Битумно-резиновое вяжущее (варианты) для асфальтобетона и способ его получения с использованием СВЧ (варианты) Российский патент 2020 года по МПК C09D195/00 C08L95/00 C04B26/26 C09D5/08 

Изобретение относится к области дорожных материалов и может быть использовано в качестве вяжущего вещества для асфальтобетона. Изобретение позволяет повысить физико-механические свойства асфальтобетона, повысить адгезию  вяжущего по отношению к каменным материалам.

Известно изобретение битумно-резиновая мастика (Патент РФ № 2426754 С1, МПК С08L, дата публикации: 20.08.2011), содержащая дорожный битум БНД 60/90, резиновую крошку и пластифицирующую добавку из строительной извести и минерального порошка, отличающейся тем, что дополнительно содержит полимерную добавку из резинового термоэластопласта РТЭП. При следующем соотношении компонентов, мас.%: битум БНД 60/90 68-78; резиновая крошка 9-13; резиновый термоэластопласт РТЭП 5-7. Пластифицирующая добавка при соотношении строительная известь минеральный порошок 3:7 8-12.

Недостатком является дополнительное использование пластифицирующей добавки и термоэластопласта РТЭП, что повышает стоимость конечного продукта.

Известно вяжущее (полиэтилен - гудроновое вяжущее – ПЭГВ) для дорожных покрытий (Патент РФ № 2519207 С1, МПК С08L, опубликован 10.06.2014). Вяжущее содержит, в мас.%: глубокоокисленный гудрон - 30-40; полиэтилен высокого давления - 1,5-3,5; серу элементарную - 0,15-0,45; прямогонный гудрон - до 100. 

Недостатком является, что известное вяжущее характеризуется сильным токсичным запахом из-за применения серы элементарной.

Известна битумно-резиновая композиция (Патент РФ № 2462489 С2, МПК С08L, С08K, опубликован 27.09.2012) содержащая битум, резиновую крошку и девулканизующий агент. При этом в качестве девулканизующего агента используют наноразмерный кремнезоль. Соотношение компонентов следующее (м.ч.): битум - 100, резиновая крошка - 15-20, наноразмерный кремнезоль - 0,05-0,15. Битумнорезиновую композицию получают путем перемешивания исходных компонентов в герметичном реакторе при температуре 180-230°С в течение 80-120 мин.

Недостатком данной композиции является применение наноразмерного кремнезоля, который при подаче в реактор пылит, соответственно необходимо дополнительное оборудование по обеспыливанию.

Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип (Патент РФ № 2164927 С2, МПК С08L, С08L, опубликован 10.04.2001) является способ получения битумно-резиновой композиции получаемой смешением битума и резиновой крошки в герметичном реакторе в присутствии органического или неорганического основания при 160-230°С в течение 15-60 минут.

Недостатком данной композиции является необходимость фильтрования готовой продукции через металлическую сетку, что говорит о недостаточном растворении резины.

Задачей, на решение которой направлена заявляемое изобретение, заключается в создании способа получения битумно-резинового композита для применения в качестве вяжущего вещества в асфальтобетоне, повышенного качества.

Технический результат заключается в повышении температуры размягчения, растяжимости, уменьшении температуры хрупкости вяжущего вещества. А так же в повышении прочности при сжатии, водостойкости и понижению водонасыщения асфальтобетона.

Технический результат достигается тем, что битумно-резиновое вяжущее, включающее в состав разогретый битум, нефтяной пек, нефтяной мазут и резиновую крошку, согласно изобретению, имеет следующее соотношение компонентов при различных вариантах его: -битум БНД 100 /130 (570,6 г), нефтяного пека (28,5 г), нефтяного мазута (12,1 г), резиновой крошки (5,7 г),

- или битум БНД 100 /130 1 (502,0 г), нефтяного пека (50,2 г), нефтяного мазута (16,9 г), резиновой крошки (10 г),

-или битум БНД 100 /130 (320,0 г), нефтяного пека (48,0 г), нефтяного мазута (15,1 г), резиновой крошки (9,6 г),

- или битум БНД 100 /130 (550,0 г), нефтяного пека (110,0 г), нефтяного мазута (34,1 г), резиновой крошки (22,0 г),

-или битум БНД 100 /130 (550,0 г), нефтяного пека (137,5 г), нефтяного мазута (42,9 г), резиновой крошки (27,5 г).

Технический результат достигается и тем , что способ получения битумно-резиновых мастик, включает смешивание состава, обработку СВЧ-энергией и нагревание.

