СОСТАВ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОГО БИТУМА ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА Российский патент 2023 года по МПК C08L95/00 C09D195/00 C04B26/26 C10C3/02 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к модификации битума нефтяного дорожного и способу его получения, которое может быть использовано в дорожном строительстве при изготовлении асфальтобетонных покрытий.

Уровень техники

[0002] Для повышения времени эксплуатации асфальтобетонных покрытий необходимо улучшить свойства битумов нефтяных дорожных, поскольку в целях увеличения выхода топлива и масел переработка нефти на современных нефтеперерабатывающих предприятиях приводит к ухудшению качества нефтяных битумов и их несоответствию требованиям дорожного строительства по таким показателям, как устойчивость к возникновению трещин при низкой температуре, теплоустойчивость, адгезионные свойства. Для улучшения эксплуатационных свойств асфальтобетонных покрытий модифицируют битумы нефтяные дорожные различными сочетаниями специальных добавок, в качестве которых могут быть использованы полимеры, пластификаторы, адгезионные присадки, сшивающие агенты или иные модифицирующие добавки. Модифицированные битумы обладают по сравнению с битумами нефтяными дорожными улучшенными эксплуатационными характеристиками, например, высокой устойчивостью к возникновению трещин при низких и высоких температурах.

[0003] В патенте RU2237691C2 (опубл. 10.10.2004; МПК: C08L 95/00) описано изобретение, относящееся к переработке тяжелых нефтяных остатков, а именно к получению улучшенных материалов на битумной основе, и может быть использовано при производстве дорожных, кровельных и гидроизоляционных покрытий. Технический результат аналога заключается в получении полимерно-битумной композиции, обладающей высокими эксплуатационными свойствами (теплостойкостью, морозостойкостью, пластичностью, эластичностью и повышенной стабильностью при хранении), при более низких затратах и из доступных реагентов. В составе полимерно-битумной композиции (ПБК) в аналоге используют битум с температурой размягчения 40 – 55°С, в качестве полимера-модификатора – блоксополимер бутадиена и стирола, а в качестве пластификатора – экстракт селективной очистки остаточных масляных фракций или экстракт селективной очистки дистиллятных масляных фракций, которые имеют кинематическую вязкость при 100°С 12.7 – 24.3 мм²/с, температуру застывания 22 – 45°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%: блоксополимер бутадиена и стирола – 1 – 5, вышеуказанный пластификатор 5 – 18, вышеуказанный битум – остальное. В аналоге полимер-модификатор растворяют в пластификаторе при температуре 140 – 180°С в течение 30 – 120 мин, полученный раствор смешивают с битумом при температуре 150 – 190°С в течение 30 – 120 мин либо битум смешивают с пластификатором при температуре 140 – 180°С в течение 30 – 90 мин, в полученную смесь добавляют полимер-модификатор и перемешивают при температуре 150 – 200°С в течение 60 – 180 мин. Первым недостатком указанного способа получения полимерно-битумной композиции является смешивание компонентов при температуре 140 – 200°С, поскольку нагрев битума выше температуры 185°С ухудшает упруго-пластические свойства полимерно-битумной композиции, а именно способствует быстрому испарению легких нефтяных фракций, которое является причиной быстрого старения битума нефтяного дорожного, что приводит к снижению интервала его пластичности; а нагрев битума нефтяного дорожного до температур ниже 155°С приводит к увеличению времени его модификации. Следующим недостатком аналога является механическое перемешивание смеси в течение 30 – 180 минут, содержащей полимер-модификатор. В аналоге указанного времени при использовании только механического перемешивания полимера-модификатора в составе композиции недостаточно для проявления его модифицирующих свойств. Другим недостатком аналога является использование одного типа полимера-модификатора, а именно термоэластопласта линейного типа, это сужает температурный диапазон, в котором указанная полимерно-битумная композиция проявляет упруго-пластические свойства (растяжимость, эластичность, устойчивость к возникновению трещин и т. д.).

[0004] В патенте RU2496812C1 (опубл. 27.10.2013; МПК: C08L 95/00, C08L 9/06, C08K 3/04, B82B 1/00) описано изобретение, относящееся к материалам, используемым в дорожном, аэродромном и гражданском строительстве, а именно к полимерно-битумным вяжущим для строительной отрасли, и способам их получения, может быть использовано при устройстве кровель, гидроизоляций и герметичных швов, а также при приготовлении органоминеральных смесей. Технический результат аналога заключается в получении высокооднородного битумного вяжущего, обладающего высокими физико-механическими свойствами с одновременным сокращением расхода полимера и индустриального масла. В аналоге вяжущее содержит битум и полимерный компонент, состоящий из индустриального масла, наномодифицированного нанотрубками (ОУНТ) без очистки от примесей углеродных и металлических наночастиц, и полимера. В качестве полимерного компонента используют термоэластопласт – ДСТ-30Р-01. Соотношение компонентов следующее, мас.%: ДСТ-30Р-01 – 1.1 – 3.4; индустриальное масло – 2.2 – 9.4; ОУНТ – 0.001 – 0.03; битум – остальное. Способ получения вяжущего в аналоге включает введение при перемешивании в битум полимерного компонента. Причем до введения в битум осуществляют подготовку полимерного компонента путем смешивания ОУНТ с маслом индустриальным при температуре 100 – 120°С и последующим введением полимера, после чего полученную смесь при перемешивании вводят в битум при 120 – 160°С. Недостатком указанного состава является применение в качестве пластификатора индустриального масла, так как наличие индустриального масла ухудшает адгезионные свойства полимерно-битумного вяжущего к минеральным компонентам, которые содержатся в асфальтобетоне. Другим недостатком аналога является нагрев битума до температур не более 120 – 160°С, поскольку нагрев битума до температуры менее 150°С увеличивает процесс модификации битума. Следующим недостатком аналога является использование для модификации битума нефтяного дорожного одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ), это приводит к ухудшению таких эксплуатационных характеристик асфальтобетонных покрытий, содержащих в составе указанное полимерно-битумное вяжущее, как устойчивость к расслаиванию и возникновению трещин. Другим недостатком аналога является использование одного типа полимера, а именно термоэластопласта радиального типа, это сужает температурный диапазон, в котором битумное вяжущее проявляет упруго-пластические свойства (растяжимость, эластичность, устойчивость к возникновению трещин и т. д.).

[0005] В патенте RU2297990C1 (опубл. 27.04.2007; МПК: C04В 26/26, C08L 95/00) описано изобретение, относящееся к дорожно-строительным материалам, и может быть использовано для устройства дорожных, мостовых и аэродромных покрытий с использованием полимерно-битумного вяжущего. Технический результат аналога заключается в улучшении эксплуатационных характеристик полимерно-битумного вяжущего и асфальтобетонной смеси на его основе таких, как сопротивляемость слоя пластическим сдвиговым деформациям, устойчивость к температурным и динамическим нагрузкам. В аналоге полимерно-битумное вяжущее содержит битум, полимер – бутадиен-стирольный термоэластопласт, пластификатор – индустриальное масло и высокомолекулярное поверхностно-активное вещество, в качестве высокомолекулярного поверхностно-активного вещества применяют тяжелые жирные кислоты (ТЖК), представляющие собой смесь высокомолекулярных углеводородов нефти общей формулы:

где R – углеводородный радикал с содержанием атомов углерода от 12 до 22 (C₁₂ – C₂₂), при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум 86 – 89; полимер – бутадиен-стирольный термоэластопласт 2.5 – 5; индустриальное масло 5.5 – 7.5; вышеуказанное ТЖК 1 – 3. Способ получения асфальтобетонной смеси в аналоге заключается в смешивании наполнителя, состоящего из щебня, песка из отсевов дробления и минерального порошка, полимерно-битумного вяжущего и стабилизирующей добавки – минеральных волокон асбеста при следующем соотношении компонентов, мас.%: щебень 64 – 68; песок из отсевов дробления 16.5 – 18; минеральный порошок 9.5 – 11; минеральные волокна асбеста 0.35 – 0.45; вышеуказанное полимерно-битумное вяжущее 6 – 6.5. Первым недостатком указанного полимерно-битумного вяжущего является применение в его составе индустриального масла. Индустриальное масло негативно влияет на адгезионные свойства вяжущего к минеральным компонентам, которые содержатся в асфальтобетоне, что приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик асфальтобетона, например, низкой устойчивости к возникновению трещин. Следующим недостатком аналога является использование одного типа полимера, это сужает температурный диапазон, в котором указанное полимерно-битумное вяжущее проявляет упруго-пластические свойства (растяжимость, эластичность, устойчивость к возникновению трещин и т. д.). Другим недостатком аналога является использование исключительно механического перемешивания смеси при добавлении полимера, при использовании исключительно механического перемешивания для полного растворения полимера и проявления его свойств в составе вяжущего в аналоге указанного времени недостаточно.

