RU2746887C1

RU2746887C1 - Масса на основе битума для дорожного покрытия

Info

Publication number: RU2746887C1
Application number: RU2020113146A
Authority: RU
Inventors: Роланд ГЮНТНЕР
Original assignee: Й. Реттенмайер Унд Зёне Гмбх + Ко. Кг
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2018-09-13
Publication date: 2021-04-21
Also published as: PL3681953T3; EP3681953A1; WO2019053125A1; DK3681953T3; EP3681953B1; DE102017008589A1

Abstract

Изобретение относится к массе на основе битума для изготовления дорожного покрытия, содержащей обновитель, состоящий из жирного спирта или смеси из жирного спирта и жирной кислоты, при этом число атомов углерода жирной кислоты или жирного спирта составляет по меньшей мере 6 атомов С, самое большее 24 атома С. Количество обновителя относительно количества битума или битумсодержащего вяжущего составляет от 0,5 до 10%. Изобретение позволяет получить массу на основе битума с замедленным старением и позволяет предотвратить старение обновленного или исходного битума или их смеси. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 23 ил.

Description

Изобретение относится к массе на основе битума, содержащей обновитель. Под битумом может пониматься свежий или обработанный битум или их смесь. Понятие битум охватывает также битумсодержащие вяжущие. Изобретение относится также к использованию обновителя для омоложения состарившейся битумсодержащей массы или для замедления процессов ее старения.

Масса на основе битума помимо битума и обновителя, в соответствии с целевым применением и рецептурой, может содержать и другие органические или неорганические компоненты любого рода. Это, помимо прочего, могут быть такие добавки, как целлюлозные, джутовые, пеньковые волокна, волокно сизаль, льняные, соломенные, хлопковые, древесные волокна или искусственные волокна, такие как полиолефиновые волокна, или неорганические волокна, такие как стекловолокно. Другими добавками могут также быть, например, воски, такие как горный воск, воск Фишера-Тропша, амидный воск, полимерный воск, производные жирных кислот, полимеры, такие как пластомеры, эластомеры, дюропласты, усилитель адгезии или неорганические компоненты, такие как цеолиты, или минеральные вещества в форме частиц горной породы. Такая масса может быть использована для различных целей, например, в строительстве, в частности, для дорожного покрытия на основе асфальта.

Асфальт представляет собой смесь минеральных веществ и битумсодержащих вяжущих, следовательно, массу на основе битума. Под минеральными веществами в данном случае понимаются частицы горной породы разного размера. Что касается битума, можно говорить как о немодифицированном, так и смешанном с улучшающими определенные свойства добавками, так называемом, модифицированном битуме. В качестве добавок часто применяют полимеры и воски, однако, также и другие органические и/или неорганические добавки, такие как усилитель адгезии. Кроме этого, битум может быть окислен, разжижен, эмульгирован и т.п.

Как известно, дорожное покрытие такого типа со временем подвергается процессу старения. Старение проявляется в форме трещин, ломкости, потери эластичности, а также потери прочности. Появляются выбоины и нежелательная шероховатость; края дорожного покрытия осыпаются. В основе процесса старения лежит, прежде всего, утрата биутмсодержащим вяжущим различных физико-химических свойств, например, вязко-эластичных свойств (охрупчивание) или прочности адгезии.

Причиной этого является, прежде всего, климатическое воздействие, а именно, влияние тепла и холода, кислорода, УФ-излучения, солнца, воды и льда.

Дорожное покрытие с течением времени может ухудшаться настолько, что это мешает езде и, возможно, снижает безопасность движения.

Обычный способ преодоления такого положения состоит в том, что покрытие полностью или частично срезают фрезой и заменяют на новое покрытие. Срезанный материал называют асфальтовым ломом. Асфальтовый лом скапливается в больших количествах как строительный мусор. Его можно использовать для заполнения впадин, а также перерабатывать, см. US 2015/0329702 А1 (=D1). Известны многочисленные способы переработки. Асфальтовый лом содержит, помимо прочего, битум и горную породу. При срезании фрезой его разделяют на большие или меньшие куски. Этот материал доставляют на установку переработки для дополнительного размельчения до асфальтового гранулята.

При наличии частично уже второй и третий раз использованного асфальта (вторая и третья генерация асфальтового гранулята), настоятельная необходимость принятия мер возникает как раз ввиду старения битума, т.е., утраты битумсодержащим вяжущим различных свойств. Степень старения вяжущего из такого асфальтового гранулята увеличивается с каждым новым употреблением. Поэтому содержащееся в асфальтовом грануляте вяжущее только в ограниченном объеме переходит в новые асфальтовые смеси. Следовательно, улучшение свойств вяжущего асфальтового гранулята является актуальной и важной целью отрасли, производящей асфальтовые материалы. С этим связано максимально возможное и одновременно технологичное повторное применение асфальтового гранулята, и, вследствие этого, значительная экономическая выгода для всех производителей асфальтовых материалов, так как возможно, в том числе, сэкономить существенное количество свежего битума и горной породы и получить наивысшую добавленную стоимость высококачественных слоев. Наряду с этим, может иметь место существенный вклад в сбережение экологических и экономических ресурсов.

При добавлении рециркулируемого материала в форме асфальтового гранулята в смесительной установке различают холодный и горячий режим добавления:

Холодный режим добавления представляет собой переработку асфальтового гранулята без подвода тепла. Асфальтовый гранулят дозируют непосредственно в смеситель, например, при помощи ленточного транспортера.

Горячий режим добавления представляет собой переработку асфальтового гранулята с подводом тепла способом, предусматривающим использование параллельного барабана, в отдельной установке. В параллельном барабане асфальтовый гранулят нагревают до температуры от 120 до, максимум, 150 градусов Цельсия, после чего подают в смеситель.

Повторное использование асфальтового лома или асфальтового гранулята играет важную роль в строительстве асфальтированных дорог. Принимая во внимание большое количество добавляемого при производстве асфальта асфальтового гранулята, старение асфальта или битума приобретает все большее значение.

Одно из возможных решений заключается в регенерации старого битума, т.е., в насколько возможно полном восстановлении исходных свойств битума. Это может быть достигнуто путем добавления надлежащих веществ, так называемых, обновителей.

