Концентрат полимерно-битумного вяжущего Российский патент 2020 года по МПК C08L95/00 

Изобретение относится к нефтехимии, а именно, к модифицированию битумных вяжущих полимерами, и может быть использовано при получении асфальтобетонов, гидроизоляционных покрытий и мастик для строительных работ.

Из уровня техники известно полимерно-битумное вяжущее по патенту РФ 2181733, которое содержит в качестве полимерного модификатора низкоокисленный атактический полипропилен - АПП (0,3-10,0 мас.%) и битум или его смесь с карбоцепными полимерами (90,0-99,7 мас.%). Низкоокисленный атактический полипропилен имеет средневязкостную молекулярную массу 22000-29000 и содержит 0,20-0,34 мол.% карбонильных групп, получаемых окислением расплава АПП кислородом воздуха. Полученное битумно-полимерное вяжущее обладает высокими адгезионно-когезионными свойствами к полярным материалам (бетону, стали и минеральным наполнителям), повышенными теплостойкостью и стойкостью к термоокислительному старению.

Также известно полимерно-битумное вяжущее по патенту РФ 2562496, которое включает битум и мастичную композицию, содержащую асфальт, 94-97-процентный раствор серной кислоты и смесь диеновых углеводородов производства бутадиена и изопрена. Мастичная композиция дополнительно содержит ароматический экстракт селективной очистки нефтяных дистиллятов, образующий в смеси с асфальтом асфальтовую композицию, компоненты которой взяты в соотношении, мас.%: экстракт - 15-20, асфальт - остальное. Мастичная композиция дополнительно содержит полиметилсилоксановую жидкость при следующем соотношении компонентов, мас.%: асфальтовая композиция - 84-88, раствор кислоты - 7-9, смесь диеновых углеводородов производства бутадиена и изопрена - 3,5-6, полиметилсилоксановая жидкость - 1-2. Вяжущее дополнительно включает асфальтовую композицию. Компоненты ПБВ взяты при следующем соотношении, мас.%: мастичная композиция - 20-30, асфальтовая композиция - 30, битум - остальное. Результат заключается в снижении «старения» дорожного покрытия на основе ПБВ и повышении долговечности.

Недостатками известных аналогов является то, что они представляют собой готовое модифицированное вяжущее (ПБВ), которое хранится в жидком виде и при высоких температурах, что требует особых условий его хранения и транспортировки. Также готовое модифицированное вяжущее имеет ограниченный срок жизни (не более 14 дней) это связано в первую очередь со сроками его хранения при высоких температурах (происходит крайне негативный процесс окисления битума под воздействием высоких температур), требует особые условия хранения – необходимо перемешивание ПБВ, чтобы исключить его расслоение и требует особых условия транспортировки – перевоз ПБВ осуществляется в специальных термосах.

Техническая проблема заключается в создании концентрата полимерно-битумного вяжущего.

Технический результат заключается в реализации назначения концентрата полимерно-битумного вяжущего.

Технический результат достигается в концентрате полимерно-битумного вяжущего, имеющего сухую гранулированную форму и содержащего компоненты, взятые в масс. %: термоэластопласт в количестве - 10 – 50; компонент пластифицирующий в количестве - 10 – 50; битум нефтяной дорожный в количестве - 10-50; стабилизирующая добавка в количестве - 0 – 50; минеральный порошок в количестве - 0-10.

Заявленное изобретение не является готовым модифицированным битумным вяжущим, это именно концентрат (модификатор) с помощью которого, добавляя его в битум можно получить полимерно-битумное вяжущее, добавляя в асфальтобетонную смесь получить полимерасфальтобетон.

Предлагаемый состав – это концентрат (модификатор) который имеет сухую гранулированную форму и хранится при естественных условиях. В связи с этим: имеет срок жизни более 1 года, не подвержен старению (окислению битума), не требует особых условий хранения и транспортировки. Такой подход не требует создания дополнительных заводов по модификации битума и не требует модернизации асфальтобетонного завода для его применения.

Конечным результатом применения модификатора является получение полимерно-битумного вяжущего или полимерасфальтобетонов, свойства которых регламентированы нормативно-технической документацией. Так как исходные материалы для приготовления модифицированного вяжущего и полимерасфальтобетонов - вяжущее и каменные материалы могут отличаться марками и иметь значительный разброс исходных параметров (так как даже в рамках одной марки, нормативной документацией допускается разброс параметров в определенном диапазоне) – предлагаемый к патентованию состав имеет диапазон долей компонентов, позволяющий создать модификатор для всего спектра материалов, применяемых для производства модифицированного вяжущего и полимерасфальтобетонов, таким образом, чтобы его применение обеспечивало соответствие параметров получаемого модифицированного вяжущего и полимерасфальтобетона, требованиям существующей нормативно-технической документации.