[0006] В патенте RU2618854C1 (опубл. 11.05.2017; МПК: C08L 95/00) описано изобретение, относящееся к способу получения полимерно-битумного вяжущего для строительной отрасли, которое может быть использовано при приготовлении асфальтобетонных и щебеночно-мастичных смесей, а также при устройстве кровель, гидроизоляций и герметичных швов. Технический результат аналога заключается в получении повышенной гомогенности полимерно-битумного вяжущего, его физико-механических характеристик, а также в уменьшении времени и температуры приготовления полимерно-битумного вяжущего и в разработке одностадийного процесса его получения. Способ получения полимерно-битумного вяжущего в аналоге включает последовательное введение при перемешивании в битум при 150 – 160°С пластификатора, в качестве которого используют таловое масло, полимер в виде блок-сополимера бутадиена и стирола типа стирол-бутадиен-стирол, стеариновой кислоты, эпоксидной смолы и перемешивание всех компонентов в течение 1.5 ч при температуре 150 – 160°С до полного растворения, далее в полученную смесь вводят полиэтиленполиамин и перемешивают в течение 10 – 15 минут при температуре 150 – 160°С. Первым недостатком указанного способа является применение блок-сополимера бутадиена и стирола типа СБС, являющегося термоэластопластом одного типа, использование при получении полимерно-битумного вяжущего одного типа термоэластопласта сужает температурный диапазон, в котором полимерно-битумное вяжущее проявляет упруго-пластические свойства (растяжимость, эластичность, устойчивость к возникновению трещин и т. д.). Другим недостатком аналога является перемешивание компонентов смеси (талового масла, полимера в виде блок-сополимера бутадиена и стирола типа стирол-бутадиен-стирол, битума, стеариновой кислоты, эпоксидной смолы) с полиэтиленполиамином в течение 10 – 15 минут, что не позволяет достичь равномерного распределения полиэтиленполиамина в смеси. Следующим недостатком аналога является использование только механического перемешивания смеси при добавлении полимеров. В аналоге указанного времени при использовании только механического перемешивания полимеров в составе композиции недостаточно для проявления их модифицирующих свойств.

[0007] В патенте RU2477736C2 (опубл. 20.03.2013; МПК: C08L 95/00, C08L 9/06) описано изобретение, относящееся к способам получения полимерно-битумных вяжущих, которые могут быть использованы при строительстве дорог. Технический результат аналога заключается в повышении  степени гомогенизации битумных композиций и, соответственно, расширении интервала их работоспособности, характеризуемого температурой размягчения и температурой хрупкости, снижении удельных энергозатрат при производстве полимерно-битумных вяжущих, а также их стоимости. В аналоге вяжущее содержит битум, блоксополимер алкадиена и стирола, парафино-нафтеновый пластификатор и ароматический пластификатор. В качестве ароматического пластификатора используется экстракт селективной очистки масел, а в качестве парафино-нафтенового пластификатора используется вакуумный дистиллят фракции 340 – 530°С. Соотношение компонентов следующее, в мас.% от массы вяжущего: ароматический пластификатор 3.0 – 6.0, блоксополимер алкадиена и стирола 3.0 – 3.5, вакуумный дистиллят фракции 340 – 530°С 3.0 – 9.0, битум до 100. В аналоге способ получения вяжущего включает последовательное введение при перемешивании в битум при 150 – 160°С ароматического пластификатора, далее блоксополимера алкадиена и стирола до полного растворения, и затем парафино-нафтенового пластификатора. Первым недостатком аналога является применение в составе полимерно-битумного вяжущего блоксополимера алкадиена и стирола и парафиново-нафтенового пластификатора, это сочетание приводит к низким значениям растяжимости и эластичности вяжущего, а также неудовлетворительной адгезии указанного полимерно-битумного вяжущего к минеральным компонентам в составе асфальтобетонной смеси. Следующим недостатком аналога является использование исключительно механического перемешивания смеси при добавлении полимера, которым является блоксополимер алкадиена и стирола, при использовании исключительно механического перемешивания для полного растворения полимера и проявления его свойств в составе вяжущего в аналоге указанного времени недостаточно. Другим недостатком аналога является использование полимера одного типа, это сужает температурный диапазон, в котором указанное полимерно-битумное вяжущее проявляет упруго-пластические свойства (растяжимость, эластичность, устойчивость к возникновению трещин и т. д.).

[0008] В патенте RU2299228C2 (опубл. 20.05.2007; МПК: C08L 95/00) описано изобретение, относящееся к материалам, используемым при строительстве дорог, а именно к битумным вяжущим для дорожного покрытия и способам его получения. Технический результат аналога заключается в обеспечении полной однородности вяжущего, исключении взрыво- и пожароопасности при изготовлении и применении вяжущего, повышении теплостойкости, эластичности и трещиностойкости, увеличении срока службы покрытий в 1.5 – 2 раза.  В аналоге битумное вяжущее для дорожного покрытия содержит, мас.%: битум 44.4 – 98.0, блоксополимеры алкадиена и стирола 0.1 – 22.3, масло индустриальное 1.9 – 33.3, причем смешивание индустриального масла с блоксополимером осуществлено при температуре 80 – 160°С до введения в битум. Способ получения битумного вяжущего в аналоге включает смешивание блоксополимера при температуре 80 – 160°С с маслом индустриальным, после чего полученную смесь вводят при 110 – 160°С в битум. Первым недостатком аналога является нагрев битума до температур не более 110 – 160°С. При нагреве битума до температуры менее 150°С процесс его модификации по времени возрастает. Другим недостатком аналога является сочетание индустриального масла, состоящего в основном из нафтеновых углеводородов, и блок-сополимеров алкадиена и стирола, поскольку их сродство между собой достаточно низкое, таким образом, указанное вяжущее обладает сравнительно невысокими значениями растяжимости и эластичности, а также низкой адгезией полимерно-битумного вяжущего к минеральным компонентам, которые содержатся в асфальтобетоне. Следующим недостатком аналога является применение только механического перемешивания смеси при добавлении полимера, которым является блоксополимер алкадиена и стирола, при использовании только механического перемешивания для полного растворения полимера и проявления его свойств в составе смеси вяжущего в аналоге указанного времени недостаточно. Следующим недостатком аналога является применение полимера одного типа, это сужает температурный диапазон, в котором указанное битумное вяжущее проявляет упруго-пластические свойства (растяжимость, эластичность, устойчивость к возникновению трещин и т. д.).

