RU2748078C1 - Polymer-bitumen composition and method of production thereof - Google Patents
Polymer-bitumen composition and method of production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2748078C1 RU2748078C1 RU2020115054A RU2020115054A RU2748078C1 RU 2748078 C1 RU2748078 C1 RU 2748078C1 RU 2020115054 A RU2020115054 A RU 2020115054A RU 2020115054 A RU2020115054 A RU 2020115054A RU 2748078 C1 RU2748078 C1 RU 2748078C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bitumen
- thermoplastic elastomer
- diesel fuel
- butadiene
- minutes
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B26/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing only organic binders, e.g. polymer or resin concrete
- C04B26/02—Macromolecular compounds
- C04B26/26—Bituminous materials, e.g. tar, pitch
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L95/00—Compositions of bituminous materials, e.g. asphalt, tar, pitch
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к материалам, используемым в дорожном строительстве в качестве вяжущего для асфальтобетонных смесей на основе нефтяных битумов при строительстве и ремонте асфальтобетонных покрытий дорог, аэродромов и мостов, и способам их получения. The invention relates to materials used in road construction as a binder for asphalt concrete mixtures based on petroleum bitumen in the construction and repair of asphalt concrete pavements of roads, airfields and bridges, and methods for their production.
Выпускаемые нефтеперерабатывающими заводами вязкие дорожные битумы, используемые при приготовлении асфальтобетонных смесей для строительства и ремонта автодорог, не обладают свойствами эластичности, не обеспечивают смесям необходимые прочностные показатели, особенно при повышенных и пониженных температурах, плохими адгезионными свойствами к минеральным материалам, вследствие чего снижаются водостойкость, трещиностойкость покрытий и их сопротивление к воздействию динамических нагрузок, проявляется возможность колееобразования.Viscous road bitumen produced by oil refineries, used in the preparation of asphalt concrete mixtures for the construction and repair of roads, do not have elastic properties, do not provide the mixtures with the necessary strength indicators, especially at high and low temperatures, poor adhesion properties to mineral materials, as a result of which water resistance and crack resistance decrease coatings and their resistance to dynamic loads, the possibility of rutting is manifested.
Известно полимерно-битумное вяжущее (ПБВ), содержащее битум, полимер - бутадиен-стирольный термоэластопласт, пластификатор - индустриальное масло и высокомолекулярное поверхностно-активное вещество, содержащее тяжелые жирные кислоты представляющее собой смесь высокомолекулярных углеводородов нефти, в следующем соотношении компонентов, мас. %:Known polymer-bitumen binder (PBB) containing bitumen, polymer - styrene-butadiene thermoplastic elastomer, plasticizer - industrial oil and high-molecular surfactant containing heavy fatty acids, which is a mixture of high-molecular oil hydrocarbons, in the following ratio of components, wt. %:
нефтяной дорожный битум - 86-89;oil road bitumen - 86-89;
полимер - бутадиен-стирольный термоэластопласт - 2,5-5;polymer - styrene-butadiene thermoplastic elastomer - 2.5-5;
индустриальное масло - 5,5-7,5;industrial oil - 5.5-7.5;
ПАВ (тяжелые жирные кислоты (ТЖК)) - 1-3Surfactants (heavy fatty acids (TFA)) - 1-3
(патент RU (11) 2297990 (13) C1 МПК C04B26/26, C08L95/00).(patent RU (11) 2297990 (13) C1 IPC C04B26 / 26, C08L95 / 00).