Каждый из компонентов модификатора может применяться в предлагаемом диапазоне, чтобы обеспечить соответствие нижеперечисленных параметров требованиям нормативно-технической документации:

№ компонент Достигаемый ТР в модифицированном вяжущем Достигаемый ТР в полимерасфальтобетоне Термоэластопласт расширение интервала пластичности Стойкость к образованию колеи Компонент пластифицирующий Величина пенетрации трещеностойкость Битум нефтяной дорожный Является технологической добавкой, обеспечивающей грануляцию смеси и влияет на коэффициент агломерации модификатора. Стабилизирующая добавка Не применяется Коэффициент стекания Минеральный порошок Является технологической добавкой и применяется для снижения индекса агломерации гранулы.

Существует два способа ввода концентрата в асфальтобетонную смесь – сухой и мокрый:

При сухом способе концентрат вводится в асфальтобетонную смесь непосредственно в момент ее приготовления на асфальтобетонном заводе (АБЗ) для этих целей, как правило, используется линия подачи стабилизирующей добавки.

При мокром способе концентрат вводится в битум, с приготовлением модифицирующего вяжущего, которое в свою очередь используется для приготовления модифицированных асфальтобетонных смесей на АБЗ.

Применение концентрата позволяет получить асфальтобетонную смесь идентичную по составу и параметрам асфальтобетонным смесям, приготовленным на ПБВ. В случае с концентратом для получения таких смесей возможен сухой и мокрый способ модификации.

Так, в случае применения концентрата сухим способом: при приготовлении асфальтобетонных и щебеночно-мастичных (ЩМА) смесей, модификация производится непосредственно при приготовлении асфальтобетонных смесей на АБЗ путем добавления концентрата через линию подачи стабилизирующей добавки. Время модификации соизмеримо со временем приготовления асфальтобетонных и щебеночно-мастичных смесей и составляет порядка 20-30 секунд. Это наиболее предпочтительный и востребованный метод модификации вяжущего.

При мокром способе: модификация нефтяного дорожного битума может производится путем добавления концентрата непосредственно в битумное хранилище, оборудованное механической мешалкой или циркуляционным насосом. Полное растворение концентрата происходит за время, не превышающее 60 мин в диапазоне температур 170-180 °С. В дальнейшем хранение вяжущего, модифицированного концентратом не отличается от хранения ПБВ. Данный метод обладает гораздо меньшими преимуществами и может быть использован, например, для оценки в лабораторных условиях вяжущего на соответствие требованиям действующих стандартов.

Концентрат полимерно-битумного вяжущего, представляет собой смесь, имеющую сухую гранулированную форму и содержащую компоненты, взятые в масс. %:

термоэластопласт в количестве 10 – 50;

компонент пластифицирующий в количестве 10 – 50;

битум нефтяной дорожный в количестве10-50;

стабилизирующая добавка в количестве 0 – 50;

минеральный порошок в количестве 0-10.

Материалы, используемые для приготовления заявленного концентрата взяты в определенной пропорции. Данные интервалы значений регулируют качество изготовляемого материала и непосредственно влияют на достижение технического результата (реализацию назначения), а именно:

А) термоэластопласт – в количестве от 10 до 50 массовых частей

10 – минимальное количество ТЭП в модификаторе, при котором модифицированный асфальтобетон показывает ФМХ выше пределов погрешности в сравнении с не модифицированном асфальтобетоном.

50 – содержание ТЭП в модификаторе выше 50% повышает вязкость модифицированного вяжущего до уровня, при котором асфальтобетонная смесь становится технологически непригодной.

Б) Применение компонента пластифицирующего – в количестве от 10 до 50 массовых частей,

10 – минимальное количество КП способного растворить минимальное количество ТЭП;

50 – минимальное количество КП способного растворить максимальное количество ТЭП

В) Битум нефтяной дорожный – в количестве от 10 до 50 массовых частей

10 – минимальное количество битума, которое будет способствовать грануляции модификатора, а также способствовать распределению модификатора в битумном вяжущем за время не превышающее время приготовления АБС.

50 – максимальное количество битума в модификаторе, при котором модификатор сохраняет гранулированную форму при заданных условиях хранения.

Г) Стабилизирующая добавка – в количестве от 0 до 50 массовых частей;

0 – отсутствие СД в модификаторе позволяет получить модификатор, способный модифицировать не только АБС но и битумное вяжущее.

50 – максимальное количество СД, которое может быть востребовано для стабилизации высоконасыщенных битумом АБС.

Д) Минеральный порошок – в количестве от 0 до 10 массовых частей;

0 – в случае, если сочетание остальных компонентов модификатора позволяет получит материал не подверженный слеживаемости – МП не применяется.

10 – максимальное количество МП способной удержаться на гранулах модификатора.

Также при изготовлении концентрата возможны варианты применения различных материалов:

1. Для КПБВ – концентрат полимерно-битумного вяжущего в качестве термоэластопласта может использоваться:

- Термоэластопласт линейный бутадиен-стирольный СБС Л 30-01А

- Термоэластопласт разветвленный бутадиен-стирольный СБС Р 30-00 А,

- Термоэластопласт разветвленный бутадиен-стирольный СБС Р 39-00.

