Резино-полимерно-битумное вяжущее и способ его получения Российский патент 2021 года по МПК C08L95/00 C08J3/20 C08K9/00 C08K5/00 C08J11/00 

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, в частности к композиционным вяжущим составам на основе органических соединений для приготовления асфальтобетонных смесей, использующихся при строительстве и ремонте автомобильных дорог, мостов и аэродромов, точнее изобретение касается резино- полимерно- битумного вяжущего и способа его получения.

В настоящее время при строительстве автомобильных дорог применяется полимерно-битумное вяжущее, представляющее собой смесь битума, например битум нефтяной дорожный 90/130 (около 93%), пластификатора (около 3%) и СБС- полимера (стирол-бутадиен-стирол) (около 3%). Точный состав подбирается в зависимости от качества (параметров) исходных компонентов, так, чтобы полимерно-битумное вяжущее в готовом виде соответствовало ГОСТ Р 52056-2003.

Важнейшими характеристиками вяжущих для дорожных строительных материалов являются температурные характеристики - температура размягчения и температура хрупкости (так называемый диапазон пластичности органического вяжущего). Принято считать, что температура размягчения должна быть не менее чем на 25°С больше наивысшей температуры в году в данном регионе. Температура хрупкости должна быть не выше самой низкой температуры года в данном регионе. Температура размягчения вяжущего определяет сдвигоустойчивость (стойкость к недопущению колееобразования асфальтобетона). Температура хрупкости органического (битумного) вяжущего в значительной степени определяет трещиностойкость дорожных материалов при отрицательных температурах.

Для полимерно-битумного вяжущего, соответствующего ГОСТ Р 52056-2003, температура размягчения (по кольцу и шару) составляет не ниже 49-51°С; эластичность - при температуре 25°С составляет 85%, а при температуре 0°С составляет 75%; температура хрупкости по Фраасу составляет не выше -25…-30°С; растяжимость при температуре 25°С составляет около 30 см, а при температуре 0°С составляет около 15-20 см. Указанные характеристики такого полимерно-битумного вяжущего позволяют успешно его использовать в ряде регионов с умеренными температурными режимами. При этом, несмотря на то, что блоксополимеры типа стирол-бутадиен-стирол, присутствующие в полимерно-битумном вяжущем, улучшают физико-механические характеристики нефтяных битумов, они являются дорогими модификаторами, изготавливаемыми из первичного сырья.

Кроме того, использование полимерного модификатора - блоксополимеров типа стирол-бутадиен-стирол сопровождается плохой совместимостью полимеров с битумом, имеет место расслоение модифицированного вяжущего при перевозке и хранении и коалесценция частиц дисперсной фазы при высоких температурах укладки асфальтобетонного покрытия.

В настоящее время большое признание получило использование в вяжущих на основе битума резиновой крошки из измельченных отработанных автомобильных шин вместо дорогостоящих термоэластопластов, что обеспечивает значительные преимущества технического, экологического и экономического характера. В соответствии с такой новацией были разработаны, например, следующие вяжущие:

вяжущее, содержащее прямогонный гудрон с условной вязкостью при температуре 80°С -60-160 с; глубокоокисленный гудрон (битум нефтяной строительный марки БН 90/10 по ГОСТ 6617); элементарную серу (серу техническую газовую комовую по ГОСТ 127.1-93) в качестве вулканизирующего агента; резиновую крошку из отработанных покрышек (фракция 0÷0,63 мм) и полиэтилен высокого давления ПЭВД по ГОСТ 16337-77 (Патент РФ №2519214). Однако, указанное вяжущее имеет относительно высокое содержание серы - 0,15-0,45% мас., которая не может быть связана полностью с органической составляющей композиции, что может привести к выделению ее из состава вяжущего в дальнейшем в виде сероводорода или как нерастворенная часть в виде осадка; низкая дисперсия компонентов резины, в т.ч. молекул каучука, в битуме приводит к невысокой седиментационной устойчивости композиции и получению невысоких пластичных свойств, регламентируемых современной нормативно-технической документацией на дорожные битумы (ГОСТ 33133); применяемый в композиции полиэтилен высокого давления является термопластом, что не позволяет получать вяжущее с эластичностью, требуемой ГОСТ Р 52056.

В патенте РФ 2707770 описана композиция вяжущего для дорожных асфальтобетонных смесей, которая отличается высокой эластичностью, а также пониженной температурой хрупкости, высокой температурой размягчения, хорошей растяжимостью. Указанная композиция содержит, масс %: строительный битум марки БН 90/10 по ГОСТ 6617 - 45-55; нефтяной диспергирующий агент, преимущественно тяжелый газойль каталитического крекинга и асфальтит, обогащенные ароматическими компонентами - 4,5-9,0; резиновую крошку средней фракции 2,5-4,5 мм - 0,5-1,0; серу элементную - 0,02-0,05; термоэластопласт типа СБС - 0-3,0; прямогонный гудрон - до 100.

Такую композицию вяжущего получают путем проведения в стандартных смесительных емкостях процесса мягкой термодеструкции резиновой крошки размером 2,5-4,5 мм в нефтяных диспергирующих агентах (асфальтите - рафинате процесса пропановой деасфальтизации гудронов или тяжелом газойле каталитического крекинга), обогащенных ароматическими компонентами, в массовом соотношении 10:90 при интенсивном перемешивании компонентов в течение 3 часов при температуре 200°С. Продукты мягкой термодеструкции резиновой крошки в нефтяном диспергирующем агенте затем смешивают с прямогонным гудроном (содержащим ненасыщенные органические компоненты, которые отсутствуют в окисленных продуктах и к которым через серные «мостики» происходит «пришивание» молекул каучука). При достижении температуры 200°С добавляют в перемешиваемую смесь элементную серу в количестве 5% на массу переработанной резиновой крошки, и проводят дальнейшее смешение при той же температуре в течение 2 часов. Затем компаундируют полученный компонент с глубокоокисленным гудроном (с температурой размягчения по КиШ в интервале 70÷85°С) или строительным битумом марок БН 90/10 для получения дорожных битумов марок БНД 70/100, БНД 100/130 по ГОСТ 33133. Для получения полимерно-битумных вяжущих марки ПБВ 60 по ГОСТ Р 52056 при достижении температуры смеси 180°С дополнительно вводят в емкость для перемешивания термоэластопласт типа стирол-бутадиен-стирол в количестве не более 3% на массу этой смеси, и проводят активное перемешивание смеси при той же температуре в течение еще 1 часа.

Нефтяные диспергирующие агенты, в качестве которых использовали тяжелый газойль каталитического крекинга и асфальтит, обогащенные ароматическими компонентами, позволяют получать более однородную дисперсию девулканизированной резиновой крошки в битуме, так как присутствие в составе названных нефтяных агентов значительного количества полиароматических соединений (не менее 35% мас.) способно диспергировать молекулы каучука в нефтяной дисперсионной среде. Большое содержание частично деструктированной резиновой крошки (состояние частичного распада вулканизационной сетки в резине), частицы которой имеют пористую поверхность, приводит к частичному поглощению мальтеновых масел из битума, приводящего к повышению твердой дисперсионной фазовой составляющей и, в сочетании с напряженным состоянием асфальтобетона от механических усилий (силового воздействия колес автомобильного транспорта), а также колебанием температуры внешней среды, приводит к нарушению структуры, к потере деформационной устойчивости и, соответственно, к преждевременной деструкции битума и асфальтобетона при эксплуатации покрытия и разрушению асфальтобетона.

Элементная сера, массовое содержание которой в композиции ограничено сотыми долями (0,02-0,05% мас.), позволяет проводить процесс «прививки» молекул каучука к молекулам полиароматических компонентов с образованием седиментационно устойчивой структуры; при этом сера в таком количестве оказывается полностью связанной с органическими ненасыщенными соединениями вяжущего, не выделяясь в виде сероводорода.

