Битумное вяжущее



 


Владельцы патента RU 2448994:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный технологический университет" (RU)

Изобретение относится к нефтехимии, конкретно к битумным вяжущим, и может быть использовано при получении асфальтобетонов для дорожных строительных работ. Битумное вяжущее содержит битум, низкоокисленный атактический полипропилен и дополнительно этерифицированный кремнезем формулы

,

где R - СН3, или С2Н5, или i-С3Н7. Вяжущее получают при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум 90,0-99,0; низкоокисленный атактический полипропилен 0,5-5,0; указанный этерифицированный кремнезем 0,5-5,0. Полученное битумное вяжущее обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики асфальтобетона, такие как повышение прочности и уменьшение показателя водонасыщения. 4 табл., 18 пр.

 

Изобретение относится к нефтехимии, конкретно к битумным вяжущим, и может быть использовано при получении асфальтобетонов для дорожных строительных работ.

Известно битумное вяжущее кровельного и гидроизоляционного назначения, включающее битум, полипропилен атактический, полипропилен изотактический, отходы полиэтиленового производства и наполнитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полипропилен атактический 3,5-5
полипропилен изотактический 1,5-2
отходы полиэтиленового производства 0,5-1,5
наполнитель 35-40
битум остальное

см. RU Патент 2235817, МПК D06N 5/00, 2004.

Недостатками данного битумного вяжущего является то, что при его приготовлении изотактический полипропилен залипает на стенках технологического оборудования, что может привести к аварийным ситуациям.

Известно битумное вяжущее для получения асфальтобетонов для дорожного строительства, содержащее битум, бутадиен-стирольный термоэластопласт, индустриальное масло и тяжелые жирные кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум 86-89
бутадиен-стирольный термоэластопласт 2,5-5
индустриальное масло 5,5-7,5
тяжелые жирные кислоты 1-3

см. RU Патент 2297990, МПК C08L 95/00, 2007.

Недостатками известного битумного вяжущего является то, что для его получения бутадиен-стирольный термоэластопласт необходимо предварительно растворять в минеральном масле. Кроме того, данный термоэластопласт достаточно дорогостоящий.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является битумное вяжущее, содержащее битум, низкоокисленный атактический полипропилен средневязкостной молекулярной массы 22000-29000 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум 90,0-99,7
низкоокисленный атактический полипропилен 0,3-10

см. RU Патент 2181733, МПК C08L 95/00, 2002.

Недостатками известного битумного вяжущего являются высокая температура хрупкости, свидетельствующая о невысокой морозостойкости, недостаточная прочность асфальтобетона на его основе и высокий показатель водонасыщения, свидетельствующий о его недостаточной водостойкости.

Задачей изобретения является обеспечение высокими эксплуатационными характеристиками асфальтобетона на основе заявляемого битумного вяжущего, а именно прочностью, водостойкостью и морозостойкостью.

Техническая задача решается тем, что битумное вяжущее, содержащее битум, низкоокисленный атактический полипропилен, дополнительно содержит этерифицированный кремнезем формулы

,

где R - СН3, или C2H5, или i-С3Н7, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум 90,0-99,0
низкоокисленный атактический полипропилен 0,5-5,0
указанный этерифицированный кремнезем 0,5-5,0.

Решение технической задачи позволяет получить битумное вяжущее, обеспечивающее высокие экспуатационные характеристики асфальтобетона, а именно повысить прочность асфальтобетона при 20°С в среднем на 5-30%, прочность при 50°С - на 7-30%, понизить водостойкость асфальтобетона на 5-50% и улучшить его морозостойкость на 10-45%.

Кремнезем - диоксид кремния, который может быть модифицирован металлами, полимерами, поверхностно-активными веществами (ПАВ) и др. Кремнезем, поверхность которого модифицирована спиртами, получил название этерифицированный кремнезем. Информация о этерифицированном кремнеземе, используемом в заявляемом объекте, описана в нижеприведенных источниках, см. Химическое модифицирование поверхности минеральных веществ, Г.В.Лисичкин, Соросовский образовательный журнал, №4, 1996. - 52-59 с., см. также книга Р.Айлер "Химия кремнезема": Пер. с англ. - М.: Мир, 1982. Ч.2. - 567 с. Сведения об использовании этерифицированного кремнезема в качестве компонента битумного вяжущего отсутствуют.