Согласно изобретению, перед смешиванием и нагревом СВЧ-энергией смесь предварительно нагревают в сушильном шкафу при температуре 165°С в течении 2 часов, при этом, перемешивание смеси (№1) происходит в течении 1 ч 15 минут до температуры 200,0°С; что перемешивание смеси (№2) происходит в течении 0 ч 40 минут до температуры 200,0°С, перемешивание смеси (№3) происходит в течении 1 ч 10 минут до температуры 156,0°С; перемешивание смеси (№4) происходит в течении 0 ч 30 минут до температуры 176,0°С; перемешивание смеси (№5) происходит в течении 0 ч 40 минут до температуры 180,0°С.

Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».

Проведенный дополнительный сопоставительный анализ патентной и научно-технической информации не выявил источники, содержащие сведения об известности совокупности отличительных признаков заявляемого битумно-резинового вяжущего и способа его получения

свидетельствует о его соответствии критерию «изобретательский уровень».

Приготовление смеси битумно-резинового вяжущего осуществлялось следующим образом:

Состав №1. В мерную колбу объемом 1000 мл, вносили разогретый до 150°С битум БНД 100/130 570,6 г, затем добавляли 28,5 г нефтяного пека, резиновой крошки 5,7 г и 12,1 г нефтяного мазута.

Состав №2. В мерную колбу объемом 1000 мл, вносили разогретый до 150°С битум БНД 100/130 502,0 г, затем добавляли 50,2 г нефтяного пека, резиновой крошки 10,0 г и 16,9 г нефтяного мазута.

Состав №3. В мерную колбу объемом 1000 мл, вносили разогретый до 150°С битум БНД 100/130 320,0 г, затем добавляли 48,0 г нефтяного пека, резиновой крошки 9,6 г и 15,1 г нефтяного мазута

Состав №4. В мерную колбу объемом 1000 мл, вносили разогретый до 150°С битум БНД 100/130 550,0 г, затем добавляли 110,0 г нефтяного пека, резиновой крошки 22,0 г и 34,1 г нефтяного мазута

Состав №5. В мерную колбу объемом 1000 мл, вносили разогретый до 150°С битум БНД 100/130 550,0 г, затем добавляли 137,5 г нефтяного пека, резиновой крошки 27,5 г и 42,9 г нефтяного мазута

Соотношение компонентов в процентах приведено в таблице 1.

Таблица 1

Соотношения компонентов

№п/п Компоненты
(г) Номера составов 1 2 3 4 5 1 Битум 570,6 502,0 320,0 550,0 550,0 2 Резиновая крошка 5,7 10,0 9,6 22,0 27,5 3 Нефтяной мазут 12,1 16,9 15,1 34,1 42,9 4 Нефтяной пек 28,5 50,2 48,0 110,0 137,5

Затем смеси материалов ставили в сушильный шкаф на 2 часа при температуре 165°С. Периодически, через каждые 30 минут, смесь перемешивали на высокоскоростном диспергаторе. Далее смесь заливали в смеситель с СВЧ-нагревом. Перемешивание проводилось: для состава №1 1 час 15 минут до температуры 200°С, для состава №2 40 минут до температуры 200°С, для состава №3 1 час 10 минут до температуры 156°С, для состава №4 30 минут до температуры 176°С, для состава №5 40 минут до температуры 180°С.

Составы №1, №2, №3 по своей консистенции были однородные, состав №4 и №5 в своем составе имели частицы не разложившегося нефтяного пека и резиновой крошки, поэтому дополнительно обработаны диспергатором в течении 10 минут.

Результаты по определению физико-механических свойств вяжущего приведены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты физико-механических испытаний вяжущего

№п/п Наименование показателя Номер состава Показатели Единичное значение Среднее значение 1 Температура размягчения, °С 1 +46,5 +46,6 +46,6 +46,6 2 +47,8 +47,8 +47,8 +47,7 3 +48,0 +48,2 +48,3 +48,2 4 +50,0 +50,1 +50,2 +50,0 5 +50,2 +50,2 +50,1 +50,2 2 Температура хрупкости, °С 1 -20,0 -20,0 -20,1 -20,0 2 -21,0 -21,0 -20,9 -21,0 3 -21,0 -21,1 -21,1 -21,1 4 -21,7 -21,8 -21,8 -21,7 5 -22,0 -22,0 -22,1 -22,0 3 Растяжимость при 0°С, см 1 3,9 4,0 4,0 4,0 2 4,3 4,3 4,3 4,2 3 4,5 4,5 4,6 4,4 4 4,5 4,6 4,6 4,6 5 4,8 4,9 4,9 4,9

Результаты испытаний на адгезию к каменным материалам, таким как гранит, базальт и щебень из гравия, составы №1 и №2 не выдержали к граниту, остальные все составы ко всем каменным материалам испытание выдержали.