Присутствие в композиции термоэластопласта типа СБС позволяет улучшить пластично-эластичные характеристики резиносодержащих дорожных вяжущих, необходимых для долговечности дорожных покрытий и получать полимерно-битумные вяжущие марки ПБВ 60 в полном соответствии с ГОСТ Р 52056.

Однако наличие частиц крошки средней фракции размером 2,5-4,5 мм в композиции рассматриваемого вяжущего не дает возможности качественно уплотнить асфальтобетонную смесь из-за ее разуплотнения в ходе укатки устраиваемого слоя асфальтобетона (особенно плотных и высокоплотных асфальтобетонов). Также существуют и определенные сложности выдерживания температурных ограничений 120…140°С при приготовлении асфальтобетонной смеси, так как при температуре выше 140°С наступает дегидрогенизация компонентов органического вяжущего, признаком которой является выделение сероводорода, образующегося при соединении серы с водородом, а при температуре ниже 120°С резко происходят процессы кристаллизации серы. Кроме того, возникает необходимость частичного изменения существующей (традиционной) технологии подготовки вяжущего и приготовления асфальтобетонных смесей на его основе. Также требуется более длительный контроль качества таких выпускаемых асфальтобетонных смесей и вяжущих из-за значительно дольше протекающих в них процессов структурообразования, чем в обычных асфальтобетонных смесях.

В качестве прототипа выбрано полимер-битумное вяжущее, описанное в патенте РФ №2638963. Полимер-битумное вяжущее содержит, мас. %: пластификатор - пластификатор нефтяной (масло ПН-6) по ТУ 38.1011217-89 - 5; полимер группы дивинилстирольных термоэластопластов, предпочтительно СБС-полимер (стирол-бутадиен-стирол) - 1,5-2; резину дробленую с размером частиц не более 0,9 мм из покрышек грузовых автомобильных шин или шин карьерных самосвалов - 20-25; реагент повышения однородности и активности полимер-битумного вяжущего - комплексная активирующая присадка дорожная по ТУ BY 491068297.001-2015 - 1-2; битум нефтяной дорожный марок БНД 60/90 или БНД 90/130 - остальное. В соответствии с указанным охранным документом полимерно-битумная композиция содержит инертные компоненты - целлюлозное и/или минеральное волокно, гашеную известь, минеральный порошок.

Полимерно-битумное вяжущее указанного состава получают в соответствии со следующей технологией. На первом этапе технологического процесса получения такого полимерном-битумного вяжущего в горячий вязкий битум вводят полимеры группы дивинилстирольных термоэластопластов, дробленую резину, пластификатор и реагент повышения однородности и активности вяжущего. Полученную смесь при температуре 160…170°С подвергают термомеханической обработке с применением диспергатора в течение нескольких циклов общей продолжительностью до 240 минут. В результате термохимических реакций (термохимической реактивации) и механического воздействия на многофазную среду происходит гемолитический разрыв связей атомов серы и атомов углерода в составе молекул каучука (девулканизация резины), в результате которого последний приобретает способность к образованию макрорадикалов для последующего взаимодействия наравне с молекулами термоэластопластов с компонентами битума.

На втором этапе технологического процесса получения такого полимерном-битумного вяжущего после охлаждения полученной полимербитумной композиции до 60…70°С в ее состав вводят инертные компоненты -целлюлозное и/или минеральное волокно, гашеную известь, минеральный порошок. Полученную смесь гранулируют до образования сыпучего материала, устойчивого к слеживанию.

Такое полимерно-битумное вяжущее представляет собой более устойчивую гомогенную систему и имеет следующие физико-механические свойства: температура размягчения (по кольцу и шару) - не ниже 70°С; глубина проникновения иглы 0,1 мм при 25°С - 60-90; температура хрупкости по Фраасу составляет не выше -35°С, то есть такой продукт может с успехом применяться в ряде климатических зон.

Однако, для достижения указанных характеристик готового продукта требуется значительное время - более 4 часов, что ведет к увеличению затрат энергии, при этом может происходить снижение качества вяжущего из-за отсутствия возможности контроля процессов девулканизации и деструкции крошки дробленой резины. Кроме того, при длительном времени приготовления рассматриваемого вяжущего при температурах выше 170°С происходит деструкция битума и его старение.

Помимо сказанного, такому составу также присущи недостатки, что указаны для вяжущего, описанного в патенте РФ 2707770, и, прежде всего, наблюдаемое разуплотнение асфальтобетонной смеси в ходе ее уплотнения.

Недостатком вышеуказанных композиций является то, что присутствующая в составе дробленая резина представляет собой сравнительно крупную резиновую крошку, ничем не закрепленную, которая может выделяться из дорожного покрытия в процессе эксплуатации.

Кроме того, композиции вяжущих, получаемые в рамках указанных патентов, не могут эффективно работать в составе дорожных покрытий в суровых климатических условиях (при температурах наружного воздуха ниже -40°С и выше +45°С). При этом учет влияния солнечной радиации приводит к требованиям, чтобы температура размягчения вяжущего была не менее 75°С.

Помимо сказанного, для всех перечисленных выше аналогов характерен принципиальный общий недостаток - в известных вяжущих не реализован полностью потенциал, заложенный в резиновой крошке шинных отходов, и в объеме вяжущего не образована структура, обуславливающая удовлетворительные значения температуры хрупкости, достаточную усталостную долговечность и теплостойкость.

В основу заявляемого изобретения положена задача создать резино-полимерно-битумное вяжущее на основе таких ингредиентов, взятых в таком соотношении, и такой реализующий его получение способ на основе таких более технологичных приемов и режимов выполнения, которые обеспечили бы равномерное образование в объеме вяжущего пространственной структурной сетки, которая способствовала бы повышению сопротивления битума воздействию сдвиговых напряжений и увеличению его усталостной долговечности и низкотемпературной трещиностойкости.

Эта задача решена созданием резино-полимерно-битумного вяжущего для асфальтобенных смесей на основе битума, органического пластификатора, полимера группы дивинилстирольных термоэластопластов и резинового порошка, в котором, согласно изобретению, в качестве органического пластификатора использован газойль тяжелый вакуумный, в качестве резинового порошка использован порошок девулканизированной резины со средним размером агломерированных частиц менее 0,31 мм и удельной поверхностью от 0,3 до 0,8 м²/г., и дополнительно использовано поверхностно-активное вещество с активными малеиновыми группами, при следующем соотношении названных ингредиентов, мас. %:

полимер группы дивинилстирольных термоэластопластов - 2,8 - 6, 1;

газойль тяжелый вакуумный - 8,5 - 13,1;

порошок девулканизированной резины- 9,8 -13,9;

поверхностно-активное вещество с активными малеиновыми группами - 0,7-1,1;

битум - остальное.

Технический результат, который достигнут при выполнении предлагаемого резино-полимерно-битумного вяжущего, заключается в создании универсального продукта с повышенными значениями температур размягчения и пониженными значениями температур хрупкости, сохраняемыми в суровых климатических условиях при повышенных механических нагрузках, а также имеющего повышенные показатели усталостной долговечности. Благодаря заявляемому вяжущему достигнута возможность получения резино-полимерно-битумного вяжущего с повышенными значениями температур размягчения и пониженными температурами хрупкости, а также с увеличенными показателями усталостной долговечности, сохраняемыми как в суровых холодных так и в горячих климатических условиях при повышенных механических нагрузках.

Согласно изобретению, полезно, чтобы в резино-полимерно-битумном вяжущем полимер группы дивинилстирольных термоэластопластов был выбран из группы, включающей стирол-бутадиен-стирол, стирол-бутадиеновый каучук, стирол-изобутилен-стирол, стирол-этилен-бутадиен-стирол, которые равноценно обеспечивают формирование пространственной структурной сетки, устойчивой к воздействующим циклическим нагрузкам колес автомобильного транспорта на асфальтобетонное покрытие.

