СТАБИЛИЗИРУЮЩАЯ МОДИФИЦИРУЮЩАЯ ДОБАВКА ДЛЯ ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНОЙ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ Российский патент 2024 года по МПК C08L95/00 C08L63/00 C08K5/01 C04B26/26 

Изобретение относится к технической области добавок к асфальту, в частности к стабилизирующей модифицирующей добавке для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси.

Щебёночно-мастичная асфальтобетонная смесь — это минеральные материалы (щебень, песок из отсевов дробления и минеральный порошок), дорожный битум (с полимерными или другими добавками, или без них) и стабилизирующая добавка, перемешанные в нагретом состоянии в определенных пропорциях. Рационально подобранный состав обеспечивает конструкции дорожного покрытия высокую водонепроницаемость, сдвигоустойчивость и повышенную шероховатость. Добавки применяются на асфальтобетонном заводе при производстве щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси (ЩМА).

Из уровня техники известна стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси (патент на изобретение РФ №2 542 010, МПК C04B 26/26, C04B 14/28, C04B 18/24, опубл. 20.02.2015), включающая органическое вяжущее, структурообразователь и воду, в качестве органического вяжущего содержит парафин, структурообразователя - целлюлозно-бумажные отходы и дополнительно включает известняковый минеральный порошок при следующем соотношении компонентов, мас. %: целлюлозно-бумажные отходы 70-80, известняковый минеральный порошок 8-14, парафин 8-12, вода - остальное.

Недостатком данного технического решения является то, что основным действующим компонентом является целлюлозно-бумажное волокно, оказывающее физическое воздействие только на вязкость битума, что является основной задачей данной добавки, при этом, волокно никак не влияет на свойства битумного вяжущего в части расширения температурного диапазона эксплуатации.

Из уровня техники известны модификаторы асфальта для применения в "теплых смесях", включающие промотор адгезии (патент на изобретение РФ № 2468049 МПК C08L 95/00, C08K 3/20, E01C 7/00, опубл. 27.11.2012г.). Указанный комплекс добавок включает а) поверхностно-активный компонент и b) модифицирующий реологию асфальта компонент. Поверхностно-активный компонент включает по меньшей мере одно аминное и/или модифицированное аминное поверхностно-активное вещество или их смеси. Модифицирующий реологию асфальта компонент включает по меньшей мере один из компонентов: 1) восковой компонент, выбранный из восков растительного, животного, минерального или нефтяного происхождения, и 2) смолистый компонент, который включает смолы растительного происхождения, нефтяного происхождения или их смеси. Комплекс добавок имеет форму порошка, таблетированного или чешуйчатого свободнотекучего твердого вещества. Восковой компонент может представлять собой производное сырой нефти или способа Фишера-Тропша, или других способов получения синтетического воска, такое как, например, полиэтиленовые и полипропиленовые воски с точкой застывания в диапазоне от 60°С до 150°С и выше. Второй тип модифицирующего реологию компонента включает смолы растений (смола таллового масла, смола соснового дегтя, талловые канифоли, канифольные кислоты, сосновые канифоли, живичные канифоли, включая химически модифицированные смолы, такие как модифицированные малеиновой и фумаровой кислотой канифоли и смолистые побочные продукты переработки таллового масла или переработки живичных канифолей) или нефти (нефтяные смолы, фенольные смолы).

Недостатком данного изобретения является то, что целевая задача добавки -придание битумному вяжущему свойств, необходимых для «теплых смесей», в части обеспечения удобоукладываемости асфальтобетонной смеси при пониженных температурах, достигаемой путем понижения его вязкости, при этом ни как не воздействуя на стекание вяжущего и на свойства битумного вяжущего в части расширения температурного диапазона эксплуатации.

Наиболее близким аналогом является добавка для теплых асфальтобетонных смесей (патент на изобретение Китая № 110079110, МПК C08K5/134; C08K5/20; C08K5/526; C08L23/06; C08L23/08; C08L91/00; C08L95/00; C08L97/02, опубл. 02.08.2019г.), включающая: полиолефин 60-90 мас.%; нефтяную смолу 0-30 мас.%, наполнитель на биологической основе 0-20 мас.%; смазочная добавка 0- 6 мас.%; антиоксидант 0,2-0,6 мас.%. Добавку используют в количестве 0,1-0,5% от массы щебня.

