Модифицирующая композиция для асфальтобетонных смесей Российский патент 2018 года по МПК C08L17/00 C08J11/04 C08K3/22 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к модифицирующим композициям на основе резиновых порошков и может быть использовано на устройстве покрытий автомобильных дорог, аэродромов, мостов в различных климатических зонах.

Федеральная целевая программа «Развитие транспортной системы России» определяет необходимость разработки и внедрения в практику дорожного строительства модифицированных асфальтобетонных смесей, обеспечивающих долговечность дорожных покрытий. К наиболее известным и распространенным модификаторам (полимерным материалам), позволяющим значительно улучшить свойства дорожных покрытий, относятся резиновые порошки, получаемые при утилизации изношенных покрышек колес транспортных средств и других резиновых изделий, изготовленных на основе неполярных каучуков.

Уровень техники

Известно, что введение резинового порошка в асфальтобетонные смеси улучшает эксплуатационные свойства асфальтобетонов (В.А. Кузнецов и др. Авт. св. №292917, 1971 г. Б.М. Слепая. «Исследование влияния резинового порошка на свойства асфальтобетона». г.Балашиха, Изд. СоюзДорНИИ, 1972 г.; «Дорожный асфальтобетон». /Под ред. проф. Л.Б. Гезенцвея. М., изд-во «Транспорт», 1985 г.).

Резиновые порошки получают преимущественно в результате переработки вышедших из эксплуатации автомобильных шин (а также других резиновых изделий), изготовленных на основе неполярных каучуков.

К таким порошкам предъявляются следующие требования:

- размер частиц не более 1,0 мм;

- величина удельной геометрической поверхности не менее 3500 см²/г.

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 (активные) резиновые порошки сохраняют основные физико-химические свойства шинных резин, что обеспечивает им способность соединения на молекулярном уровне с нефтяными битумами. Производство таких порошков в промышленных масштабах осуществляют на оборудовании Общества с ограниченной ответственностью (ООО) «фирма «Астор» (Стандарт организации ООО «фирма «Астор» СТО 2519-004-05263796-2007. «РЕЗИНА ИЗМЕЛЬЧЕННАЯ». Технические условия, г.Пермь, поставлен на учет ФГУП «РОСОБОРОНСТАНДАРТ» 23.04.2009, внесен в реестр за №200/055470; Патент RU №2254992, опубл. 27.06.2005). На данном оборудовании в результате одновременного воздействия объемного сжатия, сдвиговых деформаций, разности угловых скоростей поверхностей измельчающего инструмента и интенсивного трения поверхностных слоев материала, процесс измельчения напряженной резины в воздушной среде представляет собой цепной механохимический процесс чередования взаимообусловленных физических и химических стадий. Важной особенностью измельчения резин в аппаратах ООО «фирма «Астор» является сравнительно низкая температура процесса (145-150°С). При данных температурах сохраняется эластическая составляющая деформации резин, что обеспечивает повышенную способность порошков к совмещению с нефтяными битумами. Это приводит к повышению прочности, к снижению образования трещин и колеи в асфальтобетонных дорожных покрытиях.

Известна модифицирующая композиция для асфальтобетонных смесей на основе резинового порошка (прототип), включающая в расчете на общую массу композиции:

- от 60 до 75 мас.% активного резинового порошка, продукта переработки шин (покрышек колес транспортных средств) и/или резинотехнических изделий с размером частиц не более 1 мм и величиной удельной геометрической поверхности не менее 3500 см²/г;

- наполнитель, представляющий собой молотую слюду или смесь молотой слюды и диатомита, содержащую от 15 до 25 мас.% молотой слюды и от 5 до 10 мас.% диатомита,

- от 1,0 до 2,5 мас.% адгезива и

- от 1,0 до 2,5 мас.% структурирующей добавки,

где активный резиновый порошок представляет собой резиновый порошок с развитой удельной поверхностью, полученный термомеханическим измельчением, или резиновый порошок, химически активированный нефтяным маслом, или их смесь (см. описание изобретения к патенту RU №2458083, опубл. 10.08.2012).

Признаки известной композиции, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в том, что она содержит активный резиновый порошок с размером частиц не более 1 мм и величиной удельной геометрической поверхности не менее 3500 см²/г, взятый в количестве 60÷75% от общей массы композиции, и наполнитель.

Причина, препятствующая получению в известной модифицирующей композиции технического результата, который обеспечивается изобретением, заключается в том, что введение в асфальтобетон известного модификатора на основе резинового порошка приводит, с одной стороны, к повышению прочности и сдвигоустойчивости асфальтобетона при повышенных температурах, а также к повышению устойчивости к колееобразованию, а с другой стороны, к снижению плотности асфальтобетона, являющейся одним из важнейших показателей, обеспечивающих коррозионную устойчивость асфальтобетона при длительном водонасыщении и попеременном замораживании-оттаивании. Кроме того, технология производства известного модификатора является сложной из-за относительно большого количества компонентов.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в необходимости создать такой модификатор на основе резинового порошка, который при сохранении известных преимуществ модифицированного резиновым порошком асфальтобетона, не приводил бы при этом к снижению плотности этого асфальтобетона, обусловленной наличием в асфальтобетоне указанного резинового порошка. Техническая проблема также заключается в необходимости упрощения технологии получения модифицирующей композиции на основе резинового порошка. Техническая проблема также заключается в необходимости расширения арсенала модификаторов асфальтобетонов.

