученный термомеханическим измельчением, или резиновый порошок, химически активированный нефтяным маслом, или их смесь с размером частиц не более 1 мм.

В качестве структурирующего агента используют дисульфидалкилфенолформальдегидную смолу, предпочтительно ФР-12, СФ-280, октофор 10S, резорцинформальдегидную смолу.

В качестве адгезива используют фенольноформальдегидную смолу, предпочтительно смолу 101 к, Яркопол 100, Яркопол 110, ФЛ-326.

В качестве молотой слюды используют мусковит или флогопит с размером частиц не более 0,63 мм и диатомит с размером частиц не более 0,3 мм.

Фторорганическая добавка в виде кубового остатка полифторированных спиртов-теломеров (КОСТ), ТУ-6-02-884-79, оказывает неожиданное действие на свойства асфальтобетонной смеси и обеспечивает в сравнении с известным аналогом высокую гидрофобность и, соответственно, пониженное водопоглощение.

Для улучшения свойств асфальтобетонных смесей и получаемых на их основе дорожных покрытий достаточно введения от 0,3 до 0,7 мас. % модифицирующей композиции от массы минеральной составляющей асфальтобетонной смеси в зависимости от типа смеси. В то время как известные модифицирующие композиции вводятся в количестве более 1,0 мас. % от массы минеральной составляющей асфальтобетонной смеси.

Дополнительно модифицирующая композиция может содержать от 0,3 до 1,0 мас. % вспенивающего агента (порообразователя), который способствует быстрому перемешиванию модификатора с битумом. Модифицирующую композицию вводят в асфальтобетонную смесь после ввода битума согласно действующим технологиям. Вспенивающий агент, как правило, выбирается из известных агентов, таких как азодикарбонамидов и азоизобутилонитрилов. В частности, используются вспенивающие агенты с температурой разложения 140-160°С.

Дополнительно модифицирующая добавка может содержать от 0,3 до 1,0 мас. % антиоксиданта для повышения сопротивления смесей многократным деформациям. Антиоксидант выбирают, как правило, из нафтанов, ацетонанилов, анилинонафталинов. В частности, используются нафтаны, предпочтительно нафтам-2 (неозон Д) и параоксинеозон.

Осуществление изобретения

Для исследования свойств щебеночно-мастичного асфальтобетона готовили следующий состав с использованием модифицирующей добавки на основе резинового порошка:

щебень фр. 10-15, к-р «Первоуральский» 50 мас. % щебень фр. 5-10, к-р «Первоуральский» 22 мас. % отсев дробления, к-р «Заготовка» 16 мас. % минеральный порошок 12 мас. % модифицирующая композиция 0,4 мас. % битум БНД 90/130 5,1 мас. %

Модифицирующую композицию вводят в асфальтобетонную смесь после ввода битума согласно действующим технологиям. Результаты испытаний асфальтобетона ЩМА-15 при содержании модифицирующей добавки на основе резинового порошка приведены в таблице 1.

Результаты исследования свойств щебеночно-мастичного асфальтобетона показывают, что применение модифицирующей добавки на основе резинового порошка в исходный состав ЩМА-15 в количестве 0,5 мас. % сверх 100% минеральной части приводит к существенному улучшению свойств щебеночно-мастичного асфальтобетона: увеличивается предел прочности при сжатии при 50°С до 1,62 МПа; увеличивается сдвигоустойчивость по углу внутреннего трения до 0,95 и по сцеплению до 0,33 МПа.

Результаты испытаний асфальтобетона по прототипу и по изобретению при содержании модифицирующей композиции на основе резинового порошка 0,0, 0,3, 0,5 и 0,7 мас. % приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что оптимальное содержание модификатора в асфальтобетоне - 0,5 мас. % сверх 100% минеральной части. Увеличились пределы прочности при сжатии при 50°С и сдвигоустойчивость по сцеплению. Температурный интервал увеличился с 76°С до 82°С (температуры, при которых асфальтобетон имеет предел прочности при сжатии 1,0 МПа - значение, нормируемое ГОСТ 9128).