Недостатком данного изобретения является то, что целевая задача добавки -придания битумному вяжущему свойств, необходимых для «теплых смесей», в части обеспечения удобоукладываемости асфальтобетонной смеси при пониженных температурах, достигаемой путем понижения его вязкости, при этом ни как не воздействуя на стекание вяжущего и на свойства битумного вяжущего в части расширения температурного диапазона эксплуатации.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание стабилизирующей модифицирующей добавки для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси, обладающей оптимальными свойствами по приданию необходимых качеств битумному вяжущему, которые в конечном итоге повышают общие эксплуатационные характеристики ЩМА.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в получении простой в изготовлении добавки для битумного вяжущего, обеспечивающей высокую устойчивость битумного вяжущего в ЩМА к расслаиванию, повышение адгезионных свойств битума, расширение температурного диапазона эксплуатации битумного вяжущего при небольшом количестве вводимой добавки в состав ЩМА.

Технический результат достигается тем, что стабилизирующая модифицирующая добавка для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси, содержащая полиэтиленовый воск и термопластичную алифатическую полимерную смолу, при этом полиэтиленовый воск имеет температуру каплепадения 120-140°C, динамическую вязкость 300-800 мПа*с при 140°C и пенетрацию 1-5 (1/10 мм), а алифатическая полимерная смола имеет температуру размягчения 75-145°С, массовую концентрацию полиароматических углеводородов (ПАУ) не более 15,0 мг/кг и, при следующем соотношении указанных компонентов, мас.%:

полиэтиленовый воск 30-70 алифатическая полимерная смола 30-70

Стабилизирующая модифицирующая добавка для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси согласно настоящему изобретению представляет собой гранулированную смесь двух компонентов, где первый – сверхнизкомолекулярный полимер из разряда полиэтиленовых восков, а второй - термопластичный низкомолекулярный полимер из разряда алифатических полимерных смол.

Каждый из компонентов обладает определенными физико-химическими свойствами:

Свойства первого компонента:

Температура каплепадения в интервале значений 120-140 °C;

Динамическая вязкость при 140°C, в интервале значений 300-800 мПа*с;

Пенетрация в интервале значения 1-5 1/10мм.

Свойства второго компонента:

Температура размягчения в интервале значений 75-145°С;

Массовая концентрация полиароматических углеводородов (ПАУ), не более 15,0 мг/кг;

Кислотное число, не более 1,0 мг КОН/г.

Добавка применяется на асфальтобетонном заводе при производстве щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси (ЩМА).

Необходимый эффект при применении добавки достигается за счет взаимодействия вышеназванной комбинации с битумным вяжущим, где каждый из компонентов по отдельности не оказывает достаточно эффективного воздействия.

Расчет применяемого количества добавки можно вести одним из двух способов:

1. В процентах к битумному вяжущему. Точное количество добавки к битумному вяжущему определяется методом предварительного лабораторного подбора до достижения результата по принципу – «необходимое и достаточное». Наиболее оптимальное количество к битумному вяжущему находится в диапазоне 2±0,5 мас.%.

2. В процентах в минеральный материал в ЩМА на 1 тонн. Конкретное количество добавки на 1 тонну определяется методом предварительного лабораторного подбора до достижения результата по принципу – «необходимое и достаточное». Наиболее оптимальное количество к битумному вяжущему находится в диапазоне 0,12±0,2 мас.%.

Существуют два способа ввода добавки в асфальтобетонную смесь:

1. Путем прямой подачи в смеситель асфальтобетонного завода через штатные дозатор и пневмосистему для стабилизирующих добавок, при этом нет необходимости в изменениях существующего технологического цикла.

2. Путем подачи с битумным вяжущим после предварительного растворения в рабочем хранилище с помощью мешалки;

Оба компонента применяются в смеси 30-70%. Пропорции компонентов 1 и 2 в смеси во многом зависит от реологического состава конкретного битумного вяжущего и в частном случае подбираются индивидуально в зависимости от планируемых целевых показателей конечного продукта.

