Способ введения адгезионных добавок, содержащих одностенные, и/или двустенные, и/или многостенные углеродные нанотрубки, в битумы нефтяные дорожные вязкие и применение адгезионных добавок, содержащих одностенные, и/или двустенные, и/или многостенные углеродные нанотрубки, в составе битумов нефтяных дорожных вязких Российский патент 2018 года по МПК C08L95/00 B82Y30/00 C01B32/158 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к строительной отрасли и в частности к материалам, используемым в дорожном, аэродромном и гражданском строительстве, а именно к применению адгезионных добавок, содержащих одностенные и/или двустенные и/или многостенные углеродные нанотрубки (ОУНТ, ДУНТ, МУНТ) в битумах нефтяных дорожных вязких (БНД) для асфальтового (асфальтобетонного) покрытия (полотна) дорожного полотна и к способу введения адгезионных добавок (АД), содержащих одностенные и/или двустенные и/или многостенные углеродных нанотрубки, в битумы нефтяные дорожные вязкие.

Уровень техники

Битумы нефтяные дорожные вязкие - это любые существующие или перспективные битумы, применяемые в составе асфальтового дорожного покрытия для улучшения его адгезионных свойств.

Адгезионные добавки - это любые существующие или перспективные поверхностно-активные вещества (ПАВ), применяемые в составе с дорожными битумами и полимербитумными вяжущими.

Углеродные нанотрубки - это протяженные цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров, состоящие из одной или нескольких свернутых в трубу графеновых плоскостей и заканчивающиеся обычно полусферической головкой, которая может рассматриваться как половина молекулы фуллерена.

Идеальная углеродная нанотрубка представляет собой свернутую в цилиндр графеновую плоскость, т.е. поверхность, выложенную правильными шестиугольниками, в вершине которых расположены атомы углерода. Структура одностенных углеродных нанотрубок, наблюдаемых экспериментально, во многих отношениях отличается от представленной выше идеализированной картины. Прежде всего это касается вершин углеродной нанотрубки, форма которых далека от идеальной полусферы. В основном одностенные углеродные нанотрубки применяются в литий-ионных аккумуляторах, углепластиковых материалах, автомобилестроении. Многостенные углеродные нанотрубки отличаются от одностенных значительно более широким разнообразием форм и конфигураций. Разнообразие структур появляется как в продольном, так и в поперечном направлении. Широко известна структура "матрешки" многостенных углеродных трубок, которая представляет собой совокупность коаксиально вложенных друг в друга цилиндрических трубок. Другая разновидность этой структуры представляет собой совокупность вложенных друг в друга коаксиальных призм. Также известен структура в виде свистка.

Открытие углеродных нанотрубок произошло относительно недавно и по этой причине их применение в настоящее время ограничено лишь определенными отраслями и направлениями, в частности: микроэлектроника, капиллярные, оптические применения, медицина, генераторы энергии и двигатели, источники тока.

В настоящее время на практике углеродные нанотрубки практически не применяются в строительной отрасли и в составе материалов, используемых в дорожном (аэродромном, гражданском) строительстве, а именно в составе адгезионных добавок, вводимых в битумы нефтяные дорожные вязкие для асфальтового покрытия дорожного полотна.

Также в настоящее время назрела необходимость создания способа введения адгезионных добавок, содержащих одностенные и/или двустенные и/или многостенные углеродные нанотрубки, в состав указанных битумов нефтяных дорожных вязких.

Заявителю не известны патентные и иные опубликованные документы, раскрывающие применение адгезионных добавок, содержащих одностенные и/или двустенные и/или многостенные углеродные нанотрубки, в битумах нефтяных дорожных вязких для асфальтового покрытия дорожного полотна и способ введения адгезионных добавок, содержащих одностенные и/или двустенные и/или многостенные углеродные нанотрубки в указанные битумы нефтяные дорожные вязкие.

Раскрытие изобретения

Одна задача настоящего изобретения заключается в применении адгезионных добавок (присадок), содержащих одностенные и/или двустенные и/или многостенные углеродные нанотрубки, в битумах нефтяных дорожных вязких для асфальтового покрытия.

ПАВ в асфальтобетонные смеси следует вводить:

- В случае использования каменных материалов, к которым битум плохо прилипает и от которых легко отслаивается под воздействием воды, а также при применении активных бтумов для обработки любых минеральных материалов.

- При строительстве покрытий осенью и ранней весной, когда минеральные материалы увлажнены.

- Для улучшения показателей технологического процесса приготовления битумоминеральных смесей (уменьшения температуры нагрева смеси, сокращения времени перемешивания).

- Для ускорения формования дорожного покрытия при использовании битумов малой вязкости (при температуре до +10 градусов Цельсия).

- Для активации поверхности минеральных материалов - порошка, щебня, песка.

