Битумная композиция для дорожных, кровельных и изоляционных работ и асфальтобетонная смесь на ее основе

 

Изобретение относится к битумным композициям широкой области применения. Битумная композиция включает битум и дисперсную фазу, содержащую резину. Композиция дополнительно содержит смесь соединения или соединений, выбранных из группы нитронов, способных к образованию стабильных радикалов, и перекисного соединения. Резина присутствует в виде различимых частично деструктированных частиц и продуктов ее деструкции, содержащихся в количестве не менее 0,5 мас. % в расчете на резину до декструкции. Частицы резины содержат ненасыщенные связи в количестве не менее 2% от общего числа связей. Композиция дополнительно содержит смесь вышеуказанного нитрона и перекисного соединения, взятых в массовом соотношении нитроны: перекисное соединение от 1: 1 до 10: 1 соответственно. Перечисленные компоненты использованы в следующих количествах: вышеуказанная смесь из нитронов и перекисного соединения - 1-2 мас. %, вышеуказанная смесь из резины и продуктов ее деструкции - 5-30 мас. %, битум - до 100 мас. %. Битумная композиция может дополнительно содержать мелкодисперсный наполнитель до 20 мас. % от общей массы композиции. Композиция по изобретению может использоваться в составе асфальтобетонной смеси в количестве 5 - 20 мас. %, остальное - минеральный наполнитель, обычно используемый для стандартных и литых смесей в дорожных работах. Технический результат - технологичность и стабильность битумной композиции и асфальтобетонной смеси на ее основе. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к битумным композициям для дорожных, кровельных и изоляционных работ и может быть использовано, в частности, для изготовления уплотняемых и литых асфальтобетонов.

Известна битумная композиция, содержащая. мас. %: битум 11-13, резиновую крошку 55-57, волокнистый наполнитель 22-24, отходы полиэтилена 2,7-3,6, пластификатор 3,6-6,0, серу 1,3-2,2 (RU 2026323, A1, C 08 L 95/00, 1995).

Известна смесь для изготовления асфальтобетона, включающая 7,5% жидкого битума, 77,5% песка, 9-14% минерального порошка, 6-1% шлифовального шлама из отходов металлообрабатывающих предприятий. Реализация предлагаемой асфальтобетонной смеси в производстве дорожно-строительных материалов позволяет снизить расход минерального порошка, а также уменьшает экологический ущерб за счет утилизации шлама (RU 2095325, A1, C 04 B 26/26, 1997).

Наиболее близкой композицией является битумная композиция, содержащая битум и резину. Резина в композиции диссоциирована до отсутствия различимых частиц. Композиция характеризуется отсутствием седиментации (RU 95114379, A1, C 08 L 95/00, 10.06.92).

Стабильность известной композиции, выражаемой в отсутствии седиментации, достигается конкретными технологическими приемами - прикладыванием термической и механической энергии для полной диссоциации резины, что является, однако, технологически сложным.

Наиболее близкой асфальтобетонной смесью, является смесь на основе битумно-полимерной композиции и минеральной части, содержащей щебень, песчано-гравийную смесь, активированный минеральный порошок и серу (RU 2148562, C1, C 04 B 26/26, 1998). Причем серу вводят в составе минеральной части, предварительно смешав ее с активированным минеральным порошком в количестве 10 - 100% от веса полимерного компонента. В качестве полимера используют крошку невулканизированной резины, или сополимеры этилена с пропиленом, или сополимеры этилена с винилацетатом, или дивинилстирольный термоэластопласт.

Предложенный состав позволяет полнее совмещать серу с минеральной частью и битумно-полимерной композицией, однако адгезия его является недостаточной для использования в современных условиях.

Технической задачей изобретения является повышение технологичности композиции. Стадия достижения гомогенности не будет являться необходимой. Стабильную композицию можно получить и на гетерогенной структуре, когда резина может находиться в виде различимых частиц.

Асфальтобетонная смесь также будет более технологичной и простой, не требующей для ее получения применяемых приемов активации отдельных компонентов, предварительного их смешения, а также за счет использования стабильного вяжущего - битумной композиции.