Недостатком данной композиции является низкая температура размягчения, что в свою очередь обеспечивает низкую теплостойкость дорожных покрытий. Наличие индустриального масла в составе ПБВ приводит к интенсификации процесса окислительной деструкции термоэластопласта, в результате которой он в процессе эксплуатации теряет упруго-эластические свойства, что приводит к разрушению покрытий при динамических нагрузках. Индустриальное масло в составе ПБВ увеличивает его пластичность и текучесть, но снижает температуру размягчения, что на практике приводит к образованию колеи на асфальтобетонном покрытии. Необходимость использования индустриального масла в процессе получения полимерно-битумной композиции обусловлено существенным снижением пенетрации ПБВ при модификации его термоэластопластом. Использование индустриального масла для улучшения растворения термоэластопласта в среде битума оказывает негативное влияние на адгезию получаемого ПБВ к минеральным наполнителям. The disadvantage of this composition is the low softening temperature, which in turn provides low heat resistance of road surfaces. The presence of industrial oil in the composition of PBB leads to an intensification of the process of oxidative destruction of the thermoplastic elastomer, as a result of which it loses its elastic-elastic properties during operation, which leads to the destruction of coatings under dynamic loads. Industrial oil in the composition of PBB increases its plasticity and fluidity, but reduces the softening point, which in practice leads to the formation of a rut on the asphalt concrete pavement. The need to use industrial oil in the process of obtaining a polymer-bitumen composition is due to a significant decrease in the penetration of PMB when it is modified with a thermoplastic elastomer. The use of industrial oil to improve the dissolution of thermoplastic elastomer in the bitumen environment has a negative effect on the adhesion of the obtained PMB to mineral fillers.
Известен способ получения битумного вяжущего (патент RU № 2038360, кл. C 08 L 95/00, опубл. 1995 г.), который включает смешение алкадиенстирольного термоэластопласта при 80-160°C с маслом индустриальным, после чего полученную смесь вводят при 110-160°C в битум. Недостатком известного способа получения битумно-полимерной композиции является нарастание термоокислительной деструкции блоксополимера при перемешивании исходных компонентов, что приводит к увеличению расхода полимера для достижения высоких эксплуатационных характеристик готового продукта. Применение дорогостоящего индустриального масла значительно удорожает конечный продукт, требует организации дополнительной линии для его смешения с полимером, а также увеличивает энергоемкость процесса.A known method of producing a bituminous binder (patent RU No. 2038360, class C 08 L 95/00, publ. 1995), which includes mixing alkadiene styrene thermoplastic elastomer at 80-160 ° C with industrial oil, after which the resulting mixture is introduced at 110- 160 ° C in bitumen. The disadvantage of the known method for producing a bitumen-polymer composition is an increase in thermo-oxidative degradation of the block copolymer with stirring of the initial components, which leads to an increase in polymer consumption to achieve high performance characteristics of the finished product. The use of expensive industrial oil significantly increases the cost of the final product, requires the organization of an additional line for mixing it with the polymer, and also increases the energy intensity of the process.
Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемой группе изобретений являются полимерно-битумная композиция и способ ее получения (патент РФ №2258721, МПК C08L 95/00, C09D 195/00, опубл. 20.08.2005), содержащая битум, бутадиенстирольный термоэластопласт, пластификатор и антиоксидант, при получении которой исходное количество битума делится на две части, первую часть 10-60% от исходного количества предварительно нагретого битума с температурой не ниже 90°C смешивают с пластификатором с использованием высокооборотной мешалки в течение 10-30 минут, полученную смесь догревают до 110°C и вводят бутадиенстирольный термоэластопласт и антиоксидант с последующей обработкой на оборудовании с высоким напряжением сдвига при одновременном нагревании до 140-165°C, полученную полимерно-битумную смесь вводят во вторую часть 40-90% от исходного количества битума и диспергируют до получения однородной массы. The closest in technical essence to the proposed group of inventions are a polymer-bitumen composition and a method for its production (RF patent No. 2258721, IPC C08L 95/00, C09D 195/00, publ. 20.08.2005), containing bitumen, styrene-butadiene thermoplastic elastomer, plasticizer and antioxidant, upon receipt of which the initial amount of bitumen is divided into two parts, the first part 10-60% of the initial amount of pre-heated bitumen with a temperature of at least 90 ° C is mixed with a plasticizer using a high-speed mixer for 10-30 minutes, the resulting mixture is heated to 110 ° C and add styrene-butadiene thermoplastic elastomer and antioxidant, followed by processing on equipment with high shear stress while heating to 140-165 ° C, the resulting polymer-bitumen mixture is introduced into the second part 40-90% of the initial amount of bitumen and dispersed until a homogeneous masses.