Асфальтобетонное покрытие летом в жаркую погоду может нагреваться до температуры более +70°С. Поэтому нижний предел водонасыщения, как правило, ограничивает количество вяжущего в асфальтобетонной смеси с той целью, чтобы была обеспечена требуемая сдвигоустойчивость при повышенных летних температурах (недостаточная сдвигоустойчивость приводит к появлению таких деформаций на покрытии дорог, как колея). В то же время пониженное количество вяжущего в смеси приводит к низкой водостойкости, особенно при длительном водонасыщении, и, соответственно, к недостаточной коррозионной устойчивости асфальтобетона в покрытии автомобильных дорог. Асфальтобетон на основе изверженных горных пород имеет высокую величину средней плотности и очень низкое значение водонасыщения. Однако снижать количество вяжущего в смеси в данном случае нецелесообразно: показатели предела прочности при сжатии при 50°С и сдвигоустойчивости по сцеплению при 50°С значительно превышают требуемые ГОСТ 9128-2009.

Кроме того, применение модификатора на основе резинового порошка существенным образом увеличивает температурный (рабочий) интервал асфальтобетона.

Применение модифицирующей добавки на основе резинового порошка приводит к повышению прочностных и деформационных характеристик асфальтобетона при высоких температурах, к уменьшению величины колеи. Для асфальтобетона типа А увеличились пределы прочности при сжатии при 20°С на 4,8%; при 50°С - на 10,8%; сдвигоустойчивость по сцеплению на 13,3%. Повысился коэффициент длительной водостойкости с 0,88 до 0,93. Температурный интервал увеличился с 76°С до 82°С. Глубина колеи уменьшилась на 30,3%.

Для асфальтобетона ЩМА-15 увеличились пределы прочности при сжатии при 20°С на 19%; при 50°С - на 16,8%; сдвигоустойчивость по сцеплению на 13,2%. Глубина колеи уменьшилась на 6,8%.

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к модифицирующей композиции для асфальтобетонной смеси, и может быть использовано при устройстве покрытий автомобильных дорог, мостов, аэродромов и гидротехнических сооружений. Модифицирующая композиция содержит активный резиновый порошок, наполнитель - смесь молотой слюды и диатомита, адгезив, структурирующий агент и кубовый остаток полифторированных спиртов-теломеров при следующем соотношении компонентов, мас.%: активный резиновый порошок - 60-75, молотая слюда - 15-25, диатомит - 2-9, адгезив - 1-3, структурирующий агент - 1-3, кубовый остаток - 0,5-1,5. Изобретение также относится к асфальтобетонной смеси, содержащей минеральные материалы, битум и модифицирующую композицию в количестве от 0,3 до 0,7 мас.% по отношению к общей массе минерального материала. Применение модифицирующей композиции приводит к улучшению физико-механических характеристик асфальтобетона. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Модифицирующая композиция для асфальтобетонной смеси на основе активного резинового порошка, включающая наполнитель - смесь молотой слюды и диатомита, адгезив и структурирующий агент, отличающаяся тем, что дополнительно содержит кубовый остаток полифторированных спиртов-теломеров при следующем соотношении компонентов, мас.%:

активный резиновый порошок 60-75 молотая слюда 15-25 диатомит 2-9 адгезив 1-3 структурирующий агент 1-3 указанный кубовый остаток 0,5-1,5.

2. Модифицирующая композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве активного резинового порошка используют резиновый порошок - продукт переработки шин и/или резинотехнических изделий, полученный термомеханическим измельчением, или резиновый порошок, химически активированный нефтяным маслом, или их смесь с размером частиц не более 1 мм.

3. Модифицирующая композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве молотой слюды используют мусковит или флогопит с размером частиц не более 0,63 мм и диатомит с размером частиц не более 0,3 мм.

4. Модифицирующая композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве структурирующего агента используют дисульфидалкилфенолформальдегидную смолу, предпочтительно ФР-12, СФ-280, октофор 10S, резорцинформальдегидную смолу.

5. Модифицирующая композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве адгезива используют фенольноформальдегидную смолу, предпочтительно смолу 101 к, Яркопол 100, Яркопол 110, ФЛ-326.

6. Модифицирующая композиция по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит вспенивающий агент, антиоксидант в количестве 0,3-1,0 мас.%.

7. Асфальтобетонная смесь, содержащая минеральные материалы и битум, отличающаяся тем, что содержит модифицирующую композицию по любому из пп.1-6 в количестве от 0,3 до 0,7 мас.% по отношению к общей массе минерального материала.