Обновитель должен наилучшим образом восстанавливать исходные свойства битума, следовательно, омолаживает состарившийся с течением времени битум. В идеальном случае, обновитель также оказывает длительное омолаживающее действие, следовательно, замедляет дальнейшее старение.

Особенно выгодно, когда подобный обновитель дополнительно и в свежем битуме или содержащих свежий битум массах вызывает указанное замедление дальнейшего старения.

В известных на настоящее время обновителях речь идет о жидкостях, таких как, например, минеральные масла или растительные масла, которые при добавлении в старый битум делают его мягче.

В WO 2010/110651 A1 (=D2) в качестве обновителя для рециркулированного асфальта описано масло ореха кешью (CNSL).

В WO 2008/084014 (=D3) в качестве обновителя для рециркулированного асфальта описан состав из пальмового масла и битума.

В US 7008670 В1 (=D4) в качестве обновителя для рециркулированного асфальта описаны продукты из соевых бобов, например, соевое масло.

В US 2008/0041276 А1 (=D5) в качестве обновителя для рециркулированного асфальта описаны минеральные масла, растительные масла и функционализированный сложным эфиром обновитель.

В WO 2013/090283 (=D6) описан функционализированный сложным эфиром обновитель для рециркулированного асфальта.

В US 2015/0329702 А1 (=D7) в качестве обновителя для рециркулированного асфальта описан осадок переработки масла и жира. Речь идет о побочном продукте, который остается после удаления из масел и жиров жирных кислот путем экстракции. В абзаце [0083] этого документа вместо стеариновой кислоты рекомендуют применять осадки масел и жиров.

В CN 104154848 А (=D8) описана битумсодержащая масса со значительным количеством компонентов, в том числе, стеариновой кислотой. При этом, речь идет о, так называемом, асфальте для ремонта, который перерабатывают в холодном режиме, т.е., при температуре 50°С. Асфальт имеется в форме водомасляной эмульсии. Для того, чтобы асфальт можно было переработать, он должен иметь малую вязкость и, следовательно, высокую текучесть. Поэтому в него добавляют указанное количество дополнительных компонентов, в том числе, относительно большую долю стеариновой кислоты. Следовательно, в указанном документе речь идет только о способах укладки асфальта на стройплощадке, а не о проблеме старения дорожного покрытия.

В основе изобретения лежит задача создания массы на основе битума, содержащей обновитель, омолаживающий состарившийся с течением времени битум. В идеальном случае, обновитель также в течение длительного времени оказывает неослабевающее омолаживающее действие, следовательно, замедляет дальнейшее старение. Одновременно, в основе изобретения лежит задача обеспечения вещества, предназначенного для использования в качестве обновителя.

Эти задачи решены посредством отличительных признаков независимых пунктов формулы изобретения. Согласно изобретению, в качестве обновителя применяют жирный спирт или жирную кислоту или их смесь, при этом, каждый из них включает, по меньшей мере, 6 атомов С, самое большее, 24 атома С, предпочтительно, по меньшей мере, 10 атомов С, самое большее, 22 атома С, особенно предпочтительно, по меньшей мере, 14 атомов С, самое большее, 20 атомов С. В идеальном случае, применяют обновитель указанного типа, включающий, по меньшей мере, 16 атомов С, самое большее, 18 атомов С. Содержание обновителя относительно количества присутствующего в массе битума или битумсодержащего вяжущего может составлять от 0,5 до 10% вес.

В качестве обновителей особенно хорошо подходят алифатические, т.е., не ароматические соединения.

Изобретение также относится к использованию жирного спирта и/или жирной кислоты или их смеси в качестве обновителя для омоложения состарившейся битумсодержащей массы или для замедления процессов старения битумсодержащей массы, при этом, число атомов С составляет от 6 до 24, при этом, количество обновителя относительно битума или битумсодержащего вяжущего составляет от 0,5 до 10%.

Из этой группы особенно хорошо подходят одновалентные соединения, т.е., соединения с одной СООН-группой или ОН-группой.

Из этой группы особенно хорошо подходят неразветвленные соединения.

Из этой группы особенно хорошо подходят насыщенные соединения.

В ходе обширных экспериментов неожиданно хорошие результаты были получены для стеариновой кислоты, далее сокращенно STAC. Однако, и такие жирные кислоты, как, например, каприловая кислота, жидкая жирная кислота, или бегеновая кислота, твердая жирная кислота, оказывали действие, хотя и в меньшем масштабе. В обычно имеющихся в настоящее время на рынке и исследованных стеариновых кислотах речь, чаще всего, идет о смесях, содержащих значительную долю стеариновой кислоты и небольшую долю пальмитиновой кислоты. Поэтому изобретение охватывает также подобные смеси или принятые в торговой практике добавки побочных продуктов процессов производства соответствующих веществ.

Идеальным вариантом оказался жирный спирт, в частности, стеариловый спирт, далее сокращенно STAL.

Важные параметры для понимания действия соответствующего изобретению обновителя - температура размягчения и глубина проникания иглы - упомянуты ниже. Из этих двух параметров более важна температура размягчения. Именно на этот параметр соответствующий изобретению обновитель оказывает особенно благоприятное влияние.

Особенно неожиданным и значительным преимуществом соответствующей изобретению добавки является, прежде всего, ее высокая эффективность в функции обновителя. Проведенные исследования показали, что даже при небольшом содержании соответствующего изобретению обновителя, например, 3% относительно вяжущего, исключается долговременное старение, т.е., старение, которому подвергается вяжущее в дорожном покрытии в течение срока эксплуатации до, приблизительно, 20 лет и более. При этом, обновитель подходит для применения на практике в таком небольшом применяемом количестве.

По сравнению с современными представленными на рынке жидкими обновителями, наиболее пригодные соответствующие изобретению обновители являются твердыми веществами, которые очень эффективно смягчают и омолаживают состарившийся битум. Представленные на рынке обновители, согласно изобретению, дозируют в количестве, примерно, 3-15%, в частности, 8-10% относительно битума. В случае, например, стеариновой кислоты (STAC) и стеарилового спирта (STAL), необходимое применяемое количество, в каждом случае, значительно меньше, около, примерно, 0,5-10%, предпочтительно, 1-9%, особенно предпочтительно, 2-8%, лучше всего, 3-6%.

