Модифицированный нефтяной дорожный битум Российский патент 2022 года по МПК C08L95/00 C04B26/26 C08K5/00 

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к битумным вяжущим и может быть использовано в дорожном строительстве в процессе приготовления асфальтового покрытия.

На прочность асфальтобетонных покрытий дорог влияют различные климатические факторы: температурные, водопоглощающие и другие. Асфальтобетон чувствителен к водной среде. Происходит диффузия воды в монолитный материал. Проникновение воды начинается с гидрофобизации поверхности за счет застраивания в ней молекул воды, поверхностной сорбции, чему способствует тепловое движение (энтропийный фактор). Вода проникает как диффузным путем, так и по механизму капиллярного потока, поскольку в структуре дорожного полотна всегда есть микропоры, микротрещины различных размеров и форм. Поэтому большое значение имеет коэффициент сцепления шин автомобиля с дорожным покрытием.

Известен модифицированный битум (патент РФ №2 461 594, C07L95/00, опубл. 20.09.2012 г.), включающий 0,3-0,5 мас.% аминового активатора адгезии, в качестве которого используют продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции С₆-С₂₀ при мольном соотношении компонентов 1:3:(0,5-2,5).

Недостатками такого битума являются: высокое значение температуры каплепадения, что приводит к увеличению энергозатрат для разогрева продукта, низкая термостабильность, низкая температура вспышки, низкое сцепление с материалами полотна дороги.

Наиболее близким по технической сущности является модифицированный битум (патент РФ №2 669 085, C07L95/00, опубл. 06.06.2017 г.), включающий, 98,0-99,0 мас.% дорожного вязкого битума и остальное продукт конденсации олеиновой кислоты с диэтилендиамином или триэтилентетраамином с аминным числом не более 4,5 и кислотным числом не более 20.

Недостатками этого битума являются: высокое влагонасыщение, невысокая адгезия к минеральным материалам и, как следствие, невысокий коэффициент сцепления шины автомобиля с асфальтовым покрытием и низкий предел прочности при сжатии.

Задачей изобретения является усовершенствование состава модифицированного битума, позволяющее повысить его эксплуатационные характеристики.

Технический результат заключается в улучшении физико-химических показателей модифицированного битума и эксплуатационных показателей покрытия дорог с использованием этого битума: адгезионных свойств к минералам кислотного и основного химико-минерального состава, замедление процесса теплового старения, снижение динамической вязкости модифицированного битума, а также снижение влагонасыщения дорожного покрытия и увеличение сцепления колес автомобиля с дорогой.

Технический результат достигается тем, что модифицированный нефтяной дорожный битум содержит битум нефтяной дорожный вязкий и модификатор, в качестве которого используют жиро-протеиновый концентрат «АШЕР», при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Битум нефтяной дорожный вязкий 99,0 – 99,2 Жиро-протеиновый концентрат «АШЕР» 0,8 – 1,0

Для улучшения адгезионных свойств битума к минералам кислотного и основного химико-минерального состава, замедления процесса теплового старения, снижения динамической вязкости, а также снижения влагонасыщения дорожного покрытия и увеличения сцепления колес автомобиля с дорогой в битум вводят жиро-протеиновый концентрат (ЖПК). Благодаря наличию в ЖПК жиров и ПАВ он хорошо смешивается с битумом до однородной массы, и способствует прочному и полному обволакиванию зерен минерального материала. Адсорбционные процессы и молекулярно-поверхностные явления, связанные с адсорбцией ПАВ, изменяют структуру пограничных слоев битума и влияют на консистенцию битумоминеральных смесей. Карбоксильные соединения закрепляются на поверхности минералов как в молекулярной, так и в ионной формах, что позволяет улучшить все эксплуатационные свойства битума.

ЖПК получают в процессе переработки растительного масла. При щелочной нейтрализации масел получают соапсток, который обрабатывают серной кислотой до рН 1,5-2,0, интенсивно перемешивают при температуре 90°С. Получают водную эмульсию, которая расслаивается на три фазы, средняя из которых является жиро-протеиновым концентратом. ЖПК имеет однородную вязкую консистенцию от светло-коричневого до темного цвета плотностью 1004-1065кг/м³, не горюч, не токсичен, не пожароопасен, массовая доля общего протеина 15-40%, массовая доля общего жира 6-12%.

Для получения модифицированного битума использовали битум нефтяной дорожный вязкий марки БНД60/90 по ГОСТ 22245-90 производства ЗАО «КНПЗ-КЭН», г. Краснодар и жиропротеиновый концентрат производства ОАО «Югмаслопродукт», г. Кропоткин Краснодарского края.

Модифицированный битум получали путем взвешивания необходимого количества битума и ЖПК в соответствии таблице 1.

Таблица 1

Состав модифицированного битума

Пример № Содержание компонентов, мас.% Битум
БНД 60/90 ЖПК Продукт конденсации олеиновой кислоты с
диэтилетриамином 1 99,1 0,9 - 2 99,2 0,8 - 3 99,0 1,0 - 4 прототип 98,5 - 1,5

Битум подогревают до температуры 150-160^оС, а ЖПК – до 60-70°С. Разогретые компоненты соединяют и перемешивают в течение 20-30 минут.