[0009] В патенте RU2748078C1 (опубл. 19.05.2021; МПК: C04B 26/26, C08L 95/00, C04B 40/00, C04B 111/20) описано изобретение, относящееся к полимерно-битумной композиции и способу ее получения, предназначенное для использования при строительстве и ремонте асфальтобетонных покрытий дорог, аэродромов и мостов. Технический результат аналога заключается в повышении надежности покрытия, устойчивости покрытия к расслоению при упрощении способа изготовления. Битумно-полимерная композиция в аналоге содержит битум нефтяной дорожный, бутадиен-стирольный термоэластопласт. Дополнительно композиция содержит термопласт – полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) и структурирующую суспензию, в качестве которой используется дизельное топливо, наномодифицированное многостенными углеродными нанотрубками (УНТ) с диаметром 15 – 40 нм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: бутадиен-стирольный термоэластопласт 1 – 3; полиэтилен низкой плотности 1 – 3; дизельное топливо 0.02 – 0.6; углеродные нанотрубки 0.0002 – 0.004; битум нефтяной дорожный – остальное. В аналоге УНТ равномерно распределяют в дизельном топливе при комнатной температуре с использованием энергии ультразвуковых колебаний в режиме акустической кавитации при резонансных частотах в диапазоне 19.8 – 24.2 кГц в течение 3 мин. Параллельно с этим процессом предварительно разогретый до температуры 90 – 100°С битум помещают в обогреваемый смеситель вертикального типа, оснащенный лопастными мешалками. Вводят бутадиен-стирольный термоэластопласт и термопласт ПЭНП, смесь нагревают до температуры 150 – 160°С и производят смешивание в течение 30 – 40 мин в турбулентном режиме при значении циркуляционного критерия Рейнольдса Re_c свыше 1000, выполняемое при частоте вращения мешалок 800, 450 и 90 об/мин для смесителей объемом 3, 5 и 6000 литров соответственно. Затем добавляют структурирующую суспензию УНТ в дизельное топливо и производят дальнейшее смешивание компонентов в течение 5 – 15 мин при той же температуре. Первым недостатком аналога является использование в составе дизельного топлива, наномодифицированного углеродными нанотрубками (УНТ), наличие дизельного топлива в составе указанного полимерно-битумного вяжущего ухудшает его адгезию к минеральным компонентам в асфальтобетоне, что приводит к снижению его эксплуатационных характеристик. Также дизельное топливо является опасным продуктом, пары которого легко воспламеняются. Другим недостатком аналога является использование в указанном составе углеродных нанотрубок (УНТ), это приводит к ухудшению устойчивости к расслаиванию и возникновению трещин асфальтобетонных покрытий, содержащих в составе указанное полимерно-битумное вяжущее. Следующим отличием указанной полимерно-битумной композиции является использование полимеров-модификаторов, в качестве которых используют сочетание термопласта и термоэластопласта. Другим недостатком аналога является нагрев битума до температур не более 90 – 160°С. При нагревании битума до температуры менее 150°С процесс его модификации по времени возрастает.

[00010] В патенте RU2152964C2 (опубл. 20.07.2000; МПК: C08L 95/00, C04B 26/26), описано изобретение, относящееся к области получения строительных материалов, а именно к приготовлению полимерно-битумных вяжущих. Техническим результатом аналога является снижение температуры, уменьшение времени приготовления полимерно-битумного вяжущего и улучшение его качества, а также облегчение процесса введения твердых, полутвердых и пастообразных поверхностно-активных веществ в битум. В аналоге способ заключается в приготовлении полимерно-битумного вяжущего, включающий введение в битум термоэластопласта, пластификатора, перемешивание, отличающийся тем, что вяжущее дополнительно содержит азотсодержащее поверхностно-активное вещество в количестве 0.5 – 2.0% от массы битума при следующей последовательности приготовления вяжущего: азотсодержащее поверхностно-активное вещество вводят в битум, нагретый до 165 – 175°С, или, если оно является твердым, полутвердым или пастообразным, то его смешивают с частью пластификатора до получения жидкой смеси и в таком виде вводят в битум, затем осуществляют введение термоэластопласта в гранулированном виде с последующим перемешиванием, после чего вводят пластификатор или оставшуюся его часть и перемешивают до однородного состояния. Первым недостатком аналога является использование в качестве пластификатора индустриального масла, так как наличие индустриального масла ухудшает адгезионные свойства указанного полимерно-битумного вяжущего к минеральным компонентам, которые содержатся в асфальтобетоне. Другим недостатком аналога является использование полимера, в качества которого применяют термоэластопласт одного типа, это сужает температурный диапазон, в котором указанное полимерно-битумное вяжущее проявляет упруго-пластические свойства (растяжимость, эластичность, устойчивость к возникновению трещин и т. д.). Следующим недостатком аналога является использование только механического перемешивания смеси при добавлении полимера, при использовании только механического перемешивания для полного растворения полимера и проявления его свойств в аналоге указанного времени недостаточно.

Сущность изобретения

[00011] Задачей настоящего изобретения является разработка состава и способа получения модифицированного битума для дорожного строительства, обеспечивающие увеличение температурного диапазона эксплуатации при сохранении его упруго-пластических свойств.

[00012] Указанная задача достигается благодаря такому техническому результату, как обеспечение увеличения температурного диапазона от -48°С до 82°С, в котором модифицированный битум обладает упруго-пластическими свойствами: растяжимостью, пластичностью, эластичностью, морозостойкостью, прочностью; а также обеспечение улучшения адгезионных свойств модифицированного битума к минеральным компонентам, содержащимся в асфальтобетоне. Указанная задача достигается в том числе, но не ограничиваясь, благодаря:

[00013] наличию в составе модифицированного битума полимеров-модификаторов, битума нефтяного дорожного, пластификатора, модифицирующей присадки, сшивающего агента;

[00014] наличию сочетания термоэластопластов линейного и радиального типов при процентном соотношении 80 – 20 : 20 – 80;

[00015] нагреву битума нефтяного дорожного и остальных модифицирующих компонентов (полимеров-модификаторов, модифицирующей присадки, пластификатора, сшивающего агента) до температур не менее 155 – 185°С;

[00016] добавлению сшивающего агента в кавитационно обработанную смесь битума нефтяного дорожного, полимеров-модификаторов, пластификатора, модифицирующей присадки.

[00017] Более полно, технический результат достигается модифицированным битумом для дорожного строительства, содержащим битум нефтяной дорожный, полимеры-модификаторы, пластификатор, модифицирующую присадку, сшивающий агент. При этом в качестве полимеров-модификаторов применяют сочетание термоэластопластов линейного и радиального типов, а сшивающий агент введен в смесь битума нефтяного дорожного, полимеров-модификаторов, пластификатора и модифицирующей присадки после кавитационной обработки указанной смеси при следующем соотношении компонентов к массе битума, мас.%: полимеры-модификаторы 1 – 5.5; пластификатор 0 – 20; модифицирующая присадка 0.1 – 0.3; сшивающий агент 0.05 – 0.2; битум нефтяной дорожный – остальное.

[00018] Пластификатор в составе модифицированного битума позволяет увеличить текучесть и пластичность битума нефтяного дорожного, таким образом, улучшая растворимость и равномерность распределения компонентов смеси; модифицирующая присадка позволяет увеличить интервал пластичности модифицированного битума, улучшить его адгезионные свойства к минеральным компонентам, содержащимся в асфальтобетоне; полимеры-модификаторы используют для повышения прочности и увеличения интервала эластичности модифицированного битума; наличие сшивающего агента позволяет повысить прочность и химическую устойчивость модифицированного битума в ходе его эксплуатации. Сочетание перечисленных компонентов при следующем их соотношении к массе битума, мас.%: полимеров-модификаторов в количестве 1 – 5.5, пластификатора – 0 – 20, модифицирующей присадки – 0.1 – 0.3, сшивающего агента – 0.05 – 0.2, битума нефтяного дорожного – остальное, обеспечивает упруго-пластические свойства модифицированного битума.

