Полимерно-битумный вяжущий материал и способ его получения


 


Владельцы патента RU 2412223:

Закрытое акционерное общество "ТехноНИКОЛЬ" (RU)

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано при производстве рулонного кровельного материала. Изобретение касается полимерно-битумного вяжущего материала для дорожного строительства, содержащего битум и полимерный компонент, при этом в качестве битума он содержит битум кровельный и битум строительный, в качестве полимерного компонента содержит СБС-полимер линейного и/или радиального типа при следующем соотношении указанных компонентов, мас.%:

битум кровельный 42.0-96.0 битум строительный 1.0-50.0 СБС радиального типа 2.0-8.0 СБС линейного типа 0.5-10.0

Изобретение также касается способа получения полимерно-битумного вяжущего материала. Технический результат - получение полимерно-битумного вяжущего материала, обладающего повышенной эластичностью и растяжимостью при низких температурах, низкой температурой хрупкостью, высокой стабильностью. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к полимерно-битумной композиции, относящейся к вяжущему материалу, а также к способу получения указанной композиции на основе битума с использованием полимеров. Изобретение предназначено для использования в дорожном строительстве.

Из патента РФ №2011166, класс C08L 95/00, С08К 13/02, опубл. 30.04.94, известна полимерно-битумная композиция, содержащая 80-99 масс.ч. битума, 1-20 масс.ч. каучука (гомополимеры сопряженных диенов, статистические сополимеры типа стирол-сопряженный диен и линейные или разветвленные блок-сополимеры типа стирол-сопряженный диен, предпочтительнее линейный или разветвленный блок-сополимер типа стирол-бутадиен), 1-20 масс.ч. смеси серы и серосодержащего соединения в массовом соотношении 20-60:40-80 соответственно, которую получают смешением при температуре 150-170°С в течение 1,5-2,0 ч битума и каучука (преимущественно блок-сополимера стирол-сопряженный диен), затем вводят смесь серы и серосодержащего соединения и возможно дополнительно - аминосодержащую добавку, растворимую в битуме (триэтаноламин), и ведут перемешивание в течение 1,5-4,0 ч.

Недостатком как самой известной композиции, так и способа ее получения является длительность ее приготовления, необходимость использования серной вулканизующей группы, представляющей собой смесь элементарной серы и серосодержащего соединения, получение которой выделено в отдельную стадию, возможность неконтролируемого повышения вязкости битумной композиции при хранении из-за протекания процессов вулканизации во времени.

Известна из патента РФ №2011667, класс C08L 95/00, С08К 5/00, опубл. 30.04.1994, полимерно-битумная композиция для гидроизоляции и герметизации, включающая 70-79 мас.% битума, 9,5-15 мас.% бутадиенстирольного термоэластопласта ДСТ-30 или каучуковой крошки (отход производства синтетических каучуков и бутадиенстирольных латексов), 1,0-3,0 мас.% низкомолекулярного сополимера бутадиена с пипериленом или акрилонитрилом, 8,0-10,0 мас.% пластификатора (нафтеноароматические углеводороды), 0,5-1,0 мас.% стеариновой кислоты, 1,5-3,0 мас.% поверхностно-активного вещества (ОП-7 или ОП-10), которую получают смешением в течение 1,5-2,0 ч компонентов либо в смесителе, куда подают нагретый до 160-170°С битум, а затем в него вводят порциями термоэластопласт (или каучуковую крошку) и стеариновую кислоту, перемешивают до однородной массы, после чего последовательно вводят низкомолекулярный сополимер, пластификатор и поверхностно-активное вещество, либо в две стадии: на первой стадии получают концентрат смешением в вакуум-мешалке в течение 1 ч при температуре 70°С части битума со всеми остальными компонентами, на второй стадии вводят в смеситель оставшуюся часть нагретого до 160-170°С битума, вводят концентрат, полученный на первой стадии, и ведут перемешивание при температуре 150-170°C в течение 1,5-2,0 ч, причем соотношение битума, введенного на первой и второй стадиях, составляет 1:1,41-2,95 соответственно (патент РФ №2011667, МПК C08L 95/00, С08К 5/00, приоритет 09.01.91 г., опубл. 30.04.94 г., бюл. №8).