Данная полимерно-битумная композиция обладает низкими значениями пенетрации (глубины проникновения иглы в вяжущее ) при 25 и 0°C, что не обеспечивает достаточную морозо- и трещиностойкость асфальтобетона на его основе, низкими значениями температуры размягчения и интервала пластичности вблизи нижнего предела интервала содержания термоэластопласта, что в свою очередь обеспечивает низкую теплостойкость дорожных покрытий и сопротивляемость динамическим нагрузкам. Индустриальное масло имеет невысокое сродство к термоэластопласту, вследствие чего его использование для улучшения растворимости термоэластопласта в среде битума оказывает негативное влияние на когезионную прочность получаемого ПБВ, на его адгезию к минеральным наполнителям, устойчивость к расслоению композиции. Для обеспечения качественных показателей продукта: температуры размягчения и повышения интервала пластичности требуется увеличенный расход дорогостоящего термоэластопласта, приводящий к существенному снижению пенетрации композиции, что вызывает необходимость использования дорогостоящего пластификатора - индустриального масла. К недостаткам способа получения данной композиции также следует отнести сложность и многостадийность технологического процесса и необходимость использования коллоидных мельниц, обладающих существенно меньшей надежностью в технологической цепи, что вызывает необоснованные простои оборудования и снижение производительности в целом.This polymer-bitumen composition has low values of penetration (the depth of penetration of the needle into the binder) at 25 and 0 ° C, which does not provide sufficient frost and crack resistance of asphalt concrete based on it, low values of the softening temperature and the plasticity interval near the lower limit of the range of the thermoplastic elastomer content, which in turn provides low heat resistance of road surfaces and resistance to dynamic loads. Industrial oil has a low affinity for thermoplastic elastomer, as a result of which its use to improve the solubility of thermoplastic elastomer in a bitumen environment has a negative effect on the cohesive strength of the obtained PMB, on its adhesion to mineral fillers, and resistance to composition delamination. To ensure the quality indicators of the product: softening temperature and increase the plasticity interval, an increased consumption of expensive thermoplastic elastomer is required, which leads to a significant decrease in the penetration of the composition, which necessitates the use of an expensive plasticizer - industrial oil. The disadvantages of the method for producing this composition should also include the complexity and multistage nature of the technological process and the need to use colloidal mills, which have a significantly lower reliability in the technological chain, which causes unreasonable downtime of equipment and a decrease in productivity in general.
Заявляемое изобретение в части полимерно-битумного вяжущего материала решает следующие технические задачи: повышение температуры размягчения и интервала пластичности композиции при меньшем содержании дорогостоящих термоэластопластов, снижение склонности к расслоению, повышение адгезии к минеральным наполнителям и когезионной прочности.The claimed invention in terms of polymer-bitumen binder solves the following technical problems: increasing the softening temperature and the plasticity range of the composition with a lower content of expensive thermoplastic elastomers, reducing the tendency to delamination, increasing adhesion to mineral fillers and cohesive strength.
Технический результат достигается за счет того, что битумно-полимерная композиция, содержащая битум и бутадиен-стирольный термоэластопласт типа СБС (линейный ДСТ Л 30-01), дополнительно содержит термопласт - полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) и структурирующую суспензию, в качестве которой используется дизельное топливо, наномодифицированное углеродными нанотрубками (УНТ), при следующем соотношении компонентов, мас. %:The technical result is achieved due to the fact that the bitumen-polymer composition containing bitumen and styrene-butadiene thermoplastic elastomer of the SBS type (linear DST L 30-01) additionally contains a thermoplastic - low density polyethylene (LDPE) and a structuring suspension, which is used as a diesel fuel nanomodified with carbon nanotubes (CNTs) with the following ratio of components, wt. %:
бутадиен -стирольный термоэластопласт 1-3;styrene-butadiene thermoplastic elastomer 1-3;
полиэтилен низкой плотности 1-3;low density polyethylene 1-3;
дизельное топливо 0,02-0,6;diesel fuel 0.02-0.6;
углеродные нанотрубки 0.0002-0,004;carbon nanotubes 0.0002-0.004;
нефтяной дорожный битум - остальное.oil road bitumen - the rest.
