СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДИФИКАТОРА БИТУМА Российский патент 2024 года по МПК C08L95/00 C08K13/04 C08K13/06 

Изобретение относится к способам изготовления композиций битуминозных материалов, в частности, к способу изготовления модификатора битума [C08L 95/00, C08L 7/00, C08L 19/00].

Из уровня техники известен СОСТАВ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДИФИКАТОРОВ БИТУМА СЛОЖНОГО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ [KR100700078B1], где композиция модификатора включает всю группу вспененных полимерных смол (отходов или переработанных, например резиновый порошок) и термопластичных полимеров (отходов, переработанных или переработанных) от 1 до 300 массовых частей одного или нескольких компонентов, от 1 до 300 массовых частей одного или нескольких эластомеров (отработанных, переработанных или новых), композицию помещают в смесительную машину (смеситель Banbari, смеситель под давлением или шнековый экструдер), который осуществляет сильный сдвиг под давлением, перемешивают при 90-200°С в течение 3-90 минут с образованием однородного материала, а затем экструдируется через экструзионную головку, а гранулы продавливаются в упаковку и различные пакеты.

Наиболее близким по технической сущности является СОСТАВ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДИФИКАТОРОВ БИТУМА, ИМЕЮЩИХ СЛОЖНУЮ ФУНКЦИОНАЛЬНОСТЬ [WO2006107179A2], где композиция модификатора содержит от 1 до 300 мас. частей по меньшей мере одного компонента из группы вспененных полимерных смол (отходов или рециркуляции) и группы термопластичных полимеров (отходов, рециркуляции или первичного сырья), от 1 до 300 частей, композицию подают в компаундатор, затем пропускают через матрицу экструдера для формирования частиц и упаковывают частицы в различные пакеты, включая полиэтиленовые пакеты, в качестве материала для улучшения низкотемпературных характеристик используют каучук или резиновый порошок, а для типа заводской смеси соответствующее количество модификатора подается в смеситель с скребковой мельницей.

Основным техническим недостатком аналога и прототипа является недостаточный уровень качества асфальта, производимого с помощью добавления в него модификатора в связи с несоблюдением технологических процессов производства этого модификатора, повышающих итоговый уровень качества асфальта.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом изобретения является повышение устойчивости к появлению трещин в асфальтовом покрытии при температурных перепадах окружающей среды.

Указанный технический результат достигается за счет того, что cпособ изготовления модификатора битума, характеризующийся тем, что первоначально смешивают три части битума с одной частью машинного масла, далее разогревают полученную смесь, одновременно осуществляя ее перемешивание, до температуры 160 градусов Цельсия, далее добавляют три части резиновой крошки, далее нагревают полученную смесь, осуществляя при этом ее перемешивание до состояния однородности, после чего смесь подвергают гомогенизации, далее добавляют одну часть пыли инертных материалов и четверть части распушенной целлюлозы, полученную смесь перемешивают, далее смесь охлаждают до температуры от 15 до 25 градусов Цельсия, далее охлажденную смесь подвергают грануляции с последующим нарезанием на гранулы.

В частности, добавляют резиновую крошку с размером частиц до 8 мм.

В частности, смесь, полученную из битума, машинного масла и резиновой крошки нагревают в песчаной бане до температуры 160 градусов Цельсия.

В частности, смесь подвергают гомогенизации посредством жерновой мельницы.

В частности, смесь подвергают гомогенизации посредством конусной мельницы.

В частности, смесь из битума, машинного масла, резиновой крошки, пыли инертных материалов и распушенной целлюлозы перемешивают роторными мешалками при температуре 160 градусов Цельсия.

В частности, смесь охлаждают в ваннах охлаждения.

В частности, охлажденную смесь подвергают грануляции методом вальцовки с последующей нарезкой.

В частности, при нарезании на гранулы используют шредерные ножи, осуществляя разрезание сначала вдоль, затем поперек, присыпая пылью инертных материалов после каждого реза.

Осуществление изобретения.