[00019] При этом в качестве полимеров-модификаторов применяют сочетание термоэластопластов линейного и радиального типов, это позволяет увеличить температурный диапазон, в котором модифицированный битум обладает упруго-пластическими свойствами, а именно: растяжимостью, пластичностью, эластичностью, морозостойкостью, прочностью. Ввод сшивающего агента после кавитационной обработки смеси битума нефтяного дорожного, пластификатора, модифицирующей присадки и полимеров-модификаторов обеспечивает равномерное распределение сшивающего агента по всему объему указанной смеси, это повышает прочность, пластичность модифицированного битума.

[00020] Термоэластопласты линейного и радиального типов могут содержать не менее 30% стирола. Это позволяет повысить прочность битума, придать свойства эластичности и пластичности модифицированному битуму, а также обеспечить способность к быстрому снятию напряжений, которые возникают в дорожном покрытии под воздействием движущегося транспорта.

[00021] Процентное соотношение термоэластопластов линейного и радиального типов может быть равно 80 – 20 : 20 – 80. Это позволяет расширить температурный диапазон от -45°С до 82°С, в котором модифицированный битум обладает упруго-пластическими свойствами: растяжимостью, пластичностью, эластичностью, морозостойкостью, прочностью.

[00022] В качестве пластификатора могут использовать экстракт селективной очистки масел и/или композицию на основе тяжелых нефтяных фракций, остаточных нефтепродуктов и анионных поверхностно-активных веществ, это позволяет обеспечить высокую адгезию модифицированного битума к минеральным компонентам, содержащимся в асфальтобетоне, а также улучшить растворимость и равномерность распределения компонентов модифицированного битума.

[00023] В качестве модифицирующей присадки могут использовать полифосфорную кислоту и/или ортофосфорную кислоту. Это позволяет расширить интервал пластичности модифицированного битума, замедлить старение битума нефтяного дорожного, повысить влагостойкость асфальтобетонных смесей, в составе которых содержится настоящий модифицированный битум, улучшить адгезионные свойства модифицированного битума к минеральным компонентам в составе асфальтобетона.

[00024] В качестве сшивающего агента могут применять техническую серу. Техническая сера вступает в химическую реакцию с компонентами модифицированного битума, что вызывает процесс вулканизации, который заключается в сшивании молекул в единую пространственную сетку, таким образом, наличие технической серы в качестве сшивающего агента повышает устойчивость к расслаиванию и возникновению трещин модифицированного битума.

[00025] Также технический результат достигается способом получения модифицированного битума для дорожного строительства, содержащего битум нефтяной дорожный, полимеры-модификаторы, пластификатор, модифицирующую присадку и сшивающий агент, по которому нагревают битум нефтяной дорожный в процессе перемешивания; добавляют пластификатор, модифицирующую присадку к нагретому битуму нефтяному дорожному в процессе перемешивания; добавляют к смеси полимеры-модификаторы; производят кавитационную обработку получившейся смеси; добавляют к кавитационно обработанной смеси сшивающий агент в процессе перемешивания.

[00026] Для изготовления модифицированного битума сначала нагревают битум нефтяной дорожный в процессе перемешивания, затем добавляют пластификатор, модифицирующую присадку к нагретому битуму нефтяному дорожному в процессе перемешивания. Наличие пластификатора обеспечивает снижение вязкости битума нефтяного дорожного, увеличивая его текучесть и пластичность; модифицирующая присадка позволяет увеличить интервал пластичности битума, улучшить его адгезионные свойства к минеральным компонентам, содержащимся в асфальтобетоне; перемешивание обеспечивает равномерное распределение указанных компонентов во всем объеме смеси. Затем добавляют к смеси полимеры-модификаторы, наличие полимеров-модификаторов обеспечивает расширение температурного диапазона, в котором модифицированный битум обладает упруго-пластическими свойствами. После, производят кавитационную обработку получившейся смеси. Кавитационная обработка ускоряет процесс растворения полимеров-модификаторов в смеси. Далее, добавляют к кавитационно обработанной смеси сшивающий агент в процессе перемешивания, наличие сшивающего агента позволяет повысить прочность и химическую устойчивость модифицированного битума в ходе его эксплуатации; перемешивание обеспечивает гомогенность смеси модифицированного битума.

[00027] Могут предварительно устанавливать марку битума нефтяного дорожного путем определения его физико-механических характеристик. Такими характеристиками являются: глубина проникновения иглы при 25°С, температура размягчения по кольцу и шару, растяжимость при 0°С, температура хрупкости, температура вспышки, изменение массы образца после старения. Предварительное определение марки битума нефтяного дорожного используют для расчета количества компонентов в составе модифицированного битума для дорожного строительства, что, в свою очередь, позволяет изготовить модифицированный битум с необходимыми параметрами.

[00028] Добавление к смеси полимеров-модификаторов могут осуществлять следующим образом: могут вводить полимеры-модификаторы к части смеси битума нефтяного дорожного, пластификатора, модифицирующей присадки в процессе перемешивания; затем могут вводить оставшуюся часть смеси битума нефтяного дорожного, пластификатора, модифицирующей присадки к смеси, содержащей полимеры-модификаторы, битум нефтяной дорожный, пластификатор, модифицирующую присадку, в процессе перемешивания. Это позволяет ускорить процесс растворения полимеров-модификаторов, уменьшая время модификации битума, и обеспечить их равномерное распределение в смеси битума нефтяного дорожного, пластификатора, модифицирующей присадки.

[00029] Перемешивание компонентов смеси до ее кавитационной обработки могут производить в течение 1 – 3 часов, это обеспечивает полное растворение полимеров-модификаторов в смеси битума нефтяного дорожного, пластификатора, модифицирующей присадки.

[00030] Перемешивание компонентов смеси до добавления сшивающего агента могут производить лопастными мешалками, скорость вращения которых может быть равна 25 – 35 об/мин, это обеспечивает интенсивные радиальные и встречные вертикальные потоки смеси для равномерного распределения компонентов.

[00031] Могут производить кавитационную обработку в течение 2 – 7 циклов перекачивания смеси из одной емкости в другую, это обеспечивает полное растворение полимеров-модификаторов и образование полимерной молекулярной цепи в объеме модифицированного битума, в результате чего битум становится пластичным и эластичным.

[00032] Кавитационную обработку смеси могут осуществлять путем гидродинамического диспергирования для гомогенизации смеси битума нефтяного дорожного, пластификатора, модифицирующей присадки, полимеров-модификаторов.

[00033] Могут добавлять к кавитационно обработанной смеси сшивающий агент в процессе перемешивания, осуществляемого путем движения слоев смеси с разными скоростями, а движение слоев смеси с разными скоростями могут осуществлять путем их разнонаправленного движения. Это обеспечивает равномерное распределение сшивающего агента в кавитационно обработанной смеси, описанное перемешивание производят в течение 30 – 70 минут.

[00034] Изготовление модифицированного битума могут осуществлять при температуре на каждом из этапов 155 – 185°С, это позволяет исключить быстрое испарение легких нефтяных фракций, содержащихся в битуме, что приводит к его старению и ухудшению пластичности и эластичности.

Подробное описание

[00035] В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту очевидно, каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях, хорошо известные методы, процедуры и компоненты не описаны подробно, чтобы не затруднять излишнее понимание особенностей настоящего изобретения.

[00036] Кроме того, из приведенного изложения ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, очевидны для квалифицированных в предметной области специалистов.

[00037] В настоящее время исследователи в области дорожного строительства концентрируют свое внимание на разработке битумов, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками и стойкостью к образованию трещин в жестких климатических условиях. Для получения битумов с описанными свойствами выше их модифицируют путем введения различных добавок. Такими добавками являются полимеры, адгезионные присадки, сшивающие агенты, пластификаторы и т. д. В качестве эксплуатационной характеристики модифицированных битумов используют классификацию PG (Performance Grade), содержащую информацию о минимальной и максимальной расчетных температур, при которых возможно использование модифицированного битума, обладающего упруго-пластическими свойствами.

