Вяжущее (полиэтилен-гудроновое вяжущее с резиновой крошкой - пэгв-р) для дорожных покрытий
Владельцы патента RU 2519214:
Открытое акционерное общество "Газпромнефть - Московский НПЗ" (ОАО "Газпромнефть - МНПЗ") (RU)
Изобретение относится к созданию материалов, используемых при строительстве и ремонте автодорог, а именно к вяжущим материалам для асфальтобетонного дорожного покрытия на основе прямогонного гудрона. Вяжущее содержит, в мас.%: глубокоокисленный гудрон - 30-40; полиэтилен высокого давления - 1,5-3,5; резиновую крошку - 1,5-3,5; серу элементарную - 0,15-0,45; прямогонный гудрон - до 100. Полученное вяжущее обладает как высокими прочностными свойствами, так и достаточной эластичностью. При его производстве не используются дорогостоящие пластификаторы и применяют более дешевые и доступные компоненты. Это позволяет расширить ассортимент вяжущих материалов для дорожно-строительных работ, соответствующих уровню основных нормативных требований к полимерно-битумным вяжущим. 2 табл.
Изобретение относится к созданию материалов, используемых при строительстве и ремонте автодорог, а именно к вяжущим материалам для дорожного асфальтобетонного покрытия.
Известны полимерно-битумные вяжущие материалы (ПБВ) на основе блок-сополимеров на основе бутадиена и стирола, которые отвечают требованиям, предъявляемым к данным материалам по эластичности, трещиностойкости, деформативности и растяжимости при низких температурах, а также теплостойкости, и на которые разработан ГОСТ Р 52056-2003.
К числу основных эксплуатационных недостатков ПБВ по ГОСТ Р 52056-2003 (помимо высокой себестоимости) следует отнести использование в качестве основы вяжущего материала битума строго определенного качества по ГОСТ 22245-90, который получают окислением гудрона, за счет чего возрастает стоимость вяжущего и снижается его уровень качества. Этот недостаток можно отнести ко всем российским полимерно-битумным вяжущим материалам на основе окисленного битума. Самым же серьезным недостатком российских ПБВ является использование дорогостоящих пластификатора (индустриального масла И-40) и полимеров-термоэластопластов, в качестве которых используют стирол-бутадиенстирольные каучуки (СБС).
Известно (Пат. РФ № 2299228, 2007) битумное вяжущее для дорожного покрытия, которое содержит, мас.%:
| Битум | 44,4-98 |
| Блок-сополимеры алкадиена и стирола | 0,1-22,3 |
| Масло индустриальное | 1,9-3 3,3 |
Недостатком этого известного вяжущего также является необходимость использования пластификатора - индустриального масла, в качестве одного из компонентов окисленного битума марок БНД по ГОСТ 22245-90, обладающего невысокой устойчивостью к старению, а также дорогостоящего полимера - термоэластопласта - блок-сополимера алкадиена и стирола.
Известна (Пат. РФ № 2327719, 2008) битумно-резиновая композиция, которая может быть использована в качестве вяжущего в дорожном строительстве. Композиция включает, мас.%: битум - 70-80, крошку из вулканизированной резины из отработанных автомобильных шин - 15-25 и нафталиновую фракцию каменноугольной смолы - 5-10.
Недостатком этой композиции является использование окисленных битумов, о чем было сказано выше, а также использование крошки из вулканизированной резины из отработанных автомобильных шин, которая не связана никакими физическими или химическими связями с нефтяной основой, что не позволяет обеспечить кинетическую (седиментационную) устойчивость получаемого ПБВ. А это неизбежно приводит сначала к снижению и затем и к потере ими необходимого уровня основных эксплуатационных показателей качества.