Заявляемый состав полимерно-битумной композиции при указанном соотношении компонентов обеспечивает получение дорожного вяжущего, характеризующегося высокими показателями температуры размягчения, интервала пластичности композиции, когезионной прочности, эластичности и адгезии к минеральным наполнителям. Достижение заявленных показателей осуществляется путем создания в композиции наноармированной гетерогенной полимерной матрицы бутадиен-стирольного термоэластопласта и термопласта - полиэтилена низкой плотности, обеспечивающей высокие физико-механические свойства при меньшем содержании дорогостоящего термоэластопласта. Сочетание в полимерной матрице звеньев термоэластопласта и термопласта позволяет при сохранении высокой эластичности композиции увеличить когезионную прочность и адгезию к минеральным наполнителям.The claimed composition of the polymer-bitumen composition at the specified ratio of the components provides for the production of a road binder characterized by high softening points, an interval of composition plasticity, cohesive strength, elasticity and adhesion to mineral fillers. Achievement of the declared indicators is carried out by creating in the composition a nano-reinforced heterogeneous polymer matrix of styrene-butadiene thermoplastic elastomer and thermoplastic - low density polyethylene, which provides high physical and mechanical properties with a lower content of expensive thermoplastic elastomer. The combination of thermoplastic elastomer and thermoplastic units in the polymer matrix allows, while maintaining high elasticity of the composition, to increase the cohesive strength and adhesion to mineral fillers.
При выходе содержания распределенных в битуме компонентов за указанный выше интервал значений достижение заявленного результата не происходит. При увеличении содержания термоэластопласта и термопласта возрастает вязкость композиции и происходит уменьшение пенетрации ниже пределов допустимых значений по ГОСТ Р 52056-2003; уменьшение содержания термоэластопласта и термопласта приводит к снижению эластичности, температуры размягчения и хрупкости, интервала пластичности и когезионной прочности. При увеличении содержания УНТ возрастает вязкость композиции, что приводит к сокращению интервала пластичности и снижению пенетрации при 0°С, что отрицательно сказывается на деформативности и трещиностойкости асфальтобетона; уменьшение содержания УНТ в композиции приводит к уменьшению адгезии композиции к минеральным наполнителям и когезионной прочности.When the content of the components distributed in the bitumen goes beyond the above range of values, the declared result is not achieved. With an increase in the content of thermoplastic elastomer and thermoplastic, the viscosity of the composition increases and the penetration decreases below the limits of permissible values according to GOST R 52056-2003; a decrease in the content of thermoplastic elastomer and thermoplastic leads to a decrease in elasticity, softening temperature and brittleness, the range of plasticity and cohesive strength. With an increase in the CNT content, the viscosity of the composition increases, which leads to a reduction in the plasticity interval and a decrease in penetration at 0 ° C, which negatively affects the deformability and crack resistance of asphalt concrete; a decrease in the CNT content in the composition leads to a decrease in the adhesion of the composition to mineral fillers and in the cohesive strength.
В таблице 1 представлены составы образцов приготовленных композиций. Table 1 shows the compositions of the samples of the prepared compositions.
Таблица 1 Состав полимерно-битумных композицийTable 1 Composition of polymer-bitumen compositions
ДСТ-30-01Thermoplastic elastomer
DST-30-01
БНД 90/130Bitumen
BND 90/130
В таблице 2 представлены физико-механические характеристики образцов приготовленных композиций. Битумно-полимерные вяжущие испытывали в соответствии с ГОСТ Р 52056-2003. Показатели адгезии к минеральным наполнителям асфальтобетона определялись по ГОСТ 11508-74. Для всех образцов наблюдается высокая устойчивость к расслоению композиции, а также получены показатели сцепления с мрамором - 5 баллов и с песком - 4 балла.Table 2 shows the physical and mechanical characteristics of the samples of the prepared compositions. Bitumen-polymer binders were tested in accordance with GOST R 52056-2003. Indicators of adhesion to asphalt concrete mineral fillers were determined according to GOST 11508-74. For all samples, there is a high resistance to delamination of the composition, and the adhesion indicators with marble - 5 points and with sand - 4 points were obtained.