При этом желательно, чтобы полимер группы дивинилстирольных термоэластопластов представлял собой стирол-бутадиен-стирол.

Согласно изобретению, полезно, чтобы порошок девулканизированной резины представлял собой продукт переработки использованных автомобильных шин и отходов резинотехнических изделий, что является благоприятным фактором в деле защиты окружающей среды и сохранении жизнепригодной экологии.

Для обеспечения широкого диапазона пластичности получаемого композиционного резино-полимерно-битумного вяжущего, обеспечивающего нужды как регионов с высокой месячной температурой (выше +45°С), так и северных регионов с низкой месячной температурой (наиболее холодного месяца ниже -40°С) целесообразно, согласно изобретению, чтобы в качестве битума был использован битум нефтяной дорожный марки 90/130.

Поставленная задача также решена созданием способа получения резино-полимерно-битумного вяжущего, включающим введение в битум пластификатора, измельченной резины, полимера группы дивинилстирольных термоэластопластов, в котором, согласно изобретению, в качестве измельченной резины используют порошок девулканизированной резины со средним размером агломерированных частиц менее 0,31 мм и удельной поверхностью от 0,3 до 0,8 м²/г, а в качестве пластификатора используют газойль тяжелый вакуумный, введение в битум названных ингредиентов осуществляют последовательно и дискретно в режиме непрерывного принудительного массообмена и поддержания температуры реакционной массы не выше 145°С, а введение каждого последующего ингредиента осуществляют в реакционную массу, имеющую гомогенность, достигнутую путем указанного массообмена, при этом после введения полимера группы дивинилстирольных термоэластопластов в реакционную массу дополнительно вводят поверхностно-активное вещество с активными малиновыми группами.

Благодаря заявляемому изобретению стало возможно в более технологичных условиях по затратам энергии и временному параметру получать целевой продукт с повышенными значениями температур размягчения и пониженной температурой хрупкости, сохраняемыми в суровых климатических условиях при повышенных механических нагрузках, а также с повышенными показателями усталостной долговечности.

Согласно заявляемому изобретению, целесообразно, чтобы непрерывный принудительный массообмен был обеспечен применением по меньшей мере одного перемешивающего устройства планетарного типа, возможно трех перемешивающих устройств планетарного типа или дополнительным применением циркуляционного насоса.

Поставленная задача также решена созданием другого способа получения резино-полимерно-битумного вяжущего, включающим введение в битум пластификатора, измельченной резины, полимера группы дивинилстирольных термоэластопластов, в соответствии с которым, согласно изобретению, в качестве измельченной резины используют порошок девулканизированной резины со средним размером агломерированных частиц менее 0,31 мм и удельной поверхностью от 0,3 до 0,8 м²/г, а в качестве пластификатора используют газойль тяжелый вакуумный, способ осуществляют в режиме непрерывного принудительного массообмена и поддержания температуры реакционной массы не выше 145°С, при этом в битум сначала вводят предварительно образованный гомогенный раствор полимера группы дивинилстирольных термоэластопластов в газойле тяжелом вакуумном, затем в образованную реакционную массу, имеющую гомогенность, достигнутую путем названного массообмена, последовательно и дискретно вводят поверхностно-активное вещество с активными малеиновыми группами, затем порошок девулканизированной резины.

Благодаря заявляемому изобретению стало возможно значительно упростить технологию приготовления целевого продукта и в более технологичных условиях по затратам энергии и временному параметру получать целевой продукт с повышенными значениями температур размягчения и пониженной температурой хрупкости, сохраняемыми в суровых климатических условиях при повышенных механических нагрузках, а также с повышенными показателями усталостной долговечности.

В соответствии с заявляемым изобретением, целесообразно для обеспечения гомогенности реакционной смеси и повышения дисперсности предварительно образованный раствор полимера, газойля и возможно битума дополнительно подвергать диспергированию перед названным введением в битум.

Согласно изобретению, полезно, чтобы непрерывный принудительный массообмен обеспечивался применением по меньшей мере одного перемешивающего устройства планетарного типа, возможно трех перемешивающих устройств планетарного типа и дополнительным применением циркуляционного струйного насоса.

Дальнейшие цели и преимущества заявляемого изобретения станут ясны из последующего подробного описания полимер-битумного вяжущего, заявляемых вариантов способа получения такого вяжущего и конкретных примеров выполнения.

Заявляемое композиционное резино-полимерно-битумное вяжущее выполнено на основе битума, преимущественно битума нефтяного дорожного марки 90/130, органического пластификатора - газойль тяжелый вакуумный, аналогичный указанному в ТУ 0258-001-7645399-2013, возможно в смеси с тяжелым газойлем каталитического крекинга, взятых преимущественно в равных пропорциях. Помимо названных выше ингредиентов, заявляемое резино-полимерно-битумное вяжущее выполнено на основе полимера группы дивинилстирольных термоэластопластов и порошка девулканизированной резины. В соответствии с заявляемым изобретением, полимер группы дивинилстирольных термоэластопластов выбран из группы, включающей стирол-бутадиен-стирол (СБС), стирол-бутадиеновый каучук (СБК), СБК латекс, стирол-изобутилен-стирол (СИС), стирол-этилен-бутадиен-стирол (СЭБС), но преимущественно термоэластопласт, входящий в состав заявляемого вяжущего, представляет собой термопластичные блок-сополимеры стирол-бутадиен-стирола (СБС) линейных, либо радиальных конфигураций.

Согласно заявляемому изобретению, использован тонкодисперсный порошок девулканизированной резины, являющийся продуктом переработки использованных автомобильных шин и отходов резинотехнических изделий, со средним размером агломерированных частиц менее 0,31 мм и удельной поверхностью от 0,3 до 0,8 м²/г. Полимерные основы исходного резинового продукта, как правило, состоят из сополимеров стирол-бутадиена (СБК), акрилонитрил-бутадиена (БНК), этилен-пропилен-диена (ЭПДМ), натурального каучука (НК) и бутадиеновых полимеров (БП). Учитывая, что частицы девулканизированной резины должны обладать адгезией к битуму и достижения пространственной структурной сетки заявляемого вяжущего, было выявлено с помощью инфракрасной спектроскопии, что наилучшие результаты получаются с переработанной крошкой из вулканизированной резины (каучука), состоящей из полимеров типа стирол-бутадиена, бутадиена и изопрена, а также соответствующих смесей. Автомобильные шины идеально подходят для подобного применения, будучи составленными из вышеупомянутых полимерных элементов, хотя и в значительно рознящихся концентрациях. Таким образом, достигается возможность для утилизации использованных автомобильных шин и отходов резинотехнических изделий, что благоприятно для поддержания жизнепригодной экологии.

