Способ приготовления битумно-каучукового вяжущего

Использование: дорожное строительство и проведение гидроизоляционных работ. Сущность: битум марок БНД (БН) 40/60 или 60/90 доокисляют продувкой воздухом при температуре 200-230°С до необходимой температуры размягчения вяжущего, каучук типа СКС или СКД в виде 12-15%-ного раствора в смеси керосина и мазута в соотношении (0,3-0,4):(0,7-0,6) вводят в доокисленный битум при температуре 180-190°С, после чего при этой же температуре окисление композиции продолжают до получения вяжущего необходимой марки. Технический результат: упрощение технологии, улучшение экологии, получение целевого продукта с высокими физико-химическими свойствами. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано при приготовлении асфальтобетонных смесей, для выполнения гидроизоляционных работ, герметизации швов и трещин в дорожных покрытиях автомобильных дорог и мостов.

Известны способы модификации битума термоэластопластами (блок-сополимерами бутадиена и стирола типа СБС), синтетическими каучуками, мономерами. Указанные полимеры смешивают с битумом в различных пропорциях с добавлением поверхностно-активных веществ или без них. Возможно, предварительное растворение полимера в мягчителе и на последующей стадии компаундирование раствора полимера с горячим вязким битумом. Например, в способе получения полимерно-битумного вяжущего с использованием растворов бутадиена и стирола типа СБС (патент РФ №2038360) в качестве мягчителя для предварительного растворения полимера используется индустриальное масло.

Недостатками рассматриваемых способов модификации битумов является уменьшение теплоустойчивости вследствие наличия разжижителя, недостаточное сцепление с минеральными материалами. Эффективность указанных способов модификации невелика, так как технологический процесс весьма трудоемок, требует специального оборудования. Для повышения сцепления вяжущих, приготавливаемых вышеуказанным способом, с каменным материалом применяют поверхностно-активные добавки, обладающие токсичностью и неприятным запахом.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ приготовления вяжущего для дорожного строительства (авторское свидетельство СССР №1671671, 1991 г.).

Растворение каучуковой крошки размером 0-15 мм проводят в мешалке рамного типа при температуре 60-80°С. В указанном способе (а.с. СССР №1671671) в качестве растворителя каучука применяется смесь сланцевого масла и кубовых остатков пиролизных смол в соотношении (0,5-0,6):(0,5-0,4).

Технологический процесс приготовления раствора каучука по вышеуказанному способу сложен, т.к. требует герметичного оборудования, приспособлений по улавливанию и утилизации вредных выбросов. Это связано с тем, что в состав сланцевого масла и кубовых остатков пиролизных смол входят фенол, бензол, толуол и другие компоненты, характеризующиеся токсичными свойствами.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение технологии, снижение энергозатрат и улучшение экологической ситуации при приготовлении раствора каучука, и получение битумно-каучукового вяжущего с повышенными физико-механическими свойствами.

Цель достигается тем, что в способе приготовления битумно-каучукового вяжущего предварительно каучуковую крошку размером 0-15 мм растворяют в керосине и мазуте в соотношении (0,3-0,4):(0,7-0,6) с введением полученного раствора каучука в специально подготовленный битум и последующей продувкой композиции воздухом при температуре окисления 180-190°С.

Растворение каучука по заявляемому способу производится в следующей последовательности: в мешалку подается расчетное количество керосина, нагретого до температуры 60-70°С, затем в керосин подается необходимое количество дробленого каучука (размером 0-15 мм) и он остается в нем в течение 3-4 часов. Затем в мешалку подается мазут из расчета получения 12-15% раствора каучука. После подачи мазута включается мешалка. Время работы мешалки определяется достижением однородности полученного раствора.

При применении вязкого дорожного битума марок БН и БНД подготовка заключается в его обезвоживании и последующим доокислением продувкой воздухом при 200-230°С до необходимой температуры размягчения получаемого вяжущего, а затем в случае необходимости получения композиции с повышенными показателями деформативных свойств введение добавки - полиизобутилена в виде раствора 25% концентрации в индустриальном масле в количестве 1-2% по массе в пересчете на сухое вещество и перемешивание до ее полного растворения.

В подготовленный битум с температурой 180-190°С подают воздух в количестве 1-1,5 л/кг в минуту и порционно вводится раствор каучука в керосине и мазуте. После чего композиция окисляется до готовности.

Сопоставительный анализ в сравнении с прототипом показывает, что предлагаемый способ позволяет отказаться от применения токсичных компонентов и повысить физико-механические свойства вяжущего.

В качестве альтернативы дорожного битума для получения битумно-каучукового вяжущего с высокой температурой размягчения возможно применение строительного битума. Однако применение доокисленного дорожного битума, взамен строительного, позволяет уменьшить энергозатраты на разогрев строительного битума.

Пример реализации способа. Для проведения исследований с целью получения битумно-каучуковых мастик с температурой размягчения 90°С были приняты: бутадиеновый синтетический каучук (СКД) производства Ефремовского завода синтетического каучука, бутадиен-стирольный каучук (СКС) производства ОАО «Воронежсинтезкаучук», керосин по ТУ 38.71-5810-90, мазут по ГОСТ 10585-99, полиизобутилен марки П-200 производства Ефремовского завода СК.

