RU2631819C1

RU2631819C1 - Stabilizing additive for crushed-mastic asphalt-concrete mixture

Info

Publication number: RU2631819C1
Application number: RU2016146450A
Authority: RU
Inventors: Ильнур Наилевич Галимуллин; Ирек Изаилович Мухаматдинов; Константин Владимирович Файзуллин; Наталья Юрьевна Башкирцева
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ДОРОТЕХ"
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2017-09-26

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: stabilizing additive in the form of granules includes, wt %: 85-90 of cellulosic fibre and 10-15 of the interaction product of higher carboxylic acids with polyethylenepolyamine and an organic solvent, the reactants for obtaining the reaction product are taken at the following component ratio, wt %: higher carboxylic acids 30-60, polyethylene polyamine 5-15, organic solvent 35-60.

EFFECT: improving the performance properties of the binder through the formation of an internal coagulation framework in bitumen, increasing the adhesion of bitumen to the surface of the mineral material, and qualitative improving the physical and mechanical characteristics of crushed-mastic asphalt concrete.

4 tbl

Description

Изобретение относится к области производства и применения стабилизирующих добавок для щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, используемых для дорожных покрытий.The invention relates to the production and use of stabilizing additives for crushed stone and mastic asphalt mixtures used for road surfaces.

Известна стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, включающая природный волокнистый структурообразователь и битум, где в качестве структурообразователя берут средневолокнистую гумусобитумную фракцию из сухого измельченного торфа с добавлением адгезионной присадки (см. Патент РФ №2479524, МКИ С04В 26/26, С08L 95/00, опубл. 2013 г.).A stabilizing additive for crushed stone and mastic asphalt mixtures is known, including a natural fibrous structure former and bitumen, where a medium fiber humus bitumen fraction from dry ground peat with the addition of an adhesion additive is taken as a structure former (see RF Patent No. 2479524, 9504 C04 C04 C04 C04 C04 C04 C26 00, publ. 2013).

Однако торф, используемый для приготовления добавки, представляет собой малоэффективное для качественной стабилизации асфальтобетонной смеси волокно, а адгезионная присадка может снизить термостабильность самой добавки. Нестабильность свойств целлюлозного волокна может привести к сегрегации ЩМАС и появлению битумных пятен.However, the peat used to prepare the additive is ineffective for high-quality stabilization of the asphalt concrete mixture, and the adhesive additive can reduce the thermal stability of the additive itself. The instability of the properties of cellulose fiber can lead to segregation of ASMAC and the appearance of bitumen stains.

Известна стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси и способ ее получения, включающая битум, предварительно обработанную льняную солому и реагент Неозон Д (см. Патент РФ №2312116, МКИ C08L 95/00, С04В 26/25, опубл. 2007 г.)Known stabilizing additive for crushed stone and mastic asphalt mixture and a method for its production, including bitumen, pre-treated flax straw and reagent Neozon D (see RF Patent No. 2312116, MKI C08L 95/00, SB04 26/25, publ. 2007)

Известная добавка обладает недостаточно стабильными свойствами ввиду отсутствия промышленного освоения волокон из данного вида сырья. Также применение в качестве связующего компонента битума реагента Неозон Д может отрицательно повлиять на свойства битума.Known additive has insufficiently stable properties due to the lack of industrial development of fibers from this type of raw material. The use of Neozone D as a binder component of bitumen can adversely affect the properties of bitumen.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси, включающая в масс. %: 80-85 целлюлозное волокно, 10-15 кубовый остаток масложирового производства, 0,4-0,8 гидроксид натрия и вода-остальное (см. Патент РФ №2458950, МКИ С08L 95/00, опубл. 2012 г.).The closest in technical essence and the achieved effect is a stabilizing additive for crushed stone and mastic asphalt mix, including in the mass. %: 80-85 cellulose fiber, 10-15 cc residue of oil and fat production, 0.4-0.8 sodium hydroxide and water-rest (see RF Patent No. 2458950, MKI C08L 95/00, publ. 2012).

Данная стабилизирующая добавка будет гигроскопична и легко разрушаться под воздействием атмосферной влаги. Также недостатком является сложный процесс This stabilizing additive will be hygroscopic and easily destroyed under the influence of atmospheric moisture. Another disadvantage is the complicated process.