Для приготовления битумного вяжущего используют вязкий дорожный битум марок БНД 60/90 и БНД 90/130, низкоокисленный атактический полипропилен с характеристиками, указанными в таблице 1, и этерифицированный кремнезем, формулы

,

где R - СН3, или С2Н5, или i-C3H7.

Свойства этерифицированного кремнезема приведены в таблице 2.

Таблица 1
Характеристики низкоокисленного атактического полипропилена
ММ Содержание изотактической фракции, % не более tразм, °C по КиШ Глубина проникания иглы при 25°С, * 0,1 мм Вязкость при 180°С, сП
22000-29000 20,0 99,5 80 200,0
Таблица 2
Характеристики этерифицированного кремнезема
Наименование показателей R-СН3 R-C2H5 R-i-С3Н7
Внешний вид порошок белого цвета
Значение рН водной вытяжки, ед. рН 6,9 7,5 8,1
Гидрофобность, % 87 92 95
Абсорбция дибутилфталата (ДБФ), мл/100 г 171 166 175
Удельная поверхность, м2 337 342 346
Размер частиц, нм 5-40

Изобретение поясняется на примерах. Примеры 1-3 по прототипу с использованием битума, что и в заявляемом объекте, см. таблицу 3.

Пример 1 по прототипу. В металлическую емкость, снабженную мешалкой, электрообогревателем и термометром, загружают 99,50 г (99,50 мас.%) дорожного битума марки БНД 60/90, нагревают емкость до 120°С и выдерживают при этой температуре до полного расплавления битума. Затем при перемешивании добавляют 0,50 г (0,50 мас.%) низкоокисленного атактического полипропилена. Смесь перемешивают 30 минут при той же температуре. У приготовленного битумного вяжущего определяют свойства. Примеры 2, 3, см. таблицу 3, выполняют аналогичным образом, меняя соотношения ингридиентов.

Пример 4 по заявляемому объекту. В металлическую емкость, снабженную мешалкой, электрообогревателем и термометром, загружают 99,00 г (99,00 мас.%) дорожного битума марки БНД 60/90, нагревают стакан до 120°С и выдерживают при этой температуре до полного расплавления битума. Затем при перемешивании добавляют 0,50 г (0,50 мас.%) низкоокисленного атактического полипропилена. Смесь перемешивают 30 минут при 120°С, к полученной смеси добавляют этерифицированный кремнезем в количестве 0,5 г (0,5 мас.%) и перемешивают 30 минут при той же температуре. У приготовленного битумного вяжущего определяют свойства.

Примеры 5-18, за исключением примеров 6, 10, 17, выполняют аналогично примеру 4, меняя соотношения ингридиентов.

Примеры 6, 10, 17 готовят с использованием битума марки БНД 90/130.

Примеры 4-18 соответствуют соотношению ингридиентов в заявляемых пределах их содержания в битумном вяжущем, см. таблицу 3.

Свойства битумного вяжущего определяют согласно ГОСТ 22245-90 «Битумы нефтяные дорожные вязкие». Адгезионную прочность к минеральному материалу определяют по ГОСТ 11508-76 методом А - «пассивное» сцепление, сущность которого заключается в определении способности вязкого битума удерживаться на предварительно покрытой им поверхности минерального материала при воздействии воды. Теплостойкость заявляемых битумных вяжущих оценивают по их температуре размягчения методом КиШ согласно ГОСТ 11506-73. Температура размягчения соответствует верхнему пределу температуры эксплуатации. Температуру хрупкости определяют по методу Фрааса согласно ГОСТ 11507-78. Температура хрупкости - граница перехода из упругопластичного в упругохрупкое реологическое состояние.