Полученному модифицированному битуму определяют следующие показатели качества:

- сцепление с поверхностью кислых и основных пород минеральных материалов определяли по ГОСТ 12801-98, раздел 28, изм.1. Для определения сцепления модифицированного битума (МБ) с поверхностью кислых пород использовали щебень гранитный по ГОСТ 8267-93 Белореченского месторождения, пос. Дружный Краснодарского края, а с поверхностью основных пород использовали щебень Гулькевического месторождения, х. Киевка Краснодарского края;

- пенетрацию по ГОСТ 11501-78;

- температуру размягчения по ГОСТ 11508-73;

- изменение массы и температуры размягчения после прогрева по ГОСТ 18180-72 и ГОСТ 11506-73.

Реологические испытания для определения зависимости динамической вязкости от скорости сдвига и температуры проводили на реометре HAAKE MARS 111 в динамическом режиме с использованием измерительной системы «плоскость-плоскость» с диаметром плоскости и ротора 35мм, со скоростью сдвига в пределах 0-1000 с^-1, диапазона температуры расплава 135-163^оС. Рабочий зазор между плоскостями принимался в соответствии с толщиной расплавленного модифицированного битума и составил 1мм. Результаты показателей качества модифицированного битума представлены в таблице 2.

Таблица 2

Свойства модифицированного битума

Пример № Показатели качества адгезия к минеральным материалам, балы Пенетрация, мм при
температуре, Температура размягчения, °С Изменение свойств
после прогрева
(5ч при 163°С)
(тепловое старение) Динамическая вязкость, Па
при скорости сдвига основ-ные кис-лые 25°С 0°С массы,% температура размягчения, °С не более 100с^-1 1000с^-1 135 °С 163 °С 135 °С 163 °С 1 5,5 5,2 91 24 49,2 0,092 9,1 0,336 0,132 0,382 0,122 2 5,5 5,2 91 24 49,2 0,093 9,2 0,332 0,132 0,385 0,125 3 5,5 5,2 92 24 49,2 0,092 9,1 0,330 0,132 0,385 0,123 прототип 5,0 5,0 90 24 47,75 0,095 9,5 0,342 0,138 0,399 0,128

На основе модифицированного битума были приготовлены образцы асфальтовых вяжущих, состав которых приведен в таблице 3.

Таблица 3

Состав асфальта

Пример № Содержание компонентов, %мас Минеральный компонент Модифицированный битум кислой
породы основной породы по примеру №1 по прототипу 1 84,5 - 15,5 - 2 - 84,5 15,5 - прототип - 84,5 - 15,5

Образцы представляли собой цилиндры диаметром 50 мм, которые испытывали на прочность и водонасыщение по ГОСТ 12248-2010 (см. табл.№4). Кроме того, были заасфальтированы 2 участка дороги длиной 3км (асфальтовым вяжущим по примерам №1 и 2), на которых испытывали силу сцепления шин автомобиля с дорогой. Коэффициент сцепления шин с дрогой определяли по длине тормозного пути в соответствии СНиП 3.06.03-85. Результаты приведены в таблице 4.

Таблица 4

Показатели качества асфальта

Пример № Средняя
плотность
г/см³ Влаго-
насыщение,
% Предел прочности при сжатии, МПа при темпе-
ратуре, °С Коэффициент сцепления шины автомобиля с асфальтовым покрытием, баллы 50 0 сухим 1 1.99 3.05 4.21 11.43 0,78 2 1.98 3.11 3.99 11.42 0.78 прототип 1.99 3.62 3.65 10.25 0.72

Предложенный модифицированный битум по сравнению с известным обладает более высокими адгезионными свойствами к минеральным материалам, кислотного и основного химико-минерального состава, замедлением процесса теплового старения и снижением динамической вязкости. Кроме того, снижается влагонасыщение дорожного покрытия, приготовленного на основе предложенного модифицированного битума от 14,1 до 15,7%, возрастает предел прочности при 50°С от 9,3 до 15,3%, при 0°С от 11,4 до 11,5% и увеличивается сцепление колес автомобиля с дорогой на 8% при сухом покрытии.

Однако достижение таких показателей возможно только при использовании заявленного модификатора и соотношении компонентов (смотри сравнительные примеры в таблицах 1-4).

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к битумным вяжущим, в частности к модифицированному нефтяному дорожному битуму, и может быть использовано в дорожном строительстве в процессе приготовления асфальтового покрытия. Модифицированный битум включает битум нефтяной дорожный вязкий в количестве 99,0-99,2 мас.% и модификатор, в качестве которого используют жиро-протеиновый концентрат «АШЕР» в количестве 0,8 - 1,0 мас.%. Технический результат заявленного изобретения заключается в улучшении физико-химических показателей модифицированного битума и эксплуатационных показателей покрытия дорог с использованием этого битума: адгезионных свойств к минералам кислотного и основного химико-минерального состава, замедление процесса теплового старения, снижение динамической вязкости модифицированного битума, а также снижение влагонасыщения дорожного покрытия и увеличение сцепления колес автомобиля с дорогой. 4 табл., 3 пр.

Модифицированный нефтяной дорожный битум, включающий битум нефтяной дорожный вязкий и модификатор, отличающийся тем, что в качестве модификатора используется жиро-протеиновый концентрат «АШЕР», при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум нефтяной дорожный вязкий 99,0-99,2 жиро-протеиновый концентрат «АШЕР» 0,8-1,0.