Мастика битумно-полимерная для защиты металлических поверхностей от коррозии
Группа изобретений относится к материалам защиты труб и трубных систем от коррозии, в частности защиты от подземной и атмосферной коррозии наружной поверхности стальных магистральных трубопроводов, транспортирующих природный газ, нефть и нефтепродукты. Изобретения реализуются следующим образом. Выполнение битумно-полимерной мастики осуществляется по первому варианту с содержанием смеси битумов БНК 40/180 и БНК 45/190 с концентрацией в мас.%: БНК 40/180 - 20-49, БНК 45/190 - 20-49 и полимера, в качестве которого используется бутадиен-стирольный термоэластопласт, содержание которого находится в пределах остатка по массе, а по второму варианту - с содержанием смеси битумов БНК 40/180, БНК 45/190, БНК 90/30 и/или БН 90/10 и полимера, в качестве которого использован бутадиен-стирольный термоэластопласт, с содержанием битумов БНК 40/180 и БНК 45/190 в мас.%: БНК 40/180 20-49, БНК 45/190 20-49, бутадиен-стирольного термоэластопласта и битумов БНК 90/30 и/или БН 90/10 с содержанием, соответственно, 0,5-20; 1-45; 1-35 мас.% в пределах остатка по массе. Достигается повышение качества антикоррозионной защиты трубопроводов за счет улучшения адгезии мастики к стали и улучшения показателей по ударной прочности. 2 н.п. ф-лы, 3 табл.
Область техники
Изобретение относится к материалам защиты труб и трубных систем от коррозии, в частности защиты от подземной и атмосферной коррозии наружной поверхности стальных магистральных трубопроводов, транспортирующих природный газ, нефть и нефтепродукты.
Уровень техники
Известны мастики на основе битумов и полимеров для гидроизоляции металлических поверхностей строительных конструкций и трубопроводов (патент RU 2160293, приоритет 21.04.99), а также мастики многоцелевого назначения (патент RU 2220170, приоритет 23.04.01). Данные мастики не обладают достаточно высокими показателями по таким основных свойствам, как адгезионная прочность, водопоглощение, растяжимость, переходное электросопротивление, защита от катодной поляризации, поэтому не обеспечивают достаточно надежную защиту трубопроводов от коррозии.
Наиболее близким техническим решением является мастика битумно-полимерная «ТРАНСКОР» (патент RU 2192578, приоритет 10.11.02), применяемая для защиты нефтепроводов, нефтепродуктопроводов и газопроводов от подземной и атмосферной коррозии. Битумно-полимерная мастика «ТРАНСКОР» состоит из смеси битумов (дорожного вязкого, строительного и изоляционного), термоэластопласта (дивинил-стирольного), пластификатора (индустриального масла) и модификатора (каучука) в определенном процентном весовом соотношении. Дополнительно мастика может содержать катионно-анионные добавки. Обладая рядом достоинств (механическая прочность, сохранение пластичности при отрицательных температурах), данная мастика не обладает достаточно хорошими показателями по основным свойствам, в частности имеет невысокое значение адгезии и невысокую ударную прочность при низких температурах.
Недостатком известного изобретения является невысокое качество антикоррозионной защиты из-за низкой адгезии мастики к стали и низких показателей по ударной прочности.
Целью предлагаемого изобретения является повышение качества антикоррозионной защиты за счет улучшения адгезии мастики к стали и улучшения показателей по ударной прочности.
Раскрытие изобретения
Поставленная цель достигается за счет того, что: по первому варианту в мастике битумно-полимерной для защиты металлических поверхностей от коррозии, содержащей смесь битумов и полимер, в качестве полимера использован бутадиен-стирольный термоэластопласт, а смесь битумов состоит из битумов БНК 40/180 и БНК 45/190, при этом указанные битумы имеют содержание в мас.%: БНК 40/180 - 20-49, БНК 45/190-20-49; по второму варианту в мастике битумно-полимерной для защиты металлических поверхностей от коррозии, содержащей смесь битумов и полимер, в качестве полимера использован бутадиен-стирольный термоэластопласт, а смесь битумов состоит из битумов БНК 40/180, БНК 45/190, БНК 90/30 и/или БН 90/10, при этом указанные битумы БНК 40/180 и БНК 45/190 имеют содержание в мас.%: БНК 40/180 20-49, БНК 45/190 20-49, а указанный бутадиен-стирольный термоэластопласт и указанные битумы БНК 90/30 и/или БН 90/10 имеют содержание соответственно - 0,5-20; 1-45; 1-35 мас.% в пределах остатка по массе.