Также просматривается значительная линейная зависимость омоложения от выбранного дозируемого количества. Таким образом, могут быть рассчитаны необходимые дозируемые количества добавки. Эффект омоложения доказуемо действенный в отношении реологических свойств и долговечности. Даже низкотемпературные свойства модифицированного обновителем битума значительно улучшаются, риск появления трещин и хрупкости на морозе существенно снижается. Соответствующий изобретению обновитель, в отличие от некоторых других известных обновителей, не оказывает отрицательного влияния на коэффициент сцепления битума с горной породой.

При рециркуляции битума или битумсодержащей массы, такой как асфальтовое дорожное покрытие, обновитель может быть добавлен в любой форме. Особенно выгодным оказалось добавление соответствующей изобретению добавки в гранулированной форме, предпочтительно, в форме гранул. При этом, может быть полезным добавление в гранулы дополнительных материалов, таких как целлюлозные волокна, а также других органических или неорганических веществ, какие обычно используются в качестве компонентов рецептуры битумсодержащих масс. Было обнаружено, что целлюлозные волокна чрезвычайно эффективны с точки зрения формирования отдельных гранул. Целлюлозные волокна выполняют роль «стабилизирующей добавки», и их введение в определенные дорожные покрытия в разных странах является обязательным. «Стабилизирующие добавки» обеспечивают необходимую стабилизацию битуминозных масс, т.е., предотвращают расслоение компонентов смеси из-за указанного изменения вяжущего. Если волокна уже в грануле соединены с добавкой и другими компонентами, нет необходимости в отдельных процессах добавления компонентов дорожной смеси, напротив, все может быть смешано в едином процессе и полностью автоматически. После добавления гранул в дорожную смесь, содержащую минеральные вещества и вяжущее, в смесителе при приложении сдвиговых усилий и повышенной температуре происходит процесс «растворения». Это означает, что благодаря небольшой температуре плавления, плавкая добавка в составе гранулы после добавления в горячую смесь превращается в жидкость и одновременно гомогенно растворяется в вяжу ем. Прочность оставшейся структуры гранулы снижается, гранула «распадается» под действием приложенных сдвиговых усилий, и все другие, неплавкие компоненты гранулы после этого неизбежно разъединяются и поэтому могут в полной мере выполнять свои функции. Они равномерно распределяются и обеспечивают соответствующее воспроизводимое модифицирование и омоложение. Благодаря свойству быстрого «растворения» и равномерному распределению гранул в смеси, можно отказаться от требующего много времени дополнительного перемешивания.

Изобретение может быть использовано не только для (частично) предотвращения старения битума или битумсодержащих масс, таких как, например, асфальтовый лом, но также может оказывать положительное влияние на процессы старения обновленного или исходного битума или их смеси, т.е., замедлять старение. Выражаясь упрощенно, можно сказать, что изобретение, в зависимости от качества битума, решает, по меньшей мере, одну из следующих задач, при этом, необходимое применяемое количество обновителя составляет около 0,5-10%, предпочтительно, 1-9%, особенно предпочтительно, 2-8%, самое лучшее, 3-6% относительно битума:

- при переработке состарившегося битума или состарившейся битумсодержащей массы: «делает из старого новое»

- после переработки состарившегося битума или состарившейся битумсодержащей массы: «предотвращается старение, т.е., обновленный битум стареет менее активно»

- при добавлении соответствующего изобретению обновителя в исходный битум или содержащую исходный битум массу: «предотвращается старение, т.е., свежий битум стареет менее активно»

Чтобы выяснить действие обновителей на старение вяжущего, битумы искусственно состаривают в лаборатории и исследуют химико-физические свойства вяжущего до и после старения. Этот способ моделирования старения битума стандартизован на уровне ЕС.

Существует два метода состаривания битумов. Быстрое состаривание (метод RTFOT) соответствует старению вяжущего во время процессов производства и переработки асфальта. Медленное состаривание (метод PAV) соответствует старению вяжущего во время срока службы.

На соответствующие изобретению добавки распространяются следующие исследования.

Метод состаривания вяжущего:

Быстрое состаривание, способ RTFOT (Rolling-Thin-Film-Oven-Test, испытание на укатывание тонкой пленки в печи): метод RTFOT осуществляют в соответствии с DIN EN 12607-1. Образец вяжущего в стеклянном сосуде нагревают в нагревательной камере за определенное время до заданной температуры. При вращении сосуда образуется тонкая пленка вяжущего, к которой подводят постоянный поток воздуха. Метод осуществляют при 163°С 75 минут.

Медленное состаривание, метод PAV (Pressure Ageing Vessel, сосуд для старения под давлением): метод PAV осуществляют в соответствии с DIN EN 14769. Образец вяжущего помещают в испытательное устройство в форме неподвижной пленки на определенное время при заданной температуре и давлении. Метод осуществляют при 100°С 20 часов при 21 бар.

Для определения химико-физических свойств вяжущего применяют описанные ниже методы испытания.

Метод «кольцо и шар» для регистрации температуры размягчения: эти обычные методы осуществляют в соответствии с DIN EN 1427. В основе определения температуры лежит то, что битум (в латунном кольце) при определенных условиях испытания при равномерном нагревании претерпевает определенную деформацию под действием веса наложенного стального шара. Переход из твердого в жидкое состояние как правило, плавный. Сбор данных и классификацию битумов методом «кольцо и шар» проводят в верхнем диапазоне эксплуатационных температур. Чем более жестким/вязким является битум, тем выше температура его размягчения. Это испытание указывает на поведение битума при высоких температурах и позволяет соотнести вяжущее с соответствующей спецификацией.

Испытание на глубину проникания: это испытание, проводимое в соответствии с DIN EN 1426, определяется как глубина проникания в битум иглы с нагрузкой 100 г за 5 секунд. Температура испытания для обычных дорожных битумов устанавливается равной 25°С. Результаты измерения выражают в 1/10 мм. Испытание на глубину проникания предназначено для определения «твердости» или жесткости вяжущего. В классификации битума указаны диапазоны глубины проникания. Чем меньше величина глубины проникания, тем тверже вяжущее.