[00038] Понятие «интервал пластичности» подразумевает способность битума сохранять свои пластичные свойства при изменении температуры; чем больше интервал пластичности, тем лучше качество модифицированного битума и выше эксплуатационные свойства асфальтобетонного покрытия, содержащего в своем составе модифицированный битум. Понятие «интервал эластичности» означает способность битума сохранять свои эластичные свойства при изменении температуры. Понятие «упруго-пластические свойства» подразумевает такие характеристики битума, как пластичность, эластичность, морозостойкость, растяжимость, прочность и т. д. Понятие «перемешивание» означает процесс объединения компонентов модифицированного битума для образования гомогенной смеси.

[00039] Модифицированный битум для дорожного строительства содержит битум нефтяной дорожный, полимеры-модификаторы, пластификатор, модифицирующую присадку, сшивающий агент. При этом в качестве полимеров-модификаторов применяют сочетание термоэластопластов линейного и радиального типов, а сшивающий агент введен в смесь битума нефтяного дорожного, полимеров-модификаторов, пластификатора и модифицирующей присадки после кавитационной обработки указанной смеси при следующем соотношении компонентов к массе битума, мас.%: полимеры-модификаторы 1 – 5.5; пластификатор 0 – 20; модифицирующая присадка 0.1 – 0.3; сшивающий агент 0.05 – 0.2; битум нефтяной дорожный – остальное.

[00040] Наличие пластификатора в составе модифицированного битума позволяет увеличить текучесть и пластичность битума нефтяного дорожного, что обеспечивает высокую растворимость и равномерность распределения компонентов модифицированного битума. Модифицирующая присадка в составе модифицированного битума позволяет увеличить его интервал пластичности и улучшить адгезионные свойства к минеральным компонентам, содержащимся в асфальтобетоне. Полимеры-модификаторы используют для повышения прочности и увеличения интервала эластичности модифицированного битума. Применение сшивающего агента в составе модифицированного битума позволяет повысить его прочность и химическую устойчивость в ходе эксплуатации. Сочетание указанных компонентов при следующем их соотношении к массе битума, мас.%: полимеров-модификаторов в количестве 1 – 5.5, пластификатора – 0 – 20, модифицирующей присадки – 0.1 – 0.3, сшивающего агента – 0.05 – 0.2, битума нефтяного дорожного – остальное, обеспечивает увеличение интервала растяжимости, пластичности, эластичности, морозостойкости модифицированного битума, а также позволяет улучшить его адгезионные свойства к минеральным компонентам, содержащимся в асфальтобетоне.

[00041] При этом в качестве полимеров-модификаторов применяют сочетание термоэластопластов линейного и радиального типов. Термоэластопласт объединяет в себе свойство эластичности каучука (эластомера) и термопластичные свойства, которые придают смеси компонентов, содержащих в своем составе термоэластопласт, высокую текучесть в расправленном состоянии. К тому же термоэластопласт является экологически чистым материалом, который не выделяет токсичных веществ на солнце. Наличие в составе модифицированного битума термоэластопластов позволяет получить эластичный, пластичный и устойчивый к низким температурам материал, также его наличие обеспечивает прочность материала при высоких температурах и технологичность при его переработке. При использовании только радиального типа термоэластопласта за счет его разветвленной структуры влияние полимера-модификатора при модификации битума не проявляется, а именно: не происходит расширение температурного диапазона, в котором возможна эксплуатация модифицированного битума. При использовании для модификации битума исключительно линейного типа термоэластопласта происходит увеличение температурного диапазона от -19°С до 40°С, в котором возможна эксплуатация модифицированного битума. Сочетание термоэластопластов линейного и радиального типов позволяет увеличить температурный диапазон от -45°С до 82°С, в котором модифицированный битум обладает упруго-пластическими свойствами.

[00042] Ввод сшивающего агента после кавитационной обработки смеси битума нефтяного дорожного, пластификатора, модифицирующей присадки и полимеров-модификаторов обеспечивает равномерное распределение сшивающего агента по всему объему указанной смеси, в результате чего сшивающий агент вступает в химическую реакцию со всеми компонентами смеси, что вызывает процесс вулканизации, заключающийся в сшивании молекул в единую пространственную сетку. Это приводит к тому, что распределенные равномерно по всей смеси полимеры-модификаторы не будут перемещаться по объему модифицированного битума, таким образом, повышается его устойчивость к возникновению трещин в ходе эксплуатации.

[00043] Термоэластопласты линейного и радиального типов могут содержать не менее 30% стирола или менее 30% стирола. Термоэластопласты, содержащие менее 30% стирола, обеспечивают более низкие прочностные характеристики модифицированного битума, чем термоэластопласты, содержащие не менее 30% стирола. Предпочтительнее использовать термоэластопласты линейного и радиального типов, содержащие не менее 30% стирола, такими термоэластопластами могут быть стирольные блок-сополимеры на основе стирола и бутадиена типа СБС-30-01, СБС-30-00. Это позволяет повысить прочность битума, придать ему эластичность, а также обеспечить способность модифицированного битума к быстрому снятию напряжения, которое возникает в дорожном покрытии под воздействием движущегося транспорта.

[00044] Процентное соотношение термоэластопластов линейного и радиального типов может быть равно 100 – 80 : 0 – 20, 80 – 20 : 20 – 80 или 20 – 0 : 80 – 100. В случае, при котором линейного типа термоэластопласта больше 80% в составе модифицированного битума и, соответственно, радиального типа термоэластопласта меньше 20% или в случае, если линейного типа термоэластопласта меньше 20%, и, соответственно, радиального типа термоэластопласта больше 80%, происходит сужение температурного диапазона, в котором модифицированный битум обладает упруго-пластическими свойствами. Предпочтительнее использовать термоэластопласты линейного и радиального типов при процентном соотношении, равном 80 – 20 : 20 – 80, в составе модифицированного битума, это позволяет расширить температурный диапазон от -45°С до 82°С, в котором модифицированный битум обладает упруго-пластическими свойствами.

[00045] В качестве пластификатора могут использовать экстракт селективной очистки масел, индустриальное масло, черный соляр, гудрон, композицию на основе тяжелых нефтяных фракций, остаточных нефтепродуктов и анионных поверхностно-активных веществ. Индустриальное масло, черный соляр, гудрон уменьшают адгезию модифицированного битума к минеральным компонентам, содержащимся в асфальтобетоне, что приводит к уменьшению времени эксплуатации асфальтобетона на основе модифицированного битума. Предпочтительнее использовать в качестве пластификатора экстракт селективной очистки масел и/или композицию на основе тяжелых нефтяных фракций, остаточных нефтепродуктов и анионных поверхностно-активных веществ, это позволяет достичь высокой адгезии модифицированного битума к минеральным компонентам, которые содержатся в асфальтобетоне, что увеличивает время эксплуатации материала, а также обеспечивает высокую растворимость и равномерность распределения полимеров-модификаторов при модификации битума. Описанными характеристиками обладает, например, пластификатор «АМДОР-ПЛ» марок А и Б.

[00046] В качестве модифицирующей присадки могут использовать азотсодержащие поверхностно-активные вещества, полифосфорную кислоту, ортофосфорную кислоту. Предпочтительнее использовать полифосфорную кислоту марок ПФК-105, ПФК-115 и/или ортофосфорную кислоту марки «АМДОР-20Т». Это позволяет повысить водостойкость и морозостойкость асфальтобетона, в состав которого входит модифицированный битум, что приводит к расширению интервала пластичности материала. Наличие модифицирующей присадки обеспечивает замедление старения битума нефтяного дорожного, повышает влагостойкость асфальтобетонных смесей при длительном водонасыщении, улучшает адгезионные свойства модифицированного битума к минеральным компонентам в составе асфальтобетона.