получения данной добавки с большим водооборотом и металлоемким производством. Предложенная нами добавка гидрофобна к влаге, а гидрофобизирующий агент на целлюлозном волокне будет выступать в качестве модификатора битума. Используемое нами целлюлозное волокно обладает развитой поверхностью и большой сорбционной емкостью, что позволяет эффективно стабилизировать смесь от сегрегации.obtaining this additive with a large water circulation and metal-intensive production. The additive we have proposed is hydrophobic to moisture, and the hydrophobizing agent on cellulose fiber will act as a bitumen modifier. The cellulose fiber we use has a developed surface and a large sorption capacity, which allows us to effectively stabilize the mixture from segregation.

Задачей изобретения является разработка стабилизирующей добавки для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси, позволяющей эффективно стабилизировать щебеночно-мастичную асфальтобетонную смесь, улучшить эксплуатационные свойства вяжущего за счет образования внутреннего коагуляционного каркаса в битуме, увеличить адгезию битума к поверхности минерального материала и качественно повысить физико-механические характеристики щебеночно-мастичного асфальтобетона.The objective of the invention is the development of a stabilizing additive for crushed stone and mastic asphalt mixture, which allows to effectively stabilize crushed stone and mastic asphalt mixture, improve the operational properties of the binder due to the formation of an internal coagulation frame in bitumen, increase the adhesion of bitumen to the surface of the mineral material and qualitatively increase the physicomechanical characteristics of the crushed stone -mastic asphalt concrete.

Поставленная задача решается путем создания стабилизирующей добавки для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси в виде гранул, включающей целлюлозное волокно и продукт взаимодействия высших карбоновых кислот с полиэтиленполиамином и органическим растворителем, при следующем соотношении компонентов, масс. %: целлюлозное волокно 85-90, указанный продукт взаимодействия 10-15, причем реагенты для получения продукта взаимодействия берут при следующем соотношении компонентов, масс. %: высшие карбоновые кислоты 30-60, полиэтиленполиамин 5-15, органический растворитель 35-60.The problem is solved by creating a stabilizing additive for crushed stone and mastic asphalt mix in the form of granules, including cellulose fiber and the product of the interaction of higher carboxylic acids with polyethylene polyamine and an organic solvent, in the following ratio of components, mass. %: cellulose fiber 85-90, the specified product of the interaction of 10-15, and the reagents to obtain the product of the interaction take in the following ratio of components, mass. %: higher carboxylic acids 30-60, polyethylene polyamine 5-15, organic solvent 35-60.

Для получения стабилизирующей добавки в качестве целлюлозного волокна берут, например, целлюлозу сульфатную небеленую хвойную по СТО 05711131-015-2009 или по ТУ 5411-098-00279410-2007, целлюлозу беленую хвойную по ГОСТ 9571-89, полуцеллюлозное волокно по ТУ 5411-356-05765670-2009, целлюлозу беленую лиственную по ГОСТ 28172-89, целлюлозно-бумажные отходы по ГОСТ 10700-97.To obtain a stabilizing additive, cellulose fiber is taken, for example, unbleached softwood pulp according to STO 05711131-015-2009 or according to TU 5411-098-00279410-2007, softwood bleached softwood according to GOST 9571-89, semi-cellulose fiber according to TU 5411-356 -05765670-2009, bleached hardwood pulp according to GOST 28172-89, pulp and paper waste according to GOST 10700-97.

В качестве высших карбоновых кислот берут, например, олеиновую кислоту марки Б14 и ОМ по ГОСТ 7580, олеиновую кислоту техническую по ТУ 020-700-7-91, жировую композицию по ТУ 9147-137-00336562-2008, флотогудрон по ТУ 9147-146-00336562-2008.As higher carboxylic acids take, for example, oleic acid of brand B14 and OM in accordance with GOST 7580, technical oleic acid in accordance with TU 020-700-7-91, fat composition in accordance with TU 9147-137-00336562-2008, fleet tar according to TU 9147-146 -00336562-2008.

Для получения продукта взаимодействия используют низкомолекулярные полиэтиленполиамины (ПЭПА), например тетраэтиленпентамин (ТЭПА), пентаэтиленгексамин (ПЭГА), гексаэтиленгептамин (ГЭГА), диэтилентриаминTo obtain the interaction product, low molecular weight polyethylene polyamines (PEPA) are used, for example, tetraethylene pentamine (TEPA), pentaethylene hexamine (PEGA), hexaethylene heptamine (GEGA), diethylene triamine

(ДЭТА) или их смесь - ПЭПА марки А по ТУ 2413-357-00208-447-99, ПЭПА марки Б по ТУ 6-02-594-85, ПЭПА по ТУ 2413-214-00203312-2002.(DETA) or their mixture - PEPA grade A according to TU 2413-357-00208-447-99, PEPA grade B according to TU 6-02-594-85, PEPA according to TU 2413-214-00203312-2002.