Испытание на реометре динамического сдвига: согласно DIN EN 14770, при помощи реометра динамического сдвига (Dynamischen Scherrheometer, DSR) и разных, по выбору, способов испытания и соответствующей геометрии образца может быть установлен целый ряд различных свойств материала. Важными реологическими величинами в испытании битума являются, например, комплексный модуль упругости/сдвига G* как мера жесткости вяжущего и связанный с ним фазовый угол ρ, который позволяет оценить вязкую составляющую и эластичную составляющую G*.

Испытание на реометре изгибания бруска: при помощи реометра изгибания бруска (Biegebalken-Rheometer, BBR) в соответствии с DIN EN 14771 исследуют свойства битума при низких температурах. Небольшой брусок битума располагают в термостате на двух опорах и нагружают прикладываемой посередине постоянной силой. Величины, регистрируемые при нагружении, дают сведения о жесткости образца и скорости ползучести во время нагружения. Полученные величины позволяют оценить температуру, при которой битум переходит в хрупкое состояние и склонен к образованию холодных трещин.

Метод «Rolling-Bottle-Test» (испытание во вращающейся колбе): метод Rolling-Bottle-Test предназначен для оценки адгезии между битумом или битумсодержащим вяжущим и горной породой и осуществляется в соответствии с DIN EN 12697-11.

Частицы горной породы класса крупности 8/11 или 5/8 полностью покрывают вяжущим и подвергают механической нагрузке во вращающейся стеклянной колбе с заданными интервалами времени. По окончании каждого интервала времени визуально оценивают оставшуюся степень покрытия. Оставшуюся степень покрытия выражают в процентах.

Проведенные с обновителем или добавкой эксперименты и полученные результаты состояли в следующем:

Сначала в качестве базового вяжущего выбрали стандартный дорожный битум 50/70 по TL Bitumen 07/13 (технические условия).

Эксперимент включал три этапа:

Этап 1: Изготовление достаточного для всех экспериментов количества состарившегося битума (RTFOT и PAV)

Исследование действия обновителя путем определения глубины проникания иглы и температуры размягчения методом «кольцо и шар» для базового битума и после добавления обновителя для каждой из ступеней старения.

Этап 2: Исследование действия обновителя при помощи реометра динамического сдвига (DSR) и реометра изгибания бруска (BBR) для базового битума и после добавления обновителя для каждой из ступеней старения.

Этап 3: Исследование действия обновителя методом Rolling-Bottle-Test для базового битума и после добавления обновителя для каждой из ступеней старения.

Программа исследования представлена на фиг. 1 в форме блок-схемы.

Результаты исследований со стеариновой кислотой (STAC)

Глубина проникания иглы

Результаты определения глубины проникания иглы обобщены на фиг. 2 и фиг. 3.

Прежде всего, результаты определения глубины проникания иглы указывают на то, что базовый битум 50/70 после RTFOT и PAV демонстрирует явные признаки повышения твердости, следовательно, глубина проникания снижается. Вяжущее в свежем состоянии характеризуется еще 50 1/10 мм, после RTFOT уже 32 1/10 мм и после RTFOT и PAV всего лишь 19 1/10 мм. Т.е., после RTFOT и PAV разница с исходным вяжущим составляет 31 1/10 мм.

Добавление обновителя взывает омоложение вяжущего после старения. Жесткость вяжущего уменьшается, т.е., глубина проникания увеличивается. При добавлении 3% STAC глубина проникания увеличивается с 19 1/10 мм на 13 1/10 мм до 32 1/10 мм. Это соответствует величине для состаренного методом RTFOT базового вяжущего 50/70. При добавлении 6% STAC глубина проникания увеличивается с 19 1/10 мм до 47 1/10 мм. Следовательно, путем такой добавки достигается уровень исходного вяжущего.

Повторное состаривание методами RTFOT и PAV вяжущего с добавлением 3% STAC опять вызывает повышение жесткости вяжущего с 32 1/10 мм на 7 1/10 мм до 25 1/10 мм после RTFOT и до 19 1/10 мм после RTFOT и PAV. Т.е., разность между величиной после RTFOT и PAV и величиной для обновленного вяжущего составляет 13 1/10 мм.

Повторное состаривание (RTFOT и PAV) вяжущего с добавлением 6% STAC вызывает повышение жесткости с 47 1/10 мм на 10 1/10 мм до 37 1/10 мм после RTFOT и до 23 1/10 мм после RTFOT и PAV. Т.е., разность с величиной после RTFOT и PAV составляет 24 1/10 мм.

В целом, величина глубины проникания после добавления обновителя (3% и 6% STAC) увеличивается. Следовательно, вяжущее становится мягче. Результаты измерения глубины проникания иглы после двух ступеней состаривания указывают на то, что вяжущее, модифицированное STAC, менее активно стареет, чем свежее вяжущее (ср. с фиг. 3). Если для исходного битума от величины глубины проникания после медленного старения (RTFOT и PAV) остается 38%, то при добавлении 3% STAC это 59% и при добавлении 6% STAC - 49%.

Определение температуры размягчения методом «кольцо и шар»

Результаты определения температуры размягчения методом «кольцо и шар» обобщены на фиг. 4 и фиг. 5.

Как и в случае глубины проникания иглы, результаты определения температуры размягчения указывают на то, что базовый битум 50/70 после состаривания методами RTFOT и PAV становится тверже. Температура размягчения с 52°С после RTFOT увеличивается до 57,4°С, и после RTFOT и PAV увеличивается до 68,8°С, что соответствует разности 16,8°С.

Добавление обновителя вызывает омоложение состарившегося вяжущего, что выражается в снижении температуры размягчения. При добавлении 3% STAC ее величина уменьшается с 68,8°С до 59,2°С (разность 9,6°С), что соответствует диапазону температуры размягчения базового битума 50/70, состаренного методом RTFOT. При добавлении 6% STAC величина температуры размягчения уменьшается с 68,8°С до 53,0°С, т.е., до уровня несостаренного исходного битума 50/70.

Повторное состаривание методами RTFOT и PAV при добавлении 3% STAC также вызывает повышение жесткости вяжущего, что выражается в увеличении температуры размягчения с 59,2°С до 64,2°С (разность 5,0°С) после RTFOT и до 74,2°С после RTFOT и PAV. Разность между величиной после RTFOT и PAV и величиной для обновленного вяжущего, следовательно, равна 15,0°С.