Осуществление изобретения
Описание примеров, иллюстрирующих частные случаи реализации изобретения
По первому варианту исполнения мастика битумно-полимерная для защиты металлических поверхностей от коррозии (далее по тексту - битумно-полимерная мастика) содержит смесь битумов марки БНК 40/180 (ГОСТ 9548-74. М.: ИНК Издательство стандартов, 2002, стр.1-2), БНК 45/190 (ГОСТ 9548-74. М.: ИПК Издательство стандартов, 2002, стр.1-2) и полимер, в качестве которого использован бутадиен-стирольный термоэластопласт ДСТ-30Р (ТУ 38.40327-90. Воронежский филиал ГП НИИСК, 1990). При этом указанные битумы имеют содержание в мас.%: БНК 40/180 - 20-49, БНК 45/190 - 20-49, а содержание бутадиен-стирольного термоэластопласта находится в пределах остатка по массе.
По второму варианту битумно-полимерная мастика содержит смесь битумов и полимер, в качестве полимера использован бутадиен-стирольный термоэластопласт ДСТ-30Р (ТУ 38.40327-90. Воронежский филиал ГП НИИСК, 1990), а смесь битумов состоит из битумов БНК 40/180 (ГОСТ 9548-74. М.: ИПК Издательство стандартов, 2002, стр.1-2), БНК 45/190 (ГОСТ 9548-74. М.: ИПК Издательство стандартов, 2002, стр.1-2), БНК 90/30 (ГОСТ 9548-74. М.: ИПК Издательство стандартов, 2002, стр.1-2) и/или БН 90/10 (ГОСТ 6617-76). При этом битумы БНК 40/180 БНК 45/190 имеют содержание в мас.%: БНК 40/180 20-49, БНК 45/190 20-49, а бутадиен-стирольный термоэластопласт и битумы БНК 90/30 и/или БН 90/10 имеют содержание соответственно - 0,5-20; 1-45; 1-35 мас.% в пределах остатка по массе (т.е. содержание последних из указанных ингредиентов, с одной стороны, должно быть в указанных пределах, с другой стороны, эти пределы реализуются (ограничены) в границах, обусловленных (допускаемых) содержанием (количеством) основных компонентов - битумов БНК 40/180 и БНК 45/190, а также других из последних указанных ингредиентов - бутадиен-стирольного термоэластопласта, битумов БНК 90/30 и/или БН 90/10).
Содержание в пределах остатка по массе означает следующее. Содержание двух первых составляющих- битумов БНК 40/180 и БНК 45/190 всегда выбирается любым из заявленных интервалов, а содержание остальных трех или двух составляющих (бутадиен-стирольного термоэластопласта, битумов БНК 90/30 и/или БН 90/10) может быть взято или любым из заявленных интервалов (если позволяет величина остатка), либо остаток по массе таков, что содержание каждой из этих трех или двух составляющих может быть взято не из всего указанного для них интервала, а только из его части, таким, чтобы содержание этих трех или двух составляющих в сумме не выходило за пределы остатка по массе. Например, если в 1 кг битумно-полимерной мастики содержится 490 г битума БНК 40/180 и 100 г битума БНК 45/190, то остаток по массе составляет 410 г. В пределах этого остатка по массе в битумно-полимерной мастике содержится 300 г битума БНК 90/30, 100 г бутадиен-стирольного термоэластопласта и 10 г битума БН 90/10. Или, например, если в 1 кг битумно-полимерной мастики содержится 390 г битума БНК 40/180 и 450 г битума БНК 45/190, то остаток по массе составляет 160 г. В пределах этого остатка по массе в битумно-полимерной мастике содержится 30 г битума БНК 90/30 и 130 г бутадиен-стирольного термоэластопласта.