Известная полимерно-битумная композиция обладает повышенной морозостойкостью, прочностью, пониженным относительным удлинением при разрыве при положительных температурах.

Недостатком данной композиции и способа ее получения является многокомпонентность, использование низкомолекулярного сополимера бутадиена с нитрилом акриловой кислоты (НАК), что небезопасно в экологическом отношении, так как при длительном воздействии высоких температур при растворении сополимера в битуме возможно выделение остаточного незаполимеризованного мономера (НАК) в окружающую среду.

Из существующего уровня техники также известна полимерно-битумная композиция, включающая битум, бутадиенстирольный термоэластопласт и адгезионную добавку, в качестве которой используют талловое масло или продукт взаимодействия таллового масла и триэтаноламина при массовом соотношении талловое масло:триэтаноламин (66-68):(32-34), при следующем соотношении компонентов в композиции, мас.%: битум 97,3-77, бутадиенстирольный термоэластопласт 2-16, указанная адгезионная добавка 0,7-7,0 (патент РФ №2119513, C08L 95/00, опубл. 27.09.98 г., БИ №27).

Недостатками известной композиции являются:

неопределенный состав таллового масла, в зависимости от типа исходного природного сырья (хвойные или лиственные породы дерева) и технологии получения значительно изменяется содержание смоляных кислот, которые определяют главным образом адгезионные свойства таллового масла;

недостаточно эффективное смешение таллового масла или продукта взаимодействия таллового масла и триэтаноламина с термоэластопластами, что может приводить к нарушению дозировок компонентов при получении полимерно-битумной композиции.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является полимерно-битумная композиция и способ ее получения, известные из патента РФ2226203, класс C08L 95/00, опубл. 27.03.2003. Известная композиция включает в себя битум, блок-сополимер бутадиена со стиролом и адгезионную добавку, при этом в качестве адгезионной добавки композиция содержит малеинизированный низкомолекулярный полибутадиен с содержанием связанного малеинизированного ангидрида 12-21 мас.%, при следующем соотношении компонентов, масс.ч.: битум 81,0-97,5, блок-сополимер бутадиена со стиролом 2,0-14,0, указанная адгезионная добавка 0,5-5,0. Получают указанную композицию путем перемешивания в смесителе на начальной стадии приготовления термоэластопласта линейного строения ДСТ-30Р-01 и низкомолекулярного малеинизированного полибутадиена в количестве 0,5 кг, содержащего 12 мас.% связанного малеинового ангидрида, в течение 20-60 минут при температуре окружающей среды. Полученную смесь в виде сыпучей крошки в количестве 2,5 кг подают в емкость, снабженную лопастной мешалкой и циркуляционным насосом, с 97,5 кг нефтяного битума, предварительно разогретого до температуры 140-160°С, и ведут перемешивание при температуре 150-160°С в течение 60 мин до полного растворения полимера.

К недостаткам известной полимерно-битумной композиции следует отнести: недостаточно высокую долговечность, низкую растяжимость при низких температурах, недостаточно высокие теплостойкость и стабильность.

Недостатком способа получения известного битумполимерного материала является многостадийность, что обуславливает усложнение самого процесса приготовления смеси, увеличение времени получения готового продукта, что, в свою очередь, приводит к снижению производительности и увеличению стоимости готовой смеси.

Техническим результатом заявленного изобретения в части способа является разработка способа (технологического процесса) получения полимерно-битумного вяжущего материала, обладающего повышенной эластичностью и растяжимостью при низких температурах, низкой температурой хрупкостью, высокой стабильностью, сокращающего при этом время приготовления готовой смеси и упрощающего процесс ее получения.

Техническим результатом заявленного изобретения в части полимерно-битумного вяжущего материала является определение необходимых компонентов, составляющих композицию полимерно-битумного вяжущего материала, а также их соотношение в этой композиции, обеспечивающей достижение указанных выше свойств.