Повторное состаривание (RTFOT и PAV) вяжущего, обновленного добавлением 6% STAC, вызывает повышение температуры размягчения с 53,0°С до 59,0°С (разность 6,0°С) после RTFOT и с 53,0 до 69,8°С после RTFOT и PAV. Разность между величиной после RTFOT и PAV и величиной для обновленного вяжущего, следовательно, равна 16,8°С.

В целом, величина температуры размягчения, измеряемая методом «кольцо и шар», после добавления обновителя (3% и 6% STAC) уменьшается. Следовательно, вяжущее, как и в случае глубины проникания, омолаживается. Кроме того, результаты исследований после двух ступеней состаривания, как и результаты измерения глубины проникания, указывают на то, что обновленное вяжущее, с точки зрения размягчения, стареет менее активно (3% STAC) или точно так же (6% STAC), как исходное вяжущее 50/70 (ср. с фиг. 5). В процентном выражении относительно состояния до состаривания методами RTFOT и PAV это означает увеличение температуры размягчения на 32% по сравнению с исходным вяжущим 50/70 для варианта, обновленного 6% STAC, и на 25% при добавлении 3% STAC.

Исследование при помощи реометра динамического сдвига

Результаты измерений при помощи реометра динамического сдвига представлены на фиг. 6 (комплексный модуль сдвига) и фиг. 7 (фазовый угол).

Исследования DSR показали, что при старении вяжущего комплексный модуль сдвига увеличивается. Модифицированное 3% STAC состарившееся вяжущее во всем диапазоне температур достигает меньших величин, чем базовое вяжущее, состаренное методами RTFOT и PAV. Следовательно, нужно констатировать однозначный эффект омоложения. Жесткость вяжущего при добавлении STAC снижается и достигает той же величины, что и у базового битума 50/70, состаренного только методом RTFOT.

Тенденции результатов в отношении комплексного модуля сдвига проявляются во всем диапазоне температур.

Кроме этого, исследования показали, что фазовый угол обновленного путем добавления 3% STAC вяжущего по сравнению с вяжущим после медленного состаривания увеличивается. Следовательно, достигается не только жесткость, но и вязко-эластичные свойства состаренного методом RTFOT вяжущего.

На фиг. 9 представлены результаты исследований DSR для эквивалентной температуры при 12500 Па. Эквивалентную температуру определяют по комплексному модулю сдвига и наносят на график в зависимости от соответствующей температуры размягчения по методу «кольцо и шар» (фиг. 8). Для группы данных все употребительные варианты вяжущего обнаруживают усредненный модуль сдвига 12500 Па. Для этого модуля сдвига определена эквивалентная температура и нанесена на график при соответствующем значении фазового угла. Таким способом получен график, представленный на фиг. 9.

Этот график наглядно демонстрирует эффект омоложения в результате введения добавки, выражающийся в увеличении фазового угла на 3,4° и снижении эквивалентной температуры -8,2°С.

На фиг. 11 представлена диаграмма Блэка, отражающая зависимость фазового угла от комплексного модуля сдвига. Таким образом, может быть проведена оценка реологического состояния вяжущего независимо от температуры.

При старении вяжущего кривая на диаграмме Блэка смещается, и степень старения может быть обнаружена по уменьшению фазового угла при неизменном комплексном модуле сдвига.

Омолаживающее действие обновителя проявляется, со своей стороны, в увеличении фазового угла при неизменном комплексном модуле сдвига. Смещение кривой в направлении первоначального положения для несостарившегося вяжущего указывает на действенное, реологически эффективное омоложение битума. Напротив, только разжижающее действие обновителя не приводило бы к смещению кривой в направлении первоначального положения (фиг. 10).

Как видно на диаграмме Блэка, представленной на фиг. 11, добавление 3% STAC ведет к реологически эффективному омоложению и позволяет достичь уровня исходного вяжущего, состаренного методом RTFOT.

Исследование при помощи реометра изгибания бруска

Результаты исследования при помощи реометра изгибания бруска обобщены на фиг. 12 и 13.

Как и уже описанные исследования, данные, полученные при помощи реометра изгибания бруска указывают на очевидное омоложение состарившегося вяжущего в результате добавления 3% STAC.

Старение проявляется в том, что жесткость вяжущего на изгиб при старении увеличивается, а добавление 3% STAC ведет к ее уменьшению. При температуре испытания -10°С величина жесткости благодаря омоложению снова достигает диапазона исходной величины для базового битума.

Чем ниже температура испытания, тем больше выражен эффект, и обновленное вяжущее обладает даже меньшей жесткостью, чем базовый битум. При -25°С жесткость на изгиб обновленного и еще раз состаренного вяжущего меньше, чем исходного битума.

Измерение температуры испытания при граничном значении 300 МПа (табл. 1) также указывает на значительное улучшение после добавления 3% STAC. При этом, величина для обновленного и еще раз состаренного вяжущего лежит в диапазоне исходного вяжущего.

Величина m (см. фиг. 13) является критерием способности вяжущего к релаксации. Большая величина рассматривается как благоприятная с точки зрения свойств при низких температурах. В литературе в качестве граничного значения часто приводится величина 0,300. Измерение температуры испытания при этом граничном значении указывает на достаточную способность к релаксации вяжущего, обновленного добавлением 3% STAC.

Обновленное добавлением 3% STAC вяжущее также характеризуется величиной, подобной полученной для состаренного методом RTFOT исходного битума, однако, при температуре испытания -25°С демонстрирует улучшенное значение.

Обновленное и еще раз состаренное вяжущее дает такие же величины, что и базовый битум после медленного старения, а при -25°С имеет улучшенную способность к релаксации.

Таблица 1: Температура испытания при исследовании BBR при жесткости на изгиб 300 МПа и величине m 0,300

Вяжущее	Температура испытания при жесткости на изгиб 300 MПa [°C]	Температура испытания при величине m 0,300 [°C]
50/70	-17,9	-21,6
50/70 после RTFOT	-17,1	-20,5
50/70 после RTFOT и PAV	-16,0	-14,1
50/70 (состаренный) + 3% STAC	-18,8	-20,9
50/70 (состаренный) + 3% STAC после RTFOT	-18,5	-19,3
50/70 (состаренный) + 3% STAC после RTFOT и PAV	-17,5	-14,3

Rolling-Bottle-Test

Результаты испытания Rolling-Bottle-Test представлены на фиг. 14.