Растворение каучука размером 0-15 мм проводилось в лабораторной мешалке рамного типа емкостью 4 литра. Температура растворения крошки каучука в керосине и мазуте была принята 60-70°С. Растворимость характеризовалась визуально отсутствием нерастворимых частиц каучука на стеклянной палочке, извлеченной из раствора.

В качестве исходного битума для приготовления битумно-каучуковой мастики был принят битум нефтяной дорожный БНД 40/60. В лабораторную окислительную установку подавался указанный битум в объеме 2/3 емкости установки при температуре 200-230°С. Затем включался компрессор с расходом воздуха 1 л/кг/мин и проводилось доокисление битума до достижения температуры размягчения 85-87°С. В доокисленный битум, охлажденный до 185-190°С, вводился полиизобутилен в виде 25% раствора в индустриальном масле в количестве 1,5% по массе в пересчете на сухое вещество и перемешивался в окислительной установке продувкой воздухом до полного растворения последнего. По окончании процесса перемешивания на поверхность улучшенного доокисленного битума порционно в течение 1 часа при продувке воздухом с расходом 1 литр на килограмм композиции в минуту подавался раствор каучука (в керосине и мазуте в соотношении 0,3:0,7 для каучука типа СКС и соответственно 0,4:0,6 для каучука типа СКД) количестве 3% по массе в пересчете на сухое вещество. Окисление композиции производилось при температуре 180-190°С до достижения температуры размягчения мастики 90°С.

Физико-механические свойства битумно-каучуковых мастик на основе синтетических каучуков типа СКД и СКС, приготовленных на доокисленном дорожном битуме марки БНД 40/60 с добавкой полиизобутилена и без него, приведены в таблице.

Таблица
№ п/п	Наименование показателей	Каучук СКД	Каучук СКС	Методы испытаний
Полиизобутилен (1,5%)	-	Полиизобутилен (1,5%)	-
1	Глубина проникания иглы, 0,1 мм					ГОСТ 11501-78
	при 25°С;	40	30	42	32
при 0°С	29	17	30	18
2	Температура размягчения по КиШ, °С	90	90	90	90	ГОСТ 11506-73
3	Растяжимость, см, при					ГОСТ 11505-75
	25°С	18	12	20	16
0°С	4	3	4,5	3,5
4	Температура хрупкости по Фраасу, °С	-28	-26	-29	-26	ГОСТ 11507-78
5	Температура хрупкого разрушения по Фраасу, °С	-34	-31	-37	-32	ГОСТ 11507-73
6	Сцепление с гранитом, контрольный образец (площадь, покрытая битумом после кипячения)	№1 (100%)	№1 (100%)	№1 (100%)	№1 (100%)	ГОСТ 11508-74 (метод А)
7	Однородность	одн	одн	одн	одн	ОСТ 218.010-98
8	Интервал пластичности, °С	118	116	119	116
9	Прочность сцепления с асфальтобетоном при 25°С, МПа	0,12	0,12	0,12	0,12	ГОСТ 26589-94
10	Наличие токсичных компонентов (фенол, бензол, толуол) в воздухе рабочей зоны	нет	нет	нет	нет

Приведенные в таблице результаты свидетельствуют о том, что полученные мастики обладают высокими физико-механическими показателями и процесс их приготовления экологически безопасен. Введение полиизобутилена в состав мастик позволяет значительно улучшить пластичность вяжущего и повысить величину показателей деформативных свойств.

В качестве альтернативы исходного битума марки БНД 40/60 для получения битумно-каучукового вяжущего с высокой температурой размягчения возможно применение битума марки БНД 60/90, который отличается меньшей величиной температуры размягчения. Однако применение менее вязкого дорожного битума, взамен БНД 40/60, приведет к дополнительным энергозатратам на доокисление исходного битума до необходимого значения температуры размягчения вяжущего.

Приведенный пример показывает, что предлагаемый способ получения битумно-каучукового вяжущего более эффективен и экологически безопасен в сравнении с прототипом.

1. Способ приготовления битумно-каучукового вяжущего для дорожного строительства и проведения гидроизоляционных работ, заключающийся в смешении вязкого нефтяного битума с каучуком в виде раствора, отличающийся тем, что предварительно исходный вязкий битум марок БНД (БН) 40/60 или БНД (БН) 60/90 доокисляют продувкой воздухом при температуре 200-230°С до необходимой температуры размягчения вяжущего, а каучук типа СКС или СКД в виде 12-15%-ного раствора в смеси керосина и мазута в соотношении (0,3-0,4):(0,7-0,6) вводят в доокисленный битум при температуре 180-190°С, после чего при этой же температуре окисление композиции продолжают до получения вяжущего необходимой марки.

2. Способ по п.1 отличающийся тем, что до введения раствора каучука в керосине и мазуте в доокисленном дорожном битуме растворяют полиизобутилен в виде раствора в индустриальном масле 25%-ной концентрации в количестве 1-2% по массе в пересчете на сухое вещество, после чего вводят раствор каучука в керосине и мазуте и окисляют до готовности.