Строительный битум смешивают с машинным маслом в пропорции 3 части к 1 части, затем разогревают до температуры 160 градусов Цельсия. Смешивание битума с маслом производится в обогреваемой емкости с принудительным перемешиванием. Далее добавляют 3 части резиновой крошки размерным рядом до 8 мм (с размером частиц до 8 мм), далее нагревают смесь до полного разогрева всей массы (в варианте реализации до температуры 160 градусов Цельсия) и получения однородной консистенции (состояния однородности). Нагрев осуществляют в песчаной бане при интенсивном перемешивании. Далее массу подают на мельницу (жерновую или конусную), в которой ее подвергают гомогенизации. Полученную массу смешивают с 1 частью пылевого остатка с фильтров АБЗ (пыль инертных материалов) и 0,25 частей распушенной целлюлозы. Масса смешивается с пылью роторными мешалками в горячем виде (в варианте реализации при температуре 160 градусов Цельсия). Затем массу подают в ванны охлаждения. Далее, при достижении температуры от 15 до 25 градусов Цельсия массу подвергают грануляции методом вальцовки с последующим нарезанием в гранулы. Нарезание производят несколько раз на шредерных ножах, сперва вдоль (на «лапшу»), потом еще раз поперек, для получения гранул. После каждого реза присыпают пылью с фильтров АБЗ.

Полученный модификатор используют взамен равной части дорожного битума при производстве асфальтобетонной смеси. Рекомендуемое содержание модификатора в связующем до 30%. Модификатор вносят непосредственно в смеситель АБЗ, сразу после подачи инертных материалов. Время и температура перемешивания согласно регламенту производства АБС.

Использование модификатора возможно при производстве асфальтобетона и битумных кровельных материалов, а также при гидроизоляции – везде, где применяется битум.

Заявленный технический результат - повышение устойчивости к появлению трещин в асфальтовом покрытии, изготовленном с использованием модификатора битума, при температурных перепадах окружающей среды - достигается за счет того, что первоначально смешивают три части битума с одной частью машинного масла, заявленная пропорция обеспечивает процесс равномерного распределения битума и в дальнейшем обеспечивает однородность состава и требуемые сцепные свойства. Указанная температура 160 градусов Цельсия обеспечивает с одной стороны требуемые свойства текучести для смешивания, с другой стороны не приводит к разрешениям и деградации элементов смеси. Увеличенное количество масла приведет к ухудшению сцепных и прочностных характеристик получаемого модификатора, уменьшенное количество масла приведет к трудностям в создании однородной смеси, что также может привести к ухудшению характеристик получаемого модификатора.

В строительный битум добавляют 3 части резиновой крошки размерным рядом до 8 мм. Если добавить менее 3х частей резиновой крошки, то содержание «полезного» компонента (каучука) в модификаторе, уменьшается, а это влечет к недостаточному уровню качества получаемого с добавлением модификатора асфальта и большем риске его деформации при критически низких или высоких температурах использования, за счет излишней хрупкости и недостаточных сцепных свойств, что приведет к появлению трещин. Если добавить в смесь более 3х частей, то смесь не разваривается в связи с тем, что в ней не хватает масляных фракций, таким образом, в рамках производства и для достижения нужного эффекта, требуется повышать температуру, а это, свою очередь, приводит к «пержиганию» резины и получению «резинового мазута», не имеющего в своем составе каучука. Также, если использовать размерный ряд резиновой крошки более, чем 8 мм, то в изготовляемой смеси могут встречаться остатки металлокорда, что не позволит произвести грануляцию (нарезку) на шредерных ножах.

Затем массу подают на мельницу для гомогенизации. В процессе «разваривания резины», она девулканизируется, однако в рамках производства не допускается процесс растворения и перехода резины в резиновый мазут. Девулканизированные гранулы нужно гомогенизировать, что и производится в мельнице. Таким образом, мельница позволяет избавиться от комьев и сгустков внутри смеси.

