RU2731176C1

RU2731176C1 - Битумно-резиновое вяжущее (варианты) для асфальтобетона и способ его получения с использованием СВЧ (варианты)

Info

Publication number: RU2731176C1
Application number: RU2020103389A
Authority: RU
Inventors: Николай Петрович Коновалов; Кристина Юрьевна Вабищевич; Петр Николаевич Коновалов; Евгений Олегович Хозеев
Priority date: 2020-01-28
Filing date: 2020-01-28
Publication date: 2020-08-31

Abstract

Изобретение относится к области строительных материалов для автомобильных дорог и может быть использовано при получении вяжущего вещества в асфальтобетоне для повышения физико-механических свойств. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании способа получения битумно-резинового композита для применения в качестве вяжущего вещества в асфальтобетоне повышенного качества. Битумно-резиновое вяжущее, как варианты вяжущего, содержит битум, нефтяной пек, нефтяной мазут и резиновую крошку при различных их соотношениях. Вяжущее получают при перемешивании компонентов с использованием нагревания СВЧ. Изобретение позволяет повысить физико-механические свойства вяжущего, такие как температура размягчения, температура хрупкости и растяжимость. 10 н.п. ф-лы, 3 табл., 5 пр.

Description

Изобретение относится к области дорожных материалов и может быть использовано в качестве вяжущего вещества для асфальтобетона. Изобретение позволяет повысить физико-механические свойства асфальтобетона, повысить адгезию вяжущего по отношению к каменным материалам.

Известно изобретение битумно-резиновая мастика (Патент РФ № 2426754 С1, МПК С08L, дата публикации: 20.08.2011), содержащая дорожный битум БНД 60/90, резиновую крошку и пластифицирующую добавку из строительной извести и минерального порошка, отличающейся тем, что дополнительно содержит полимерную добавку из резинового термоэластопласта РТЭП. При следующем соотношении компонентов, мас.%: битум БНД 60/90 68-78; резиновая крошка 9-13; резиновый термоэластопласт РТЭП 5-7. Пластифицирующая добавка при соотношении строительная известь минеральный порошок 3:7 8-12.

Недостатком является дополнительное использование пластифицирующей добавки и термоэластопласта РТЭП, что повышает стоимость конечного продукта.

Известно вяжущее (полиэтилен - гудроновое вяжущее – ПЭГВ) для дорожных покрытий (Патент РФ № 2519207 С1, МПК С08L, опубликован 10.06.2014). Вяжущее содержит, в мас.%: глубокоокисленный гудрон - 30-40; полиэтилен высокого давления - 1,5-3,5; серу элементарную - 0,15-0,45; прямогонный гудрон - до 100.

Недостатком является, что известное вяжущее характеризуется сильным токсичным запахом из-за применения серы элементарной.

Известна битумно-резиновая композиция (Патент РФ № 2462489 С2, МПК С08L, С08K, опубликован 27.09.2012) содержащая битум, резиновую крошку и девулканизующий агент. При этом в качестве девулканизующего агента используют наноразмерный кремнезоль. Соотношение компонентов следующее (м.ч.): битум - 100, резиновая крошка - 15-20, наноразмерный кремнезоль - 0,05-0,15. Битумнорезиновую композицию получают путем перемешивания исходных компонентов в герметичном реакторе при температуре 180-230°С в течение 80-120 мин.

Недостатком данной композиции является применение наноразмерного кремнезоля, который при подаче в реактор пылит, соответственно необходимо дополнительное оборудование по обеспыливанию.

Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип (Патент РФ № 2164927 С2, МПК С08L, С08L, опубликован 10.04.2001) является способ получения битумно-резиновой композиции получаемой смешением битума и резиновой крошки в герметичном реакторе в присутствии органического или неорганического основания при 160-230°С в течение 15-60 минут.

Недостатком данной композиции является необходимость фильтрования готовой продукции через металлическую сетку, что говорит о недостаточном растворении резины.

Задачей, на решение которой направлена заявляемое изобретение, заключается в создании способа получения битумно-резинового композита для применения в качестве вяжущего вещества в асфальтобетоне, повышенного качества.

Технический результат заключается в повышении температуры размягчения, растяжимости, уменьшении температуры хрупкости вяжущего вещества. А так же в повышении прочности при сжатии, водостойкости и понижению водонасыщения асфальтобетона.