По результатам, приведенным в таблице 2 можно сделать выводы, что составы №4 и №5 по своему содержанию однородны, резиновая крошка растворилась, что говорит о высоких физико-механических результатах испытаний, высокая температура размягчения, низкая температура хрупкости и достаточно хорошая растяжимость. Составы №4 и №5 выбраны в качестве вяжущего для асфальтобетона.

На втором этапе произведен замес асфальтобетона тип Б марка II на вяжущих №4 и №5, а так же один состав на битуме БНД 100/130 в качестве эталонного образца. Состав асфальтобетона: щебень из гравия фракции св.10 до 20 мм – 22%, щебень из гравия фракции от 5 до 10 мм – 21%, песок из отсевов дробления – 52%, минеральный порошок – 5%, вяжущее – 5,7%. Минеральные материалы изначально высушены до постоянной массы. После точного дозирования щебень из гравия и песок из отсевов дробления помещены в сушильный шкаф на 2 часа при температуре 165°С, вяжущее нагревалось отдельно 1,5 часа при температуре 140°С. Далее на горячую смесь щебня из гравия и песка из отсевов дробления, высыпали минеральный порошок и налили вяжущее. Затем смесь грелась в сушильном шкафу 1 час при температуре 150°С периодически через каждые 15 минут перемешиваясь. Далее из смеси формовали образцы диаметром 71,5 мм. Образцы перед испытаниями выдержали на воздухе при комнатной температуре 1 сутки. Испытания проводили в соответствии с ГОСТ 12801-98. Результаты испытания асфальтобетона приведены в таблице 3. Состав №1 – на битуме БНД 100/130, состав №2 – на вяжущем №4, состав №3 – на вяжущем №5.

Таблица 3

Результаты физико-механических результатов испытаний асфальтобетона

№п/п Наименование показателя Номер состава Показатели Единичное значение Среднее значение 1 Предел прочности при сжатии, Мпа при температуре: 20°С 1 2,58 2,59 2,59 2,59 2 2,58 2,58 2,58 2,59 3 2,64 2,65 2,65 2,65 50°С 1 1,27 1,28 1,28 1,28 2 1,34 1,33 1,32 1,33 3 1,54 1,55 1,55 1,55 0°С 1 8,01 8,00 8,00 8,00 2 7,59 7,58 7,57 7,58 3 8,00 8,02 8,03 8,02 20_в°С 1 2,53 2,54 2,55 2,54 2 2,59 2,60 2,60 2,60 3 2,83 2,83 2,82 2,83 20_дл°С 1 2,41 2,40 2,40 2,40 2 2,47 2,48 2,47 2,49 3 2,59 2,60 2,60 2,60 2 Средняя плотность, г/см³ 1 2,36 2,36 2,36 2,35 2 2,37 2,37 2,37 2,37 3 2,38 2,38 2,37 2,38 3 Водонасыщение, % по объему 1 3,03 3,02 3,02 3,00 2 2,98 2,97 2,97 2,95 3 2,83 2,83 2,85 2,82 4 Коэффициент водостойкости 1 0,98 0,98 0,98 0,98 2 1,00 1,00 1,01 1,00 3 1,07 1,07 1,06 1,07 5 Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении 1 0,93 0,93 0,93 0,93 2 0,96 0,96 0,96 0,96 3 0,98 0,98 0,98 0,98

Данные представленные в таблице 3 показывают положительное влияние модифицированного вяжущего на физико-механические свойства асфальтобетона. Состав с вяжущим №5, где наибольшее содержание резиновой крошки, показал более высокие показатели. Плотность выше, чем у состава на битуме БНД 100/130, показатели водостойкости, как при длительном, так и при простом водонасыщении так же выше. Водонасыщение меньше, что говорит о меньшем содержании пор и более плотном составе. Предел прочности на сжатие при температуре 50°С высокий, что говорит о теплостойкости асфальтобетона, предел прочности на сжатие при 0°С показывает высокую трещиностойкость в зимний период. Так же дополнительно смеси были исследованы на адгезию. Полученные результаты показали отличную адгезию по 5 шкале на 5 баллов состав №3 на вяжущем с максимальным содержанием резиновой крошки и состав №2, на 4 балла состав №1.