Результаты, приведенные в таблице 3, показывают, что заявляемое битумное вяжущее по сравнению с прототипом имеет повышенную теплостойкость, пониженную температуру хрупкости, улучшенную адгезионную прочность к минеральному материалу, а именно примеры 4-9 по сравнению с примером 1 имеют повышенную на 2-10% теплостойкость, пониженную на 6-26% температуру хрупкости; примеры 10-12 по сравнению с примером 2 имеют повышенную на 6-11% теплостойкость, пониженную на 26-46% температуру хрупкости, примеры 13-18 по сравнению с примером 3 имеют повышенную на 2-16% теплостойкость, пониженную на 26-46% температуру хрупкости. Сравнение битумных вяжущих ведется при одинаковом соотношении в составе вяжущего битума и атактического полипропилена. Таким образом, примеры 4-18 демонстрируют расширение температурного интервала эксплуатации битумного вяжущего, а также повышение его адгезии к поверхности минерального материала.

Таблица 3
Свойства битумных вяжущих
№ примера Состав вяжущего, мас.% Свойства битумного вяжущего
tразм, °C по КиШ Глубина проникания иглы, *0,1 мм, 25°С Растяжи-
мость, см, 25°С
tхруп, °с Адгезия к мин. материалу, в баллах***
1 Битум +0,5% ОАПП-н* 50 62 63 -15 3
2 Битум +3,0% ОАПП-н 54 61 55 -15 4
3 Битум +5,0% ОАПП-н 55 61 54 -15 4
4 Битум +0,5% ОАПП-н+0,5% Силином БС-300 R1** 51 62 59 -16 4
5 Битум +0,5% ОАПП-н+0,5% Силином БС-300 R2** 52 61 58 -18 4
6 Битум +0,5% ОАПП-н+0,5% Силином БС-300 R3** 53 90 66 -18 4
7 Битум +0,5% ОАПП-н+5,0% Силином БС-300 R1 52 57 56 -18 5
8 Битум +0,5% ОАПП-н+5,0% Силином БС-300 R2 54 56 56 -19 5
9 Битум +0,5% ОАПП-н+5,0% Силином БС-300 R3 55 54 53 -19 5
10 Битум +3,0% ОАПП-н+2,0% Силином БС-300 R1 57 87 64 -19 5
11 Битум +3,0% ОАПП-н+2,0% Силином БС-300 R2 59 54 52 -20 5
12 Битум +3,0% ОАПП-н+2,0% Силином БС-300 R3 60 52 50 -22 5
13 Битум +5,0% ОАПП-н+0,5% Силином БС-300 R1 56 55 54 -19 4
14 Битум +5,0% ОАПП-н+0,5% Силином БС-300 R2 56 53 53 -19 4
15 Битум +5,0% ОАПП-н+0,5% Силином БС-300 R3 57,5 53 52 -20 4
16 Битум +5,0% ОАПП-н+5,0% Силином БС-300 R1 61 53 52 -20 5
17 Битум +5,0% ОАПП-н+5,0% Силином БС-300 R2 63 85 60 -22 5
18 Битум +5,0% ОАПП-н+5,0% Силином БС-300 R3 64 50 49 -24 5
Примечания:
* - ОАПП-н - низкоокисленный атактический полипропилен;
** - Силином БС-300 R1, Силином БС-300 R2, Силином БС-300 R3 - марки этерифицированного кремнезема, где R1 - СН3, R2 - С2Н5, R3 - i-С3Н7;
*** - расшифровка баллов при сцеплении вяжущего с поверхностью минеральной части:
3 - «удовлетворительно», пленкой вяжущего покрыто 75% поверхности частиц гравия;
4 - «хорошо», пленкой вяжущего покрыто 90% поверхности частиц гравия;
5 - пленкой вяжущего покрыто 95% поверхности частиц гравия.

Предлагаемое битумное вяжущее используют для приготовления горячих асфальтобетонных смесей по ГОСТ 9128-97. Испытания асфальтобетонных смесей проводят по общепринятым методикам согласно ГОСТ 12801-98. Состав и свойства асфальтобетонных смесей приведены в таблице 4. Примеры 1-18 таблицы 4 соответствуют составам битумного вяжущего 1-18 таблицы 3.

У асфальтобетонов на основе заявляемого битумного вяжущего повышается прочность, падает показатель водонасыщения. Это объясняется повышением адгезионной прочности заявляемого битумного вяжущего к минеральной части асфальтобетона. Хороший адгезионный контакт между частицами минерального наполнителя и битумным вяжущим исключает внедрение воды в пограничную область раздела фаз.