Поставленная задача достигается тем, что битумная композиция содержит битум, резину и дополнительно смесь соединения или соединений, выбранных из группы нитронов, способных к образованию стабильных радикалов, и перекисного соединения. Резина присутствует в виде различимых частично деструктированных частиц и продуктов ее деструкции, содержащихся в количестве не менее 0,5 мас. % в расчете на резину до деструкции. Частицы резины содержат ненасыщенные связи в количестве не менее 2% от общего числа связей. Композиция дополнительно содержит смесь вышеуказанного нитрона и перекисного соединения, взятых в массовом соотношении - нитроны: перекисное соединение от 1: 1 до 10: 1 соответственно.

Перечисленные компоненты использованы в следующих количествах: вышеуказанная смесь из нитрона и перекисного соединения 0,1-2 мас. %, вышеуказанная смесь из резины и продуктов ее деструкции 5-30 мас. %, битум до 100 мас. %. Битумная композиция может дополнительно содержать мелкодисперсный наполнитель до 20 мас. % от общей массы композиции. Композиция по изобретению может использоваться в составе асфальтобетонной смеси в количестве 5-20 мас. %, остальное минеральный наполнитель, обычно используемый для стандартных и литых смесей в дорожных работах.

Для битумной композиции можно использовать резины на основе диеновых каучуков - натурального, бутадиенового, синтетического изопренового, бутилкаучука, бутадиенстирольного, бутадиеннитрильного, их смесей. Резина является дисперсной фазой. Частицы дисперсной фазы могут содержать проникшие в их объем жидкие компоненты битума. Частицы резины нерастворимы или частично растворимы в битуме. Они могут быть получены переработкой амортизированных шин, резинотехнических изделий и содержат обычные технологические добавки - вулканизирующие агенты, антиоксиданты, антистарители, наполнители и др. Поверхность их деструктирована, но сохраняет не менее 2% ненасыщенных связей.

Продукты деструкции также присутствуют в битумной композиции. Это осколки или фрагменты полимерных цепей, целевых добавок или сами целевые добавки, продукты деструкции могут находиться в виде радикалов. Достаточно, если резина продеструктирует не менее 0,5% в расчете на резину до деструкции.

Перекисные соединения могут быть различной природы, в частности, это может быть циклогексилпероксидикарбонат, дикумилпероксид, перекись дитретбутила, перекись бензоила и др.

Нитроны могут быть получены как извне, так и из компонентов битумной композиции, и в зависимости от известных методов синтеза представлять собой как индивидуальные соединения, так и смесь веществ общей формулы или которые определяются, например, по ИК-спектрам ("Химическая энциклопедия", т. 3, стр. 278-279, М. , 1992). Известное применение - в качестве спиновых ловушек, ингибиторов радикальных процессов. Непринципиально использовать индивидуальный нитрон или их смесь, так как существенным является их свойство - способность образовывать стабильный свободный радикал. В представленных структурных формулах (1) и (2) - R может быть H или органический радикал, R₁, R₂ и R'₁, R'₂ - органические радикалы. R₂ -предпочтительно алифатический радикал. R'₁ и R'₂ замкнуты в циклическую структуру с алифатическими заместителями, начиная с C₁. R'₁ и R'₂ могут быть, начиная с C₁ или более. Целесообразно, если R₁ или R, одинаковые или разные замещенные или незамещенные, являются объемными радикалами, такими как фенил, дифенил и дифенилметил, трифенилметил, третбутил и другие. Если один из них является объемным заместителем, то второй может быть, как отмечалось, H или замещенным или незамещенным алифатическим радикалом. Описываемые нитроны имеют терминологически эквивалентные названия - N-оксиды азометинов.

Нитроны в битуме реагируют со свободными радикалами с образованием соответствующих нитроксильных радикалов, являющихся реакционными предшественниками алкоксиаминов, которые образуются в смеси под действием пероксосоединений путем перегруппировки или при каталитическом окислении, и дают при диссоциации стабильные свободные радикалы типа TEMPO (-2,2,6,6-тетраметилпиперидин). Благодаря доступности и многообразию превращений нитроны широко применяются для синтеза сложных природных веществ, стабильных нитроксильных радикалов.

Композиция может содержать дополнительно наполнитель, количество которого может изменяться в зависимости от применения. Если требуются незначительные дорожные работы, например, по заделке трещин, то можно использовать композицию без наполнителя. Если композицию применять в составе асфальтобетонной смеси, также заявляемой в качестве объекта изобретения, то количество наполнителя составляет 80-95%. В качестве наполнителя можно использовать доломит, например, в виде муки, а также различные минеральные мелко-, средне-, крупнодисперсные порошки, такие как цемент, тальк, зола, сланцевая пыль, зола-уноса, компоненты асфальтобетонных смесей.