- Для уменьшения старения битумов вязких марок (БНД 200/300, БНД 130/200, БНД - 90/130, БНД - 60/90, БНД - 40/60 и других.)

Большинство добавок при температуре +20 градусов Цельсия имеет мазеобразную консистенцию, поэтому для применения в асфальтобетонных смесях их предварительно нагревают до температуры, при которой они становятся жидкими (обычно 40-80 градусов Цельсия). В жидком виде добавки можно перекачивать и дозировать мерниками (объемными дозаторами) в битумные котлы или непосредственно в смесители при приготовлении асфальтобетонных смесей (особенно для нетермостойких ПАВ). В битумных котлах необходимо перемешивать добавки с битумом с помощью мешалки или битумным насосом путем циркуляции ПАВ, что позволяет уменьшить температуру нагрева асфальтобетонной смеси на 10-20 градусов Цельсия без снижения ее качества и удобообрабатываемости. Некоторые присадки являются при обычной температуре (20 градусов Цельсия) твердыми веществами с температурой плавления 70-75 градусов Цельсия и поэтому требуют предварительного расплавления перед введением в битум.

Присадки можно вводить в битум:

- При его производстве на нефтеперерабатывающих заводаз.

- В битум на АБЗ или битумных базах.

- На поверхность минерального материала до или в процессе обработки его битумом на АБЗ, при устройстве покрытий методом смешения в передвижных установках или на дороге, а также при добавлении в дробильнопомольных установках.

Положительное влияние присутствия адгезионной добавки, содержащей одностенные и/или двустенных и/или многостенные углеродные нанотрубки в битумах нефтяных дорожных вязких заключается в следующем:

Обеспечение сцепления битумов нефтяных дорожных вязких с минеральной частью асфальтобетонной смеси из кислых и основных горных пород и их смесям, и, соответственно, увеличение прочности на сжатие, сдвиго- и трещиностойкости покрытия.

Улучшаются пластические свойства АБС (асфальто-бетонной смеси), что способствует улучшению обволакиваемости, удобообрабатываемости и подвижности АБС, лучшему их уплотнению при укатывании, уменьшению слеживаемости холодного асфальтобетона.

Появляется возможность снижения расхода битума на 5-10% (по данным АМДОР-10).

Снижение водонасыщения асфальтобетонных смесей, повышение водостойкости и длительной водостойкости покрытия.

Увеличивается сезон дорожно-строительных работ (можно укладывать при более низких температурах битума).

Увеличивается срок службы дорожного покрытия в 1,5-2,5 раза, при использовании БНД с наномодифицированной (ОУНТ, ДУНТ, МУНТ) АД.

Другая задача настоящего изобретения заключается в создании наиболее эффективного способа введения адгезионных добавок, содержащих одностенные и/или двустенные и/или многостенные углеродные нанотрубки в битумы нефтяные дорожные вязкие, которые будут использоваться в асфальтовом покрытии дорожного полотна.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении эффективности введения адгезионных добавок, содержащих одностенные и/или двустенные и/или многостенные углеродные нанотрубки в битумы нефтяные дорожные вязкие для асфальтового покрытия и в повышении адгезионных свойств битумов нефтяных дорожных вязких для асфальтового покрытия, а также, соответственно, в повышении качества и долговечности асфальтового покрытия.

Вышеуказанный технический результат достигается за счет способа введения адгезионных добавок, содержащих одностенные и/или двустенные и/или многостенные углеродные нанотрубки, в битумы нефтяные дорожные вязкие, заключающийся в разогреве исходных битумов нефтяных дорожных вязких до рабочей температуры, введением в битумы нефтяные дорожные вязкие или на их поверхность минеральных материалов и введение адгезионных добавок посредством перемешивания адгезионных добавок в смесительном устройстве.

Согласно настоящему изобретению в качестве смесительного устройства используют турбулентный смеситель.

Согласно настоящему изобретению варьируют значение рабочей температуры исходя из типа битумов нефтяных дорожных вязких.

Согласно настоящему изобретению разогрев адгезионных добавок выше критических значений могут осуществлять после их введения.

Согласно настоящему изобретению могут варьировать время и скорость вращения в зависимости от типа смесителя и битумов нефтяных дорожных вязких.

Согласно настоящему изобретению могут осуществлять дегазацию в барокамере или дегазаторе.

Также для достижения вышеуказанного технического результата предложено применение адгезионных добавок, содержащих одностенные и/или многостенные углеродные нанотрубки, полученных любым из вышеуказанных способов, в битумах нефтяных дорожных вязких для асфальтового покрытия, в качестве средств повышения адгезионных свойств.

Согласно настоящему изобретению концентрация адгезионных добавок, содержащих одностенные и/или двустенные и/или многостенные углеродные нанотрубки, может составлять от 0,01% до 5% от массы асфальтового покрытия.