Исследование адгезии в ходе Rolling-Bottle-Test показали, что сродство между вяжущим и горной породой при добавлении 3% STAC не претерпевает никакого изменения по сравнению с параметрами базового битума.

Сродство между вяжущим и горной породой также остается на прежнем уровне после добавления STAC и дополнительного состаривания методами RTFOT и PAV.

В целом, результаты проведенных исследований вяжущего указывают на то, что добавление соответствующей изобретению добавки STAC ведет к существенному омоложению состаренного в лабораторном масштабе дорожного битума (в данном случае, 50/70).

Результаты исследования глубины проникания и температуры размягчения методом «кольцо и шар» указывают на то, что добавление STAC вызывает очевидное увеличение глубины проникания и уменьшение температуры размягчения.

Величины комплексного модуля сдвига и фазового угла в ходе испытания DSR также указывают на очевидное омолаживающее действие добавки STAC. При ее добавлении комплексный модуль сдвига, а следовательно и жесткость, уменьшается, а фазовый угол, а следовательно и вязкая составляющая, увеличивается. Кроме того, диаграмма Блэка указывает на то, что эффект омоложения может быть классифицирован как реологический, а не вызванный разжижением.

Кроме этого, результаты исследований BBR указывают на то, что при добавлении STAC улучшаются низкотемпературные свойства вяжущего. Обновитель значительно снижает жесткость на изгиб. При температуре испытания -25°С эта величина меньше, чем у исходного битума, даже после повторного медленного старения (RTFOT и PAV). Кроме этого, в результате добавления STAC повышается способность вяжущего к релаксации.

Испытание Rolling-Bottle-Test показало, что адгезия между вяжущим и горной породой не испытывает отрицательного воздействия в результате добавления 3% STAC.

Соответствующая изобретению добавка STAC оказывает, в частности, действие обновителя, однако, также является добавкой против старения. Соответствующая изобретению добавка STAC способствует улучшению качества состарившегося битума, в частности, имеющих решающее значение химико-физических свойств:

- эффект омоложения является бесспорно реологическим, т.е., вызван не разжижением, а омоложением (см. диаграмму Блэка)

- добавление 3% STAC делает медленное старение PAV обратимым

- заметна линейность омоложения:

Таблица 2: Уменьшение температуры размягчения, измеряемой методом «кольцо и шар»

Добавление обновителя относительно количества битума	Уменьшение температуры размягчения	Уменьшение температуры размягчения, в пересчете на добавление 1% обновителя
1,5% STAC	∆ ≈ - 4,5°C	1% ≈ - 3°C
3,0% STAC	∆ ≈ - 9°C	1% ≈ - 3°C
6,0% STAC	∆ ≈ - 16°C	1% ≈ - 2,7°C

Таблица 3: Увеличение глубины проникания иглы

Добавление обновителя относительно количества битума	Увеличение глубины проникания	Увеличение глубины проникания, в пересчете на добавление 1% обновителя
1,5% STAC	∆ ≈ + 8 1/10 мм	1% ≈ + 5 1/10 мм
3,0% STAC	∆ ≈ + 15 1/10 мм	1% ≈ + 5 1/10 мм
6,0% STAC	∆ ≈ + 28 1/10 мм	1% ≈ + 5 1/10 мм

- добавление 3% STAC способствует улучшению низкотемпературных свойств состарившегося битума в отношении жесткости на изгиб и способности к релаксации (величина m)

- добавление 3% STAC согласно испытанию Rolling-Bottle-Test не оказывает отрицательного влияния на адгезию между вяжущим и горной породой

- добавление STAC вызывает омоложение битума и уменьшение скорости старения. Исследования, проведенные после двухступенчатого состаривания, в целом, показали, что обновленное вяжущее, в отношении температуры размягчения и глубины проникания, менее активно стареет, чем свежий исходный битум 50/70.

В идеальном случае, применяют соответствующую изобретению добавку, включающую, по меньшей мере, 16 атомов С, самое большее, 18 атомов С. При применении добавки такого рода с более длинной или короткой углеродной цепью, эффект омоложения может быть менее выраженным:

Таблица 4: Уменьшение температуры размягчения, измеренной методом «кольцо и шар»

Число атомов С в обновителе	Добавление обновителя относительно количества битума	Уменьшение температуры размягчения	Уменьшение температуры размягчения, в пересчете на добавление 1% обновителя
8	3,0% Каприловой кислоты	∆ ≈ - 1,5°C	1% ≈ - 0,5°C
18	3,0% Стеариновой кислоты	∆ ≈ - 9°C	1% ≈ - 3°C
22	3,0% Бегеновой кислоты	∆ ≈ - 4,5°C	1% ≈ - 1,5°C

Таблица 5: Увеличение глубины проникания иглы

Число атомов С в обновителе	Добавление обновителя относительно количества битума	Увеличение глубины проникания	Увеличение глубины проникания, в пересчете на добавление 1% обновителя
8	3,0% Каприловой кислоты	∆ ≈ + 3 1/10 мм	1% ≈ + 1 1/10 мм
18	3,0% Стеариновой кислоты	∆ ≈ + 15 1/10 мм	1% ≈ + 5 1/10 мм
22	3,0% Бегеновой кислоты	∆ ≈ + 4,5 1/10 мм	1% ≈ + 1,5 1/10 мм

Результаты исследований со стеариловым спиртом (STAL)

Глубина проникания иглы

Результаты определения глубины проникания иглы обобщены на фиг. 15.

Добавление обновителя STAL взывает омоложение вяжущего после старения. Жесткость вяжущего уменьшается, т.е., глубина проникания увеличивается. При добавлении 3% STAL глубина проникания увеличивается с 19 1/10 мм на 22 1/10 мм до 41 1/10 мм. Признаки старения в результате RTFOT и PAV очевидно менее выражены, чем у исходного вяжущего.

В целом, величина глубины проникания после добавления STAL увеличивается. Следовательно, вяжущее становится мягче. Результаты измерения глубины проникания иглы после двух ступеней состаривания указывают на то, что вяжущее, модифицированное STAL, менее активно стареет, чем свежее вяжущее (ср. с фиг. 15).

Результаты определения температуры размягчения методом «кольцо и шар» обобщены на фиг. 16.

