RU2160301C1

RU2160301C1 - Method of bitumen modification

Info

Publication number: RU2160301C1
Application number: RU99124036A
Authority: RU
Inventors: А.П. Щебланов; С.А. Щебланов; В.В. Лобанов
Original assignee: Щебланов Александр Петрович
Priority date: 1999-11-15
Filing date: 1999-11-15
Publication date: 2000-12-10

Abstract

FIELD: methods of bitumen modification; applicable in oil refining and manufacture of building materials. SUBSTANCE: method includes introduction into bitumen of Mannich base in amount of 0.1-0.5 wt.% of bitumen and stirred in rotary-pulsation apparatus with frequency of dynamic pulsation of 400-3000 Hz within temperature range of 120-240 C, with mixture residence time in rotary-pulsation apparatus of 2.55 s. EFFECT: higher quality of bitumen and asphalt concrete made on its base. 3 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области модификации углеводородных связующих материалов, таких как битумы, асфальты, гудроны, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и строительной промышленностях. The invention relates to the field of modification of hydrocarbon binders, such as bitumen, asphalt, tar, and can be used in the refining and construction industries.

Известен способ модификации битума полимерами, основанный на смешении готового битума с раствором каучука ["Автомобильные дороги", N7, июль 1998 г. "Об опыте применения битумов, модифицированных полимерами", с. 10-12]. A known method of modifying bitumen with polymers, based on mixing the finished bitumen with a solution of rubber ["Roads", N7, July 1998, "On the experience of using bitumen modified with polymers", p. 10-12].

К недостаткам этого способа относятся: снижение температуры размягчения битума из-за наличия в нем растворителя каучука, увеличение стоимости процесса, обусловленное необходимостью установки реактора для приготовления раствора каучука, достаточно высокий расход полимера - 2-5% к массе битума, дополнительные затраты на приобретение растворителя полимера (масло или дизельное топливо) 10-15% к массе битума. The disadvantages of this method include: a decrease in the softening temperature of bitumen due to the presence of a rubber solvent in it, an increase in the cost of the process due to the need to install a reactor to prepare a rubber solution, a sufficiently high polymer consumption of 2-5% by weight of bitumen, and additional costs for the purchase of a solvent polymer (oil or diesel fuel) 10-15% by weight of bitumen.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ модификации битумов путем введения аминного активатора (анилиновой смолы). Смешение этих компонентов ("битум - аминный активатор") производят в отдельном реакторе при температуре 120-140^oC в течение 40-60 мин [Патент РФ N 2063990, C 08 L 95/00, C 04 B 26/26//C 04 B 111:20, Бюл. N 20, 1996 г.].The closest in technical essence and the achieved result to the claimed invention is a method of modifying bitumen by introducing an amine activator (aniline resin). The mixing of these components ("bitumen - amine activator") is carried out in a separate reactor at a temperature of 120-140 ^o C for 40-60 minutes [RF Patent N 2063990, C 08 L 95/00, C 04 B 26/26 // C 04 B 111: 20, Bull. N 20, 1996].

К недостаткам известного способа относятся: достаточно высокая стоимость процесса, обусловленная необходимостью установки дополнительного оборудования, достаточно большое количество вводимого аминного активатора адгезии - 1,0-1,5% к массе битума, низкая эффективность модифицирования битума: последний имеет сравнительно неширокий интервал пластичности, сравнительно низкие показатели пенетрации П₂₅ и растяжимости Д₂₅.The disadvantages of this method include: a sufficiently high cost of the process, due to the need to install additional equipment, a sufficiently large amount of the introduced amine activator of adhesion - 1.0-1.5% by weight of bitumen, low efficiency of bitumen modification: the latter has a relatively narrow plasticity range, a relatively low penetration P ₂₅ and tensile D ₂₅ .