Таблица 2 Физико-механические характеристики образцов вяжущихTable 2 Physical and mechanical characteristics of binders
Как видно из Таблицы 2, предлагаемая полимерно-битумная композиция превосходит прототип по пенетрации (глубине проникновения иглы), температуре размягчения, температуре хрупкости, эластичности, дуктильности (растяжимости), интервалу пластичности, когезионной прочности для всего интервала состава вяжущего; при этом достигаются высокие показатели адгезии к минеральным наполнителям асфальтобетона и обеспечивается более высокая устойчивость к расслоению композиции за счет наличия наноармированной гетерогенной полимерной матрицы бутадиен-стирольного термоэластопласта и термопласта ПЭНП.As can be seen from Table 2, the proposed polymer-bitumen composition surpasses the prototype in penetration (depth of needle penetration), softening temperature, brittleness temperature, elasticity, ductility (extensibility), plasticity range, cohesive strength for the entire range of binder composition; at the same time, high adhesion rates to asphalt concrete mineral fillers are achieved and a higher resistance to delamination of the composition is provided due to the presence of a nano-reinforced heterogeneous polymer matrix of styrene-butadiene thermoplastic elastomer and thermoplastic LDPE.
В части способа получения битумно-полимерной композиции техническая задача состоит в сокращении расхода дорогостоящего термоэластопласта, времени приготовления дорожного вяжущего и обеспечения реализации технологического процесса в простых и надежных смесительных аппаратах вертикального типа.In terms of the method for producing a bitumen-polymer composition, the technical problem is to reduce the consumption of expensive thermoplastic elastomer, the preparation time of the road binder and ensure the implementation of the technological process in simple and reliable vertical mixing apparatus.
Техническим результатом в части способа получения битумно-полимерной композиции является разработка последовательности технологических операций, обеспечивающих равномерное распределение компонентов в битуме и создание наноармированной гетерогенной полимерной матрицы при объединении со структурирующей суспензией, предварительно полученной диспергированием УНТ в дизельном топливе с помощью ультразвуковых колебаний. Заявленный способ позволяет получить битумно-полимерную композицию, обладающую высокими показателями пенетрации, дуктильности (растяжимости), температуры размягчения, интервала пластичности композиции, когезионной прочности, эластичности и адгезии к минеральным наполнителям.The technical result in terms of the method for producing a bitumen-polymer composition is the development of a sequence of technological operations that ensure a uniform distribution of components in bitumen and the creation of a nano-reinforced heterogeneous polymer matrix when combined with a structuring suspension previously obtained by dispersing CNTs in diesel fuel using ultrasonic vibrations. The claimed method makes it possible to obtain a bitumen-polymer composition with high penetration, ductility (extensibility), softening temperature, composition plasticity range, cohesive strength, elasticity and adhesion to mineral fillers.
Заявленный способ позволяет сократить расход дорогостоящего термоэластопласта, время приготовления дорожного вяжущего, а также обеспечить более простую реализацию технологического процесса за счет использования более простых и надежных смесительных аппаратов вертикального типа.The claimed method makes it possible to reduce the consumption of expensive thermoplastic elastomer, the preparation time for the road binder, and also to provide a simpler implementation of the technological process due to the use of simpler and more reliable mixing apparatus of the vertical type.