Переработанный тонкодисперсный резиновый порошок имеет средний размер агломерированных частиц менее 0,31 мм, дискретно девулканизованную поверхность, развитую пористую структуру с удельной поверхностью от 0,3 до 0,8 м²/г, которая позволяет в короткое время (до 1 минуты) осуществить взаимодействие данных частиц с битумом при температуре 135…145°С и распад их на нано- и микро фрагменты. Такой тонкодисперсный резиновый порошок может быть получен, например, путем высокотемпературного сдвигового измельчения в роторном диспергаторе использованных автомобильных шин и отходов резинотехнических изделий и/или высокотемпературного сдвигового измельчения в роторном диспергаторе использованных автомобильных шин и отходов резинотехнических изделий и термопластичных блок-сополимеров стирол-бутадиен-стирола (СБС), как это описано в патенте РФ №2612637. Возможно для образования порошка {крошки} из девулканизованной резины с указанными характеристиками использовать технологии на основе термомеханического измельчения резинового вулканизата, оборудования, такого как пиролизаторы, либо экструдеры, разработанные для преобразования механической энергии в тепловую с целью достижения температур, необходимых для разрушения внутри- и межмолекулярных связей в вулканизированных продуктах. В результате таких воздействий происходит деструкция резиновой крошки, а также диспергирование появившихся в результате этого молекул каучука до микро- и наноразмеров. Резиновая крошка деструктурированная до частиц молекулярных размеров способна в среде мальтеновых масел битума образовать гелевую матрицу, удерживающую структурные элементы сетки во всем объеме вяжущего без расслоения, без коалесцентного коллапса, при котором происходит слияние-срастание дисперсных частиц между собой и оседание, взаимодействовать с молекулярными фрагментами битумов с образованием пространственной структурной сетки. При смешивании тонкодисперсного резинового порошка (натуральной и синтетической каучуковой составляющей резиновых шин и соответствующих полимерных элементов (сополимеров указанных выше) с битумом при небольших температурах 130…145°С выявлены процессы взаимодействия каучука с полимерными составляющими и битума протекающего по механизму взаимной физической диффузии: битум в тонкодисперсный резиновый порошок (натуральную и синтетическую каучуковую составляющую резиновых шин и соответствующих полимерных элементов), а каучук с полимерными составляющими в битум, с образованием гелевого субстракта-компаунда, свойства которого подчиняются закону аддитивности (свойство суммарного выражения действия отдельных компонентов). При этом, каучуковые составляющие резиновых шин (каучуки и полимерные элементы шин) сначала набухают в битуме, а затем диффузионно распределяясь, создают в нем самостоятельную решетку, способную воспринимать температурные и механические деформации композита без образования трещин, что приводит к значительному снижению хрупкости и повышению теплостойкости композиционного вяжущего и асфальтобетона. Такая структура обеспечивает высокую теплостойкость композиционного резино-полимерно-битумного вяжущего (температура размягчения до +99°С), повышенную трещиностойкость (температура хрупкости по Фраасу ниже 40°С), пластичность при низких температурах (растяжимость при 0°С до 30 см) и высокую эластичность (до 95% при температуре +25°С и до 80% при температуре 0°С). При этом сформированная пространственная структурная сетка работает устойчиво к воздействующим циклическим нагрузкам от колес движущегося автомобильного транспорта по асфальтобетонному покрытию.

Высокоразвитая поверхность частиц девулканизованной резины со средним размером агломерированных частиц менее 0,31 мм (удельная поверхность от 0,3 до 0,8 м²/г) отлично приспособлена для когезионного взаимодействия с битумом, последовательно улучшая конечные механические свойства целевого продукта.

Таким образом, говоря, в рамках заявляемого изобретения, о тонкодисперсном порошке девулканизированной резины со средним размером агломерированных частиц менее 0,31 мм и удельной поверхностью от 0,3 до 0,8 м²/г, здесь и далее мы имеем в виду исключительно продукт, полученный либо путем высокотемпературного сдвигового измельчения в роторном диспергаторе резинотехнических изделий, либо путем высокотемпературного сдвигового измельчения в роторном диспергаторе резинотехнических изделий и термопластичных блок-сополимеров стирол-бутадиен-стирола (СБС), как это описано в патенте РФ №2612637, либо путем технологии на основе термомеханического измельчения резинового вулканизата в условиях, обеспечиваемых пиролизаторами, экструдерами, при преобразовании механической энергии в тепловую с целью достижения температур, необходимых для разрушения внутри- и межмолекулярных связей в вулканизированных продуктах.

В соответствии с заявляемым изобретением, вяжущее содержит в качестве пластификатора битума газойль тяжелый вакуумный, который в процессе хранения готового продукта -резино-полимерно-битумного вяжущего, в том числе при повышенных температурах не проявляет «выпотевания» и не испаряется, то есть обеспечивает стабильность достигнутых характеристик битума и, кроме того, способен снизить процесс коалисцентного коллапса в готовом продукте.

В соответствии с заявляемым изобретением, резино-полимерно-битумное вяжущее дополнительно содержит поверхностно-активное вещество с активными малеиновыми группами типа продукта АФТИСОТДОР (Техпрогресс-1, ДАД-1, ДАД-2), что способствует повышенной адгезии битума, увеличения его срока службы и термостойкости. Согласно изобретению, вышеуказанные ингредиенты заявляемого резино-полимерно-битумного вяжущего содержатся в следующем соотношении, мас. %: по меньшей мере один полимер группы дивинилстирольных термоэластопластов - 2,8 -6,1%; газойль тяжелый вакуумный -8,5-13,1; порошок девулканизированной резины - 9,8-13,9; поверхностно-активное вещество с активными малеиновыми группами - 0,7-1,1; битум - остальное.

В соответствии с заявляемым изобретением, реализовать получение такого резино-полимерно-битумного вяжущего возможно с помощью способа, включающего последовательное и дискретное введение в реактор, содержащий битум, преимущественно предварительно обезвоженный и нагретый до температуры в диапазоне примерно 135-140°С, газойля тяжелого вакуумного, взятого в количестве, достаточном для содержания в целевом продукте этого компонента в количестве 8,5-13,1 мас. %. Вводимый газойль имеет температуру в диапазоне 90-100°С. Получаемую при этом реакционную смесь подвергают непрерывному принудительному массообмену с помощью, например, перемешивающего устройства планетарного типа и/или циркуляционного струйного насоса до достижения ее гомогенности.

При выборе типа перемешивающего устройства мы учитывали требуемую интенсивность (краткость) перемешивания, вязкость среды, липкость. Целесообразно для перемешивания имеющихся в данном случае жидкостей большой вязкости и липких масс применение мешалки планетарного типа, в которых лопасти при движении полностью или частично взаимно очищаются. Лопасти таких мешалок обычно имеют винтовую боковую поверхность, благодаря чему частицы перемешиваемого материала получают определенную скорость в осевом направлении. Движение лопастям сообщает планетарный механизм.

Затем в гомогенную реакционную массу непрерывно и равномерно вводят тонкодисперсный порошок девулканизированной резины, взятый в количестве, достаточном для содержания в целевом продукте этого компонента в количестве - 9,8-13,9 мас%, и по меньшей мере один полимер группы дивинилстирольных термоэластопластов, взятый в количестве, достаточном для содержания в целевом продукте этого компонента в количестве - 2,8-6,1%. Образующуюся при этом реакционную массу перемешивают до полного смачивания и равномерного распределения порошка по всему объему реакционной массы, после чего осуществляют интенсивное перемешивание всего реакционного объема с помощью, например, перемешивающего устройства планетарного типа, в том числе перемешивающих устройств в количестве трех, имеющих различное направление перемешивания, а именно: «по часовой стрелке» и «против часовой стрелке», обеспечивая непрерывной принудительный массообмен ингредиентов. Для достижения гомогенной консистенции реакционной массы возможно дополнительно применение циркуляционного струйного насоса, обеспечивающего поток реакционной массы в реакторе снизу вверх.

Возможно и полезно осуществлять многократное перекачивание реакционной массы из названного реактора во второй вспомогательный реактор, что способствует достижению гомогенной консистенции реакционной массы.

По достижении однородности/гомогенности реакционной массы в нее вводят поверхностно-активное вещество с активными малеиновыми группами, взятое в количестве, достаточном для содержания в целевом продукте этого компонента в количестве - 0,7-1,1 мас%, имеющее температуру не выше 50 градС. Получаемую при этом реакционную смесь подвергают непрерывному принудительному массообмену с помощью, например, перемешивающего устройства планетарного типа до достижения ее однородности. Время перемешивания на этой стадии выполнения способа составляет порядка 15-25 минут.