[00047] В качестве сшивающего агента могут использовать техническую серу, одностенные или многостенные углеродные нанотрубки. Предпочтительнее использовать в качестве сшивающего агента техническую серу, поскольку она по сравнению с одностенными и многостенными углеродными нанотрубками вступает в химическую реакцию с компонентами модифицированного битума, что вызывает процесс вулканизации, который заключается в сшивании молекул в единую пространственную сетку. Таким образом, наличие технической серы в качестве сшивающего агента повышает устойчивость к возникновению трещин в асфальтобетоне, содержащем модифицированный битум.

[00048] Для лучшего понимания настоящего изобретения в приведенных ниже примерах и Таблицах 1 – 2 описаны используемые компоненты и их соотношение в составе модифицированного битума, которые иллюстрируют, но не ограничивают предлагаемое изобретение, и характеристики модифицированного битума.

[00049] Пример 1. Для изготовления модифицированного битума используют битум нефтяной дорожный марки БНД 60/90, в качестве полимеров-модификаторов используют термоэластопласты линейного и радиального типов при процентном соотношении 80 : 20, в качестве модифицирующей присадки применяют полифосфорную кислоту, в качестве пластификатора – экстракт селективной очистки масел, в качестве сшивающего агента – техническую серу. Соотношение компонентов модифицированного битума к массе битума нефтяного дорожного приведено в Таблице 1.

[00050] Пример 2. Для изготовления модифицированного битума используют компоненты, аналогичные примеру 1, при этом процентное соотношение термоэластопластов линейного и радиального типов равно 70 : 30. Соотношение компонентов модифицированного битума к массе битума нефтяного дорожного приведено в Таблице 1.

[00051] Пример 3. Для изготовления модифицированного битума используют компоненты, аналогичные примеру 1, при этом процентное соотношение термоэластопластов линейного и радиального типов равно 40 : 60. Соотношение компонентов модифицированного битума к массе битума нефтяного дорожного приведено в Таблице 1.

Таблица 1

Состав модифицированного битума для дорожного строительства

Номер примера Компоненты модифицированного битума Битум Полимеры-модификаторы Пластификатор Модифицирующая присадка Сшивающий агент Марка Кол-во, мас.% Кол-во, мас.% Соотношение линейного и радиального типов Название Кол-во, мас.% Название Кол-во, мас.% Название Кол-во, мас.% 1 БНД 60/90 87.6 2.7 80 : 20 ЭСОМ* 9.8 ПФК* 0.14 техническая сера 0.067 2 БНД 60/90 85.5 2.75 70 : 30 ЭСОМ* 11.5 ПФК* 0.16 техническая сера 0.08 3 БНД 60/90 82.15 4 40 : 60 ЭСОМ* 13.5 ПФК* 0.2 техническая сера 0.15

Примечание:

ЭСОМ* – экстракт селективной очистки масел

ПФК* – полифосфорная кислота

[00052] Таблица 2 содержит информацию о характеристиках модифицированного битума, а также информацию о марке получаемого битума согласно классификации PG для примеров 1 – 3. Классификация PG – классификация битумных вяжущих относительно их эксплуатационных характеристик с учетом минимальной и максимальной расчетных температур дорожного покрытия.

Таблица 2

Характеристики модифицированного битума для дорожного строительства

Номер примера Характеристики модифицированного битума Нижняя граница температуры, °С Верхняя граница температуры, °С Марка PG 1 -38.4 62.4 58/34 2 -43.5 66.2 64/40 3 -45.9 77.8 76/40

[00053] Описан способ получения модифицированного битума для дорожного строительства, содержащего битум нефтяной дорожный, полимеры-модификаторы, пластификатор, модифицирующую присадку и сшивающий агент, по которому нагревают битум нефтяной дорожный в процессе перемешивания; добавляют пластификатор, модифицирующую присадку к нагретому битуму нефтяному дорожному в процессе перемешивания; добавляют к смеси полимеры-модификаторы; производят кавитационную обработку получившейся смеси; добавляют к кавитационно обработанной смеси сшивающий агент в процессе перемешивания.

[00054] Для изготовления модифицированного битума сначала нагревают битум нефтяной дорожный в процессе перемешивания. Битум в ненагретом состоянии густой, что усложняет работу с ним, поэтому для достижения оптимальной производительности модификации битума его нагревают.  Нагрев и дальнейшую модификацию битума производят в емкости, представляющей собой установку с масляным подогревом, масло выступает в роли высокотемпературного теплоносителя, циркулирующего по системе труб теплообменников, и обеспечивает необходимый температурный режим нагрева от 155 °С до 185°С. Перемешивание обеспечивает гомогенность смеси из битума нефтяного дорожного.

[00055] Затем добавляют пластификатор, модифицирующую присадку к нагретому битуму нефтяному дорожному в процессе перемешивания. Наличие пластификатора обеспечивает снижение вязкости битума нефтяного дорожного, увеличивая его текучесть и пластичность; модифицирующая присадка позволяет увеличить интервал пластичности битума, улучшить его адгезионные свойства к минеральным компонентами в составе асфальтобетона, замедлить старение битума нефтяного дорожного, повысить влагостойкость асфальтобетонных смесей при длительном водонасыщении и устойчивость к возникновению трещин на протяжении срока эксплуатации дорожного покрытия; перемешивание обеспечивает равномерное распределение указанных компонентов во всем объеме смеси.

[00056] После, добавляют к смеси полимеры-модификаторы, наличие полимеров-модификаторов обеспечивает расширение температурного диапазона, в котором модифицированный битум обладает упруго-пластическими свойствами.

[00057] Далее, производят кавитационную обработку получившейся смеси. Кавитационную обработку осуществляют путем перекачивания смеси из одной емкости в другую через кавитатор. Кавитатор представляет собой устройство для высокоинтенсивной обработки жидких смесей, обработка таких смесей в кавитаторах приводит к образованию кавитационных пузырьков, внутри которых в момент схлопывания формируется давление до 100 МПа. Кавитационная обработка обеспечивает однородность смеси, поскольку при воздействии ударного давления до 100 МПа твердая частица разрушается, что увеличивает удельную поверхность между твердой и жидкой фазами и усиливает процесс массообмена между ними. Также обработка ускоряет процесс растворения полимеров-модификаторов в смеси битума нефтяного дорожного, пластификатора, модифицирующей присадки.

[00058] Затем добавляют к кавитационно обработанной смеси сшивающий агент в процессе перемешивания, наличие сшивающего агента позволяет повысить прочность и химическую устойчивость модифицированного битума в ходе его эксплуатации; перемешивание обеспечивает гомогенность смеси модифицированного битума.

[00059] Предварительно могут устанавливать марку битума нефтяного дорожного или исключить этот этап перед модификацией битума. Предпочтительнее предварительно устанавливать марку битума нефтяного дорожного путем определения его физико-механических характеристик согласно государственному стандарту. Такими характеристиками являются: глубина проникновения иглы при 25°С, температура размягчения по кольцу и шару, растяжимость при 0°С, температура хрупкости, температура вспышки, изменение массы образца после старения. В зависимости от марки битума нефтяного дорожного регулируют количество компонентов в составе модифицированного битума, это позволяет получить модифицированный битум различных марок согласно классификации PG. Для лучшего понимания настоящего изобретения в приведенных ниже примерах и Таблицах 3 – 4 описаны используемые компоненты и их соотношение в составе модифицированного битума, которые иллюстрируют, но не ограничивают предлагаемое изобретение, и характеристики модифицированного битума. Примеры 4 – 6 иллюстрируют универсальность описываемой технологии получения модифицированного битума при использовании разных марок битума нефтяного дорожного.

[00060] Пример 4. Для изготовления модифицированного битума используют компоненты, аналогичные примеру 1, за исключением следующего: марку битума нефтяного дорожного изменяют на БНД 40/60. Соотношение компонентов модифицированного битума к массе битума нефтяного дорожного приведено в Таблице 3.

[00061] Пример 5. Для изготовления модифицированного битума используют компоненты, аналогичные примеру 1, за исключением следующего: марку битума нефтяного дорожного изменяют на БНД 100/130. Соотношение компонентов модифицированного битума к массе битума нефтяного дорожного приведено в Таблице 3.