В качестве органического растворителя берут, например, толуол нефтяной по ГОСТ 14710-78, толуол по ГОСТ 5789-78, толуол каменноугольный по ГОСТ 9880-76, сольвент нефтяной Нефрас - А 130-150 по ГОСТ 10214-78, Нефрас - С4 150-200 по ТУ 38.1011026-85, Нефрас - С4 155-200 по ГОСТ 3134-78, этилбензольную фракцию (ЭБФ) по ТУ 6-01-10-37-78, ксилол нефтяной по ГОСТ 9410-78.As an organic solvent take, for example, petroleum toluene according to GOST 14710-78, toluene according to GOST 5789-78, coal toluene according to GOST 9880-76, oil solvent Nefras - A 130-150 according to GOST 10214-78, Nefras - C4 150- 200 according to TU 38.1011026-85, Nefras - C4 155-200 according to GOST 3134-78, ethylbenzene fraction (EBF) according to TU 6-01-10-37-78, petroleum xylene according to GOST 9410-78.

Для получения продукта взаимодействия в лабораторных условиях расчетное количество полиэтиленполиамина смешивают с расчетным количеством высших карбоновых кислот и расчетным количеством органического растворителя. Температуру реакции повышают до 200-220°С с одновременным удалением реакционной воды.To obtain the product of interaction in the laboratory, the calculated amount of polyethylene polyamine is mixed with the calculated amount of higher carboxylic acids and the estimated amount of organic solvent. The reaction temperature is increased to 200-220 ° C while removing the reaction water.

Стабилизирующую добавку готовят обработкой разволокненной целлюлозы с предварительно полученным продуктом взаимодействия с последующим гранулированием добавки с помощью механического пресс-гранулятора с периодическим дозированием добавки в питательную шнековую зону аппарата через штуцер с водяным паром и последующим гранулированием.The stabilizing additive is prepared by treating the pulped pulp with the previously obtained reaction product, followed by granulating the additive using a mechanical press granulator with periodic dosing of the additive into the feeding screw area of the apparatus through a steam nozzle and subsequent granulation.

Приводим конкретные примеры приготовления продукта взаимодействия. Для приготовления продукта взаимодействия исходные реагенты берут при следующем соотношении компонентов, масс. %: 30-60 высших карбоновых кислот, 5-15 ПЭПА и 35-60 органического растворителя.We give specific examples of the preparation of the product of interaction. To prepare the product of interaction, the starting reagents are taken in the following ratio of components, mass. %: 30-60 higher carboxylic acids, 5-15 PEPA and 35-60 organic solvent.

В реакционную двухгорлую колбу, емкостью 0.5 л, снабженную насадкой Дина-Старка, обратным холодильником, термометром, помещают 10,0 г ПЭПА, добавляют 45,0 г флотогудрона, 45,0 г толуола. Затем реакционную смесь доводят до кипения и кипятят до полного прекращения азеотропного выделения образовавшейся реакционной воды. Время реакции 6 часов. Затем температуру постепенно повышают до 200-220°С и синтез ведут в течение 2 часов. При этом из реакционной смеси удаляют реакционную воду. Продукт взаимодействия представляет собой вязкую массу коричневого цвета (см. табл. 1, пример 1).10.0 g of PEPA are placed in a 0.5-liter double-necked reaction flask equipped with a Dean-Stark nozzle, reflux condenser, thermometer, 45.0 g of flotation tar, 45.0 g of toluene are added. Then the reaction mixture is brought to a boil and boiled until the azeotropic evolution of the resulting reaction water is completely stopped. The reaction time is 6 hours. Then the temperature is gradually increased to 200-220 ° C and the synthesis is carried out for 2 hours. In this case, reaction water is removed from the reaction mixture. The product of the interaction is a viscous mass of brown color (see table. 1, example 1).

Примеры 2-5 готовят аналогичным способом, изменяя виды реагентов и их количества.Examples 2-5 are prepared in a similar way, changing the types of reagents and their quantities.