Полученная однородная реакционная масса представляет собой целевой продукт - резино-полимерно-битумное вяжущее, в котором содержатся в следующем соотношении, мас. %: по меньшей мере один полимер группы дивинилстирольных термоэластопластов - 2,8-6,1%; газойль тяжелый вакуумный - 8,5-13,1; порошок девулканизированной резины - 9,8-13,9; поверхностно-активное вещество с активными малеиновыми группами - 0,7-1,1; битум - остальное.

Время получения указанного продукта составляет порядка 60-80 минут, температура реакционной массы на всех стадиях получения не выше 145°С.

В соответствии с заявляемым изобретением, реализовать получение такого резино-полимерно-битумного вяжущего возможно также с помощью второго способа, включающего введение в реактор, содержащий битум, преимущественно предварительно обезвоженный и нагретый до температуры в диапазоне примерно 135-140°С, предварительно подготовленный раствор названного полимера в названном пластификаторе - газойле. При образовании такого предварительно подготовленного раствора выполняют следующие действия: в реакционную емкость подают названный пластификатор, имеющий температуру в диапазоне 90-100°С, взятый в количестве, достаточном для содержания в целевом продукте этого компонента в количестве 8,5-13,1 мас. %. Затем в реакционную емкость подают по меньшей мере один полимер группы дивинилстирольных термоэластопластов, взятый в количестве, достаточном для содержания в целевом продукте этого компонента в количестве - 2,8-6,1%. Во время подачи в реакционную емкость названных ингредиентов осуществляют непрерывный, но не интенсивный принудительный массообмен с помощью, например, перемешивающего устройства планетарного типа. Затем для достижения однородности реакционной массы температуру повышают до значений в диапазоне 155-160°С, и обеспечивая интенсивный принудительный массообмен с помощью, например, перемешивающего устройства планетарного типа. Помимо этого, возможно использование диспергатора, при этом отбирая реакционную массу из нижней части реакционной емкости и возвращая диспергированную реакционную массу преимущественно в верхнюю часть реакционной емкости.

Заявляемый способ предусматривает вариант выполнения, при котором (при условии высокой вязкости этого предварительно получаемого раствора и сопутствующих сложностях по его эффективному перемешиванию) в полученную однородную реакционную массу из полимера и пластификатора вводят битум преимущественно обезвоженный, имеющий температуру в диапазоне 155-160°С, в количестве соответствующем массе присутствующего полимера. Для достижения однородности реакционной массы обеспечивают интенсивный принудительный массообмен с помощью, например, перемешивающего устройства планетарного типа. Помимо этого, возможно использование диспергатора, отбирая реакционную массу из нижней части реакционной емкости и возвращая диспергированную реакционную массу преимущественно в верхнюю часть реакционной емкости. Также полезно осуществлять многократное перекачивание реакционной массы из названной реакционной емкости во вторую вспомогательную емкость, что способствует достижению гомогенной консистенции реакционной массы из полимера, пластификатора и битума.

Таким образом, предварительно подготовленный раствор названного полимера в названном пластификаторе вводят, как указано ранее, в реактор, содержащий битум, предварительно преимущественно обезвоженный и нагретый до температуры в диапазоне примерно 135-140°С. При этом при введении указанного образованного раствора, уже содержащего некоторое выше указанное количество битума, а реакторе должен находится обезвоженный битум в количестве, уменьшенном на значение, соответствующее массе ранее использованного битума.

Осуществляют интенсивное перемешивание всего реакционного объема с помощью, например, перемешивающего устройства планетарного типа, в том числе перемешивающих устройств в количестве трех, имеющих различное направление перемешивания, а именно: «по часовой стрелке» и «против часовой стрелке», обеспечивая непрерывной принудательный массообмен ингредиентов. Для достижения гомогенной консистенции реакционной массы возможно дополнительно применение циркуляционного насоса, обеспечивающего поток реакционной массы в реакторе, направленный снизу вверх.

Возможно и полезно осуществлять многократное перекачивание реакционной массы из названного реактора во второй вспомогательный реактор, что способствует достижению гомогенной консистенции реакционной массы.

Далее в гомогенную реакционную массу вводят поверхностно-активное вещество с активными малеиновыми группами, взятое в количестве, достаточном для содержания в целевом продукте этого компонента в количестве - 0,7-1,1 мас%, имеющее температуру не выше 50°С. Получаемую при этом реакционную смесь подвергают непрерывному принудительному массообмену с помощью, например, перемешивающего устройства планетарного типа до достижения ее гомогенности. Время перемешивания на этой стадии выполнения способа составляет порядка 15-25 минут. Осуществляют при неинтенсивной скорости перемешивания введение в реакционную массу непрерывно и равномерно тонкодисперсного порошка девулканизированной резины, взятого в количестве, достаточном для содержания в целевом продукте этого компонента в количестве - 9,8-13,9 мас%. По окончанию введения порошка девулканизированной резины для расщепления его агрегированных частиц мальтеновыми маслами битума и равномерного массообмена в последующие примерно порядка 40-60 минут осуществляют интенсивное перемешивание всего реакционного объема (температуру которого поддерживают на уровне 135-145°С) с помощью, например, перемешивающего устройства планетарного типа, в том числе перемешивающих устройств в количестве трех, имеющих различное направление перемешивания, а именно: «по часовой стрелке» и «против часовой стрелке», обеспечивая непрерывной принудительный массообмен ингредиентов.

Говоря выше о количестве вводимого в процесс получения целевого продукта того или иного ингредиента, как о количестве, достаточном для достижения заявленного содержания этого ингредиента в целевом продукте, мы исходим из того, что практически полностью введенный ингредиент будет присутствовать в целевом продукте, однако при этом возможны некоторые потери на поверхностях используемого оборудования, поэтому при реализации на практике заявляемого способа технологи неизбежно несколько увеличивают расход вводимых ингредиентов с учетом таких потерь, которые ни в коей мере не должны исказить количественный состав целевого продукта.

Полученная однородная реакционная масса представляет собой целевой продукт - резино-полимерно-битумное вяжущее, в котором содержатся в следующем соотношении, мас. %: по меньшей мере один полимер группы дивинилстирольных термоэластопластов - 2,8-6,1%; газойль тяжелый вакуумный - 8,5-13,1; тонкодисперсный порошок девулканизированной резины - 9,8-13,9; поверхностно-активное вещество с активными малеиновыми группами - 0,7-1,1; битум - остальное.

Как показали проведенные исследования, содержание в заявляемом резино-полимерно-битумном вяжущем полимера группы дивинилстирольных термоэластопластов менее 2,8 мас% не позволяет получить композиционное вяжущее с развитой структурной сеткой; при содержании в заявляемом вяжущем полимера группы дивинилстирольных термоэластопластов более 6,1 мас% приводит к тому, что вязкость композиционного вяжущего становится существенно выше вязкости битума, что может привести к технологическим трудностям при приготовлении асфальтобетонных смесей на асфальтобетонном заводе и их уплотнению в конструктивном слое покрытия. Вместе с тем, с увеличением содержания полимера в рассматриваемом продукте наблюдается упрочнение структуры вяжущего и снижение показателя изменения температуры размягчения после старения. Кроме того, получаемое вяжущее обладает повышенными значениями максимального усилия при растяжении (когезионной прочностью), что может быть весьма важным при приготовлении мастик для деформационных швов дорожных, мостовых и аэродромных покрытий, обеспечивающих их прочную и долговечную службу. В тоже время, с увеличением содержания полимера в рассматриваемом продукте показатель адгезии снижается. При этом возрастает и стоимость получаемого резино-полимерно-битумного вяжущего.

