Битумная эмульсия

Изобретение относится к битумным эмульсиям, используемым в создании дорожных покрытий. Достигается повышение устойчивости битумного компонента к процессам окислительного старения при сохранении возможности регулирования скорости распада эмульсии при одном и том же содержании эмульгатора, высокой стабильности и хорошей сцепляемости с минеральным наполнителем, а также экономия битума. Битумная эмульсия содержит битум, ПАВ типа аминов, диаминов, полиаминов и четвертичных аммониевых солей в качестве эмульгатора, соляную кислоту в качестве реагента для нейтрализации эмульгатора, воду и дополнительный компонент, причем в качестве дополнительного компонента она содержит полиалкилбензольную смолу, являющуюся побочным продуктом производства изопропилбензола, при следующем содержании компонентов, масс.%: битум - 45-59, эмульгатор - 0,125-0,25, реагент для нейтрализации эмульгатора - 1-2, полиалкилбензольная смола - 1-15, вода - остальное. 2 табл.

 

Изобретение относится к битумным эмульсиям, используемым в создании дорожных покрытий.

Известна битумная эмульсия для дорожных работ, включающая битум, катионную адгезионную присадку, соляную кислоту и воду [Методические рекомендации по приготовлению и применению в дорожном строительстве катионных эмульсий. М., СоюздорНИИ, 1973, с.3-24].

Недостатками этой эмульсии являются недостаточная стабильность и сцепляемость с минеральным наполнителем и сложность регулирования скорости ее распада при одном и том же содержании эмульгатора.

Наиболее близкой предлагаемому изобретению является битумная эмульсия [патент RU №2176652, кл. 7 C 08 L 95/00, 2001], включающая битум, эмульгатор на основе ПАВ типа аминов, диаминов, полиаминов и четвертичных аммониевых солей, соляную кислоту в качестве реагента для нейтрализации эмульгатора и воду. Причем она дополнительно содержит отход процесса пиролиза углеводородного сырья - тяжелую пиролизную смолу при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Битум 20-70

Эмульгатор 0,1-5

реагент для нейтрализации эмульгатора 0,5-3

ТПС 0,4-8

вода остальное

Рецепт эмульсии позволяет регулировать скорость ее распада при одном и том же содержании эмульгатора, повышает ее стабильность и сцепляемость с минеральным наполнителем, а также способствует экономии битума.

Недостатком эмульсии является недостаточная устойчивость к процессам окислительного старения. Изменения значений глубины проникания иглы и растяжимости битума, выделенного из эмульсии, относительно значений соответствующих показателей исходного битума, использованного для приготовления эмульсии, не соответствуют требованиям ГОСТ 18659-81 на эмульсии битумные дорожные, согласно которым эти изменения не должны превышать 15%, в то время как для прототипа значения этих показателей уменьшаются на 16-19%. Указанный недостаток, по-видимому, вызван наличием в ТПС (согласно результатам анализов методами ЯМР и ИК спектроскопии)

непредельных олефиновых структур и ненасыщенных алифатических альдегидов. Указанный недостаток может привести к сокращению срока службы дорожных покрытий.

Задачей изобретения является разработка эмульсии, позволяющей повысить устойчивость битумного компонента к процессам окислительного старения при одновременном сохранении остальных преимуществ, а именно возможность регулирования скорости ее распада при одном и том же содержании эмульгатора, высокая стабильность и хорошая сцепляемость с минеральным наполнителем и экономия битума.

Поставленная задача решается разработкой битумной эмульсии, включающей битум, эмульгатор, реагент для нейтрализации эмульгатора, воду и дополнительный компонент, отличающийся тем, что в качестве дополнительного компонента она содержит побочный продукт производства изопропилбензола - полиалкилбензольную смолу при следующих соотношениях компонентов, % мас.:

Битум 45-60

Эмульгатор 0,125-0,25

Реагент для нейтрализации эмульгатора 1-2

Полиалкилбензольная смола 1-15

Вода остальное

Для приготовления эмульсии используют нефтяные дорожные битумы марок БНД 60/90 и БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90.

Физико-химические показатели полиалкилбензольной смолы (ПАБС) (продукт АО “Казаньоргсинтез”, ТУ 38.10296-83) приведены в табл.1.

В качестве эмульгатора используют ПАВ типа аминов, диаминов, полиаминов и четвертичных аммониевых солей.

В качестве реагента для нейтрализации эмульгатора используют концентрированную соляную кислоту.

Битумную эмульсию готовят по известной технологии смешением компонентов в следующей последовательности:

В смесь воды, эмульгатора, кислоты и ПАБС, нагретую при перемешивании до 70-75°С, вводят также при перемешивании предварительно разогретый до 120-125°С дорожный битум.

