ГРАНУЛИРОВАННАЯ МОДИФИЦИРУЮЩАЯ ДОБАВКА ДЛЯ АСФАЛЬТОБЕТОНА Российский патент 2022 года по МПК C01B32/158 B82Y30/00 C04B26/26 C08L95/00 

Изобретение относится к области строительного производства в автодорожной отрасли и может быть применено при изготовлении асфальтобетона, в том числе с использованием нанотехнологий.

Дорожное покрытие является дорогостоящим и сложным в строительстве и в содержании инженерно-техническим сооружением. Подбор оптимального битумного вяжущего вместе с гранулометрическим составом щебня, исходя из эксплуатационных условий конечного дорожного полотна, остается самой приоритетной задачей в настоящее время.

Битумные вяжущие, даже подобранные согласно принятым государственным стандартам, не всегда могут обеспечить требуемый межремонтный пробег асфальтобетонных смесей. Именно недостаточное качество битумных смесей является главной причиной низкой долговечности асфальтобетонов (хрупкость в температурном диапазоне ниже -20℃ в сочетании с сильным размягчением в диапазоне выше 50℃).

Для удовлетворения реальных требований климатических условий окружающей среды и особенностей автомобильного трафика необходимо использование различных добавок и модификаторов в составе битумных вяжущих. Часто в качестве таких модификаторов применяются полимерные добавки на основе стирол-бутадиен-стирол.

Наиболее близким по технической сущности является способ введения одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в состав адгезионных добавок для асфальтового покрытия и применение одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в составе адгезионных добавок (патент RU 2675515, Опубликовано: 19.12.2018 Бюл. № 35). Способ заключается во введении одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в состав адгезионных добавок для асфальтового покрытия посредством размешивания на измельчающих и валковых мельницах. Недостатком данного технического решения является многостадийность и высокое энергопотребление.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи по созданию новой технологии, обеспечивающей получение асфальтобетона с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Задача решается тем, что гранулированная модифицирующая добавка включает модифицирующую смесь и связующее, модифицирующая смесь состоит из одностенных углеродных нанотрубок, многостенных углеродных нанотрубок, графена, углеродных нановолокон и минерального порошка при следующем соотношении компонентов, масс.%:

- одностенные углеродные нанотрубки - 0,01 - 15,

- многостенные углеродные нанотрубки - 0,01 - 15,

- графен - 0,01 - 15,

- углеродные нановолокна - 0,01 - 15

- минеральный порошок – остальное,

в качестве связующего используется малопарафинистое битумное вяжущее при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- модифицирующая смесь 50

- связующее 50,

при этом полученные гранулы опыливаются цементом или минеральным порошком при этом масса цемента или минерального порошка составляет не более 2,5% от массы гранул.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является сокращение времени на получение модифицированного асфальтобетона, а также удобство транспортировки модифицирующей добавки.

Модифицирующая гранулированная добавка представляет собой углеродный наноматериал (УНМ), распределенный в минеральном порошке при следующем соотношении компонентов, масс.%:

- одностенные углеродные нанотрубки - 0,01 - 15,

- многостенные углеродные нанотрубки - 0,01 - 15,

- графен - 0,01 - 15,

- углеродные нановолокна - 0,01 - 15

- минеральный порошок – остальное.

Смесь производится путем распределения углеродных наноматериалов в минеральном порошке в шаровой мельнице с возможностью осуществления процесса в сухом потоке.

Полученная смесь далее гранулируется. Связующим веществом для получения физической прочности гранул является малопарафинистое битумное вяжущее (МПБВ), добавляемое в количестве 50% от массы смеси добавки.

Одностенные углеродные нанотрубки, многостенные углеродные нанотрубки, графен и углеродные нановолокна используются любых производителей и марок.

В качестве минерального порошка используется минеральный порошок МП-1 активированный и не активированный, соответствующий ГОСТ 32761-2014, ГОСТ Р 52129-2003.

В качестве связующего используется МПБВ.