Битумы, используемые в качестве компонентов битумно-полимерной мастики, представляют собой сложную смесь высокомолекулярных углеводородов нефти и их гетеропроизводных, содержащих кислород, серу, азот и металлы (ванадий, железо, никель, натрий и др.). Основные компоненты нефтяных битумов - асфальтены, смолы и нефтяные масла. Первые обусловливают твердость битумов, вторые - цементацию и эластичность, третьи служат разжижающей средой для смол и асфальтенов. (Уильям Л. Леффлер. Переработка нефти. 2-е изд., пересм. Пер. с англ. М.: ЗАО «Олимп-Бизнес», 2003. с.143-144; БСЭ. 3-е изд. М.: Сов. Энциклопедия, 1969).
Битумы марки БНК 40/180, БН 45/190 - это неокисленные битумы, содержащие меньше асфальтенов (˜1-5%) и больше смол и ароматических масел.
Битумы марки БНК 90/30 и БН 90/10 - это окисленные битумы, получаемые окислением кислородом воздуха тяжелых остатков от перегонки нефти при температуре 260-280°С (БСЭ. 3-е изд. М.: Сов. Энциклопедия, 1969). У окисленных битумов содержание асфальтенов выше (˜5-20%) и меньше смол и ароматических масел по сравнению с неокисленными битумами.
Назначение окисленных битумов в данном составе - улучшение таких показателей битумно-полимерной мастики, как адгезия к загрунтованной стальной поверхности, площадь отслаивания покрытия при катодной поляризации, прочность при ударе при температуре от -30°С до +40°С.
В обоих вариантах исполнения битумно-полимерной мастики неокисленные битумы марки БНК 40/180, БНК 45/190 (или один из них) выполняют функцию пластификатора за счет низкого содержания асфальтенов и увеличенного содержания смол и ароматических масел. Пластификатор - это вещество, используемое для увеличения вязкости битумно-полимерной мастики, а также в качестве наполнителя в составе битумно-полимерной мастики.
В обоих вариантах исполнения битумно-полимерной мастики в ее составе содержится полимер, в качестве которого использован бутадиен-стирольный термоэластопласт ДСТ-30Р. Наличие в составе полимера дополнительно улучшает такие показатели, как температура хрупкости, растяжимость (относительное удлинение при разрыве), прочность покрытия при сдвиге.
Примеры приготовления и применения битумно-полимерной мастики, иллюстрирующие частные случаи реализации изобретения
Битумно-полимерная мастика может быть изготовлена следующим образом. Для приготовления битумно-полимерной мастики по обоим вариантам битумы (БНК 40/180 и БНК 45/190 в первом варианте исполнения и БНК 40/180, БНК 45/190, БНК 90/30 и/или БН 90/10 во втором варианте исполнения) и полимер (бутадиен-стирольный термоэластопласт), взятые в соответствующих варианту пропорциях, помещаются в емкость (котел, ванну) и нагреваются до температуры примерно 130°С (температура выбирается таким образом, чтобы она была выше температур размягчения всех составляющих битумно-полимерной мастики и обеспечивала дополнительное снижение вязкости составляющих). После этого производится механическое перемешивание составляющих мешалкой в течение 20-30 мин. Готовая битумно-полимерная мастика в разогретом состоянии разливается в специальные емкости, где остывает до температуры окружающей среды.
Были проведены исследования, в ходе был получен ряд композиций с различным соотношением компонентов в битумно-полимерной мастике. В табл.1 представлены примеры составов битумно-полимерной мастики, выполненной по первому варианту исполнения. В табл.2 представлены примеры составов битумно-полимерной мастики, выполненной по второму варианту исполнения.
| Таблица 1 | ||||
| Наименование компонентов | Состав битумно-полимерной мастики по п.1, мас.% | |||
| Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | ||
| Битум БНК 40/180 | 20 | 49 | 35 | |
| Битум БНК 45/190 | 20 | 49 | 30 | |
| Бутадиен-стирольный | 60 | 2 | 35 | |
| Таблица 2 | ||||
| Наименование компонентов | Состав битумно-полимерной мастики по п.2, мас.% | |||
| Пример 1 | Пример 2 | Пример 1 | Пример 4 | |
| Битум БНК | 39 | 49 | 20 | 39 |
| Битум БНК | 39 | 20 | 49 | 45 |
| Битум БНК | 1 | 30 | 1 | 3 |
| Битум БН | 1 | 1 | 15 | 0 |
| Бутадиен-стирольный термоэластопласт | 20 | 10 | 15 | 13 |
Битумно-полимерная мастика, выполненная по первому и второму вариантам, имеет более высокие показатели по адгезии к стали в интервале температур +40 - -20°С и ударной прочности за счет использования раствора бутадиен-стирольного термоэластопласта в битуме марок БНК 40/180, БНК 45/190, что увеличивает ее растяжимость при температурах до минус 30°С и понижает температуру хрупкости.