[00062] Пример 6. Для изготовления модифицированного битума используют компоненты, аналогичные примеру 1, за исключением следующего: марку битума нефтяного дорожного изменяют на БНД 130/200. Соотношение компонентов модифицированного битума к массе битума нефтяного дорожного приведено в Таблице 3.

Таблица 3

Состав модифицированного битума для дорожного строительства

Номер примера Компоненты модифицированного битума Битум Полимеры-модификаторы Пластификатор Модифицирующая присадка Сшивающий агент Марка Кол-во, мас.% Кол-во, мас.% Соотношение линейного и радиального типов Название Кол-во, мас.% Название Кол-во, мас.% Название Кол-во, мас.% 4 БНД 40/60 87.6 2.7 80 : 20 ЭСОМ* 9.8 ПФК* 0.14 техническая сера 0.067 5 БНД 100/130 87.6 2.7 80 : 20 ЭСОМ* 9.8 ПФК* 0.14 техническая сера 0.067 6 БНД 130/200 87.6 2.7 80 : 20 ЭСОМ* 9.8 ПФК* 0.14 техническая сера 0.067

Примечание:

ЭСОМ* – экстракт селективной очистки масел

ПФК* – полифосфорная кислота

[00063] Таблица 4 содержит информацию о характеристиках модифицированного битума, а также информацию о марке получаемого битума согласно классификации PG для примеров 4 – 6.

Таблица 4

Характеристики модифицированного битума для дорожного строительства

Номер примера Характеристики модифицированного битума Нижняя граница температуры, °С Верхняя граница температуры, °С Марка PG 4 -34.5 58.9 58/34 5 -43.8 71.3 70/40 6 -47.7 69.9 64/46

[00064] Добавлять полимеры-модификаторы к смеси битума нефтяного дорожного, пластификатора и модифицирующей присадки могут частями в процессе перемешивания или могут добавлять полностью необходимое количество полимеров-модификаторов в смесь в процессе перемешивания. Предпочтительнее добавление к смеси полимеров-модификаторов осуществлять следующим образом: вводить полимеры-модификаторы к части смеси битума нефтяного дорожного, пластификатора, модифицирующей присадки в процессе перемешивания; затем вводить оставшуюся часть смеси битума нефтяного дорожного, пластификатора, модифицирующей присадки к смеси, содержащей полимеры-модификаторы, битум нефтяной дорожный, пластификатор, модифицирующую присадку, в процессе перемешивания. Ввод полимеров-модификаторов частями в процессе перемешивания позволяет уменьшить время растворения полимеров-модификаторов и обеспечить их равномерное распределение в смеси.

[00065] Перемешивание компонентов смеси до ее кавитационной обработки могут производить в течение времени, меньшем 1 часа, в течение 1 – 3 часов или более 3 часов. Перемешивание компонентов смеси до ее кавитационной обработки в течение времени, меньшем 1 часа, не обеспечивает равномерное распределение в битуме нефтяном дорожном полимеров-модификаторов, пластификатора, модифицирующей присадки, к тому же в этом случае кавитационная обработка не приведет к полному растворению полимеров-модификаторов и образованию полимерной молекулярной цепи в объеме модифицированного битума. Перемешивание компонентов смеси до ее кавитационной обработки в течение времени, большем 3 часов, является нецелесообразным решением с точки зрения оптимизации производительности процесса модификации битума. Предпочтительнее перемешивание компонентов смеси до ее кавитационной обработки производить в течение 1 – 3 часов. Это обеспечивает полное растворение полимеров-модификаторов в смеси битума нефтяного дорожного, пластификатора, модифицирующей присадки.

[00066] Перемешивание компонентов смеси до добавления сшивающего агента могут производить лопастными, пропеллерными, турбинными мешалками. Однако, пропеллерные мешалки обладают малой эффективностью при перемешивании вязких жидкостей, также они имеют более сложную конструкцию, как и турбинные мешалки по сравнению с лопастными. Предпочтительнее перемешивание компонентов смеси до добавления сшивающего агента производить лопастными мешалками, это обеспечивает интенсивные радиальные и встречные вертикальные потоки смеси для равномерного распределения компонентов.

[00067] Скорость вращения лопастных мешалок может быть равна 10 – 20 об/мин, 25 – 35 об/мин, 40 – 50 об/мин. При скорости вращения мешалок больше 35 об/мин результативность перемешивания резко уменьшается, и растет расход энергии, а при скорости вращения мешалок меньше 25 об/мин время модификации битума возрастает. Предпочтительная скорость вращения лопастных мешалок равна 25 – 35 об/мин для получения гомогенной смеси.

[00068] Могут производить кавитационную обработку в течение 1 – 2, 2 – 7 или больше 7 циклов перекачивания смеси из одной емкости в другую. Кавитационную обработку осуществляют путем перекачивания смеси через кавитатор из одной емкости в другую. При этом во время перекачивания смесь битума нефтяного дорожного, пластификатора, модифицирующей присадки и полимеров-модификаторов перемешивается в обеих емкостях. Цель кавитационной обработки заключается в растворении полимеров-модификатор в битуме нефтяном дорожном, пластификаторе и модифицирующей присадке. Достичь полного растворения полимеров-модификаторов, которые представляют собой гранулы размером от 2 мм до 3 мм, в результате кавитационной обработки в течение 1 – 2 циклов перекачивания смеси из одной емкости в другую не представляется возможным. Перекачивание смеси из одной емкости в другую в течение более 7 циклов является нецелесообразным решением с точки зрения оптимизации производительности процесса модификации битума. Предпочтительно производить кавитационную обработку в течение 2 – 7 циклов перекачивания смеси из одной емкости в другую, это обеспечивает полное растворение полимеров-модификаторов и образование полимерной молекулярной цепи в объеме модифицированного битума, в результате чего битум пластичен и эластичен.

[00069] Кавитационную обработку смеси модифицирующей присадки, пластификатора, битума нефтяного дорожного и полимеров-модификаторов могут осуществлять путем гидродинамического или акустического диспергирования. Предпочтительнее кавитационную обработку смеси осуществлять путем гидродинамического диспергирования, поскольку гидромеханические аппараты для гидродинамического диспергирования обладают такими характеристиками, как экономичность, простота в конструкции и обслуживании. Это позволяет достичь высокого уровня гомогенности смеси модифицированного битума благодаря разрушению частиц, находящихся внутри нее.

[00070] Могут добавлять к кавитационно обработанной смеси сшивающий агент в процессе перемешивания, осуществляемого путем движения слоев смеси с разными скоростями или осуществляемого путем использования лопастных, пропеллерных, турбинных мешалок. Для улучшения эффективности и производительности модификации битума предпочтительно добавлять к кавитационно обработанной смеси сшивающий агент в процессе перемешивания, осуществляемого путем движения слоев смеси с разными скоростями, а движение слоев смеси с разными скоростями осуществлять путем их разнонаправленного движения. Описанное движение слоев обеспечивает высокое межслойное трение, это приводит к равномерному распределению сшивающего агента в кавитационно обработанной смеси, описанное перемешивание производят в течение 30 – 70 минут, для его обеспечения могут использовать эжектор.

[00071] Изготовление модифицированного битума могут осуществлять при температуре на каждом из этапов менее 155°С, 155 – 185°С или более 185°С. При температуре нагрева компонентов ниже 155°С время процесса модификации битума возрастает в 3 и более раз. При нагреве компонентов до температуры более 185°С происходит ухудшение пластичных свойств битума и увеличивается его хрупкость за счет испарения легких нефтяных фракций, содержащихся в нем. Предпочтительнее изготовление модифицированного битума осуществлять при температуре на каждом из этапов 155 – 185°С.

[00072] Ниже приведен пример реализации способа получения модифицированного битума для дорожного строительства.