Получаемый продукт представляет собой гранулы диаметром 5-8-мм и длиной 5-15 мм.

Получение смеси в виде гранул происходит после предварительного смешивания УНМ с минеральным порошком, далее сухая смесь разогревается в барабанной сушилке до температуры 60-70℃ и подается в смеситель, куда дозировано водится предварительно разогретый до 60-70℃ МПБВ, смешение происходит до образования однородной не текучей пластической массы. Следующим этапом пластическая масса поступает на гранулятор и на выходе готовые гранулы попадают в барабанный ротор для опыливания цементом (от ПЦ 250 до ПЦ 400), либо минеральной пылью для придания физической прочности гранулам, расчет массы ПЦ или пыли не более 2,5% от массы гранул. Далее гранулы поступают на упаковку и маркировку.

Применение гранул приводит к упрочнению дорожной одежды, улучшению эксплуатационных свойств за счет распределения УНМ в массе минеральной части асфальта при подаче в бункер смешивания. Применение МПБВ в качестве вяжущего повышает усталостную прочность асфальта.

Данные гранулы используют для модификации асфальтобетонной смеси (АБС). При приготовлении АБС гранулы добавляются непосредственно в бункер АБЗ на финальной стадии производства АБС. Схема введения гранул предусматривается техническим решением завода производителя АБС.

Известные способы модификации битумов предусматривают введение УНМ в нефтяной экстракт с последующим вводом в битум. Данные способы достаточно затратные и требуют использования дополнительного оборудования, к тому же увеличивается время на приготовление модифицирующего состава.

Заявляемая гранулированная модифицирующая добавка представляет собой гранулированную сухую смесь, которую легко транспортировать к месту приготовления АБС. Сухая смесь минерального порошка и УНМ подается в мельницу, где все ингредиенты перемешиваются и сразу подаются в бункер смешивания с МПБВ, далее полученная масса поступает в пресс-гранулятор, где в соответствии с режимами производителя гранулятора формируются гранулы и по транспортеру направляются в ротационный наклонный бункер для опыления минеральной пылью или ПЦ400 (цемент). Данный способ ввода модифицирующих добавок не требует дополнительных этапов и оборудования, при этом достигается улучшение физико-механических характеристик получаемого продукта.

Также преимуществом модифицирующей добавки, а именно выполнение ее в форме гранул, приводит к упрощению подготовки асфальтобетонной смеси на асфальтобетонном заводе (АБЗ). При вводе гранул на серийном АБЗ нет необходимости вносить существенные технические изменения в конструкцию производственной линии АБЗ. Для подачи гранулированного материала оборудование имеет систему управления, обеспечивающее дозирование гранул, для порошкообразного материала таких систем управления нет, что усложняет весь процесс.

Введение модифицирующей добавки различного состава (из указанных ниже) в количестве 4% от массы АБС приводит к изменению основных показателей образцов Маршалла.

Ниже приведены примеры различных составов гранулированной модифицирующей добавки.

Пример 1. Модифицирующая добавка включает:

- одностенные углеродные нанотрубки - 0,01%,

- многостенные углеродные нанотрубки – 15%,

- графен - 10%,

- углеродные нановолокна - 0,01%

- минеральный порошок – 74,98%.

Для образования гранул к полученной смеси модифицирующей добавки было добавлено МПБВ в количестве 50% от смеси. Далее гранулы были опылены цементом, при массовом соотношении:

Гранулы – 99,9%

Цемент для опыливания 0,1%.

Пример 2. Модифицирующая добавка включает:

- одностенные углеродные нанотрубки – 7,5%,

- многостенные углеродные нанотрубки – 7,5%,

- графен - 0,01%,

- углеродные нановолокна – 15%

- минеральный порошок – 69,99%.

Для образования гранул к полученной смеси модифицирующей добавки было добавлено МПБВ в количестве 50% от смеси. Далее гранулы были опылены цементом, при массовом соотношении:

Гранулы – 97,8%

Цемент для опыливания 2,2%.