Образцы битумных эмульсий были приготовлены в соответствии со следующими примерами:

Пример 1. К смеси из 77,75 г воды, 0,25 г эмульгатора, 2 г кислоты и 2 г ПАБС, нагретой до 75°С, при постоянном перемешивании добавляют 118 г предварительно

разогретого в отдельной емкости до 125°С дорожного битума БНД 60/90 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 59, эмульгатор - 0.125, кислота - 1, ПАБС - 1, вода - 38,875.

Пример 2. К смеси из 77,75 г воды 0,25 г эмульгатора, 2 г кислоты и 6 г ПАБС, нагретой до 75°С, при постоянном перемешивании добавляют 114 г предварительно разогретого в отдельной емкости до 125°С дорожного битума БНД 60/90 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 57, эмульгатор - 0.125, кислота - 1, ПАБС - 3, вода - 38,875.

Пример 3. К смеси из 77,75 г воды 0,25 г эмульгатора, 2 г кислоты и 10 г ПАБС, нагретой до 75°С, при постоянном перемешивании добавляют 110 г предварительно разогретого в отдельной емкости до 125°С дорожного битума БНД 60/90 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 55, эмульгатор - 0.125, кислота - 1, ПАБС - 5, вода - 38,875.

Пример 4. К смеси из 77,75 г воды, 0,25 г эмульгатора, 2 г кислоты и 20 г ПАБС, нагретой до 75°С, при постоянном перемешивании добавляют 100 г предварительно разогретого в отдельной емкости до 125°С дорожного битума БНД 60/90 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 50, эмульгатор - 0.125, кислота - 1, ПАБС - 10, вода - 38,875.

Пример 5. К смеси из 77,75 г воды 0,25 г эмульгатора, 2 г кислоты и 30 г ПАБС, нагретой до 75°С, при постоянном перемешивании добавляют 90 г предварительно разогретого в отдельной емкости до 125°С дорожного битума БНД 60/90 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 45, эмульгатор - 0.125, кислота - 1, ПАБС - 15, вода - 38,875.

Пример 6. К смеси из 75,5 г воды, 0,5 г эмульгатора, 4 г кислоты и 2 г ПАБС, нагретой до 70°С, при постоянном перемешивании добавляют 118 г предварительно разогретого в отдельной емкости до 120°С дорожного битума БНД 90/130 по и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 59, эмульгатор - 0.25, кислота - 2, ПАБС - 1, вода - 37,75.

Пример 7. К смеси из 75,5 г воды, 0,5 г эмульгатора, 4 г кислоты и 6 г ПАБС, нагретой до 70°С, при постоянном перемешивании добавляют 114 г предварительно разогретого в отдельной емкости до 120°С дорожного битума БНД 90/130 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 57, эмульгатор - 0.25, кислота - 2, ПАБС - 3, вода - 37,75.

Пример 8. К смеси из 75,5 г воды, 0,5 г эмульгатора, 4 г кислоты и 10 г ПАБС, нагретой до 70°С, при постоянном перемешивании добавляют 110 г предварительно разогретого в отдельной емкости до 120°С дорожного битума БНД 90/130 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 55, эмульгатор - 0.25, кислота - 2, ПАБС - 5, вода - 37,75.

Пример 9. К смеси из 75,5 г воды, 0,5 г эмульгатора, 4 г кислоты и 20 г ПАБС, нагретой до 70°С, при постоянном перемешивании добавляют 100 г предварительно разогретого в отдельной емкости до 120°С дорожного битума БНД 90/130 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 50, эмульгатор - 0.25, кислота - 2, ПАБС - 10, вода - 37,75.

Пример 10. К смеси из 75,5 г воды, 0,5 г эмульгатора, 4 г кислоты и 30 г ПАБС, нагретой до 70°С, при постоянном перемешивании добавляют 90 г предварительно разогретого в отдельной емкости до 120°С дорожного битума БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 45, эмульгатор - 0.25, кислота - 2, ПАБС - 15, вода - 37,75.

Для сравнения предлагаемых образцов эмульсий с прототипом были приготовлены 2 образца эмульсий согласно прототипу (примеры 11-12).

Пример 11. В 49.7 г дорожного битума (по ГОСТ 22245-90), нагретого до температуры 110°С, добавляют при перемешивании 0.3 г катионоактивного эмульгатора. Водную фазу готовят следующим образом: в 48.5 г воды добавляют при перемешивании 0.5 г безводной тяжелой пиролизной смолы (ТПС) и 1 г соляной кислоты, затем нагревают при перемешивании до 85°С, затем добавляют смесь битума с эмульгатором, имеющую температуру 110°С и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 49.7, эмульгатор - 0.3, кислота - 1, ТПС - 0.5, вода - 48,5.