Битумно-полимерная мастика используется как защитное антикоррозионное покрытие, в частности, при проведении в трассовых условиях ремонта (замены изоляции) стальных магистральных трубопроводов, транспортирующих газ, нефть, нефтепродукты.
Покрытие битумно-полимерной мастикой может быть произведено механизированным или ручным способом путем выливания расплавленной при 160-180°С битумно-полимерной мастики на очищенную и покрытую грунтовкой поверхность трубопровода. Для достижения требуемой толщины покрытия слой битумно-полимерной мастики может быть армирован стеклотканью, полимерной сеткой или нетканым полимерным материалом.
В табл.3 приведены технологические показатели битумно-полимерной мастики в сравнении с прототипом - битумно-полимерной мастикой «ТРАНСКОР».
В частности, при испытаниях битумно-полимерной мастики установлены следующие величины показателей: температура хрупкости -25°С; растяжимость (относительное удлинение при разрыве, %) при температуре +23±2°С - 8 см (800%); адгезионная прочность покрытия после выдержки в воде при температуре +60±2°С в течение 1000 часов (v=100 мм/мин) методом отслаивания при температуре +23±2°С - 45 Н/см; площадь отслаивания покрытия при катодной поляризации: при температуре +23±2°С в течение 30 суток - 5 см2, при температуре +40±2°С в течение 10 суток - 5 см2; прочность покрытия при сдвиге, при скорости 50 мм/мин: при температуре +23±2°С - 0,2 МПа, при температуре +35±2°С - 0,1 МПа.
Выполнение битумно-полимерной мастики по первому варианту с содержанием смеси битумов БНК 40/180 и БНК 45/190 с содержанием в мас.%: БНК 40/180 - 20-49, БНК 45/190 - 20-49 и полимера, в качестве которого используется бутадиен-стирольный термоэластопласт, а по второму варианту с содержанием смеси битумов БНК 40/180, БНК 45/190, БНК 90/30 и/или БН 90/10 и полимера, в качестве которого использован бутадиен-стирольный термоэластопласт, с содержанием битумов БНК 40/180 и БНК 45/190 в мас.%: БНК 40/180 20-49, БНК 45/190 20-49, бутадиен-стирольного термоэластопласта и битумов БНК 90/30 и/или БН 90/10 с содержанием соответственно - 0,5-20; 1-45; 1-35 мас.% в пределах остатка по массе, обеспечивает повышение качества антикоррозионной защиты металлических поверхностей.
1. Мастика битумно-полимерная для защиты металлических поверхностей от коррозии, содержащая смесь битумов и полимер, отличающаяся тем, что в качестве полимера использован бутадиен-стирольный термоэластопласт, а смесь битумов состоит из битумов БНК 40/180 и БНК 45/190, при этом указанные битумы имеют содержание, мас.%: БНК 40/180 - 20-49, БНК 45/190 - 20-49, а содержание бутадиен-стирольного термоэластопласта находится в пределах остатка по массе.
2. Мастика битумно-полимерная для защиты металлических поверхностей от коррозии, содержащая смесь битумов и полимер, отличающаяся тем, что в качестве полимера использован бутадиен-стирольный термоэластопласт, а смесь битумов состоит из битумов БНК 40/180, БНК 45/190, БНК 90/30 и/или БН 90/10, при этом указанные битумы БНК 40/180 и БНК 45/190 имеют содержание, мас.%: БНК 40/180 20-49, БНК 45/190 20-49, а указанный бутадиен-стирольный термоэластопласт и указанные битумы БНК 90/30 и/или БН 90/10 имеют содержание соответственно 0,5-20; 1-45; 1-35 мас.% в пределах остатка по массе.