Технический результат достигается тем, что битумно-резиновое вяжущее, включающее в состав разогретый битум, нефтяной пек, нефтяной мазут и резиновую крошку, согласно изобретению, имеет следующее соотношение компонентов при различных вариантах его: -битум БНД 100 /130 (570,6 г), нефтяного пека (28,5 г), нефтяного мазута (12,1 г), резиновой крошки (5,7 г),

- или битум БНД 100 /130 1 (502,0 г), нефтяного пека (50,2 г), нефтяного мазута (16,9 г), резиновой крошки (10 г),

-или битум БНД 100 /130 (320,0 г), нефтяного пека (48,0 г), нефтяного мазута (15,1 г), резиновой крошки (9,6 г),

- или битум БНД 100 /130 (550,0 г), нефтяного пека (110,0 г), нефтяного мазута (34,1 г), резиновой крошки (22,0 г),

-или битум БНД 100 /130 (550,0 г), нефтяного пека (137,5 г), нефтяного мазута (42,9 г), резиновой крошки (27,5 г).

Технический результат достигается и тем , что способ получения битумно-резиновых мастик, включает смешивание состава, обработку СВЧ-энергией и нагревание.

Согласно изобретению, перед смешиванием и нагревом СВЧ-энергией смесь предварительно нагревают в сушильном шкафу при температуре 165°С в течении 2 часов, при этом, перемешивание смеси (№1) происходит в течении 1 ч 15 минут до температуры 200,0°С; что перемешивание смеси (№2) происходит в течении 0 ч 40 минут до температуры 200,0°С, перемешивание смеси (№3) происходит в течении 1 ч 10 минут до температуры 156,0°С; перемешивание смеси (№4) происходит в течении 0 ч 30 минут до температуры 176,0°С; перемешивание смеси (№5) происходит в течении 0 ч 40 минут до температуры 180,0°С.

Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».

Проведенный дополнительный сопоставительный анализ патентной и научно-технической информации не выявил источники, содержащие сведения об известности совокупности отличительных признаков заявляемого битумно-резинового вяжущего и способа его получения

свидетельствует о его соответствии критерию «изобретательский уровень».

Приготовление смеси битумно-резинового вяжущего осуществлялось следующим образом:

Состав №1. В мерную колбу объемом 1000 мл, вносили разогретый до 150°С битум БНД 100/130 570,6 г, затем добавляли 28,5 г нефтяного пека, резиновой крошки 5,7 г и 12,1 г нефтяного мазута.

Состав №2. В мерную колбу объемом 1000 мл, вносили разогретый до 150°С битум БНД 100/130 502,0 г, затем добавляли 50,2 г нефтяного пека, резиновой крошки 10,0 г и 16,9 г нефтяного мазута.

Состав №3. В мерную колбу объемом 1000 мл, вносили разогретый до 150°С битум БНД 100/130 320,0 г, затем добавляли 48,0 г нефтяного пека, резиновой крошки 9,6 г и 15,1 г нефтяного мазута

Состав №4. В мерную колбу объемом 1000 мл, вносили разогретый до 150°С битум БНД 100/130 550,0 г, затем добавляли 110,0 г нефтяного пека, резиновой крошки 22,0 г и 34,1 г нефтяного мазута

Состав №5. В мерную колбу объемом 1000 мл, вносили разогретый до 150°С битум БНД 100/130 550,0 г, затем добавляли 137,5 г нефтяного пека, резиновой крошки 27,5 г и 42,9 г нефтяного мазута

Соотношение компонентов в процентах приведено в таблице 1.

Таблица 1

Соотношения компонентов

№п/п	Компоненты (г)	Номера составов
№п/п	Компоненты (г)	1	2	3	4	5
1	Битум	570,6	502,0	320,0	550,0	550,0
2	Резиновая крошка	5,7	10,0	9,6	22,0	27,5
3	Нефтяной мазут	12,1	16,9	15,1	34,1	42,9
4	Нефтяной пек	28,5	50,2	48,0	110,0	137,5

Затем смеси материалов ставили в сушильный шкаф на 2 часа при температуре 165°С. Периодически, через каждые 30 минут, смесь перемешивали на высокоскоростном диспергаторе. Далее смесь заливали в смеситель с СВЧ-нагревом. Перемешивание проводилось: для состава №1 1 час 15 минут до температуры 200°С, для состава №2 40 минут до температуры 200°С, для состава №3 1 час 10 минут до температуры 156°С, для состава №4 30 минут до температуры 176°С, для состава №5 40 минут до температуры 180°С.

Составы №1, №2, №3 по своей консистенции были однородные, состав №4 и №5 в своем составе имели частицы не разложившегося нефтяного пека и резиновой крошки, поэтому дополнительно обработаны диспергатором в течении 10 минут.