Достижение указанного технического результата в части полимерно-битумного вяжущего материала обеспечивается тем, что этот материал содержит битум и полимерный компонент, при этом в качестве битума содержит битум кровельный и битум строительный, в качестве полимерного компонента содержит СБС(стирол-бутадиен-стирол)-полимер линейного и/или радиального типа при следующих соотношениях указанных компонентов, мас.%:

Битум кровельный 42.0-96.0
Битум строительный 1.0-50.0
СБС-полимер радиального типа 2.0-8.0
СБС-полимер линейного типа 0.5-10.0

Причем при изготовлении полимерно-битумного вяжущего материала соотношение кровельного и строительного битумов выбирают из условия содержания асфальтенов в битумной массе не менее 5% и не более 30%.

Достижение указанного технического результата в части способа получения полимерно-битумного вяжущего материала обеспечивается тем, что при получении указанного материала полимерный компонент и предварительно нагретый битум смешивают, при этом в качестве полимерного компонента используют СБС-полимер линейного и/или радиального типа, 0,5-10,0 мас.% и/или 2.0-8.0 мас.% которых соответственно перемешивают с использованием гомогенизатора с 42.0-96.0 мас.% битума кровельного и с 1.0-50.0 мас.%. битума строительного, при этом процесс перемешивания осуществляют в течение 30-40 минут с поддержанием температуры смеси не более 190°С.

В общем случае предлагаемый к патентованию способ получения полимерно-битумного вяжущего материала в заявленных составе и соотношениях компонентов между собой реализуется следующим образом, при этом, в частных случаях, в зависимости от рецептуры и требуемых свойств готового продукта, не исключается и несколько иная последовательность загрузки и перемешивания его компонентов.

Нефтяные битумы из резервуаров через теплообменник с температурой 190-200°С подаются на участок приготовления полимерно-битумного вяжущего в смеситель. После заполнения требуемого количества битума в смеситель засыпают полимеры в требуемом количестве. Смешивание компонентов согласно рецептуре и дальнейшее перемешивание осуществляют в течение 30-40 минут по кольцу смеситель-гомогенизатор-смеситель. Температура смеси при этом не должна превышать 190°С. В качестве гомогенизатора используется известный гомогенизатор SUPRATON или другой подобного типа, применение которого позволяет измельчить гранулы полимера до 0.5-1.0 мм, что обуславливает более быстрое их набухание и распределение в битуме и позволяет получить полимерно-битумное вяжущее стабильного качества, поскольку при измельчении полимера через гомогенизатор исключено попадание воздуха в объем смеси, что при высоких температурах могло бы привести к интенсивной термоокислительной деструкции полимера, при этом скорость вращения ротора гомогенизатора должна составлять 800-10000 об/мин, а величина капиллярных отверстий или зазора узких щелей - 100-800 мкм.

Поддержание температуры смеси при перемешивании осуществляют циркуляцией горячего масла с температурой 240°С через рубашку смесителя.

Для получения заявленного полимерно-битумного вяжущего материала используют кровельный (марки БНК 40/180, БНК 45/190 ГОСТ 9548) и строительный (марки БНК 90/30, ГОСТ 9548, или БН 90/10, ГОСТ 6617, или марки БНД и БН ГОСТ 22245) битумы, а также полимерный компонент (СБС-полимер линейного и/или радиального типа), растворение которого в указанных битумах позволяет формировать наноструктуру между асфальтенами (твердыми квазисферическими коллоидными частицами диаметром 2-10 нм) битума и полистирольными доменами СБС-полимера. Повышение содержания асфальтенов в дисперсионной среде влечет за собой возрастание твердости, температуры размягчения и хрупкости битума, что в конечном итоге влияет на дорожное покрытие, которое при содержании асфальтенов менее 5% не имеет достаточной жесткости, а при содержании более 30%, как показала практика, полимер плохо распределяется в битуме, что обуславливает нестабильность полимерно-битумного вяжущего материала.

Пример реализации способа получения полимерно-битумного вяжущего

Количественное соотношение компонентов полимерно-битумного вяжущего берется для его получения в соответствии с рецептурой.