Проведенные в работе исследования показывают, что добавление резиновой крошки в битум, позволяет повысить его физико-механические свойства, такие как температура размягчения, температура хрупкости и растяжимость. Получается вяжущее, которое является практически аналогом полимебитумного вяжущего, только с использованием отходов резины. Установлено, что асфальтобетон на модифицированном вяжущем позволяет повысить физико-механические свойства, такие как водостойкость, плотность, предел прочности при сжатии при температурах 20°С, 0°С, 50°С, понизить водонасыщение. Изношенные шины это эластомерный материал с уникальными свойствами. Производство резиновых изделий, а именно автомобильных шин увеличивается с каждым годом, соответственно растут отходы, что неблагоприятно влияет на окружающую среду. Резиновая крошка, получаемая из отходов резины является уникальным модификатором вяжущего для асфальтобетона. Так как по сравнению с каучуками более устойчива к окислительному воздействию кислорода воздуха, обладает высокой устойчивостью к солевым растворам и воде. В своем составе резиновая крошка содержит полимеры, пластификаторы и антиоксиданты, благодаря им повышается устойчивость вяжущего в условиях эксплуатации.

Изобретение относится к области строительных материалов для автомобильных дорог и может быть использовано при получении вяжущего вещества в асфальтобетоне для повышения физико-механических свойств. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании способа получения битумно-резинового композита для применения в качестве вяжущего вещества в асфальтобетоне повышенного качества. Битумно-резиновое вяжущее, как варианты вяжущего, содержит битум, нефтяной пек, нефтяной мазут и резиновую крошку при различных их соотношениях. Вяжущее получают при перемешивании компонентов с использованием нагревания СВЧ. Изобретение позволяет повысить физико-механические свойства вяжущего, такие как температура размягчения, температура хрупкости и растяжимость. 10 н.п. ф-лы, 3 табл., 5 пр.

1. Битумно-резиновое вяжущее, включающее в своем составе разогретый битум, резиновую крошку, отличающееся тем, что дополнительно содержит нефтяной пек, нефтяной мазут при соотношении компонентов, г:

битум БНД 100/130 570,6 нефтяной пек 28,5 нефтяной мазут 12,1 резиновая крошка 5,7

2. Битумно-резиновое вяжущее, включающее в своем составе разогретый битум, резиновую крошку, отличающееся тем, что дополнительно содержит нефтяной пек и нефтяной мазут в соотношении компонентов, г:

битум БНД 100/130 502,0 нефтяного пека 50,2 нефтяного мазута 16,9 резиновой крошки 10,0

3. Битумно-резиновое вяжущее, включающее в своем составе разогретый битум, резиновую крошку, отличающееся тем, что дополнительно содержит нефтяной пек и нефтяной мазут в соотношении компонентов, г:

битум БНД 100/130 320,0 нефтяной пек 48,0 нефтяной мазут 15,1 резиновая крошка 9,6

4. Битумно-резиновое вяжущее, включающее в своем составе разогретый битум, резиновую крошку, отличающееся тем, что дополнительно содержит нефтяной пек и нефтяной мазут в соотношении компонентов, г:

битум БНД 100/130 550,0 нефтяной пек 110,0 нефтяной мазут 34,1 резиновая крошка 22,0

5. Битумно-резиновое вяжущее, включающее в своем составе разогретый битум, резиновую крошку, отличающееся тем, что дополнительно содержит нефтяной пек и нефтяной мазут в соотношении компонентов, г:

битум БНД 100/130 550,0 нефтяной пек 137,5 нефтяной мазут 42,9 резиновая крошка 27,5

6. Способ получения вяжущего по п.1, включающий нагрев битума, отличающийся тем, что нагрев битума осуществляют с применением СВЧ при перемешивании смеси в течение 1 ч 15 минут до температуры 200,0°С.

7. Способ получения вяжущего по п.2, включающий нагрев битума, отличающийся тем, что нагрев битума осуществляют с применением СВЧ при перемешивании смеси в течение 40 минут до температуры 200,0°С.

8. Способ получения вяжущего по п.3, включающий нагрев битума, отличающийся тем, что нагрев битума осуществляют с применением СВЧ при перемешивании смеси в течение 1 часа 10 минут до температуры 156,0°С.

9. Способ получения вяжущего по п.4, включающий нагрев битума, отличающийся тем, что нагрев битума осуществляют с применением СВЧ при перемешивании смеси в течение 30 минут до температуры 176,0°С.

10. Способ получения вяжущего по п.5, включающий нагрев битума, отличающийся тем, что нагрев битума осуществляют с применением СВЧ при перемешивании смеси в течение 40 минут до температуры 180,0°С.