Качество заявляемой стабилизирующей добавки оценивают на ЩМА - 15. Стабилизирующую добавку в ЩМА вводят в количестве 0,3-0,5 масс. % сверх 100% смеси минеральных компонентов с помощью линии пневмотранспорта в смеситель для приготовления ЩМА в гранулированном виде. В процессе сухого перемешивания с минеральным компонентом стабилизирующая добавка равномерно распределяется в смеси, после чего в смесь подают битум. Адсорбированный на поверхности целлюлозного волокна продукт взаимодействия активирует минеральный компонент, который при контакте с битумом увеличивает адгезию и качество дорожного покрытия.The quality of the inventive stabilizing additive is evaluated on AHMA - 15. The stabilizing additive in AHMA is introduced in an amount of 0.3-0.5 mass. % in excess of 100% of a mixture of mineral components using a pneumatic conveyor line to a mixer for the preparation of alkali pellets in granular form. During dry mixing with the mineral component, the stabilizing additive is evenly distributed in the mixture, after which bitumen is fed into the mixture. The product of interaction adsorbed on the surface of the cellulose fiber activates the mineral component, which when in contact with bitumen increases the adhesion and quality of the road surface.

В таблице 2 приведены содержание компонентов и физико-химические характеристики стабилизирующей добавки.Table 2 shows the content of the components and physico-chemical characteristics of the stabilizing additives.

В таблице 3 приведен расход материалов для приготовления щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси ЩМА-15.Table 3 shows the consumption of materials for the preparation of crushed stone and mastic asphalt mix ЩМА-15.

В таблице 4 приведены физико-механические характеристики ЩМА-15, приготовленных с заявляемой стабилизирующей добавкой (СД), состав которой приведен в примере 1 таблица 2 в количестве 0,3, 0,4 и 0,5 масс. % и добавкой по прототипу.Table 4 shows the physicomechanical characteristics of ЩМА-15, prepared with the claimed stabilizing additive (DM), the composition of which is shown in example 1, table 2 in the amount of 0.3, 0.4 and 0.5 mass. % and additive prototype.

Исходя из полученных результатов исследований щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь в композиции с разработанной нами стабилизирующей добавкой с концентрацией от 0,3% до 0,5% удовлетворяет требованиям ГОСТ 31015-2002. Из анализа таблицы видно, улучшение показателя водонасыщения до 30% по сравнению с прототипом, которое возникает вследствие увеличения сцепления вяжущего с поверхностью каменного материала из-за наличия в составе стабилизирующей добавки продукта взаимодействия, проявляющего свойства поверхностно-активного вещества. Проникновение воды внутрь дорожного покрытия - одна из главных причин его разрушения, поскольку увлажненное покрытие неизменно приводит к потере прочности. Так как продукт взаимодействия в составе комплексной добавки помимо того, что модифицирует битум, является и адгезионной добавкой, что позволяет легче смачивать поверхность минерального материала и увеличивать сцепление битума с поверхностью щебня. Прочная адгезия зерен щебня препятствует проникновению воды в граничную область фаз, что, несомненно, увеличит долговечность покрытия. Сцепление также зависит от когезионной прочности битумных пленок и их адгезии к поверхности минерального материала. Вследствие этого и возрастает показатель водонасыщения и длительной водостойкости.Based on the research results, the gravel-mastic asphalt concrete mix in the composition with the stabilizing additive developed by us with a concentration of 0.3% to 0.5% meets the requirements of GOST 31015-2002. From the analysis of the table it can be seen that the water saturation is improved by up to 30% compared with the prototype, which occurs due to an increase in the adhesion of the binder to the surface of the stone material due to the presence in the stabilizing additive composition of the interaction product exhibiting the properties of a surfactant. The penetration of water into the pavement is one of the main causes of its destruction, since a wet coating invariably leads to a loss of strength. Since the interaction product in the composition of the complex additive, in addition to modifying bitumen, is also an adhesive additive, which makes it easier to wet the surface of the mineral material and increase the adhesion of bitumen to the surface of crushed stone. Strong adhesion of grains of crushed stone prevents the penetration of water into the boundary region of the phases, which will undoubtedly increase the durability of the coating. Adhesion also depends on the cohesive strength of the bitumen films and their adhesion to the surface of the mineral material. As a result, the rate of water saturation and long-term water resistance increases.