Далее полученную массу смешивают с 1 частью пылевого остатка с фильтров АБЗ и 0,25 частей распушенной целлюлозы. В заявленном способе пылевой остаток и распушенная целлюлоза выступают в роли антиадгезива, они снижают общую «липкость» массы, что положительно влияет на качество изготавливаемого с помощью модификатора асфальта, что в конечном итоге повышает устойчивость к появлению трещин в асфальтовом покрытии. Повышение доли приводит к снижению содержания каучука, что негативно влияет на качество полученного модификатора и, как следствие, изготавливаемого с этим модификатора асфальта, делая его более хрупким и чувствительным к перепадам температур. Если не добавлять антиадгезивы, массу невозможно развальцевать и, соответственно, нарезать и гранулировать для последующего введения в асфальтобетонную смесь. Целлюлоза армирует будущий асфальт, но повышение содержания выше 0,25 сильно снижает текучесть массы и затрудняет процесс транспортировки в охлаждающую ванну. В свою очередь, переизбыток более чем 1 части пылевого остатка в смеси приводит к чрезмерному износу шредерных ножей в рамках гранулирования изготовленной смеси и, как было сказано ранее, к снижению содержания резины в ней.

Затем массу подают в ванны охлаждения. Это необходимо для снижения общей температуры смеси для возможности ее последующей грануляции методом вальцовки. Отсутствие этапа охлаждения в рамках заявленного способа влечет невозможность продолжения последующих этапов с нарезкой и грануляцией.

Затем при достижении температуры от 15 до 25 градусов Цельсия смесь подвергают грануляции методом вальцовки, а после нарезают в гранулы. В процессе нарезки, после каждого реза массу посыпают пылью с фильтров АБЗ. При температуре более 25 градусов Цельсия масса сильно залипает на вальцах и ножах, а при температуре ниже 15 градусов Цельсия, требуются дополнительные усилия для вальцовки, масса очень «тугая», вальцы «пробуксовывают» и масса не подвергается раскатыванию в лист, что не позволяет в достаточном порядке провести этап нарезки. Присыпание массы пылью с фильтром в процессе резки необходимо для того, чтобы гранулы не слиплись.

Все указанные в обосновании технического результата числовые характеристики были получены экспериментальным путем.

Указанные в вариантах реализации температурные режимы (160 градусов Цельсия) и устройства посредством которых может быть реализован заявленный способ (песчаная баня, жерновая мельница, конусная мельница, роторная мешалка, ванны охлаждения, использование метода вальцовки) были подобраны экспериментально для частного случая реализации заваленного способа и могут быть использованы для подтверждения достижения заявленного технического результата описанного ниже.

Изготовленный модификатор используют взамен равной части дорожного битума при производстве асфальтобетонной смеси. Рекомендуемое содержание модификатора в связующем до 30%. В случае несоблюдения заявленной границы содержания модификатора, асфальт получается слишком «неподвижным» и трудно уплотняемым, также ухудшается и качество асфальта, т.к. внутри смеси остается очень много воздушных пор, которые заполняются водой и способствуют разрушению покрытия.

В качестве подтверждения достижения технического результата ниже представлены результаты проведению некоторого количества опытов:

1) Устойчивость асфальта к критическим температурам без модификатора (Далее - А1).

2) Устойчивость асфальта к критическим температурам с модификатором, однако с несоблюдением технологических процессов, указанных в заявленном способе

2.1 не соблюдалась температура перемешивания (Далее - А21);

2.2 не соблюдались пропорции битума и машинного масла (Далее - А22);

2.3 без добавления битумной пыли и распушенной целлюлозы (Далее - А23);

2.4 без соблюдения температурного режима охлаждения (Далее - А24).

3) Устойчивость асфальта к критическим температурам с модификатором, с полным соблюдением технологических процессов, указанных в заявленном способе (Далее - А3)

В рамках серии опытов, образцы А1, А21-24 и А3 подвергались следующим испытаниям: изучение % пористости изготовленного асфальта, изучение зависимости температурного режима к прочности используемого асфальта, изучение температуры хрупкости применяемого модифицированного связующего.