При содержании в заявляемом резино-полимерно-битумном вяжущем газойля тяжелого вакуумного менее 8,5 мас% наблюдают снижение набухания используемого полимера и тонкодисперсного порошка девулканизированной резины; при содержании в заявляемом вяжущем газойля тяжелого вакуумного более 13,1 мас% наблюдают практически не изменяемую температуру размягчения образцов композиционного вяжущего, но показатель адгезии рассматриваемого вяжущего уменьшается.

Содержание в заявляемом резино-полимерно-битумном вяжущем тонкодисперсного порошка девулканизированной резины менее 9,8 мас% не позволяет получить вяжущее с развитой структурной сеткой, наблюдается уменьшение устойчивости вяжущего к циклическим нагрузкам, снижение упругого восстановления при стандартных нагрузках и не может быть рекомендовано для эксплуатационных условий с повышенной интенсивностью движения автомобильного транспорта, тем более с повышенным количеством тяжелых машин в общем составе движения; при содержании в заявляемом вяжущем тонкодисперсного порошка девулканизированной резины более 13,9 мас% наблюдают резкое увеличение вязкости вяжущего и технологические трудности при приготовлении асфальтобетонных смесей на асфальтобетонном заводе и их уплотнении в конструктивном слое покрытия.

При содержании в заявляемом резино-полимерно-битумном вяжущем поверхностно-активного вещества с активными малеиновыми группами в менее 0,7 мас% наблюдают снижение адгезии вяжущего к поверхностям минеральных составляющих различной структуры, входящих в состав асфальтобетона, что в свою очередь приводит к невозможности создания высокопрочных и долговечных дорожных покрытий; при содержании в заявляемом вяжущем поверхностно-активного вещества с активными малеиновыми группами более 1,1 мас% наблюдают сильную пластификацию асфальтобетонных смесей, что может привести к последующему снижению сдвигоустойчивости асфальтобетонных покрытий.

Присутствие в целевом продукте ранее названных компонентов, взятых в заявленном соотношении, обеспечивает структурное образование в виде гелеобразной массы резина-полимер-битум, которая проявляет устойчивость к процессам коалисцентного коллапса и следующего за ним расслоения полимер-битумной составляющей целевого продукта. Следует отметить, что благодаря изобретению заявляемая резино-полимерно-битумная составляющая целевого продукта характеризуется тонкой самостоятельной пространственной структурной эластичной сеткой из трехблочных макромолекул полимеров во всем объеме вяжущего.

Благодаря заявляемому способу в получаемом резино-полимерно-битумном вяжущем расслоение битума с полимерами не происходит, а его хранение и транспортировку можно осуществлять без дополнительного перемешивания при повышенных температурах, что было невозможно при получении известных полимерном-битумных вяжущих; полученный целевой продукт химически и физически стабилен, сохраняет присущие ему свойства при переработке и в реальных условиях работы асфальтобетонных покрытий. Заявляемый способ обеспечивает значительное упрощение технологии приготовления целевого продукта, получение ведут в более технологичных условиях по затратам энергии и временному параметру, а получаемый целевой продукт, являясь по сути универсальным, имеет повышенные значения температур размягчения и пониженные значения температур хрупкости, а также повышенные показатели усталостной долговечности, сохраняемые как в суровых холодных так и в горячих климатических условиях при повышенных механических нагрузках.

Благодаря изобретению стало возможно обеспечить получение дорожно-строительных материалов, эффективно «работающих» в суровых климатических условиях (при температурах наружного воздуха ниже -40°С и выше +45°С) при повышенных механических нагрузках в широком спектре строительных и дорожных конструкциях, конкретнее достигнуты следующие показатели: температура хрупкости по Фраасу достигает минус 42°С -высокая трещиностойкость; теплостойкость (температура размягчения (по кольцу и шару) составляет плюс 99°С; пластичность - растяжимость при 0 град С составляет 30 см; эластичность при температуре плюс 25°С составляет 95%, при температуре 0°С составляет 80%; устойчивость к старению, оцениваемая по показателю изменения температуры размягчения после прогрева по абсолютной величине составляет 4°С.

Заявляемое резино-полимерно-битумное вяжущее найдет применение при производстве, например, всех видов, типов и марок горячих асфальтобетонных смесей, щебеночно-ма-стичных и литых асфальтобетонных смесей, устройстве поверхностных обработок, трещинопрерывающих прослоек (мембран), деформационных швов в асфальтобетонных и цементобетонных покрытиях автомобильных дорог, при строительстве аэродромных покрытий и дорожных одежд мостовых сооружений, при этом обеспечивает сроки службы асфальтобетонных покрытий, равные срокам службы самих дорожных одежд не менее 12 лет.

Пример 1

В реакционную емкость вводят битум, предварительно обезвоженный и нагретый до температуры в диапазоне примерно 135-140°С, затем газойль тяжелый вакуумный, взятый в количестве, достаточном для содержания в целевом продукте этого компонента в количестве 8,5 мас. %.

Вводимый газойль имеет температуру в диапазоне 90-100°С.

Получаемую при этом реакционную массу подвергают непрерывному принудительному массообмену с помощью, например, перемешивающего устройства планетарного типа до достижения ее однородности.

Затем в однородную реакционную массу непрерывно и равномерно в режиме непрерывного перемешивания вводят тонкодисперсный порошок девулканизированной резины со средним размером агломерированных частиц менее 0,31 мм и удельной поверхностью от 0,3 до 0,8 м²/г, полученный путем высокотемпературного сдвигового измельчения в роторном диспергаторе использованных автомобильных шин и отходов резинотехнических изделий, взятый в количестве, достаточном для содержания в целевом продукте этого компонента в количестве 9,8 мас%.

Затем последовательно и дискретно в реакционную массу вводят в режиме непрерывного перемешивания стирол-бутадиен-стирол (СБС), взятый в количестве, достаточном для содержания в целевом продукте этого компонента в количестве - 2,8 мас%.

Образующуюся реакционную массу перемешивают до полного смачивания и равномерного распределения порошка по всему объему реакционной массы, после чего осуществляют интенсивное перемешивание всего реакционного объема с помощью трех перемешивающего устройства планетарного типа, имеющих различное направление перемешивания, а именно: «по часовой стрелке» и «против часовой стрелке», обеспечивая непрерывной принудительный массообмен ингредиентов. Для достижения гомогенной консистенции реакционной массы дополнительно применяют циркуляционный струйный насос, обеспечивающий поток реакционной массы в реакторе в направлении снизу вверх.

По достижении однородности/гомогенности реакционной массы в нее вводят поверхностно-активное вещество Техпрогресс-1, взятое в количестве, достаточном для содержания в целевом продукте этого компонента в количестве 0,7 мас%, имеющее температуру не выше 50°С.

Получаемую при этом реакционную смесь подвергают непрерывному принудительному массообмену с помощью перемешивающего устройства планетарного типа до достижения ее однородности. Время перемешивания на этой стадии выполнения способа составляет 15-25 минут.

Полученный продукт - резино-полимерно-битумное вяжущее содержит следующие ингредиенты, взятые в следующем соотношении, мас%: стирол-бутадиен-стирол - 2,8; газойль тяжелый вакуумный - 8,5; тонкодисперсный порошок девулканизированной резины со средним размером агломерированных частиц менее 0,31 мм и удельной поверхностью от 0,3 до 0,8 м²/г, полученный путем высокотемпературного сдвигового измельчения в роторном диспергаторе использованных автомобильных шин и отходов резинотехнических изделий, - 9,8; поверхностно-активное вещество Техпрогресс-1 - 0,7; битум -

остальное.