Раскрытие сущности изобретения

Технический результат, опосредствующий решение указанной технической проблемы, заключается в том, что введение резинового порошка в асфальтобетонную смесь не приводит к снижению плотности асфальтобетона за счет компенсирующего действия наполнителя (совместно с асфальтом деасфальтизации). При этом благодаря активации резинового порошка асфальтом деасфальтизации (диффузия асфальта деасфальтизации в микропоры резины) улучшается сцепление пленки битума с поверхностью частиц резинового порошка, что улучшает взаимодействие резинового порошка с битумом при приготовлении асфальтобетонной смеси. Технический результат также заключается в упрощении технологии получения модифицирующей композиции за счет уменьшения количества ингредиентов, необходимых и достаточных для получения модифицирующей композиции. Технический результат также заключается в расширения арсенала модификаторов асфальтобетонов.

Достигается технический результат тем, что модифицирующая композиция для асфальтобетонных смесей содержит активированный асфальтом деасфальтизации резиновый порошок с размером частиц не более 1 мм и величиной удельной геометрической поверхности не менее 3500 см²/г, взятый в количестве 60÷75% от общей массы композиции, и наполнитель, который представляет собой порошок оксида алюминия или порошок материала, содержащего оксид алюминия в качестве основного компонента. Достигается технический результат также тем, что упомянутая измельченная резина получена из изношенных покрышек колес транспортных средств путем механического разрушения указанных покрышек с последующим доизмельчением при температуре не более 150°С.

Осуществление изобретения

Модифицирующая композиция для асфальтобетонных смесей представляет собой смесь резинового порошка, активированного асфальтом деасфальтизации, в количестве 60÷75% от общей массы композиции, и наполнителя, представляющего собой порошок оксида алюминия или порошок материала (смесевого вещества), содержащего оксид алюминия в качестве основного компонента (остальное).

Требования к резиновому порошку и технологии его производства определены Стандартом Общества с ограниченной ответственностью «фирма «Астор» (г. Пермь) СТО 2519-004-05263796-2007. РЕЗИНА ИЗМЕЛЬЧЕННАЯ (Технические условия), внесенным в реестр Федеральной службы по оборонному заказу 23.04.2009 за №200/055470. В соответствие с указанным стандартом резиновый порошок (измельченную резину) получают из изношенных автопокрышек по ГОСТ 8407 путем механического разрушения автопокрышек с последующим доизмельчением на роторных ножевых дробилках и тонкодисперсных измельчителях и отделением текстильного и металлического корда. Получаемый таким образом резиновый порошок (с целью его использования в модифицирующей композиции) имеет следующие базовые параметры: размер частиц не более 1 мм; величина удельной геометрической поверхности не менее 3500 см²/г; массовая доля остатков кордного волокна (вискозного, капронового и т.п.) не более 3,0%; влажность не более 1,5%; массовая доля частиц черных металлов не более 0,02%; массовая доля резины других фракций (частиц резины, выходящих за рамки диапазона указанной фракции) не более 15%; полное отсутствие механических примесей (песка, камней и т.д.). Кроме того, существенным технологическим параметром, влияющим на свойства резинового порошка, важные с точки зрения его использования в модифицирующей композиции, является сравнительно низкая температура процесса (145÷150ºС). При таких температурах сохраняется эластическая составляющая деформации резины, что обеспечивает повышенную способность частиц резинового порошка к совмещению с нефтяными битумами, полимерами и сырой резиной.

Асфальт деасфальтизации является отходом в производстве остаточных масел (битум с малым содержанием масел). Асфальт деасфальтизации в отличие от остаточных и окисленных битумов из одной и той же нефти содержит меньше твердых парафинов. Наличие парафина в битуме снижает адгезию, поэтому его содержание не должно превышать 5%. Например, остаточный битум может содержать 1,6% (масс.) парафина, а асфальт деасфальтизации пропаном этого же битума – 0,8% (масс.) (Гун Р.Б. Нефтяные битумы. М., «Химия», 1989, стр.118).

Асфальт деасфальтизации используется (в соответствие с изобретением) для активации резинового порошка с целью улучшения взаимодействия его с битумом при приготовлении асфальтобетонной смеси; для улучшения сцепления пленки битума с поверхностью частиц резинового порошка. Для этого асфальт деасфальтизации разогревают до температуры 140°С, вводят в резиновый порошок в количестве 10% от массы порошка, тщательно перемешивают до однородного состояния, а затем оставляют на сутки (24 часа). При перемешивании и дальнейшем выдерживании смеси резинового порошка и асфальта деасфальтизации происходит диффузия асфальта деасфальтизации (смол и асфальтенов) в микропоры резины и соответственно активация поверхности частиц резины.