1) Опыт по изучению прочности асфальта проводился в лаборатории, где образец материала (асфальт) подвергали механическому воздействию при заданной температуре (0, 20 и 50 градусов Цельсия), после чего замеряли показатель прочности асфальта (воздествие к появлению трещин и прочих деформаций) в единицах мПа.

2) Опыт по изучению хрупкости связующего проводился на приборе Фааса, в одинаковых для всех образцов лабораторных условиях. В рамках опыта образцы подвергались физическому воздействию, направленных на определение хрупкости, фиксировали температуру, при которой в связующем появлялись трещины в результате воздействия.

Результаты серии опытов указаны в таблице 1.

Таблица 1

Образец Пористость, % Прочность при 0°С, мПа Прочность при 20°С, мПа Прочность при 50°С, мПа Температура хрупкости, применяемого связующего, °С А1 17 11.3 2.4 1.3 -18 А21 16 11.0 2.7 1.4 -22 А22 16 10.3 3.4 1.6 -25 А23 17 7.7 3.8 1.8 -28 А24 19 8.2 3.9 1.8 -29 А3 15 7.1 4.0 2.0 -30

По результатам проведения опытов можно сделать следующие выводы:

1) Асфальт, произведенный с модификатором, изготовленным с соблюдением технологических процессов, указанных в заявленном способе, показывает самые высокие показатели устойчивости при разных температурах, что свидетельствует о высоком уровне качества изготовленного асфальта и достигнутом заявленном техническом результате.

2) Асфальт, произведенный с модификатором, изготовленным с соблюдением технологических процессов, указанных в заявленном способе, показывает наибольшую стойкость к возникновению трещин при низких температурах как при различных механических, так и при различных температурных нагрузках.

Изобретение относится к способам изготовления композиций битуминозных материалов, в частности к способу изготовления модификатора битума. Способ осуществляют первоначальным смешиванием трех частей битума с одной частью машинного масла, далее разогревают полученную смесь, одновременно осуществляя ее перемешивание, до температуры 160°С. Затем добавляют три части резиновой крошки, далее нагревают полученную смесь, осуществляя при этом ее перемешивание до состояния однородности. После чего смесь подвергают гомогенизации, далее добавляют одну часть пыли инертных материалов и четверть части распушенной целлюлозы, полученную смесь перемешивают. Далее смесь охлаждают до температуры от 15 до 25°С и охлажденную смесь подвергают грануляции с последующим нарезанием на гранулы. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение устойчивости к появлению трещин в асфальтовом покрытии при температурных перепадах окружающей среды. 8 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ изготовления модификатора битума, характеризующийся тем, что первоначально смешивают три части битума с одной частью машинного масла, далее разогревают полученную смесь, одновременно осуществляя ее перемешивание, до температуры 160°С, далее добавляют три части резиновой крошки, далее нагревают полученную смесь, осуществляя при этом ее перемешивание до состояния однородности, после чего смесь подвергают гомогенизации, далее добавляют одну часть пыли инертных материалов и четверть части распушенной целлюлозы, полученную смесь перемешивают, далее смесь охлаждают до температуры от 15 до 25°С, далее охлажденную смесь подвергают грануляции с последующим нарезанием на гранулы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что добавляют резиновую крошку с размером частиц до 8 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь, полученную из битума, машинного масла и резиновой крошки нагревают в песчаной бане до температуры 160°С.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь подвергают гомогенизации посредством жерновой мельницы.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь подвергают гомогенизации посредством конусной мельницы.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь из битума, машинного масла, резиновой крошки, пыли инертных материалов и распушенной целлюлозы перемешивают роторными мешалками при температуре 160°С.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь охлаждают в ваннах охлаждения.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлажденную смесь подвергают грануляции методом вальцовки с последующей нарезкой.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что при нарезании на гранулы используют шредерные ножи, осуществляя разрезание сначала вдоль, затем поперек, присыпая пылью инертных материалов после каждого реза.