Результаты по определению физико-механических свойств вяжущего приведены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты физико-механических испытаний вяжущего

№п/п	Наименование показателя	Номер состава	Показатели
			Единичное значение	Среднее значение
1	Температура размягчения, °С	1	+46,5	+46,6
			+46,6
			+46,6
		2	+47,8	+47,8
			+47,8
			+47,7
		3	+48,0	+48,2
			+48,3
			+48,2
		4	+50,0	+50,1
			+50,2
			+50,0
		5	+50,2	+50,2
			+50,1
			+50,2
2	Температура хрупкости, °С	1	-20,0	-20,0
			-20,1
			-20,0
		2	-21,0	-21,0
			-20,9
			-21,0
		3	-21,0	-21,1
			-21,1
			-21,1
		4	-21,7	-21,8
			-21,8
			-21,7
		5	-22,0	-22,0
			-22,1
			-22,0
3	Растяжимость при 0°С, см	1	3,9	4,0
			4,0
			4,0
		2	4,3	4,3
			4,3
			4,2
		3	4,5	4,5
			4,6
			4,4
		4	4,5	4,6
			4,6
			4,6
		5	4,8	4,9
			4,9
			4,9

Результаты испытаний на адгезию к каменным материалам, таким как гранит, базальт и щебень из гравия, составы №1 и №2 не выдержали к граниту, остальные все составы ко всем каменным материалам испытание выдержали.

По результатам, приведенным в таблице 2 можно сделать выводы, что составы №4 и №5 по своему содержанию однородны, резиновая крошка растворилась, что говорит о высоких физико-механических результатах испытаний, высокая температура размягчения, низкая температура хрупкости и достаточно хорошая растяжимость. Составы №4 и №5 выбраны в качестве вяжущего для асфальтобетона.

На втором этапе произведен замес асфальтобетона тип Б марка II на вяжущих №4 и №5, а так же один состав на битуме БНД 100/130 в качестве эталонного образца. Состав асфальтобетона: щебень из гравия фракции св.10 до 20 мм – 22%, щебень из гравия фракции от 5 до 10 мм – 21%, песок из отсевов дробления – 52%, минеральный порошок – 5%, вяжущее – 5,7%. Минеральные материалы изначально высушены до постоянной массы. После точного дозирования щебень из гравия и песок из отсевов дробления помещены в сушильный шкаф на 2 часа при температуре 165°С, вяжущее нагревалось отдельно 1,5 часа при температуре 140°С. Далее на горячую смесь щебня из гравия и песка из отсевов дробления, высыпали минеральный порошок и налили вяжущее. Затем смесь грелась в сушильном шкафу 1 час при температуре 150°С периодически через каждые 15 минут перемешиваясь. Далее из смеси формовали образцы диаметром 71,5 мм. Образцы перед испытаниями выдержали на воздухе при комнатной температуре 1 сутки. Испытания проводили в соответствии с ГОСТ 12801-98. Результаты испытания асфальтобетона приведены в таблице 3. Состав №1 – на битуме БНД 100/130, состав №2 – на вяжущем №4, состав №3 – на вяжущем №5.

Таблица 3

Результаты физико-механических результатов испытаний асфальтобетона

№п/п	Наименование показателя	Номер состава	Показатели
			Единичное значение	Среднее значение
1	Предел прочности при сжатии, Мпа при температуре:
	20°С	1	2,58	2,59
			2,59
			2,59
		2	2,58	2,58
			2,58
			2,59
		3	2,64	2,65
			2,65
			2,65
	50°С	1	1,27	1,28
			1,28
			1,28
		2	1,34	1,33
			1,32
			1,33
		3	1,54	1,55
			1,55
			1,55
	0°С	1	8,01	8,00
			8,00
			8,00
		2	7,59	7,58
			7,57
			7,58
		3	8,00	8,02
			8,03
			8,02
	20_в°С	1	2,53	2,54
			2,55
			2,54
		2	2,59	2,60
			2,60
			2,60
		3	2,83	2,83
			2,82
			2,83
	20_дл°С	1	2,41	2,40
			2,40
			2,40
		2	2,47	2,48
			2,47
			2,49
		3	2,59	2,60
			2,60
			2,60
2	Средняя плотность, г/см³	1	2,36	2,36
			2,36
			2,35
		2	2,37	2,37
			2,37
			2,37
		3	2,38	2,38
			2,37
			2,38
3	Водонасыщение, % по объему	1	3,03	3,02
			3,02
			3,00
		2	2,98	2,97
			2,97
			2,95
		3	2,83	2,83
			2,85
			2,82
4	Коэффициент водостойкости	1	0,98	0,98
			0,98
			0,98
		2	1,00	1,00
			1,01
			1,00
		3	1,07	1,07
			1,06
			1,07
5	Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении	1	0,93	0,93
			0,93
			0,93
		2	0,96	0,96
			0,96
			0,96
		3	0,98	0,98
			0,98
			0,98