Осуществление изобретения

Способ введения адгезионных добавок, содержащих одностенные и/или двустенные и/или многостенные углеродные нанотрубки, в битумы нефтяные дорожные вязкие для асфальтового покрытия осуществляют следующим образом:

- вначале выполняют разогрев исходного битума нефтяного дорожного вязкого до рабочей температуры, при этом значение температуры выбирается исходя из типа БНД;

- перед введением в битум нефтяной дорожный вязкий или на его поверхность минеральных материалов добавки не рекомендуется разогревать выше критических значений;

- добавки следует вводить согласно технической карте ввода адгезионных добавок в битум нефтяной дорожный вязкий;

- перемешивание в турбулентном смесителе и/или в других типах смесителей необходимо для смешивания, эмульгирования, гомогенизации, дезинтеграции и растворения многокомпонентных смесей;

- выбор времени и скорости вращения диспергатора необходимо устанавливать в зависимости от используемого оборудования и типа битума нефтяного дорожного вязкого;

- опционально выполняют дегазацию пробы в барокамере (дегазаторе) для удаления пузырьков вовлеченного воздуха.

В результате осуществления способа происходит смешивание адгезионных добавок с битумом нефтяным дорожным вязким.

В настоящем изобретении предлагается сам факт применения алгезионных добавок, содержащих одностенные и/или двустенные и/или многостенные углеродные нанотрубки в битумах нефтяных дорожных вязких для асфальтового покрытия, в том числе применение адгезионных добавок, содержащих одностенные и/или двустенные и/или многостенные углеродные нанотрубки в битумах нефтяных дорожных вязких для асфальтового покрытия, полученных согласно вышеуказанному способу введения адгезионных добавок, содержащих одностенные и/или двустенные и/или многостенные углеродные нанотрубки в битумах нефтяных дорожных вязких для асфальтового покрытия.

Концентрация (содержание) адгезионных добавок, содержащих одностенные и/или двустенные и/или многостенные углеродные нанотрубки составляет от 0,01% до 5% от массы асфальтового покрытия, т.е. от объема готового продукта. Именно этот интервал обеспечивает наилучшее качество и адгезивные свойства асфальтового покрытия. Это обусловлено тем, что более низкой концентрации (0%) требуемый эффект не будет достигаться, а более высокая концентрация может привести к нарушению качества продукта.

Настоящее изобретение относится к способу введения адгезионных добавок, содержащих одностенные, и/или двустенные, и/или многостенные углеродные нанотрубки, в битумы нефтяные дорожные вязкие, а также применению данных агдезионных добавок в составе битумов. Способ по изобретению включает разогрев исходных битумов нефтяных дорожных вязких до рабочей температуры, с последующим введением в битумы нефтяные дорожные вязкие адгезионных добавок посредством их перемешивания в смесительном устройстве. Применение адгезионных добавок, содержащих одностенные, и/или двустенные, и/или многостенные углеродные нанотрубки, в битумах нефтяных дорожных вязких для асфальтового покрытия обеспечивает повышенное сцепление битумов с минеральной частью асфальтобетонной смеси из кислых и основных горных пород, что приводит к увеличению прочности на сжатие, сдвиго- и трещиностойкости дорожных покрытий. 2 н. и 6 з.п. ф-лы.

1. Способ введения адгезионных добавок, содержащих одностенные, и/или двустенные, и/или многостенные углеродные нанотрубки, в битумы нефтяные дорожные вязкие, заключающийся в разогреве исходных битумов нефтяных дорожных вязких до рабочей температуры, введении в битумы нефтяные дорожные вязкие или на их поверхность минеральных материалов и введении адгезионных добавок посредством перемешивания адгезионных добавок в смесительном устройстве.

2. Способ по п. 1, в котором в качестве смесительного устройства используют турбулентный смеситель.

3. Способ по п. 1, в котором варьируют значение рабочей температуры исходя из типа битумов нефтяных дорожных вязких.

4. Способ по п. 1, в котором разогрев адгезионных добавок выше критических значений осуществляют после их введения.

5. Способ по п. 1, в котором варьируют время и скорость вращения в зависимости от типа смесителя и битумов нефтяных дорожных вязких.

6. Способ по п. 1, в котором осуществляют дегазацию в барокамере или дегазаторе.

7. Применение адгезионных добавок, содержащих одностенные, и/или двустенные, и/или многостенные углеродные нанотрубки, полученных способом по любому из пп. 1-6, в составе битумов нефтяных дорожных вязких, в качестве средств повышения адгезионных свойств.

8. Применение по п. 7, согласно которому концентрация адгезионных добавок, содержащих одностенные, и/или двустенные, и/или многостенные углеродные нанотрубки, составляет от 0,01% до 5% от массы асфальтового покрытия.