Пример 3. Модифицирующая добавка включает:

- одностенные углеродные нанотрубки – 15%,

- многостенные углеродные нанотрубки – 0,01%,

- графен - 5%,

- углеродные нановолокна – 7,5%

- минеральный порошок – 72,49%.

Для образования гранул к полученной смеси модифицирующей добавки было добавлено МПБВ в количестве 50% от смеси. Далее гранулы были опылены минеральным порошком, при массовом соотношении:

Гранулы – 99%

Минеральный порошок для опыливания 1%.

Пример 4. Модифицирующая добавка включает:

- одностенные углеродные нанотрубки – 10%,

- многостенные углеродные нанотрубки – 3%,

- графен - 15%,

- углеродные нановолокна – 1%

- минеральный порошок – 71%.

Для образования гранул к полученной смеси модифицирующей добавки было добавлено МПБВ в количестве 50% от смеси. Далее гранулы были опылены минеральным порошком, при массовом соотношении:

Гранулы – 98%

Минеральный порошок для опыливания 2%.

Пример 5. Модифицирующая добавка включает:

- одностенные углеродные нанотрубки – 5,4%,

- многостенные углеродные нанотрубки – 8%,

- графен – 7,5%,

- углеродные нановолокна - 5%

- минеральный порошок – 74,1%.

Для образования гранул к полученной смеси модифицирующей добавки было добавлено МПБВ в количестве 50% от смеси. Далее гранулы были опылены минеральным порошком, при массовом соотношении:

Гранулы – 97,5%

Минеральный порошок для опыливания 2,5%.

Пример 6. Модифицирующая добавка включает:

- одностенные углеродные нанотрубки – 2,7%,

- многостенные углеродные нанотрубки – 12%,

- графен – 2%,

- углеродные нановолокна – 8%

- минеральный порошок – 75,3%.

Для образования гранул к полученной смеси модифицирующей добавки было добавлено МПБВ в количестве 50% от смеси. Далее гранулы были опылены цементом, при массовом соотношении:

Гранулы – 97,5%

Цемент для опыливания 2,5%.

Изобретение относится к области строительного производства в автодорожной отрасли и может быть применено при изготовлении асфальтобетона, в том числе с использованием нанотехнологий. Гранулированная модифицирующая добавка включает модифицирующую смесь и связующее. Причем модифицирующая смесь состоит из одностенных углеродных нанотрубок в количестве 0,01-15 мас.%, многостенных углеродных нанотрубок в количестве 0,01-15 мас.%, графена в количестве 0,01-15 мас.%, углеродных нановолокон в количестве 0,01-15 мас.% и минерального порошка – остальное, а в качестве связующего используется малопарафинистое битумное вяжущее, при следующем соотношении компонентов, мас.%: модифицирующая смесь 50 и связующее 50. При этом полученные гранулы опыливаются цементом или минеральным порошком, где масса цемента или минерального порошка составляет не более 2,5% от массы гранул. Техническим результатом заявленного изобретения является сокращение времени на получение модифицированного асфальтобетона, а также удобство транспортировки модифицирующей добавки. 6 пр.

Гранулированная модифицирующая добавка для асфальтобетона, включающая модифицирующую смесь и связующее, отличающаяся тем, что модифицирующая смесь состоит из одностенных углеродных нанотрубок, многостенных углеродных нанотрубок, графена, углеродных нановолокон и минерального порошка, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- одностенные углеродные нанотрубки - 0,01-15,

- многостенные углеродные нанотрубки - 0,01-15,

- графен - 0,01-15,

- углеродные нановолокна - 0,01-15,

- минеральный порошок - остальное,

в качестве связующего используется малопарафинистое битумное вяжущее, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- модифицирующая смесь 50,

- связующее 50,

при этом полученные гранулы опыливаются цементом или минеральным порошком, при этом масса цемента или минерального порошка составляет не более 2,5% от массы гранул.