Показатель трещиностойкости зависит от способности ЩМА работать в пределе области обратимых деформаций, в процессе эксплуатации также зависит от многих факторов: водной среды, циклов замораживания - оттаивания, старение асфальтобетона которые ведут к изменению физико-механических свойств асфальтобетона. Для добавок СД-1, СД-2, СД-3 этот показатель, как и коэффициент внутреннего трения схож с показателем ЩМА с добавкой прототипа.The fracture toughness index depends on the ability of alkali-reinforced concrete to work in the limit of the area of reversible deformations, during operation it also depends on many factors: the water environment, freeze-thaw cycles, and aging of asphalt concrete which lead to a change in the physical and mechanical properties of asphalt concrete. For additives СД-1, СД-2, СД-3, this indicator, as well as the coefficient of internal friction, is similar to the SCA with the addition of a prototype.

Предел прочности при температуре 20°С и 50°С отражает условие работы асфальтобетона в покрытии в теплый период года, и характеризует препятствие к образованию пластических деформаций. Увеличение данного показателя для температуры 20° почти в 2 раза и 50°С до 87% свидетельствует об увеличение теплостойкости покрытия, повышенной прочности композиционного материала ЩМА с добавками СД-1, СД-2, СД-3 и увеличение интервала температурной пластичности, который позволит эксплуатировать покрытие в широком диапазоне температур.The tensile strength at a temperature of 20 ° C and 50 ° C reflects the condition of asphalt concrete in the coating during the warm season, and characterizes the obstacle to the formation of plastic deformations. An increase in this indicator for a temperature of 20 ° by almost 2 times and 50 ° C to 87% indicates an increase in the heat resistance of the coating, increased strength of the composite SchMA with the addition of SD-1, SD-2, SD-3 and an increase in the temperature plasticity interval, which will allow operate the coating over a wide temperature range.

Сдвигоустойчивость ЩМА характеризует степень взаимодействия минеральных материалов с битумом. Сцепление при сдвиге при температуре 50°С у образцов ЩМА с добавкой СД-1, СД-2, СД-3 выше на 21% и 28% соответственно, чем у ЩМА с добавкой прототипа. В результате увеличения коэффициента внутреннего трения и сцепления при сдвиге повышается сдвигоустойчивость покрытия во время эксплуатации в период высоких температур окружающей среды. Это во многом возникает из-за увеличения давления в порах асфальтобетона, в результате чего снижается сдвигоустойчивость и появление в ходе чередования морозов и оттепелей трещин.The shear stability of alkali metal oxide characterizes the degree of interaction of mineral materials with bitumen. The shear adhesion at a temperature of 50 ° C for the samples of alkaline microsaturated amalgam with the addition of SD-1, SD-2, and SD-3 is higher by 21% and 28%, respectively, than for alkaline microorganisms with the addition of the prototype. As a result of an increase in the coefficient of internal friction and adhesion during shear, the shear resistance of the coating during operation during high ambient temperatures increases. This is largely due to an increase in pressure in the pores of asphalt concrete, as a result of which shear resistance and the appearance of cracks during the alternation of frost and thaw are reduced.

Из таблицы 4 можно сделать вывод, что заявляемая нами добавка удовлетворяет требованиям ГОСТ 31015-2002 по показателю стекания вяжущего. Добавки СД-1, СД-2, СД-3, состоящие из 85 - 90% целлюлозного волокна и 10-15% связующего компонента, показывают лучший результат - на 60% ниже прототипа, так как на стекание вяжущего влияет в основном природа целлюлозного волокна.From table 4 we can conclude that the additive we declare satisfies the requirements of GOST 31015-2002 in terms of binder runoff. Additives СД-1, СД-2, СД-3, consisting of 85 - 90% cellulose fiber and 10-15% of the binder component, show the best result - 60% lower than the prototype, since the nature of the cellulose fiber mainly affects the flow of binder .

Таким образом, предлагаемая нами стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси по показателям в соответствии с ГОСТ 31015-2002 превосходит известную добавку и расширяет арсенал средств в области стабилизаторов ЩМА.Thus, the stabilizing additive we offer for crushed stone and mastic asphalt mix surpasses the well-known additive in terms of performance in accordance with GOST 31015-2002 and expands the arsenal of means in the field of stabilizers for SchMA.

Claims

A stabilizing additive for crushed stone and mastic asphalt mixture in the form of granules, including cellulose fiber and a product based on waste oil and fat production, characterized in that as a product based on waste oil and fat production, the additive contains the product of the interaction of higher carboxylic acids with polyethylene polyamine and an organic solvent in the following ratio components, wt.%:

cellulose fiber 85-90

the specified interaction product 10-15,

while the reagents to obtain the interaction product are taken in the following ratio of components, wt.%:

higher carboxylic acids 30-60

polyethylene polyamine 5-15

organic solvent 35-60