Таблица 4
Результаты испытаний образцов асфальтобетонных смесей
№ примера* Предел прочности на сжатие при 0, 20, 50°С и после водонасыщения Коэф-т температурочувствительности Кт=R0/R50 Коэф-т водостойкости Квод=Rвод/R20 Водонасыщение W, %
R0, МПа R20, МПа R50, МПа Rвод, МПа
1 9,94 4,12 1,21 3,61 8,21 0,88 1,64
2 8,87 5,00 1,28 4,90 6,93 0,98 1,42
3 9,17 5,17 1,31 5,12 7,00 0,99 1,35
4 9,75 4,31 1,29 3,75 7,56 0,87 1,58
5 9,61 4,50 1,37 3,86 7,01 0,86 1,47
6 9,47 4,64 1,48 4,02 6,40 0,87 1,41
7 8,33 5,32 1,41 5,29 5,91 0,99 1,07
8 8,21 5,42 1,50 5,42 5,47 1,00 0,98
9 8,15 5,53 1,61 5,50 5,06 0,99 0,92
10 7,93 5,36 1,36 5,26 5,83 0,98 0,87
11 7,56 5,77 1,56 5,59 4,85 0,97 0,78
12 7,38 5,92 1,67 5,71 4,42 0,96 0,73
13 9,00 5,29 1,43 5,27 6,30 0,99 1,21
14 8,91 5,41 1,52 5,41 5,86 1,00 1,17
15 8,76 5,49 1,65 5,48 5,31 0,99 1,13
16 7,37 5,71 1,45 5,60 5,08 0,98 0,73
17 7,25 6,14 1,65 5,98 4,39 0,97 0,70
18 7,03 6,33 1,73 6,18 4,06 0,98 0,68
Примечания:
* - рецептура асфальтобетонных смесей, мас.%:

Щебень, фракция 2-7 мм - 55;

Песок, фракция 0-3 мм - 45;

Битумное вяжущее - 6;

Средняя плотность образцов - 2,13 г/см3;

Остаточная пористость асфальтобетона - 4 об.%.

Асфальтобетонные смеси на основе заявляемого битумного вяжущего по сравнению с прототипом демонстрируют улучшение свойств, а именно примеры 4-9 по сравнению с примером 1 имеют повышенный на 4-34% предел прочности на сжатие при 20°С, повышенный на 6-33% предел прочности на сжатие при 50°С, пониженное на 3-44% водонасыщение; примеры 10-12 по сравнению с примером 2 имеют повышенный на 7-18% предел прочности на сжатие при 20°С, повышенный на 6-30% предел прочности на сжатие при 50°С, пониженное в 1,63-2 раза водонасыщение; примеры 13-18 по сравнению с примером 3 имеют повышенный на 2-22% предел прочности на сжатие при 20°С, повышенный на 9-32% предел прочности на сжатие при 50°С, пониженное на 10-50% водонасыщение, см. таблицу 4.

Таким образом, заявляемое битумное вяжущее по сравнению с прототипом позволяет повысить прочность асфальтобетона при 20°С в среднем на 5-30%, прочность при 50°С - на 7-30%, понизить водостойкость асфальтобетона на 5-50% и улучшить его морозостойкость на 10-45%.

Поскольку прочность и водонасыщение являются основными показателями, определяющими долговечность асфальтобетонного покрытия, полученные результаты позволяют увеличить межремонтный срок эксплуатации асфальтобетонных дорожных покрытий на основе заявляемого битумного вяжущего. Снижение коэффициента температурочувствительности по сравнению с прототипом почти в 2 раза говорит о повышении деформационной устойчивости дорожных покрытий и повышении их стойкости к растрескиванию при сезонных температурных перепадах. Асфальтобетоны на основе заявляемого битумного вяжущего обладают большей морозостойкостью, так как происходит понижение температуры хрупкости заявляемого вяжущего по сравнению с прототипом, см. таблицу 3.