- Термопласт разветвленный бутадиен-стирольный ДСТ Р 30-00,

- Термоэластопласт линейный бутадиен-стирольный ДСТ Л 30-01,

- Термоэластопласт линейный бутадиен-стирольный ДСТ Л 30-01 (СР),

В качестве битума нефтяного дорожного может использоваться:

- Битум нефтяной дорожный БНД 40/60,

- Битум нефтяной дорожный БНД 60/90,

- Битум нефтяной дорожный БНД 90/130,

- Битум нефтяной дорожный вязкий БНД 50/70,

- Битум нефтяной дорожный вязкий БНД 70/100,

- Битум нефтяной дорожный вязкий БНД 100/130.

В качестве стабилизирующей добавки может использоваться целлюлозное, асбестовое и базальтовое волокно;

В качестве минерального порошка может использоваться:

- Известь строительная гидратная,

- Каолин,

-Микроволластонит (Миволл),

-Мел.

Исходное сырье поступает на склад сырья, где проходит входной контроль на соответствие паспортам данным и требованиям завода изготовителя.

Дозирование исходного сырья в простейшем случае представляет собой ручное или автоматическое дозирование каждого компонента в количестве необходимом для одного замеса. Для автоматизации процесса можно предусмотреть дозаторы сыпучих и жидких материалов, которые управляются автоматической системой управления технологическим процессом (АСУТП) и обеспечивают требуемый состав концентрата. Дозатор и АСУТП – это элементы технологической линии, направленные на автоматизацию процесса. Данные элементы могут быть исключены (оба или по отдельности) и это никак не повлияет на конечный результат (продукт), просто добавится ручной труд.

После дозирования (из дозаторов), сырье в необходимом количестве поступает в резиносмеситель, где происходит смешение и гомогенизация компонентов. Смешение компонентов возможно в резиносмесителе периодического действия, закрытого типа, тихоходном или быстроходным. Рабочими органами таких смесителей являются два ротора, помещенные в камеру и вращающиеся навстречу друг другу. Камера имеет окна для загрузки компонентов и выгрузки готовой смеси. Во время приготовления смеси окна закрываются защитными механизмами. Объем резиносмесителя – 70-90 литров. Цикл смешения – не более 6 минут при температуре не выше 90°С.

Для подачи смеси в линию гранулирования, необходимо готовую смесь из резиносмесителя спрофилировать в полосу или жгут. Конкретный профиль и размеры зависят от конструкции и производительности линии гранулирования. Имеется опыт профилирования в полосу размером 120х15 мм.

Для профилирования могут быть использованы резиносмесительные вальцы или червячный экструдер холодного типа действия. Производительность линии профилирования должна быть равной или кратной производительности резиносмесителя. Конструктивное выполнение линии профилирования — не влияет на конечный результат (продукт).

После профилирования смесь поступает на экструдер, имеющий одну или более зон охлаждения в диапазоне 30-100 градусов, оборудованную датчиками температуры с возможностью поддержания заданной температуры в зонах экструдера. Экструдер также имеет устройство торцевой резки гранул на фильере с системой охлаждения и нагрева, с возможностью поддержания заданной температуры.

Гранула в процессе резки на фильере слипается, для исключения слипания – необходимо в камеру резки подавать минеральный порошок. Далее гранула должна транспортироваться пневмотранспортом на вибросито. Рабочие органы воздуходувки и циклона разбивают слипшуюся, опудренную гранулу. Длина линии пневмотранспорта должна быть подобрана таким образом, чтобы обеспечить остывание гранулы до попадания на вибросито закрытого типа с устройством дополнительного опудривания гранул. Гранулы дополнительно опудриваются в количестве, не превышающем 3% от их массы.

Изобретение относится к нефтехимии, а именно к модифицированию битумных вяжущих полимерами, и может быть использовано при получении асфальтобетонов, гидроизоляционных покрытий и мастик для строительных работ. Предложен концентрат полимерно-битумного вяжущего и достигается в концентрате полимерно-битумного вяжущего, имеющего сухую гранулированную форму и содержащего компоненты, взятые в масс. %: термоэластопласт в количестве 10–50; компонент пластифицирующий в количестве 10–50; битум нефтяной дорожный в количестве 10-50; стабилизирующая добавка в количестве 0–50; минеральный порошок в количестве 0-10. Технический результат заключается в улучшенных эксплуатационных характеристиках концентрата. 1 табл.

Концентрат полимерно-битумного вяжущего, имеющий сухую гранулированную форму и содержащий компоненты, взятые в масс. %:

термоэластопласт 10–50 компонент пластифицирующий 10–50 битум нефтяной дорожный 10-50 стабилизирующая добавка 0–50 минеральный порошок 0-10