Добавление STAL вызывает омоложение состарившегося вяжущего, что выражается в снижении температуры размягчения. При добавлении 3% STAL ее величина уменьшается с 68,8°С до 57,2°С (разность 11,6°С), что практически соответствует диапазону температуры размягчения базового битума 50/70, состаренного методом RTFOT.

Повторное состаривание методами RTFOT и PAV при добавлении 3% STAL также вызывает повышение жесткости вяжущего, что выражается в увеличении температуры размягчения с 57,2°С до 63,8°С (разность 5,0°С) после RTFOT и до 74,2°С после RTFOT и PAV. Разность между величиной после RTFOT и PAV и величиной для обновленного вяжущего, следовательно, равна 13,6°С.

В целом, величина температуры размягчения, измеряемая методом «кольцо и шар», после добавления STAL уменьшается. Следовательно, вяжущее, как и в случае глубины проникания, омолаживается. Кроме того, результаты исследований после двух ступеней состаривания, как и результаты измерения глубины проникания, указывают на то, что обновленное вяжущее, с точки зрения температуры размягчения, стареет менее активно (медленное состаривание PAV), чем исходный битум 50/70 (ср. с фиг. 16).

Результаты измерений при помощи реометра динамического сдвига представлены на фиг. 17 (комплексный модуль сдвига) и фиг. 18 (фазовый угол). Исследования DSR показали, что при старении вяжущего комплексный модуль сдвига увеличивается. Модифицированный 3% STAL состарившийся битум во всем диапазоне температур соответствует уровню базового битума, состаренного методом RTFOT. Следовательно, нужно констатировать однозначный эффект омоложения. Жесткость вяжущего при введении добавки снижается и достигает той же величины, что и базовый битум 50/70, состаренный методом RTFOT.

Кроме этого, исследования показали, что фазовый угол обновленного путем добавления 3% STAL вяжущего, как и комплексный модуль сдвига, соответствует уровню базового битума, состаренного методом RTFOT. Кроме того, изменение фазового угла указывает на то, что добавка оказывает положительное влияние на вязко-эластичные свойства вяжущего.

На фиг. 19 представлены результаты исследований DSR для эквивалентной температуры при 15000 Па. Эквивалентную температуру определяют по комплексному модулю сдвига и наносят на график в зависимости от соответствующей температуры размягчения по методу «кольцо и шар». Для группы данных все употребительные варианты вяжущего обнаруживают усредненный модуль сдвига 15000 Па. Для этого модуля сдвига определена эквивалентная температура и нанесена на график при соответствующем значении фазового угла. Таким способом получен график, представленный на фиг. 19.

Этот график наглядно демонстрирует эффект омоложения добавки STAL, выражающийся в увеличении фазового угла на 2,8° и снижении эквивалентной температуры -9,0°С.

На фиг. 20 представлена диаграмма Блэка, отражающая зависимость фазового угла от комплексного модуля сдвига. Таким образом, может быть проведена оценка реологического состояния вяжущего независимо от температуры.

При старении вяжущего кривая на диаграмме Блэка смещается, и степень старения может быть обнаружена по уменьшению фазового угла при неизменном комплексном модуле сдвига. Омолаживающее действие обновителя проявляется, со своей стороны, в увеличении фазового угла при неизменном комплексном модуле сдвига. Смещение кривой в направлении первоначального положения для несостарившегося вяжущего указывает на действенное, реологически эффективное омоложение битума. Напротив, только разжижающее действие обновителя не приводило бы к смещению кривой в направлении первоначального положения (фиг. 10).

Как видно на диаграмме Блэка, представленной на фиг. 20, добавление 3% STAL ведет к реологически эффективному омоложению и позволяет достичь уровня исходного битума, состаренного методом RTFOT.

Результаты исследования при помощи реометра изгибания бруска обобщены на фиг. 21 и 22.

Как и уже описанные исследования, данные, полученные при помощи реометра изгибания бруска, указывают на очевидное омоложение состарившегося вяжущего в результате добавления 3% STAL.

Старение проявляется в том, что жесткость вяжущего на изгиб при старении увеличивается, а добавление STAL ведет к ее уменьшению. При температуре испытания -10°С величина жесткости благодаря омоложению уменьшается до диапазона исходной величины для базового битума.

Чем ниже температура испытания, тем сильнее выражен эффект, и обновленное вяжущее обладает даже меньшей жесткостью, чем базовый битум. При -25°С жесткость на изгиб обновленного и еще раз состаренного вяжущего меньше, чем исходного битума.

Измерение температуры испытания при граничном значении 300 МПа (табл. 6) также указывает на значительное улучшение после добавления 3% STAL. При этом, величина для обновленного и еще раз состаренного вяжущего лежит в диапазоне исходного вяжущего.

Величина m (см. фиг. 22) является критерием способности вяжущего к релаксации. Большая величина рассматривается как благоприятная с точки зрения свойств при низких температурах. В литературе в качестве граничного значения часто приводится величина 0,300. Измерение температуры испытания при этом граничном значении указывает на достаточную способность к релаксации вяжущего, обновленного добавлением 3% STAL.

Обновленное добавлением 3% STAL вяжущее также характеризуется величиной, подобной полученной для состаренного методом RTFOT исходного битума, однако, при температуре испытания -25°С демонстрирует улучшенное значение.

Таблица 6: Температура испытания при исследовании BBR при жесткости на изгиб 300 МПа и величине m 0,300

Вяжущее	Температура испытания при жесткости на изгиб 300 MПa [°C]	Температура испытания при величине m 0,300 [°C]
50/70	-17,9	-21,6
50/70 после RTFOT	-17,1	-20,5
50/70 после RTFOT и PAV	-16,0	-14,1
50/70 (состаренный) + 3% STAL	-18,6	-18,8
50/70 (состаренный) + 3% STAL после RTFOT	-18,1	-19,0
50/70 (состаренный) + 3% STAL после RTFOT и PAV	-17,9	-13,8

Rolling-Bottle-Test

Результаты испытания Rolling-Bottle-Test представлены на фиг. 23.

Исследование адгезии в ходе Rolling-Bottle-Test показали, что сродство между вяжущим и горной породой при добавлении 3% STAL не претерпевает никакого изменения по сравнению с параметрами базового битума.