Полученный продукт имеет структуру, которая обеспечивает ему необходимую теплостойкость (температура размягчения до +92°С), повышенную трещиностойкость (температура хрупкости по Фраасу достигает -43°С), пластичность при низких температурах (растяжимость при 0°С до 31 см) и достаточно высокую эластичность (до 96% при температуре +25°С и до 81% при температуре 0°С). При этом сформированная пространственная структурная сетка работает устойчиво к воздействующим циклическим нагрузкам от колес движущегося автомобильного транспорта по асфальтобетонному покрытию. Устойчивость к старению, оцениваемая по изменению показателя температуры размягчения после прогрева по абсолютной величине составляет 5°С.

Пример 2

В реакционную емкость подают газойль тяжелый вакуумный, имеющий температуру около 90°С, взятый в количестве, достаточном для содержания в целевом продукте этого компонента в количестве 13,1 мас. %.

Затем в эту реакционную емкость подают стирол-бутадиен-стирол и стирол-бутадиеновый каучук, взятые в соотношении 3:1 и в количестве, достаточном для содержания в целевом продукте этого компонента в количестве 6,1 мас%.

Во время подачи в реакционную емкость названных ингредиентов осуществляют непрерывный, но не интенсивный принудительный массообмен с помощью перемешивающего устройства планетарного типа.

Затем для достижения однородности реакционной массы температуру повышают до около 155°С, обеспечивая интенсивный принудительный массообмен с помощью перемешивающего устройства планетарного типа. Также используют диспергатор, для чего отбирают реакционную массу из нижней части реакционной емкости и возвращают диспергированную реакционную массу преимущественно в верхнюю часть реакционной емкости.

Полученную однородную реакционную массу вводят в реактор, содержащий битум, предварительно обезвоженный и нагретый до температуры в диапазоне примерно 135 - 140°С.Осуществляют интенсивное перемешивание всего объема, находящегося в реакторе, с помощью перемешивающих устройств планетарного типа, установленных в реакторе в количестве трех, имеющих различное направление перемешивания, а именно: «по часовой стрелке» и «против часовой стрелке», обеспечивая непрерывной принудительный массообмен ингредиентов.

Для достижения гомогенной консистенции реакционной массы дополнительно применяют циркуляционный струйный насос, обеспечивающий поток реакционной массы в реакторе, направленный снизу вверх.

Также осуществляют многократное перекачивание реакционной массы из названного реактора во второй вспомогательный реактор, что способствует достижению гомогенной консистенции реакционной массы.

Далее в гомогенную реакционную массу вводят поверхностно-активное вещество марки ДАД-1, взятое в количестве, достаточном для содержания в целевом продукте этого компонента в количестве 1,1 мас%, имеющее температуру не выше 50°С.

Получаемую при этом реакционную смесь подвергают непрерывному принудительному массообмену с помощью перемешивающего устройства планетарного типа до достижения ее однородности.

Время перемешивания на этой стадии выполнения способа составляет 15-25 минут.

Далее осуществляют при неинтенсивной скорости перемешивания введение в реакционную массу непрерывно и равномерно тонкодисперсного порошка девулканизированной резины со средним размером агломерированных частиц менее 0,31 мм и удельной поверхностью от 0,3 до 0,8 м²/г, полученный путем высокотемпературного сдвигового измельчения в роторном диспергаторе использованных автомобильных шин и отходов резинотехнических изделий, взятого в количестве, достаточном для содержания в целевом продукте этого компонента в количестве 13,9 мас%.

По окончанию введения порошка девулканизированной резины для расщепления его агрегированных частиц мальтеновыми маслами битума и равномерного массообмена в последующие примерно 40-60 минут осуществляют интенсивное перемешивание всего реакционного объема (температуру которого поддерживают на уровне 135-145°С) с помощью трех перемешивающих устройств планетарного типа, имеющих различное направление перемешивания, а именно: «по часовой стрелке» и «против часовой стрелке», обеспечивая непрерывной принудительный массообмен ингредиентов.

Полученный продукт - резино-полимерно-битумное вяжущее содержит следующие ингредиенты, взятые в следующем соотношении, мас%: стирол-бутадиен-стирол и стирол-бутадиеновый каучук, взятые в соотношении 3:1 - 6,1; газойль тяжелый вакуумный -13,1; тонкодисперсный порошок девулканизированной резины со средним размером агломерированных частиц менее 0,31 мм и удельной поверхностью от 0,3 до 0,8 м²/г - 13,9; поверхностно-активное вещество марки ДАД-1 - 1,1; битум - остальное.

Полученный продукт имеет структуру, которая обеспечивает ему необходимую высокую теплостойкость (температура размягчения до +101°С), повышенную трещиностойкость (температура хрупкости по Фраасу достигает 41°С), пластичность при низких температурах (растяжимость при 0°С до 27 см) и высокую эластичность (до 94% при температуре +25°С и до 78% при температуре 0°С). При этом сформированная пространственная структурная сетка работает устойчиво к воздействующим циклическим нагрузкам от колес движущегося автомобильного транспорта по асфальтобетонному покрытию. Устойчивость к старению, оцениваемая по изменению показателя температуры размягчения после прогрева по абсолютной величине составляет 3°С

Пример 3

Получение резино-полимерно-битумного вяжущего осуществляют в условиях, аналогичных указанным в примере 2, при этом на стадии образования предварительно подготовленного раствора стирол-бутадиен-стирол, взятого в количестве, достаточном для содержания в целевом продукте этого компонента в количестве 5,0 мас%; и газойля тяжелого вакуумного, взятого в количестве, достаточном для содержания в целевом продукте этого компонента в количестве 10,5 мас%, из-за высокой вязкости этого раствора и сопутствующих сложностях по его эффективному перемешивании в полученную реакционную массу вводят битум обезвоженный, имеющий температуру около 155°С, в количестве соответствующем указанной массе присутствующего стирол-бутадиен-стирол.

Для достижения однородности реакционной массы обеспечивают интенсивный принудительный массообмен с помощью перемешивающего устройства планетарного типа. Помимо этого используют диспергатор, отбирая реакционную массу из нижней части реакционной емкости и возвращая диспергированную реакционную массу преимущественно в верхнюю часть реакционной емкости.

Также осуществляют многократное перекачивание реакционной массы из названной реакционной емкости во вторую вспомогательную емкость, что способствует достижению гомогенной консистенции реакционной массы из указанных полимера, пластификатора и битума.

Затем подготовленный раствор, содержащий названный полимер, названный пластификатор и битум, вводят в реактор, содержащий битум, предварительно обезвоженный и нагретый до температуры примерно 135°С. Содержание в реакторе битума уменьшено на значение, соответствующее массе ранее использованного битума.

Далее процесс получения аналогичен, указанному в примере 2, при этом в реакционную массу на соответствующей стадии вводят тонкодисперсный порошок девулканизированной резины со средним размером агломерированных частиц менее 0,31 мм и удельной поверхностью от 0,3 до 0,8 м²/г, полученный путем высокотемпературного сдвигового измельчения в роторном диспергаторе использованных автомобильных шин и отходов резинотехнических изделий и термопластичных блок-сополимеров стирол-бутадиен-стирола, взятый в количестве, достаточном для содержания в целевом продукте этого компонента в количестве 11,8 мас%, а поверхностно-активное вещество Техпрогресс-1, взятое в количестве, достаточном для содержания в целевом продукте этого компонента в количестве 0,9 мас%.

Полученный продукт - резино-полимерно-битумное вяжущее содержит следующие ингредиенты, взятые в следующем соотношении, мас%: стирол-бутадиен-стирол - 5,0; газойль тяжелый вакуумный - 10,5; тонкодисперсный порошок девулканизированной резины со средним размером агломерированных частиц менее 0,31 мм и удельной поверхностью от 0,3 до 0,8 м²/г - 11,8, полученный путем высокотемпературного сдвигового измельчения в роторном диспергаторе использованных автомобильных шин и отходов резинотехнических изделий и термопластичных блок-сополимеров стирол-бутадиен-стирола; поверхностно-активное вещество Техпрогресс-1 - 0,9; битум - остальное.