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу повышения качества битума и получаемого из него асфальтобетона (повышение адгезионных свойств, повышение значений показателей: пенетрация при 25^oC и 0^oC, растяжимость при 25^oC, прочность при сжатии при 50^oC и 20^oC, коэффициенты водостойкости при длительном и кратковременном водонасыщении; понижение значений показателей набухания и водонасыщаемости).The present invention solves the technical problem of improving the quality of bitumen and asphalt concrete obtained from it (improving adhesive properties, increasing values of indicators: penetration at 25 ^o C and 0 ^o C, extensibility at 25 ^o C, compressive strength at 50 ^o C and 20 ^o C, water resistance coefficients during long-term and short-term water saturation; lower values of swelling and water saturation indices).

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе модификации битумов, включающем введение в битум аминного модификатора с последующим перемешиванием полученной смеси, согласно изобретения в качестве аминного модификатора вводят основание Манниха в количестве 0,1-0,5% от массы битума с последующим перемешиванием в роторно-пульсационном аппарате с частотой динамических пульсаций 400-3000 Гц в интервале температур 100-240^oC при времени пребывания смеси в роторно-пульсационном аппарате 0,20-2,55 с.The essence of the invention lies in the fact that in the known method of modifying bitumen, comprising introducing an amine modifier into the bitumen, followed by mixing the resulting mixture, according to the invention, Mannich base is introduced as an amine modifier in an amount of 0.1-0.5% by weight of bitumen, followed by mixing in a rotary pulsation apparatus with a frequency of dynamic pulsations of 400-3000 Hz in the temperature range 100-240 ^o C when the residence time of the mixture in the rotary pulsation apparatus is 0.20-2.55 s.

Основание Манниха - 2,6-ди-третбутил-4-диметиламинометилфенол C₁₇H₂₉ON - кристаллический порошок от белого до желтоватого цвета
Т_пл - 100-101^oC.Mannich base - 2,6-di-tert-butyl-4-dimethylaminomethylphenol C ₁₇ H ₂₉ ON - crystalline powder from white to yellowish
T _PL - 100-101 ^o C.

Молекулярный вес - 263. The molecular weight is 263.

Массовая доля основного вещества не менее 93%. Mass fraction of the main substance is not less than 93%.

Плотность при 20^oC 1011 кг/м³.Density at 20 ^o C 1011 kg / m ³ .

Для производства битума модифицированного можно использовать готовый битум различных марок, например БНД 60/90. For the production of modified bitumen, you can use ready-made bitumen of various grades, for example BND 60/90.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

В линию выхода готового битума из окислительной колонны дозировочным насосом подают основание Манниха в количестве 0,1-0,5% от массы битума. Основание Манниха поступает из реактора, где этот компонент плавится, нагреваясь до температуры 100^oC. Смешение битума и расплава основания Манниха производят в роторно-пульсационном аппарате при частоте динамических пульсаций жидкостного потока - 400-3000 Гц в интервале температур 100-240^oC при времени пребывания смеси в роторно-пульсационном аппарате 0,20-2,55 с, режим течения потока в радиальном направлении роторно-пульсационного аппарата характеризуется значением показателя критерия Тейлора от 50 до 250.The Mannich base in the amount of 0.1-0.5% by weight of bitumen is fed to the exit line of the finished bitumen from the oxidizing column by a dosing pump. Mannich base comes from a reactor where this component melts, heating to a temperature of 100 ^o C. Mixing of bitumen and melt Mannich base is carried out in a rotary pulsation apparatus at a frequency of dynamic pulsations of the fluid flow - 400-3000 Hz in the temperature range 100-240 ^o C at the residence time of the mixture in the rotary pulsation apparatus is 0.20-2.55 s, the flow pattern in the radial direction of the rotary pulsation apparatus is characterized by a value of the Taylor criterion from 50 to 250.