[00073] Пример 7. Предварительно определяют марку битума нефтяного дорожного по его физико-механическим характеристикам для расчета соотношения количества компонентов в составе модифицированного битума для дорожного строительства. Затем в емкость в процессе перемешивания добавляют битум нефтяной дорожный и нагревают его до температуры 155 – 185°С, после, в процессе перемешивания добавляют к нагретому битуму нефтяному дорожному пластификатор, модифицирующую присадку. Далее, добавляют полимеры-модификаторы к получившейся смеси следующим образом: вводят полимеры-модификаторы к части смеси битума нефтяного дорожного, пластификатора, модифицирующей присадки в процессе перемешивания; затем вводят оставшуюся часть смеси битума нефтяного дорожного, пластификатора, модифицирующей присадки к смеси, содержащей полимеры-модификаторы, битум нефтяной дорожный, пластификатор, модифицирующую присадку, в процессе перемешивания. При этом перемешивание полученной смеси до ее кавитационной обработки производят в течение 1 – 3 часов при температуре 155 – 185°С. После, производят кавитационную обработку полученной смеси. Кавитационную обработку осуществляют путем перекачивания через кавитатор из одной емкости в другую смеси в течение 2 – 7 циклов. Во время перекачивания смесь битума нефтяного дорожного, пластификатора, модифицирующей присадки и полимеров-модификаторов перемешивается в обеих емкостях при температуре 155 – 185°С. Перемешивание смеси до ввода в нее сшивающего агента осуществляют путем использования лопастных мешалок. Затем в течение 30 – 70 минут вводят сшивающий агент к кавитационно обработанной смеси в процессе перемешивания, осуществляемого путем движения слоев с разными скоростями, а движение слоев смеси с разными скоростями производят путем их разнонаправленного движения.

[00074] Таким образом, разработанные состав и способ получения модифицированного битума для дорожного строительства обеспечивают увеличение температурного диапазона от -48°С до 82°С, в котором модифицированный битум обладает упруго-пластическими свойствами: растяжимостью, пластичностью, эластичностью, морозостойкостью, прочностью; а также обеспечивают улучшенные адгезионные свойства модифицированного битума к минеральным компонентам, содержащимся в асфальтобетоне.

[00075] В настоящих материалах заявки представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки запрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.

Изобретение относится к модификации битума нефтяного дорожного и способу его получения и может быть использовано в дорожном строительстве при изготовлении асфальтобетонных покрытий. Модифицированный битум содержит битум нефтяной дорожный, полимеры-модификаторы, пластификатор, модифицирующую присадку, сшивающий агент. При этом в качестве полимеров-модификаторов применяют сочетание термоэластопластов линейного и радиального типов, а сшивающий агент введен в смесь битума нефтяного дорожного, полимеров-модификаторов, пластификатора и модифицирующей присадки после кавитационной обработки указанной смеси при следующем соотношении компонентов к массе битума, мас.%: полимеры-модификаторы 1–5,5, пластификатор 0–20, модифицирующая присадка 0,1–0,3, сшивающий агент 0,05–0,2, битум нефтяной дорожный – остальное. Способ получения модифицированного битума, указанного выше, включает следующие стадии: нагревают битум нефтяной дорожный в процессе перемешивания, добавляют пластификатор, модифицирующую присадку к нагретому битуму нефтяному дорожному в процессе перемешивания, добавляют к смеси полимеры-модификаторы, производят кавитационную обработку получившейся смеси и добавляют к кавитационно обработанной смеси сшивающий агент в процессе перемешивания. Технический результат заявленной группы изобретений заключается в увеличении температурного диапазона от -48 до 82°С, в котором модифицированный битум обладает упругопластическими свойствами, в улучшении адгезионных свойств модифицированного битума к минеральным компонентам, содержащимся в асфальтобетоне. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 табл., 6 пр.

1. Модифицированный битум для дорожного строительства, содержащий битум нефтяной дорожный, полимеры-модификаторы, пластификатор, модифицирующую присадку, сшивающий агент, при этом в качестве полимеров-модификаторов применяют сочетание термоэластопластов линейного и радиального типов, а сшивающий агент введен в смесь битума нефтяного дорожного, полимеров-модификаторов, пластификатора и модифицирующей присадки после кавитационной обработки указанной смеси при следующем соотношении компонентов к массе битума, мас.%:

• полимеры-модификаторы 1–5,5,

• пластификатор 0–20,

• модифицирующая присадка 0,1–0,3,

• сшивающий агент 0,05–0,2,

• битум нефтяной дорожный – остальное.

2. Модифицированный битум по п. 1, отличающийся тем, что термоэластопласты линейного и радиального типов содержат не менее 30% стирола.

3. Модифицированный битум по п. 1, отличающийся тем, что процентное соотношение термоэластопластов линейного и радиального типов равно 80–20:20–80.

4. Модифицированный битум по п. 1, отличающийся тем, что в качестве пластификатора используют экстракт селективной очистки масел и/или композицию на основе тяжелых нефтяных фракций, остаточных нефтепродуктов и анионных поверхностно-активных веществ.

5. Модифицированный битум по п. 1, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей присадки используют полифосфорную кислоту и/или ортофосфорную кислоту.

6. Модифицированный битум по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сшивающего агента применяют техническую серу.

7. Способ получения модифицированного битума для дорожного строительства, содержащего битум нефтяной дорожный, полимеры-модификаторы, пластификатор, модифицирующую присадку и сшивающий агент, по которому:

• нагревают битум нефтяной дорожный в процессе перемешивания;

• добавляют пластификатор, модифицирующую присадку к нагретому битуму нефтяному дорожному в процессе перемешивания;

• добавляют к смеси полимеры-модификаторы;

• производят кавитационную обработку получившейся смеси;

• добавляют к кавитационно обработанной смеси сшивающий агент в процессе перемешивания.

8. Способ получения модифицированного битума по п. 7, отличающийся тем, что предварительно устанавливают марку битума нефтяного дорожного путем определения его физико-механических характеристик.

9. Способ получения модифицированного битума по п. 7, отличающийся тем, что добавление к смеси полимеров-модификаторов осуществляют следующим образом:

• вводят полимеры-модификаторы к части смеси битума нефтяного дорожного, пластификатора, модифицирующей присадки в процессе перемешивания;

• вводят оставшуюся часть смеси битума нефтяного дорожного, пластификатора, модифицирующей присадки к смеси, содержащей полимеры-модификаторы, битум нефтяной дорожный, пластификатор, модифицирующую присадку, в процессе перемешивания.

10. Способ получения модифицированного битума по п. 7, отличающийся тем, что перемешивание компонентов смеси до ее кавитационной обработки производят в течение 1–3 ч.

11. Способ получения модифицированного битума по п. 7, отличающийся тем, что перемешивание компонентов смеси до добавления сшивающего агента производят лопастными мешалками.

12. Способ получения модифицированного битума по п. 11, отличающийся тем, что скорость вращения лопастных мешалок равна 25–35 об/мин.

13. Способ получения модифицированного битума по п. 7, отличающийся тем, что производят кавитационную обработку в течение 2–7 циклов перекачивания смеси из одной емкости в другую.

14. Способ получения модифицированного битума по п. 13, отличающийся тем, что кавитационную обработку смеси осуществляют путем гидродинамического диспергирования.

15. Способ получения модифицированного битума по п. 7, отличающийся тем, что добавляют к кавитационно обработанной смеси сшивающий агент в процессе перемешивания, осуществляемого путем движения слоев смеси с разными скоростями.

16. Способ получения модифицированного битума по п. 15, отличающийся тем, что движение слоев смеси с разными скоростями осуществляют путем их разнонаправленного движения.

17. Способ получения модифицированного битума по п. 7, отличающийся тем, что изготовление модифицированного битума осуществляют при температуре на каждом из этапов 155–185°С.