Сродство между вяжущим и горной породой также остается на прежнем уровне после добавления STAL и дополнительного состаривания методами RTFOT и PAV.

В целом, результаты проведенных исследований вяжущего указывают на то, что добавление соответствующей изобретению добавки STAL ведет к существенному омоложению состаренного в лабораторном масштабе дорожного битума (в данном случае, 50/70).

Результаты исследования глубины проникания и температуры размягчения методом «кольцо и шар» указывают на то, что добавление STAL вызывает значительное увеличение глубины проникания и уменьшение температуры размягчения.

Величины комплексного модуля сдвига и фазового угла в ходе испытания DSR также указывают на очевидное омолаживающее действие добавки STAL. При ее добавлении комплексный модуль сдвига, а следовательно и жесткость, уменьшается, а фазовый угол, а следовательно и вязкая составляющая, увеличивается. Кроме того, диаграмма Блэка указывает на то, что эффект омоложения может быть классифицирован как реологический, а не вызванный разжижением.

Кроме этого, результаты исследований BBR указывают на то, что при добавлении STAL улучшаются низкотемпературные свойства вяжущего. STAL значительно снижает жесткость на изгиб, так что при температуре испытания -25°С эта величина меньше, чем у исходного битума, даже после повторного медленного старения (RTFOT и PAV). Кроме этого, в результате добавления STAL повышается способность вяжущего к релаксации.

Испытание Rolling-Bottle-Test показало, что адгезия между вяжущим и горной породой не испытывает отрицательного воздействия в результате добавления 3% STAL.

Соответствующая изобретению добавка STAL оказывает, в частности, действие обновителя, однако, также является добавкой против старения. Соответствующая изобретению добавка STAL способствует улучшению качества состарившегося битума, в частности, имеющих решающее значение химико-физических свойств:

- добавление STAL вызывает омоложение битума и уменьшение скорости старения. Эффект омоложения проявляется в уменьшении температуры размягчения и увеличении глубины проникания иглы. Исследования, проведенные после двухступенчатого состаривания, также показали, что обновленное вяжущее, в отношении температуры размягчения и глубины проникания, менее активно стареет, чем свежий исходный битум 50/70.

- добавление 3% STAL делает медленное старение PAV обратимым

- добавление 3% STAL способствует улучшению низкотемпературных свойств состарившегося битума в отношении жесткости на изгиб и способности к релаксации (величина m)

- добавление 3% STAL согласно испытанию Rolling-Bottle-Test не оказывает отрицательного влияния на адгезию между вяжущим и горной породой.

Claims

1. Масса на основе битума для дорожного покрытия, содержащая обновитель, где обновитель представляет собой жирный спирт или смесь из жирного спирта и жирной кислоты, причем число атомов С составляет от 6 до 24, и где количество обновителя относительно количества битума или битумсодержащего вяжущего составляет от 0,5 до 10%.

2. Масса по п. 1, отличающаяся тем, что под жирным спиртом или жирной кислотой понимается неразветвленное соединение.

3. Масса по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что под жирным спиртом и/или жирной кислотой понимается одновалентное соединение.

4. Масса по одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что под жирным спиртом или жирной кислотой понимается насыщенное соединение.

5. Масса по одному из пп. 1-4, отличающаяся тем, что жирный спирт представляет собой стеариловый спирт.

6. Масса по одному из пп. 1-4, отличающаяся тем, что жирная кислота представляет собой стеариновую кислоту.

7. Масса по одному из пп. 1-6, отличающаяся тем, что обновитель в качестве дополнительного компонента содержит целлюлозные волокна.

8. Масса по одному или нескольким из пп. 1-7, отличающаяся тем, что обновитель в качестве дополнительных компонентов содержит джутовые, пеньковые волокна, волокно сизаль, льняные, соломенные, текстильные и/или древесные волокна или искусственные волокна, такие как полиолефиновые волокна, или неорганические волокна, такие как стекловолокно.

9. Масса по одному из пп. 1-8, отличающаяся тем, что обновитель в качестве дополнительных компонентов содержит воски, такие как горный воск, воск Фишера-Тропша, амидный воск, полимерный воск, производные жирных кислот, полимеры, такие как пластомеры, эластомеры, дюропласты, усилитель адгезии или неорганические компоненты, такие как цеолиты.

10. Масса по одному из пп. 1-9, отличающаяся тем, что обновитель присутствует в форме гранул.

11. Применение жирного спирта или смеси из жирного спирта и жирной кислоты в качестве обновителя для омоложения состарившейся битумсодержащей массы или замедления процесса старения битумсодержащей массы, причем число атомов С составляет от 6 до 24, и при этом, количество обновителя относительно количества битума или битумсодержащего вяжущего составляет от 0,5 до 10%.

12. Применение по п. 11, отличающееся тем, что под жирным спиртом или жирной кислотой понимается неразветвленное соединение.

13. Применение по п. 11 или 12, отличающееся тем, что под жирным спиртом и/или жирной кислотой понимается одновалентное соединение.

14. Применение по одному из пп. 11-13, отличающееся тем, что под жирным спиртом или жирной кислотой понимается насыщенное соединение.

15. Применение по одному из пп. 11-14, отличающееся тем, что жирный спирт представляет собой стеариловый спирт.

16. Применение по одному из пп. 11-14, отличающееся тем, что жирная кислота представляет собой стеариновую кислоту.

17. Применение по одному из пп. 11-16, отличающееся тем, что обновитель в качестве дополнительного компонента содержит целлюлозные волокна.

18. Применение по одному или нескольким из пп. 11-17, отличающееся тем, что обновитель в качестве дополнительных компонентов содержит джутовые, пеньковые волокна, волокно сизаль, льняные, соломенные, текстильные и/или древесные волокна или искусственные волокна, такие как полиолефиновые волокна, или неорганические волокна, такие как стекловолокно.

19. Применение по одному из пп. 11-18, отличающееся тем, что обновитель в качестве дополнительных компонентов содержит воски, такие как горный воск, воск Фишера-Тропша, амидный воск, полимерный воск, производные жирных кислот, полимеры, такие как пластомеры, эластомеры, дюропласты, усилитель адгезии или неорганические компоненты, такие как цеолиты.

20. Применение по одному из пп. 11-19, отличающееся тем, что обновитель присутствует в форме гранул.