Технический результат достигается за счет того, что в способе получения битумно-полимерной композиции, включающем смешивание битума и термоэластопласта, предварительно получают структурирующую суспензию, для чего равномерно распределяют УНТ в дизельном топливе при комнатной температуре с использованием энергии ультразвуковых колебаний в режиме акустической кавитации при резонансных частотах в диапазоне 22±10% кГц в течение 3 мин, параллельно с этим процессом предварительно разогретый до температуры 90-100°С битум помещают в обогреваемый смеситель вертикального типа, оснащенный лопастными мешалками, вводят бутадиен-стирольный термоэластопласт и термопласт ПЭНП, смесь нагревают до 150-160°С и производят смешение в течение 30-40 мин в турбулентном режиме при значении циркуляционного критерия Рейнольдса Rec >1000, затем добавляют структурирующую суспензию УНТ в дизельном топливе и производят дальнейшее смешение компонентов в течение 5-15 мин при той же температуре. При этом циркуляционный критерий Рейнольдса определяется следующим образом:The technical result is achieved due to the fact that in the method of obtaining a bitumen-polymer composition, including mixing bitumen and thermoplastic elastomer, a structuring suspension is preliminarily obtained, for which CNTs are uniformly distributed in diesel fuel at room temperature using the energy of ultrasonic vibrations in the mode of acoustic cavitation at resonant frequencies in the range of 22 ± 10% kHz for 3 minutes, in parallel with this process, the bitumen preheated to a temperature of 90-100 ° C is placed in a heated vertical mixer equipped with paddle mixers, styrene-butadiene thermoplastic elastomer and LDPE thermoplastic are introduced, the mixture is heated to 150 -160 ° C and mixing is carried out for 30-40 minutes in a turbulent mode with a value of the circulation Reynolds criterion Re c > 1000, then a structuring suspension of CNTs in diesel fuel is added and further mixing of the components is carried out for 5-15 minutes at the same temperature. In this case, the circulation Reynolds criterion is determined as follows:
где 
Способ получения битумно-полимерной композиции осуществляют следующим образом.The method of obtaining a bitumen-polymer composition is as follows.
Для приготовления битумно-полимерной композиции использовали битум марки БНД 90/130 ГОСТ 22245-90, бутадиен-стирольный термоэластопласт ДСТ Л 30-01, полиэтилен низкой плотности по ГОСТ 16338-85 или вторичный, представляющий собой измельченные на ножевой дробилке использованные пленочные упаковочные материалы, тару и упаковочные емкости. В качестве структурирующего агента применяли суспензию углеродного наноматериала «Таунит» производства ООО «НаноТехЦентр» (г.Тамбов), распределенного в дизельном топливе. Углеродный наноматериал «Таунит» представляет собой одномерные наномасштабные нитевидные образования поликристаллического графита длиной более 2 мкм с наружными диаметрами от 15 до 40 нм в виде сыпучего порошка черного цвета. Гранулы углеродного наноматериала микрометрических размеров имеют структуру спутанных пучков многостенных углеродных нанотрубок.To prepare the bitumen-polymer composition, bitumen of the BND 90/130 grade GOST 22245-90, styrene-butadiene thermoplastic elastomer DST L 30-01, low-density polyethylene according to GOST 16338-85 or secondary, which is used film packaging materials crushed on a knife crusher, were used, containers and packaging containers. A suspension of Taunit carbon nanomaterial produced by NanoTechCenter LLC (Tambov), distributed in diesel fuel, was used as a structuring agent. Carbon nanomaterial "Taunit" is a one-dimensional nanoscale filamentary formations of polycrystalline graphite with a length of more than 2 microns with outer diameters from 15 to 40 nm in the form of a free-flowing black powder. Micrometric carbon nanomaterial granules have the structure of entangled bundles of multi-walled carbon nanotubes.