В результате сочетания всех перечисленных компонентов в битуме реализуется гетерогенная, армирующая, пространственная структура из компонентов композиции. Сочетание нитронов и перекисей, в частности, создает свободный стабильный радикал, имеющий достаточный срок жизни. Указанные количества компонентов дают концентрацию стабильных радикалов, в частности, от 0,005 моль/литр до 0,02 моль/литр композиции. Наличие таких радикалов фиксируется методом ЭПР при температуре выше 100^oC, стабильные радикалы обратимо акцептируют радикалы продуктов деструкции резины, компоненты битума с образованием растущей цепи, которая взаимодействует, в частности, с ненасыщенными связями резины, способствуя процессам сшивки, прививки и полимеризации.

Изобретение иллюстрируется, но не исчерпывается следующими примерами осуществления.

Пример 1.

В примере иллюстрируется использование композиции для дорожных работ, для получения асфальтобетона. Композиция готовится из дорожного битума марки БН 90/130 с пенетрацией 120, температурой размягчения 42^oC, температурой хрупкости - 22^oC введением от 7 до 10 мас. % шинной резиновой крошки с размерами частиц до 0,4 мм. В составе резины содержится более 2% ненасыщенных связей. С помощью насоса и мешалки ее перемешивают в течение времени, достаточного до равномерного распределения резины по объему битума. За это время крошка набухает в битуме, жидкие компоненты битума могут проникать в объем резины. Температура поддерживается 180 - 200^oC. В таких условиях резина поверхностно деструктируется на 0,5-1% с образованием соответствующего количества продуктов деструкции. Затем в нее добавляют 1,5 мас. % смеси, состоящей из смеси нитронов с объемными радикалами: 2,2,6,6-тетраметилпипередин, трифенилэтил и дитретбутил и перекиси бензоила, взятых в молярном соотношении 2: 1. Смесь перемешивают в течение 15 минут и выдерживают не менее 0,5 часов.

В системе битум-резина-продукты ее деструкции происходит целый комплекс разнообразных химических реакций, в том числе с конденсированными компонентами битума, приводящий к образованию алкоксиаминов, участвующих в обратимой химической системе, генерирующей стабильные свободные радикалы - носители "живых" цепей при полимеризационном процессе в объеме смеси. Происходит частичная нейтрализация избыточных радикальных ловушек в битуме, возможна прививка аминогрупп на активные места в полимерных молекулах. Аналогичные процессы происходят и с окисленными высокомолекулярными компонентами битума.

Затем добавляют исходный битум до общего количества 100 мас. %, перемешивают смесь в течение 25 минут и композиционный материал готов к дальнейшему использованию.

Состав и количественные соотношения компонентов полученной композиции представлены в таблице. Анализ физико-механических свойств полученной композиции и ее строения с помощью ИК-спектроскопии показал, что она имеет в своей основе гетерогенную армирующую структуру на основе частиц резины, соединенных полимерными молекулами с помощью оставшихся в ней ненасыщенных связей с резко увеличенной концентрацией внутри- и внешнемолекулярных ассоциативных (водородных) связей.

Для производства асфальтобетона используют минеральную смесь, состоящую из гранитного щебня размером 5-15 мм, песка и минерального порошка. Первые два компонента берут в количестве по 45%, порошок в количестве 10%. Количество битумной композиции около 6% на минеральную смесь. При этом получают асфальтобетон со следующими характеристиками: прочность на сжатие при 50^oC - 2,3 МПа, прочность на сжатие при 0^oC - 9,0 МПа, водостойкость - 0,968.

Прочностные свойства при высоких эксплуатационных температурах почти в два раза выше, чем требуется для асфальтобетона по ГОСТ 9128-97 на битуме БНД 60/90. При отрицательных температурах понижение сдвиговой прочности от 3,6 по ГОСТ до 2,7 МПа такого асфальтобетона позволяет применять его в холодных климатических зонах с критической температурой -30^oC.

Пример 2.

То же, что и в примере 1. Дополнительно в композицию вводят еще 5 мас. % резиновой крошки из утильных противогазовых масок с размером частиц до 0,3 мм. Крошка содержит в своем составе до 80% вулканизованного натурального каучука с более 20% ненасыщенных связей. Температура поддерживается 165^oC.