Наиболее близким вяжущим, взятым за прототип, является полимерно-гудроновое вяжущее для дорожных покрытий, которое содержит, мас.%:
| Гудрон или смесь гудронов с ВУ580=60-160 с | 83,0-91,3 |
| Масло индустриальное | 5,0-12,0 |
| Блок-сополимер алкадиена и стирола | 3,5-5,0 |
(Пат. РФ № 2397187, 2010).
В данном вяжущем битум заменен на более дешевый материал с более высокой устойчивостью к старению - гудрон, однако это вяжущее имеет следующий недостаток: использование значительных количеств дорогостоящих пластификаторов (индустриальное масло) и полимера - термоэластопласта - блок-сополимера алкадиена и стирола, который способен образовывать собственный структурный каркас. Кроме того, эта структура также не связана с пространственной структурой гудрона, образованной его смолисто-асфальтеновыми компонентами.
Задачей предлагаемого изобретения являлась разработка вяжущего для дорожных покрытий, которое отличалось бы использованием более дешевых и доступных компонентов по сравнению с ПБВ, и по уровню своих основных эксплуатационных показателей было бы максимально приближено к значениям нормативных требований к ПБВ по ГОСТ Р 52056-2003, обеспечивающих их надежную эксплуатацию в составе асфальтобетонных смесей. Но при этом обладало бы необходимым уровнем эластичности в отличие от окисленных битумов дорожных марок по ГОСТ 22245-90, лишенных этого свойства.
Для решения поставленной задачи предлагается вяжущее для асфальтобетонных дорожных покрытий на основе прямогонного гудрона, содержащее, в мас.%:
| Глубокоокисленный гудрон | 30-40 |
| Полиэтилен ПЭВД | 1,5-3,5 |
| Резиновая крошка | 1,5-3,5 |
| Сера элементарная | 0,15-0,45 |
| Прямогонный гудрон | до 100 |
Состав и назначение компонентов, образующих заявляемое вяжущее (полиэтилен-гудроновое вяжущее с резиновой крошкой - ПЭГВ-Р) для дорожных покрытий:
- прямогонный гудрон с условной вязкостью при температуре 80°С и с диаметром отверстия 5 мм - ВУ580=60-160 с. Является кубовым остатком вакуумной перегонки мазутов и отличается от окисленных битумов и гудронов наличием компонентов с ненасыщенными углеродными связями, позволяющими проводить процесс прививки к ним молекул полимера с образованием устойчивой структуры модифицированного вяжущего. Кроме того, использование в качестве нефтяной основы такого маловязкого, по сравнению с окисленными дорожными битумами, компонента как прямогонный гудрон позволяет отказаться от использования для растворения полимера дорогостоящих пластификаторов;
- глубокоокисленный гудрон (битум нефтяной строительный марки БН 90/10 по ГОСТ 6617-90). Необходим для придания композиции прочностных свойств, т.е. необходимого уровня пенетрации;
- элементарная сера, в качестве которой используют серу техническую газовую комовую по ГОСТ 127.1-93. Является вулканизирующим агентом в композиции. Использование в композиции элементарной серы позволяет, кроме того, квалифицированно решать проблему ее утилизации, которая чрезвычайно актуальна с экологической точки зрения;
- резиновая крошка от переработанных автопокрышек, фракция 0÷0,63 мм. В девулканизированном виде сохраняет в своем составе реакционноспособные серные связи, а также соответствующие активаторы и ускорители вулканизации, которые необходимы для прививки молекул полимера к ненасыщенным компонентам прямогонного гудрона. Рациональная утилизация отработанных автопокрышек также является одной из приоритетных задач российской экологии;
- полиэтилен, который является термопластом, т.е. не обладает эластичностью. В композиции используют полиэтилен высокого давления ПЭВД по ГОСТ 16337-77. Является существенно более дешевым и доступным полимером по сравнению с термоэластопластами. Несмотря на то, что ПЭВД является термопластом и не обладает эластичностью как у термоэластопласта типа СБС, в предложенной композиции происходит прививка молекул полиэтилена с ненасыщенными связями к ненасыщенным связям прямогонного гудрона, структура которого обладает эластичностью, через серные связи элементарной серы и оставшиеся серные мостики в девулканизированной резиновой крошке. При этом получают композиции, которые имеют несколько более низкий уровень пластичности по сравнению с ПБВ по ГОСТ Р 52056-2003, но уже обладающие эластичностью.