Данные представленные в таблице 3 показывают положительное влияние модифицированного вяжущего на физико-механические свойства асфальтобетона. Состав с вяжущим №5, где наибольшее содержание резиновой крошки, показал более высокие показатели. Плотность выше, чем у состава на битуме БНД 100/130, показатели водостойкости, как при длительном, так и при простом водонасыщении так же выше. Водонасыщение меньше, что говорит о меньшем содержании пор и более плотном составе. Предел прочности на сжатие при температуре 50°С высокий, что говорит о теплостойкости асфальтобетона, предел прочности на сжатие при 0°С показывает высокую трещиностойкость в зимний период. Так же дополнительно смеси были исследованы на адгезию. Полученные результаты показали отличную адгезию по 5 шкале на 5 баллов состав №3 на вяжущем с максимальным содержанием резиновой крошки и состав №2, на 4 балла состав №1.

Проведенные в работе исследования показывают, что добавление резиновой крошки в битум, позволяет повысить его физико-механические свойства, такие как температура размягчения, температура хрупкости и растяжимость. Получается вяжущее, которое является практически аналогом полимебитумного вяжущего, только с использованием отходов резины. Установлено, что асфальтобетон на модифицированном вяжущем позволяет повысить физико-механические свойства, такие как водостойкость, плотность, предел прочности при сжатии при температурах 20°С, 0°С, 50°С, понизить водонасыщение. Изношенные шины это эластомерный материал с уникальными свойствами. Производство резиновых изделий, а именно автомобильных шин увеличивается с каждым годом, соответственно растут отходы, что неблагоприятно влияет на окружающую среду. Резиновая крошка, получаемая из отходов резины является уникальным модификатором вяжущего для асфальтобетона. Так как по сравнению с каучуками более устойчива к окислительному воздействию кислорода воздуха, обладает высокой устойчивостью к солевым растворам и воде. В своем составе резиновая крошка содержит полимеры, пластификаторы и антиоксиданты, благодаря им повышается устойчивость вяжущего в условиях эксплуатации.

Claims

1. Битумно-резиновое вяжущее, включающее в своем составе разогретый битум, резиновую крошку, отличающееся тем, что дополнительно содержит нефтяной пек, нефтяной мазут при соотношении компонентов, г:

битум БНД 100/130 570,6 нефтяной пек 28,5 нефтяной мазут 12,1 резиновая крошка 5,7

2. Битумно-резиновое вяжущее, включающее в своем составе разогретый битум, резиновую крошку, отличающееся тем, что дополнительно содержит нефтяной пек и нефтяной мазут в соотношении компонентов, г:

битум БНД 100/130 502,0 нефтяного пека 50,2 нефтяного мазута 16,9 резиновой крошки 10,0

3. Битумно-резиновое вяжущее, включающее в своем составе разогретый битум, резиновую крошку, отличающееся тем, что дополнительно содержит нефтяной пек и нефтяной мазут в соотношении компонентов, г:

битум БНД 100/130 320,0 нефтяной пек 48,0 нефтяной мазут 15,1 резиновая крошка 9,6

4. Битумно-резиновое вяжущее, включающее в своем составе разогретый битум, резиновую крошку, отличающееся тем, что дополнительно содержит нефтяной пек и нефтяной мазут в соотношении компонентов, г:

битум БНД 100/130 550,0 нефтяной пек 110,0 нефтяной мазут 34,1 резиновая крошка 22,0

5. Битумно-резиновое вяжущее, включающее в своем составе разогретый битум, резиновую крошку, отличающееся тем, что дополнительно содержит нефтяной пек и нефтяной мазут в соотношении компонентов, г:

битум БНД 100/130 550,0 нефтяной пек 137,5 нефтяной мазут 42,9 резиновая крошка 27,5

6. Способ получения вяжущего по п.1, включающий нагрев битума, отличающийся тем, что нагрев битума осуществляют с применением СВЧ при перемешивании смеси в течение 1 ч 15 минут до температуры 200,0°С.

7. Способ получения вяжущего по п.2, включающий нагрев битума, отличающийся тем, что нагрев битума осуществляют с применением СВЧ при перемешивании смеси в течение 40 минут до температуры 200,0°С.

8. Способ получения вяжущего по п.3, включающий нагрев битума, отличающийся тем, что нагрев битума осуществляют с применением СВЧ при перемешивании смеси в течение 1 часа 10 минут до температуры 156,0°С.

9. Способ получения вяжущего по п.4, включающий нагрев битума, отличающийся тем, что нагрев битума осуществляют с применением СВЧ при перемешивании смеси в течение 30 минут до температуры 176,0°С.

10. Способ получения вяжущего по п.5, включающий нагрев битума, отличающийся тем, что нагрев битума осуществляют с применением СВЧ при перемешивании смеси в течение 40 минут до температуры 180,0°С.