Таким образом, заявляемый объект позволяет получить асфальтобетон с повышенными прочностными характеристиками, повышенной водостойкостью, стойкостью к сезонным температурным перепадам, а значит и с увеличенным межремонтным сроком эксплуатации дорожных покрытий на его основе.

Битумное вяжущее, содержащее битум, низкоокисленный атактический полипропилен, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит этерифицированный кремнезем формулы
,
где R - СН3 или С2Н5, или i-C3H2, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум 90,0-99,0
низкоокисленный атактический полипропилен 0,5-5,0
указанный этерифицированный кремнезем 0,5-5,0


 

Похожие патенты:
Изобретение относится к строительным материалам широкого спектра применения и может быть использовано для дорожных, кровельных, изоляционных, герметизирующих работ.

Изобретение относится к строительству и ремонту автомобильных дорог и может быть использовано для устройства слоев покрытий. .

Изобретение относится к модифицированным битумам и двухкомпонентным смоляным композициям. .
Изобретение относится к области промышленного приготовления модифицированных битумных мастик. .
Изобретение относится к строительству и может быть применено для получения композиционных материалов на основе битумных вяжущих, используемых в дорожных, аэродромных и кровельных покрытиях.
Изобретение относится к производству строительных материалов, конкретно - самоклеящихся кровельных и гидроизоляционных материалов. .
Изобретение относится к нефтехимии, в частности к переработке нефтяного сырья термическим крекингом с получением преимущественно дорожного битума, а также фракции светлых нефтепродуктов.

Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов и может быть использовано в качестве мастики для ремонта дорожных и аэродромных покрытий. .
Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к получению связующего для брикетирования бурых углей. .

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 химическим композициям на основе битума
Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к способу получения серобитума для производства сероасфальтобетона
Изобретение относится к составам грунтовок для защиты от коррозии стальных трубопроводов, предназначенных для транспортировки газа, нефти, воды и других жидкостей, а также металлических резервуаров и нефтехранилищ, промышленно-гражданского строительства, производства гидроизоляционных материалов
Изобретение относится к способу получения модифицированной полимером композиции битумного вяжущего по существу в отсутствие сшивающих агентов, включающий нагрев битумного компонента в баке с мешалкой до температуры от 160 до 221°С, добавление композиции блок-сополимера к битумному компоненту с одновременным перемешиванием битумного компонента для образования гомогенной смеси битумного компонента и композиции блок-сополимера и продолжение перемешивания гомогенной смеси с одновременным поддержанием температуры от 180 до 221°С в течение общего периода времени от 2 до 30 часов с образованием, вследствие этого, отвержденной композиции битумного вяжущего, модифицированной полимером
Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано для устройства верхних слоев дорожных одежд во всех климатических зонах
Изобретение относится к стабилизирующим добавкам, которые используются в асфальтобетонных смесях, и могут найти применение при изготовлении дорожных покрытий при использовании щебеночно-мастичных асфальтобетонов

Изобретение относится к способу получения композиции модификатора асфальта, включающему получение триблок-сополимера путем блок-сополимеризации винилароматического углеводорода и соединения диена с сопряженными двойными связями в результате анионной полимеризации с использованием органического анионного инициатора в реакторе, содержащем углеводородный растворитель, где стадия получения блок-сополимера включает формирование винилароматического блока путем добавления винилароматического углеводорода в реактор, включающий углеводородный растворитель, и затем введение в него органического анионного инициатора; формирование блока диена с сопряженными двойными связями, присоединенного к концу винилароматического блока, путем добавления соединения диена с сопряженными двойными связями в реактор; введение функциональной добавки, выбранной из группы, состоящей из соединений, представленных формулой 1, в реактор; и получение композиции модификатора асфальта, включающей блок-сополимер и функциональную добавку, путем удаления углеводородного растворителя, в формуле 1 сумма n+m+m' составляет до 35, n является целым числом от 1 до 5, каждое из m и m' является целым числом, равным, по меньшей мере, 1, и Х является сложной эфирной группой [-С(=O)O-]

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к составам асфальтобетонной смеси на основе нефтяного вязкого битума и заполнителей, которые могут быть использованы при строительстве и ремонте автомобильных дорог, а также аэродромных покрытий
Наверх