Полученный продукт имеет структуру, которая обеспечивает ему необходимую высокую теплостойкость (температура размягчения до +99°С), повышенную трещиностойкость (температура хрупкости по Фраасу достигает 42°С), пластичность при низких температурах (растяжимость при 0°С до 30 см) и высокую эластичность (до 95% при температуре +25°С и до 80% при температуре 0°С). При этом сформированная пространственная структурная сетка работает устойчиво к воздействующим циклическим нагрузкам от колес движущегося автомобильного транспорта по асфальтобетонному покрытию. Устойчивость к старению, оцениваемая по изменению показателя температуры размягчения после прогрева по абсолютной величине составляет 4°С.

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, в частности к композиционным вяжущим составам на основе органических соединений для приготовления асфальтобетонных смесей, использующихся при строительстве и ремонте автомобильных дорог, мостов и аэродромов, а именно к резино-полимерно-битумному вяжущему и способам его получения. Предлагается вяжущее на основе битума, органического пластификатора, полимера группы дивинилстирольных термоэластопластов и резинового порошка. Причем в качестве органического пластификатора использован газойль тяжелый вакуумный, в качестве резинового порошка использован порошок девулканизированной резины со средним размером агломерированных частиц менее 0,31 мм и удельной поверхностью от 0,3 до 0,8 м²/г и дополнительно использовано поверхностно-активное вещество с активными малеиновыми группами при следующем соотношении названных ингредиентов, мас.%: по меньшей мере один полимер группы дивинилстирольных термоэластопластов 2,8-6,1, газойль тяжелый вакуумный 8,5-13,1, порошок девулканизированной резины 9,8-13,9, поверхностно-активное вещество с активными малеиновыми группами 0,7-1,1, битум - остальное. Способ включает введение в битум пластификатора, резинового порошка, полимера группы дивинилстирольных термоэластопластов. Причем введение в битум названных ингредиентов осуществляют последовательно и дискретно в режиме непрерывного принудительного массообмена и поддержания температуры реакционной массы не выше 145°С, а введение каждого последующего ингредиента осуществляют в реакционную массу, имеющую гомогенность, достигнутую путем указанного массообмена, при этом после введения полимера группы дивинилстирольных термоэластопластов в реакционную массу дополнительно вводят поверхностно-активное вещество с активными малеиновыми группами или в битум сначала вводят предварительно образованный гомогенный раствор полимера группы дивинилстирольных термоэластопластов в газойле тяжелом вакуумном, затем в образованную реакционную массу, имеющую гомогенность, достигнутую путем названного массообмена, последовательно и дискретно вводят поверхностно-активное вещество с активными малеиновыми группами, затем порошок девулканизированной резины. Технический результат заявленного изобретения заключается в получении резино-полимерно-битумного вяжущего с повышенными значениями температур размягчения и пониженными температурами хрупкости, а также с увеличенными показателями усталостной долговечности, сохраняемыми как в суровых холодных, так и в горячих климатических условиях при повышенных механических нагрузках. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 пр.

1. Резино-полимерно-битумное вяжущее для асфальтобетонных смесей на основе битума, органического пластификатора, полимера группы дивинилстирольных термоэластопластов и резинового порошка, отличающееся тем, что в качестве органического пластификатора использован газойль тяжелый вакуумный, в качестве резинового порошка использован порошок девулканизированной резины со средним размером агломерированных частиц менее 0,31 мм и удельной поверхностью от 0,3 до 0,8 м²/г и дополнительно использовано поверхностно-активное вещество с активными малеиновыми группами при следующем соотношении названных ингредиентов, мас.%: по меньшей мере один полимер группы дивинилстирольных термоэластопластов 2,8-6,1; газойль тяжелый вакуумный 8,5-13,1; порошок девулканизированной резины 9,8-13,9; поверхностно-активное вещество с активными малеиновыми группами 0,7-1,1; битум - остальное.

2. Резино-полимерно-битумное вяжущее по п.1, отличающееся тем, что полимер группы дивинилстирольных термоэластопластов выбран из группы, включающей стирол-бутадиен-стирол, стирол-бутадиеновый каучук, стирол-изобутилен-стирол, стирол-этилен-бутадиен-стирол.

3. Резино-полимерно-битумное вяжущее по п.2, отличающееся тем, что полимер группы дивинилстирольных термоэластопластов представляет собой стирол-бутадиен-стирол.

4. Резино-полимерно-битумное вяжущее по п.1, отличающееся тем, что порошок девулканизированной резины представляет собой продукт переработки использованных автомобильных шин и отходов резинотехнических изделий.

5. Резино-полимерно-битумное вяжущее по п.1, отличающееся тем, что в качестве битума использован битум нефтяной дорожный марки 90/130.

6. Способ получения резино-полимерно-битумного вяжущего по одному из пп.1-5, включающий введение в битум пластификатора, резинового порошка, полимера группы дивинилстирольных термоэластопластов, отличающийся тем, что в качестве резинового порошка используют порошок девулканизированной резины со средним размером агломерированных частиц менее 0,31 мм и удельной поверхностью от 0,3 до 0,8 м²/г, а в качестве пластификатора используют газойль тяжелый вакуумный, введение в битум названных ингредиентов осуществляют последовательно и дискретно в режиме непрерывного принудительного массообмена и поддержания температуры реакционной массы не выше 145°С, а введение каждого последующего ингредиента осуществляют в реакционную массу, имеющую гомогенность, достигнутую путем указанного массообмена, при этом после введения полимера группы дивинилстирольных термоэластопластов в реакционную массу дополнительно вводят поверхностно-активное вещество с активными малеиновыми группами.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что непрерывный принудительный массообмен обеспечивают применением по меньшей мере одного перемешивающего устройства планетарного типа.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что дополнительно применяют циркуляционный струйный насос.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что применяют три перемешивающих устройства планетарного типа.

10. Способ получения резино-полимерно-битумного вяжущего по одному из пп.1-5, включающий введение в битум пластификатора, резинового порошка, полимера группы дивинилстирольных термоэластопластов, отличающийся тем, что в качестве резинового порошка используют порошок девулканизированной резины со средним размером агломерированных частиц менее 0,31 мм и удельной поверхностью от 0,3 до 0,8 м²/г, а в качестве пластификатора используют газойль тяжелый вакуумный, способ осуществляют в режиме непрерывного принудительного массообмена и поддержания температуры реакционной массы не выше 145°С, при этом в битум сначала вводят предварительно образованный гомогенный раствор полимера группы дивинилстирольных термоэластопластов в газойле тяжелом вакуумном, затем в образованную реакционную массу, имеющую гомогенность, достигнутую путем названного массообмена, последовательно и дискретно вводят поверхностно-активное вещество с активными малеиновыми группами, затем порошок девулканизированной резины.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что предварительно образованный раствор полимера группы дивинилстирольных термоэластопластов в газойле тяжелом вакуумном дополнительно содержит битум в количестве, соответствующем массе присутствующего полимера, а введение указанного образованного раствора осуществляют в битум, взятый в количестве, уменьшенном на значение, соответствующее массе ранее использованного битума.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что названный предварительно образованный раствор полимера в газойле дополнительно подвергают диспергированию перед названным введением в битум.

13. Способ по п.11, отличающийся тем, что названный предварительно образованный раствор полимера, газойля и битума дополнительно подвергают диспергированию перед названным введением в битум.

14. Способ по п.10, отличающийся тем, что непрерывный принудительный массообмен обеспечивают применением по меньшей мере одного перемешивающего устройства планетарного типа.

15. Способ по п.10, отличающийся тем, что дополнительно применяют циркуляционный струйный насос.

16. Способ по п.14, отличающийся тем, что применяют три перемешивающих устройства планетарного типа.