В соответствии с ГОСТом 58400.1, марки битумов получают по формуле PG X-Y, где X — верхнее значение марки, которое отражает максимально допустимую температуру его эксплуатации, Y - это нижнее значение марки, которое отражает минимальную температуру допустимой эксплуатации этого битума. Диапазон между этими двумя значениями — это диапазон эксплуатации битумного вяжущего, в котором оно сохраняет все необходимые эксплуатационные свойства для того, чтобы не возникало дефектов при эксплуатации дорожного покрытия.

Помимо температуры эксплуатации ключевыми характеристиками битумного вяжущего в ЩМА являются так же температура размягчения, температура хрупкости по Фраасу, а также коэффициент водостойкости, показатель стекания вяжущего в ЩМА, средняя глубина колеи.

Далее приведены примеры осуществления изобретения. Результаты испытаний приведены в Таблице 1, где отображены параметры битумного вяжущего с введенной в него добавкой, а также параметры готовой ЩМА (столбцы 2-4).

Пример 1.

Были проведены испытания в заводских условиях при производстве ЩМА с добавлением 2 мас.% добавки в битумное вяжущее, где компонент 1 составлял 30 мас.%, а компонент 2 составлял 70 мас. %.

Добавка включала компоненты со следующими параметрами:

Компонент 1:

Температура каплепадения 118°C;

Динамическая вязкость при 140°C 450 мПа*с;

Пенетрация 2,5 (1/10мм).

Компонент 2:

Температура размягчения 85°С;

Массовая концентрация ПАУ 14,0 мг/кг;

Кислотное число 0,8 мг КОН/г.

Для изготовления ЩМА использовали дорожный битум марки БНД70/100.

Пример 2.

Были проведены испытания в заводских условиях при производстве ЩМА с добавлением 2 мас.% добавки в битумное вяжущее, где компонент 1 составлял 70 мас.%, а компонент 2 составлял 30 мас.%.

Добавка включала компоненты со следующими характеристиками:

Компонент 1:

Температура каплепадения 118°C;

Динамическая вязкость при 140°C 450 мПа*с;

Пенетрация 2,5 (1/10мм).

Компонент 2:

Температура размягчения 85°С;

Массовая концентрация ПАУ 14,0 мг/кг;

Кислотное число 0,8 мг КОН/г.

Для изготовления ЩМА использовали дорожный битум марки БНД70/100.

Пример 3.

Были проведены испытания в заводских условиях при производстве ЩМА с добавлением 2 мас.% добавки в битумное вяжущее, где компонент 1 составляет 50 мас.%, а компонент 2 составляет 50 мас.%.

Компонент 1:

Температура каплепадения 118°C;

Динамическая вязкость при 140°C 450 мПа*с;

Пенетрация 2,5 (1/10мм).

Компонент 2:

Температура размягчения 85°С;

Массовая концентрация ПАУ 14,0 мг/кг;

Кислотное число 0,8 мг КОН/г.

Для изготовления ЩМА использовали дорожный битум марки БНД70/100.

Были проведены испытания битумного вяжущего и ЩМА, изготовленного с ним, без введения добавки, а также с использованием добавки, в составе которой один компонент был заменен.

Сравнительный пример 1

ЩМА был изготовлен с дорожным битумом марки БНД70/100 без добавки.

Сравнительный пример 2

ЩМА был изготовлен с дорожным битумом марки БНД70/100 с введенной в него добавкой в количестве 2 мас.%, включающей компонент 1 с температурой каплепадения 90°С и компонент 2 с температурой размягчения 85°С, массовой концентрацией ПАУ менее 14,0 мг/кг и кислотным числом 0,8 мг КОН/г.

Сравнительный пример 3

ЩМА был изготовлен с дорожным битумом марки БНД70/100 с введенной в него добавкой в количестве 2 мас.%, включающей компонент 1 с температурой каплепадения 118°C, динамической вязкостью при 450 мПа*с, пенетрацией 2,5 и компонент 2 в виде ароматической полимерной смолы.

Исходя из результатов испытаний можно судить о том, что использование добавки изготовленной в соответствии с изобретением в сравнении с приведенными сравнительными примерами расширяет температурный диапазон эксплуатации битумного вяжущего, повышает температуру его размягчения, повышает устойчивость вяжущего в ЩМА к расслаиванию и его водостойкость. При этом наиболее оптимальные характеристики получены согласно примеру 3.