При температуре 195°С в смеситель вводят кровельный битум марки БНК 40/180 и/или БНК 45/190 (ГОСТ 9548) и загружают СБС-полимер радиального и/или линейного типа, пропускает полученную смесь в течение 30-40 минут по кольцу смеситель-гомогенизатор-смеситель, поддерживая при этом температуру смеси не более 190°С. Затем добавляют битум строительный марки БНК 90/30, или БН 90/10, или БНД, перемешивают 5-10 минут посредством гомогенизатора. Полученный таким образом готовый продукт перекачивают в хранилище или отгружают потребителю.

Заявленное изобретение иллюстрируется следующими примерами, содержащими конкретные соотношения входящих в получаемый полимерно-битумный вяжущий материал (ПБВМ) компонентов, представленными в таблице.

Таблица
Наименование компонентов Состав ПБВМ, мас.% Стандартный образец ПБВ 60 по ГОСТ 52056
Пример 1 Пример 2 Пример 3
Кровельный битум (БНК 40/180 или БНК 45/190) 89,5 71,5 48
Строительный битум (БНК 90/30 или БН 90/10) 2 20 40
Массовая доля асфальтенов, % 4,9 18 31 18-38
СБС радиального типа 8 2 2
СБС линейного типа 0,5 6,5 10
Тест на стабильность (хранение полимерно-битумного вяжущего при 180°С в течение 72 часов)
КиШверх-КиШниз (норма не >3) 4 5 1 7
Пенетрацияверх:пенетрацияниз (норма от 0,9 до 1,1) 1,5 2 1 2,5
Анализ образцов полимерно-битумного вяжущего
Глубина проникания иглы, 0,1 мм, при температуре
25°С 75 65 70 не менее 60
0°С 58 45 55 не менее 32
Температура размягчения по кольцу и шару, °С 70 82 80 не ниже 54
Растяжимость, см, при температуре
0°С 18 15 32 не менее 11
Эластичность, %, при температуре
0°С 70 68 75 не менее 70
Температура хрупкости по Фраасу, °С -20 -19 -28 не выше минус 20
Изменение температуры размягчения после прогрева, °С (по абсолютной величине) 4 5 2 не более 5
Анализ образцов асфальтобетона, изготовленных с использованием полимерно-битумного вяжущего по примеру №3 и стандартного образца ПБВ
Количество циклов сжатия-растяжения до 50% потери прочности образца асфальтобетона 21855 15223
Устойчивость асфальтобетона к колееобразованию (общая деформация Do, %) 3 2,08 2,22
Индекс трещиностойкости 0,66 0,54
Индекс сопротивления пластическим деформациям 1,69 1,32
Уровень надежности 0,73 0,87-0,89 0,73-0,75

Таким образом, как следует из приведенных в таблице примеров, получаемый по предлагаемому способу полимерно-вяжущий материал обладает, по сравнению со стандартным образцом полимерно-битумного вяжущего материала, более высокими технико-эксплуатационными показателями, обуславливая тем самым достижение указанного выше технического результата и проявление указанных выше свойств.

Заключение по образцам асфальтобетона

1. Относительная деформация для образцов асфальтобетона, приготовленных с применением предлагаемого полимерно-битумного вяжущего, после 3600 циклов нагружения при (40±2)°С на 19% меньше, чем для стандартных образцов асфальтобетона.

2. Фактический модуль упругости стандартных образцов асфальтобетона выше фактического модуля упругости образцов, изготовленных с применением предлагаемого полимерно-битумного вяжущего на 33% при температуре испытания -20°С, на 10% выше при температуре испытания 0°С и ниже на 2% при температуре испытания 20°С.

3. Деформация стандартных образцов асфальтобетона после 10000 проходов колеса при (50±2)°С выше деформации образцов, изготовленных с применением предлагаемого полимерно-битумного вяжущего, на 6%.

4. Усталостная долговечность стандартных образцов асфальтобетона ниже усталостной долговечности образцов, изготовленных с применением предлагаемого полимерно-битумного вяжущего, на 43%.