Ввиду повышенной эластичности вяжущего, асфальтобетон такого же состава обладает почти вдвое большей циклостойкостью под нагрузкой.

Пример 3.

Композицию готовят, как в примере 1, но в качестве резиновой крошки используют шлиф-порошок, образующийся при производстве обрезиненных валов и содержащий в своей основе вулканизованный бутадиенстирольный и изопреновый каучук с более 10% ненасыщенных связей. Размеры частиц 0,001-0,05 мм. В качестве перекисного соединения берут персульфат натрия в соотношении с нитроном 1: 1. Композицию используют для приготовления литой асфальтобетонной смеси состава: 30% - гранитный щебень размером 5-10 мм, 20-25% - минеральный порошок, песок - остальное. Содержание битумно-резиновой композиции в смеси 10-15 мас. %. Литая смесь отличается повышенной технологичностью и легкостью укладки. Не требуется дополнительная подготовка поверхности основания и использование дополнительных промежуточных адгезивных покрытий.

Пример 4.

В примере иллюстрируется использование композиции для кровельных и изоляционных работ. Композиция готовится также, как в примере 1, из низкокачественного дорожного битума введением 15-17 мас. % резиновой крошки с размерами частиц до 0,6 мм и доломитовой муки или гранитной пыли уноса до 20 мас. %. В качестве смеси нитронов используют окси-2,2,6,6-тетраметилпипередин-N-оксид и N-бензилиденметиламин-N-оксид, а перекисного соединения - дикумилпероксид, в соотношении 10: 1. Композиция используется для изготовления наливных кровель, гидроизоляционных покрытий и армированных кровельных и изоляционных материалов. Благодаря своей высокой адгезии она хорошо прилипает к армирующей стеклоткани или стекловолоконной основе без какой-либо предварительной обработки (пропитки жидким битумом), а также к старому покрытию. Водопоглощение композиции существенно меньше 0,1%.

Пример 5.

В примере иллюстрируется использование композиции для гидроизоляционных работ. Композиция такая же по составу, как в примере 4, только размеры частиц резины до 1,2 мм и, кроме того, отсутствует наполнитель. Разогретая до 180^oC композиция наносится на основание фундамента с помощью стандартного распылителя или вручную. Благодаря своей высокой адгезии она хорошо прилипает к поверхности без какой-либо предварительной обработки (праймеризования).

Пример 6.

В примере иллюстрируется использование композиции для изоляции металлоконструкций. Композиция имеет в своем составе до 30% резиновой крошки, в которую входит до половины резины из натурального каучука. Композиция заливается в штробу, проходящую вдоль трамвайного рельса и обеспечивает герметизацию стыка сталь, асфальтобетон и демпфирующая резиновая подушка. Кроме того, благодаря высоким эластическим свойствам и адгезии такой шов длительно выдерживает высокие циклические сдвиговые нагрузки от проезжающего по рельсам транспорта.

Полученные по изобретению композиции и асфальтобетонные смеси являются более технологичными, чем описанные в прототипе, так как не требуют таких значительных усилий по переводу частиц резины в гомогенное состояние, т. е. не требуется оборудование для перемешивания со значительным сдвиговым усилием, термическое воздействие большой продолжительности. При этом сохраняется такое важное свойство как стабильность.

Формула изобретения

1. Битумная композиция для дорожных, кровельных и изоляционных работ, включающая битум и резину, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит смесь соединения или соединений, выбранных из группы нитронов, способных к образованию стабильных радикалов, и перекисного соединения, взятых в массовом соотношении вышеуказанный нитрон : перекисное соединение от 1: 1 до 10: 1 соответственно, резина присутствует в виде различимых, частично деструктированных частиц, содержащих не менее 2% ненасыщенных связей, и продуктов ее деструкции в количестве не менее 0,5 мас. % в расчете на резину до деструкции при следующем соотношении компонентов, мас. %: Вышеуказанная смесь из нитрона и перекисного соединения - 0,1 - 2 Вышеуказанная резина в сочетании с продуктами ее деструкции - 5 - 30 Битум - До 100 2. Битумная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит наполнитель в количестве не более 20% от общей массы композиции.

3. Асфальтобетонная смесь, включающая битумную композицию и минеральный наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве битумной композиции она содержит композицию по п. 1 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Битумная композиция - 5 - 20
Минеральный наполнитель - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.05.2010

Извещение опубликовано: 20.05.2010        БИ: 14/2010

---