Пример 12. В 49.7 г дорожного битума (по ГОСТ 22245-90), нагретого до температуры 110°С, добавляют при перемешивании 0.3 г катионоактивного эмульгатора и 2 г безводной ТПС. Водную фазу готовят следующим образом: в 47 г воды добавляют 1 г соляной кислоты, тщательно перемешивают, нагревают этот раствор до температуры 85°С, затем добавляют нагретую до 110°С смесь битума, эмульгатора и тяжелой пиролизной смолы. Перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас,): битум - 49.7, эмульгатор - 0.3, кислота - 1, ТПС - 2, вода - 47.

Физико-механические свойства эмульсий, приготовленных согласно примерам №1-№12, приведены в табл.2, согласно которой предлагаемая эмульсия превосходит прототип по устойчивости к окислительному старению. Изменение глубины проникания иглы и растяжимости битума, выделенного из предлагаемой эмульсии, составляет 7-11% от значения данного показателя для исходного битума, против 16-19% для прототипа. По остальным показателям предлагаемая эмульсия не уступает прототипу.

Таблица 1 Физико-химические свойства полиалкилбензольной смолы АО “Казаньоргсинтез” (ТУ 38.10296-83).
Показатели	Значения
Плотность, кг/м3	990
Молекулярная масса, у.е.	250
Содержание серы, % масс.	0,04
Вязкость кинематическая, мм2/с	14,8
- при 50°С
- при 100°С	5,6
Температура застывания, °С	-12,0
Содержание ароматических углеводородов, % масс.	66,5
в том числе:
- диалкилзамещенных	12,5
- полиалкилзамещенных	54,0
Высокомолекулярный остаток, % масс.	24,5
Фракционный состав:
Начало кипения, °С	170-180
Выкипает, % масс.:
до 300°С	20,65
до 370°С	75,35
до 440°С	87,0
остаток выше 440°С	13,0
Таблица 2 - Эксплуатационные характеристики битумных эмульсий
Состав и свойства битумных эмульсий	Предлагаемые образцы (по №№ примеров)	Образцы по прототипу (по №№ примеров)
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Содержание компонентов в эмульсии, % масс.:
битума	59	57	55	50	45	59	57	55	50	45	49,7	49,7
эмульгатора	0,125	0,125	0,125	0,125	0,125	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25
ПАБС	1	3	5	10	15	1	3	5	10	15	-	-
ТПС	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0,5	3
реагент для нейтрализации эмульгатора	1	1	1	1	1	2	2	2	2	2	1	1
воды	37,875	37,875	37,875	37,875	37,875	37,75	37,75	37,75	37,75	37,75	48,5	47
Скорость распада при смешивании с кварцевым песком, г песка /100 г эмульсии	185	175	155	130	100	550	470	400	200	105	100	185
Изменение глубины проникания иглы для битума, выделенного из эмульсии, по сравнению с исходным битумом, %	7	9	9	10	11	9	9	10	10	10	17	19
Уменьшение растяжимости для битума, выделенного из эмульсии, по сравнению с исходным битумом, %	9	9,5	10	10	10,5	8	9,5	9,5	10,5	11	16	18
Продолжение таблицы 2
Состав и свойства битумных эмульсий	Предлагаемые образцы (по №№ примеров)	Образцы по прототипу (по №№ примеров)
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Сцепляемость с минеральными материалами, % площади	98	96	100	97	96	98	92	96	100	99	97	100
Вязкость условная при 20°С через сточное отверстие 3 мм, сек	22	24	26	28	31	33	39	42	56	50	23	24
Устойчивость при хранении по остатку битума на сите 0.14 мм, %
через 7 суток	0,1	0,1	0,1	0,08	0,09	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,08
через 30 суток	0,15	0,2	0,18	0,1	0,15	0,2	0,2	0,1	0,18	0,19	0,2	0,1

Битумная эмульсия, содержащая битум, ПАВ типа аминов, диаминов, полиаминов и четвертичных аммониевых солей в качестве эмульгатора, соляную кислоту в качестве реагента для нейтрализации эмульгатора, воду и дополнительный компонент, отличающаяся тем, что в качестве дополнительного компонента она содержит полиалкилбензольную смолу, являющуюся побочным продуктом производства изопропилбензола, при следующем содержании компонентов, мас.%:

Битум 45-59

Эмульгатор 0,125-0,25

Реагент для нейтрализации эмульгатора 1-2

Полиалкилбензольная смола 1-15

Вода Остальное