В качестве наполнителя в заявленной модифицирующей композиции использован порошок с плотностью материала порошка не менее 3,75 г/см³. В преимущественном варианте осуществления изобретения в качестве наполнителя использован порошок оксида алюминия (Al₂O₃). Для этой цели также может быть использован порошок материала (смесевого вещества), содержащего оксид алюминия в качестве основного компонента (т.е. не менее 50% от общей массы наполнителя).

Для получения заявленной модифицирующей композиции берут, например, 60% активированного асфальтом деасфальтизации резинового порошка, который перемешивают с 40% упомянутого наполнителя до однородного состояния.

Высокое значение плотности наполнителя в сочетании с активированным асфальтом деасфальтизации резиновым порошком позволяет получить асфальтобетон с плотностью, соответствующей серийному асфальтобетону (без модификатора) при сохранении всех известных преимуществ использования резинового порошка в качестве модификатора асфальтобетона.

Это подтверждают приведенные ниже результаты сравнительных исследований различных асфальтобетонов: состав №1 - без модификатора (серийный асфальтобетон); состав №2 - с модификатором по прототипу (патент RU №2458083 С1); состав №3 - с заявленным модификатором, в котором в качестве наполнителя взят порошок материала (смесевого вещества), содержащего оксид алюминия α-формы в количестве до 70% от общей массы наполнителя.

Состав №1 (серийный асфальтобетон):

Щебень фракции 5-20 …….. 40%

Щебень фракции 5-10 …….. 15%

Отсев дробления …………… 41%

Минеральный порошок ……. 4%

∑=100%

+Битум БНД 90/130 ……… 4,5%

Состав №2 (асфальтобетон с модификатором по патенту №2458083):

Щебень фракции 5-20 …….. 40%

Щебень фракции 5-10 …….. 15%

Отсев дробления …………… 41%

Минеральный порошок ……. 4%

∑=100%

+Битум БНД 90/130 ……… 4,5%

+Модификатор по указанному патенту … 0,5%

Состав №3 (асфальтобетон с заявленным модификатором):

Щебень фракции 5-20 …….. 40%

Щебень фракции 5-10 …….. 15%

Отсев дробления …………… 41%

Минеральный порошок ……. 4%

∑=100%

+Битум БНД 90/130 ……… 4,5%

+Модификатор заявленный …..… 0,5%

Показатели физико-химических свойств данных асфальтобетонов (составы 1-3) приведены в следующей таблице:

№ п/п Наименование показателей Серийный асфальтобетон Модифицированный асфальтобетон Требования по ГОСТ 9128 (I марка) Состав №1 Состав
№2 Состав №3 1 Средняя плотность, г/см³ 2,66 2,60 2,65 - 2 Предел прочности при сжатии, МПа
при 20ºС не менее
при 50ºС не менее
при 0ºС не более

3,95
2,12
7,3

4,78
2,11
8,69

4,86
2,04
9,65

2,5
1,0
11,0 3 Водостойкость, не менее 0,97 0,98 0,94 0,90 4 Водостойкость при длительном водонасыщении, не менее 0,94 0,85 0,85 0,85

5 Сдвигоустойчивость по:
- коэффициенту внутреннего трения, не менее
- сцеплению при сдвиге при температуре 50ºС, не менее

0,92

0,48

0,95

0,48

0,94

0,51

0,87

0,25

Таким образом, асфальтобетон с заявленным модификатором (состав №3) имеет практически ту же плотность, что и асфальтобетон без модификатора (состав №1). Кроме того, заявленный модификатор отличается от известных меньшим содержанием компонентов, что упрощает технологию его производства.

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к модифицирующим композициям асфальтобетонов, и может быть использовано на устройстве покрытий автомобильных дорог, аэродромов, мостов в различных климатических зонах. Композиция содержит резиновый порошок с размером частиц не более 1 мм и величиной удельной геометрической поверхности не менее 3500 см²/г, взятый в количестве 60-75% от общей массы композиции, и наполнитель. При этом резиновый порошок выполнен в виде измельченной резины, активированной асфальтом деасфальтизации, а наполнитель представляет собой порошок оксида алюминия или порошок материала, содержащего оксид алюминия в качестве основного компонента. Технический результат заключается в получении модификатора, который не приводит к снижению плотности асфальтобетона, а также в упрощении технологии получения данной композиции и в расширении арсенала модификаторов асфальтобетонов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

1. Модифицирующая композиция для асфальтобетонных смесей, содержащая резиновый порошок с размером частиц не более 1 мм и величиной удельной геометрической поверхности не менее 3500 см²/г, взятый в количестве 60-75% от общей массы композиции, и наполнитель, отличающаяся тем, что резиновый порошок выполнен в виде измельченной резины, активированной асфальтом деасфальтизации, а наполнитель представляет собой порошок оксида алюминия или порошок материала, содержащего оксид алюминия в качестве основного компонента.

2. Модифицирующая композиция по п.1, отличающаяся тем, что упомянутая измельченная резина получена из изношенных покрышек колес транспортных средств путем механического разрушения указанных покрышек с последующим доизмельчением при температуре не более 150°С.