Таким образом, предложенная добавка обеспечивает следующие функциональные свойства битумного вяжущего в ЩМА:

- нормализует показатель стекания битумного, вяжущего в ЩМА, повышает его устойчивость к расслаиванию.

По сравнению с известными решениями предложенная добавка позволила исключить необходимость применения волокнистой стабилизирующей добавки, тем самым упростив процесс ее получения. При этом обеспечено соблюдение нормативных параметров стекания битумного, вяжущего в ЩМА – не более 0,20% (ГОСТ Р58406.23-2019).

- повышение адгезионных свойства битума, повышение сцепления битумного вяжущего с поверхностью щебня до уровня нормативных требований. Согласно ГОСТ Р58406.2-2020 показатель качества сцепления битумного вяжущего должен составлять не менее 4 баллов, что позволяет существенно снизить или полностью исключить применение дополнительных адгезионных добавок.

- расширение температурного диапазона эксплуатации битумного вяжущего, повышая его высокотемпературные характеристики и улучшая низкотемпературные характеристики. В соответствии с ГОСТ Р 584001.1-2019 границы прогнозируемых эксплуатационных температуры сдвигаются по маркам PG, для высокотемпературных параметров в диапазоне X = 64÷76, для низкотемпературных характеристик в диапазоне Y=24÷30, в зависимости от свойств исходного битума.

Изобретение имеет преимущества, заключающиеся в том, что сочетание компонентов 1 и 2, каждый из которых обладает определенными свойствами, подобранное в определенных пропорциях, при введении в битумное вяжущее оказывает влияние на его реологический состав и вступает во взаимодействие на молекулярном уровне не как каждый из них в отдельности, а как единый – третий продукт обладающий особыми свойствами для образования прочных межмолекулярных связей придающих конечному продукту (битумному вяжущему) особые свойства.

Так же, преимуществами заявляемого изобретения являются:

- единовременная стабилизация и модификация битумного вяжущего;

- упрощение процесса изготовления добавки за счет использования всего двух компонентов;

- возможность применения непосредственно в процессе производства путем прямой подачи в смеситель АБЗ через штатные дозатор и пневмосистему подачи добавок.

- не требует изменения времени технологического цикла перемешивания при производстве. Обычно оно составляет 25-35 секунд, начиная со стадии «сухого перемешивания».

- в упаковке не подвержен влиянию внешних факторов при транспортировке и хранении на открытых незащищенных площадках;

- относительно небольшое количество применения добавки в составе щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси позволяет обеспечить соответствие продукта нормативным требованиям.

Изобретение относится к стабилизирующей модифицирующей добавке для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси (ЩМА). Стабилизирующая модифицирующая добавка для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси состоит из полиэтиленового воска и термопластичной алифатической полимерной смолы, при этом полиэтиленовый воск имеет температуру каплепадения 120-140°C, динамическую вязкость 300-800 мПа⋅с при 140°C и пенетрацию 1-5 1/10 мм, а алифатическая полимерная смола имеет температуру размягчения 75-145°С, массовую концентрацию полиароматических углеводородов (ПАУ) не более 15,0 мг/кг, при следующем соотношении указанных компонентов, мас.%: полиэтиленовый воск 30-70, алифатическая полимерная смола 30-70. Технический результат изобретения заключается в получении простой в изготовлении добавки для битумного вяжущего, обеспечивающей высокую устойчивость битумного вяжущего в ЩМА к расслаиванию, повышение адгезионных свойств битума, расширение температурного диапазона эксплуатации битумного вяжущего при небольшом количестве вводимой добавки в состав ЩМА. 6 пр.

Стабилизирующая модифицирующая добавка для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси, состоящая из полиэтиленового воска и термопластичной алифатической полимерной смолы, отличающаяся тем, что полиэтиленовый воск имеет температуру каплепадения 120-140°C, динамическую вязкость 300-800 мПа⋅с при 140°C и пенетрацию 1-5 1/10 мм, а алифатическая полимерная смола имеет температуру размягчения 75-145°С, массовую концентрацию полиароматических углеводородов (ПАУ) не более 15,0 мг/кг, при следующем соотношении указанных компонентов, мас.%:

полиэтиленовый воск 30-70 алифатическая полимерная смола 30-70