Углеродные наноматериалы предварительно равномерно распределяют при комнатной температуре в дизельном топливе с использованием энергии ультразвуковых колебаний в режиме акустической кавитации при резонансных частотах в диапазоне 22±10% кГц в течение 3 мин для получения структурирующей суспензии. Для осуществления процесса диспергирования УНТ использовали установку, оснащенную ультразвуковым генератором мощностью 2 кВт. Параллельно с этим процессом предварительно разогретый до температуры 90-100°С битум помещают в обогреваемый смеситель вертикального типа, оснащенный лопастными мешалками, обеспечивающими при вращении интенсивные радиальные и встречные вертикальные потоки в жидком битуме, и вводят бутадиен-стирольный термоэластопласт и ПЭНП, смесь нагревают до 140-160°С и производят смешение в течение 30-40 мин в турбулентном режиме при значении критерия Рейнольдса циркуляционного Rec >1000, затем добавляют структурирующую суспензию УНТ в дизельном топливе и производят дальнейшее смешение компонентов в течение 5-10 мин при той же температуре. Для получения битумно-полимерной композиции использовали лабораторные смесители объемом 3 и 5 литров, а также промышленный смеситель объемом 6 куб.м. Условие Rec >1000 выполнялось при частоте вращения не 800, 450 и 90 об/мин соответственно. Суммарное время получения композиции не превышает 45 мин. Carbon nanomaterials are pre-uniformly distributed at room temperature in diesel fuel using the energy of ultrasonic vibrations in the acoustic cavitation mode at resonance frequencies in the range of 22 ± 10% kHz for 3 minutes to obtain a structuring suspension. To carry out the process of dispersing CNTs, we used an installation equipped with an ultrasonic generator with a power of 2 kW. In parallel with this process, bitumen, preheated to a temperature of 90-100 ° C, is placed in a heated vertical mixer equipped with paddle stirrers, which provide intensive radial and counter vertical flows in liquid bitumen during rotation, and styrene-butadiene thermoplastic elastomer and LDPE are introduced, the mixture is heated to 140-160 ° C and mixing is carried out for 30-40 minutes in a turbulent mode with a value of the Reynolds criterion of circulation Re c > 1000, then a structuring suspension of CNTs in diesel fuel is added and further mixing of the components is carried out for 5-10 minutes at the same temperature ... To obtain a bitumen-polymer composition, laboratory mixers with a volume of 3 and 5 liters were used, as well as an industrial mixer with a volume of 6 cubic meters. The condition Re c > 1000 was fulfilled at not 800, 450 and 90 rpm, respectively. The total time for obtaining the composition does not exceed 45 minutes.
Введение в битум в процессе получения битумно-полимерной композиции полиэтилена низкой плотности одновременно с бутадиен-стирольным термоэластопластом при смешении в турбулентном режиме при значении циркуляционного критерия Рейнольдса Rec >1000, с последующим введением структурирующей суспензии предварительно диспергированного в дизельном топливе с применением ультразвукового воздействия углеродного наноматериала и дополнительным перемешиванием позволяет достичь равномерного распределения компонентов битумно-полимерной композиции и получение наноармированной гетерогенной полимерной матрицы с высокими физико-механическими характеристиками за более короткое время при использовании более простого и надежного оборудования, в отличие от прототипа, при реализации технологического процесса в котором требуется использование коллоидных мельниц, характеризующихся высокой стоимостью и низкой надежностью.Introduction of low-density polyethylene into bitumen in the process of obtaining a bitumen-polymer composition simultaneously with styrene-butadiene thermoplastic elastomer when mixing in a turbulent mode at a value of the circulation Reynolds criterion Re c > 1000, followed by the introduction of a structuring suspension pre-dispersed in diesel fuel using ultrasonic action of carbon nanomaterial and additional mixing makes it possible to achieve a uniform distribution of the components of the bitumen-polymer composition and obtain a nano-reinforced heterogeneous polymer matrix with high physical and mechanical characteristics in a shorter time using simpler and more reliable equipment, in contrast to the prototype, which requires the use of colloidal mills characterized by high cost and low reliability.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020115054A RU2748078C1 (en) | 2020-04-29 | 2020-04-29 | Polymer-bitumen composition and method of production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020115054A RU2748078C1 (en) | 2020-04-29 | 2020-04-29 | Polymer-bitumen composition and method of production thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2748078C1 true RU2748078C1 (en) | 2021-05-19 |