ПЭГВ-Р для строительства и ремонта дорожных покрытий готовят с использованием стандартного оборудования путем последовательного смешения примерно равных объемов прямогонного гудрона с девулканизированной при ~200°С в течение 1,0÷1,5 часов резиновой крошкой и с растворенной в нем при 140-160°С в течение 1,0÷1,5 часов элементарной серой, а затем с полиэтиленом при 160-180°С в течение 1,5-2,0 часов и далее - с глубокоокисленным гудроном. Процесс смешения проводят путем подачи дозировочными насосами компонентов в обогреваемые стационарные смесители.
Для иллюстрации заявляемого технического решения было подготовлено 8 образцов композиций различного состава. Состав этих образцов вяжущего представлен в таблице 1.
В таблице 2 приведены сопоставительные данные о показателях качества исследуемых композиций и о требованиях к полимерно-битумным вяжущим (ПБВ) ГОСТ Р 52056-2003. Из данных таблицы 2 следует, что разработанные образцы вяжущего ПЭГВ-Р на основе смесей прямогонного и глубокоокисленного гудронов соответствуют требованиям стандарта к полимерно-битумным вяжущим по всем основным показателям прочности (значения пенетрации и температуры размягчения) и низкотемпературных характеристик (значения температуры хрупкости, пенетрации и растяжимости при 0°С). Более низкие (по сравнению с ПБВ) значения уровня эластичности ПЭГВ-Р (обеспеченные асфальтеновыми структурами прямогонного гудрона с привитыми молекулами полиэтилена), позволяют рекомендовать их для широкого использования в дорожном строительстве, вместо не имеющих эластических свойств и, следовательно, менее долговечных дорожных марок окисленных битумов. Аналогичные результаты получены и для образцов №№7 и 8.
Таким образом, заявленная композиция, благодаря сочетанию предлагаемых компонентов в определенных соотношениях, позволяет получить вяжущее для дорожных покрытий, обладающее как высокими прочностными свойствами, так и достаточной эластичностью. При этом не используют дорогостоящие пластификаторы и применяют более дешевые и доступные компоненты. Это позволяет расширить ассортимент вяжущих материалов для дорожно-строительных работ, соответствующих уровню основных нормативных требований к ПБВ по ГОСТ Р 52056-2.
| Таблица 1 | |||||||||
| Состав композиций вяжущего ПЭГВ-Р | |||||||||
| № п/п |
Наименование компонента | Содержание компонентов вяжущего, мас.% | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ||
| 1 | Глубокоокисленный гудрон (битум БН 90/10) | 40,0 | 40,0 | 40,0 | 30,0 | 30,0 | 30,0 | 30,0 | 30,0 |
| 2 | Полиэтилен (ПЭВД) | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 1.5 | 3.5 |
| 3 | Резиновая крошка | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 1.5 | 3.5 |
| 4 | Сера элементарная | 0,15 | 0,30 | 0,45 | 0,15 | 0,3 | 0,45 | 0,15 | 0,45 |
| 5 | Гудрон прямогонный | До 100 | До 100 | До 100 | До 100 | До 100 | До 100 | До 100 | До 100 |
Вяжущее для асфальтобетонных дорожных покрытий на основе прямогонного гудрона, содержащее в мас.%:
| глубокоокисленный гудрон | 30-40 |
| полиэтилен высокого давления | 1,5-3,5 |
| резиновая крошка | 1,5-3,5 |
| сера элементарная | 0,15-0,45 |
| гудрон прямогонный | до 100. |