Пример 1. В линию выхода готового битума из окислительной колонны дозировочным насосом подают 0,25% основания Манниха на смесь. Затем роторно-пульсационным аппаратом смесь перемешивают при температуре 100^oC с частотой динамических пульсаций 1000 Гц при времени пребывания смеси в роторно-пульсационном аппарате 0,62 с. Свойства полученного битума приведены в таблице 1. В таблице 2 приведены свойства полученного битума с добавкой 0,25 мас. % основания Манниха при различной частоте динамических пульсаций и времени пребывания смеси в роторно-пульсационном аппарате 0,62 с.Example 1. 0.25% of Mannich base per mixture is fed to the exit line of the finished bitumen from the oxidizing column by a dosing pump. Then, with a rotary pulsation apparatus, the mixture is stirred at a temperature of 100 ^o C with a frequency of dynamic pulsations of 1000 Hz at a residence time of the mixture in the rotary pulsation apparatus of 0.62 s. The properties of the obtained bitumen are shown in table 1. Table 2 shows the properties of the obtained bitumen with the addition of 0.25 wt. % Mannich base at different frequencies of dynamic pulsations and the residence time of the mixture in the rotary pulsation apparatus 0.62 s.

В таблице 3 приведены свойства асфальтобетонов, полученных с применением вяжущего из смеси "битум - основание Манниха", подвергнутой смешению при f= 1000 Гц и разном содержании основания Манниха в исходном битуме. Table 3 shows the properties of asphalt concrete obtained using a binder from a mixture of "bitumen - Mannich base", subjected to mixing at f = 1000 Hz and different contents of the Mannich base in the original bitumen.

Требования ГОСТ 22245-90 для битума марки БНД 60/90; свойства битума без добавления основания Манниха и без обработки в роторно-пульсационном аппарате; свойства битума из описания прототипа приведены в таблице 1. The requirements of GOST 22245-90 for bitumen grade BND 60/90; properties of bitumen without the addition of a Mannich base and without treatment in a rotary pulsation apparatus; the properties of bitumen from the description of the prototype are shown in table 1.

Из таблиц 1, 2 видно, что модифицированный по предлагаемому способу битум не только соответствует требованиям ГОСТа 22245-90 для БНД 60/90, но и превосходит эти требования по таким показателям, как пенетрация при 25^oC и 0^oC и температура хрупкости, а также по всем показателям превосходит прототип.From tables 1, 2 it can be seen that the bitumen modified by the proposed method not only meets the requirements of GOST 22245-90 for BND 60/90, but also exceeds these requirements in such indicators as penetration at 25 ^o C and 0 ^o C and brittleness temperature, and also in all respects superior to the prototype.

Асфальтобетон, полученный с применением битума, модифицированного по предлагаемому способу, соответствует требованиям ГОСТ 9128-84, превосходит эти требования по такому показателю, как водонасыщаемость, имеет высокие значения показателей: прочность при сжатии при 50^oC и 20^oC, коэффициент водостойкости при длительном и кратковременном водонасыщении; имеет малые значения показателей: набухаемость и водонасыщаемость. По всем показателям асфальтобетон, полученный с применением битума, модифицированного по предлагаемому способу, превосходит прототип (см. таблицу 3).Asphalt concrete obtained using bitumen modified by the proposed method meets the requirements of GOST 9128-84, surpasses these requirements in such an indicator as water saturation, has high values of indicators: compressive strength at 50 ^o C and 20 ^o C, water resistance coefficient for long-term and short-term water saturation; has small values of indicators: swelling and water saturation. In all respects, asphalt obtained using bitumen modified by the proposed method exceeds the prototype (see table 3).

Предлагаемое изобретение может быть реализовано в дорожном, аэродромном и гражданском строительстве, в качестве вяжущего при приготовлении асфальтобетонных смесей, черного щебня, для устройства конструктивных слоев дорожных покрытий методом пропитки и устройства поверхностной обработки дорожных покрытий. The present invention can be implemented in road, airfield and civil engineering, as a binder in the preparation of asphalt mixtures, black gravel, for the device of structural layers of road surfaces by impregnation and surface treatment of road surfaces.

Claims

A method of modifying bitumen by introducing an amine modifier into bitumen followed by mixing the resulting mixture, characterized in that Mannich base is introduced in an amount of 0.1 - 0.5% by weight of the bitumen as an amine modifier, mixing is carried out in a rotary pulsation apparatus with a dynamic frequency pulsations of 400 - 3000 Hz in the temperature range of 100 - 240 ^o C during the residence time of the mixture in the rotary pulsation apparatus of 0.20 - 2.55 s.