1. Полимерно-битумный вяжущий материал для дорожного строительства, содержащий битум и полимерный компонент, отличающийся тем, что в качестве битума содержит битум кровельный и битум строительный, в качестве полимерного компонента содержит СБС-полимер линейного и/или радиального типа при следующем соотношении указанных компонентов, мас.%:

битум кровельный 42,0-96,0
битум строительный 1,0-50,0
СБС радиального типа 2,0-8,0
СБС линейного типа 0,5-10,0

2. Полимерно-вяжущий материал по п.1, отличающийся тем, что соотношение кровельного и строительного битумов выбирают из условия содержания асфальтенов в битумной массе не менее 5% и не более 30%.

3. Способ получения полимерно-битумного вяжущего материала, при котором полимерный компонент смешивают в смесителе с предварительно нагретым битумом, отличающийся тем, что в качестве полимерного компонента используют СБС-полимер линейного и/или радиального типа, 0,5-10,0 мас.% и/или 2,0-8,0 мас.% которого соответственно смешивают с использованием гомогенизатора с 42,0-96,0 мас.% битума кровельного и 1,0-50,0 мас.% битума строительного, при этом процесс смешивания осуществляют в течение 30-40 мин с поддержанием температуры смеси не более 190°С.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве кровельного битума используют битум марки БНК 40/180 и/или БНК 45/190.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве строительного битума используют битум марки БНК 90/30, или БН 90/10, или БНД.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области получения битумных композиций, содержащих полимерные добавки и предназначенных для использования в дорожном строительстве. .
Изобретение относится к битумным эмульсиям, используемым в создании дорожных покрытий. .

Изобретение относится к производству дорожных строительных материалов, а именно к вяжущим составам на основе органических вяжущих, которые могут быть использованы при строительстве и ремонте автомобильных дорог и аэродромных покрытий.

Изобретение относится к адгезионным добавкам для битумных битумно-полимерных композиций. .

Изобретение относится к области строительства, а конкретнее к производству строительных материалов, таких как битумно-полимерные кровельные горячие мастики, аналогичные мастикам по ГОСТ 2889-80, покровные композиции для рулонных кровельных наплавляемых материалов по ГОСТ 30547-97.

Изобретение относится к области получения битумполимерных материалов, в частности к способу получения битумполимерных материалов из битума и/или нефтяных остатков и полиэтилена.
Изобретение относится к области получения битуминозных материалов, в частности адгезионных битумных присадок, предназначенных в качестве добавки к нефтяным дорожным битумам, применяемым при строительстве покрытий повышенной прочности и долговечности.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а конкретнее к способам закрепления подрельсовых элементов в бетонном основании пути, и может быть использовано в тоннелях и метрополитенах для крепления рельса к бетонной шпале.

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано для устройства слоев покрытий дорожных одежд во всех климатических зонах

Изобретение относится к способу приготовления битумной основы, имеющей определенные признаки продутого битума, с помощью органической добавки вместо продувки с применением газа, такого как воздух или озон

Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов и может быть использовано для получения вяжущего материала для цветных пластобетонов

Изобретение относится к композициям высокомолекулярных соединений, а именно битуминозных материалов, применяемых в резинотехнической промышленности в качестве мягчителя (пластификатора) для резиновых смесей
Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к получению связующего для брикетирования бурых углей
Изобретение относится к асфальтобетонной смеси для применения в составе дорожного покрытия

Изобретение относится к вяжущим материалам для производства асфальтобетонных смесей различного типа, широко применяемых для дорожного строительства

Изобретение относится к способу получения композиции модифицированного асфальтового связующего, который включает: перемешивание асфальтового связующего, ненасыщенного полимера и пентасульфида фосфора до получения модифицированной асфальтовой композиции, в котором количество полимера составляет от около 0,5 до около 10 массовых частей на 100 массовых частей асфальтового связующего, количество пентасульфида фосфора составляет от около 0,001 до около 10 массовых частей на 100 массовых частей асфальтового связующего, при подборе вышеуказанных количеств, обеспечивающих упругое восстановление композиции модифицированного асфальтового связующего больше чем 72,5% при 25°С, при этом ненасыщенный полимер и пентасульфид фосфора добавляют непосредственно к асфальтовому связующему без предварительного смешения ненасыщенного полимера и пентасульфида фосфора
Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к получению связующего для брикетирования бурых углей
Наверх