Family
ID=75919978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020115054A RU2748078C1 (en) | 2020-04-29 | 2020-04-29 | Polymer-bitumen composition and method of production thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2748078C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2766581C1 (en) * | 2021-10-05 | 2022-03-15 | Дмитрий Игоревич Шварцман | Modifying additive for asphalt concrete |
| RU2781192C1 (en) * | 2021-10-05 | 2022-10-07 | Дмитрий Игоревич Шварцман | Modifying additive |
| CN115369713A (en) * | 2022-08-24 | 2022-11-22 | 江苏路邦土木科技有限公司 | High-ductility stress absorption asphalt surface layer material |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4330449A (en) * | 1979-11-15 | 1982-05-18 | Elf France | Process for preparation of compositions of bitumen polymers and products |
| RU2038360C1 (en) * | 1994-10-12 | 1995-06-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью "АППОС-Асфальт" | Bitumen binder for road coating and a method of its preparing |
| US6100317A (en) * | 1993-03-29 | 2000-08-08 | Polyphalt L.L.C. | Stabilized bitumen compositions |
| RU2184096C1 (en) * | 2000-10-11 | 2002-06-27 | Илиополов Сергей Константинович | Porous emulsion-mineral mix |
| RU2229451C1 (en) * | 2003-07-28 | 2004-05-27 | Агалаков Юрий Адольфович | Bituminous concrete mix |
| RU2258721C1 (en) * | 2004-05-21 | 2005-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Космос" | Bitumen-polymer composition and a method for manufacture thereof |
| RU2297990C1 (en) * | 2006-02-03 | 2007-04-27 | Свердловское областное государственное учреждение "Управление автомобильных дорог" | Polymeric-bituminous binding and the asphalt-concrete mixture prepared on its basis |
| RU2580130C2 (en) * | 2014-08-19 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Bitumen-polymer mastic compound and its manufacturing method |
-
2020
- 2020-04-29 RU RU2020115054A patent/RU2748078C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4330449A (en) * | 1979-11-15 | 1982-05-18 | Elf France | Process for preparation of compositions of bitumen polymers and products |
| US6100317A (en) * | 1993-03-29 | 2000-08-08 | Polyphalt L.L.C. | Stabilized bitumen compositions |
| RU2038360C1 (en) * | 1994-10-12 | 1995-06-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью "АППОС-Асфальт" | Bitumen binder for road coating and a method of its preparing |
| RU2184096C1 (en) * | 2000-10-11 | 2002-06-27 | Илиополов Сергей Константинович | Porous emulsion-mineral mix |
| RU2229451C1 (en) * | 2003-07-28 | 2004-05-27 | Агалаков Юрий Адольфович | Bituminous concrete mix |
| RU2258721C1 (en) * | 2004-05-21 | 2005-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Космос" | Bitumen-polymer composition and a method for manufacture thereof |
| RU2297990C1 (en) * | 2006-02-03 | 2007-04-27 | Свердловское областное государственное учреждение "Управление автомобильных дорог" | Polymeric-bituminous binding and the asphalt-concrete mixture prepared on its basis |
| RU2580130C2 (en) * | 2014-08-19 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Bitumen-polymer mastic compound and its manufacturing method |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2766581C1 (en) * | 2021-10-05 | 2022-03-15 | Дмитрий Игоревич Шварцман | Modifying additive for asphalt concrete |
| RU2781192C1 (en) * | 2021-10-05 | 2022-10-07 | Дмитрий Игоревич Шварцман | Modifying additive |
| CN115369713A (en) * | 2022-08-24 | 2022-11-22 | 江苏路邦土木科技有限公司 | High-ductility stress absorption asphalt surface layer material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101613533B (en) | Polymer chemically-modified asphalt composition capable of being stably stored at high temperature and preparation method thereof | |
| Calandra et al. | Effect of additives on the structural organization of asphaltene aggregates in bitumen | |
| Alhamali et al. | Physical and rheological characteristics of polymer modified bitumen with nanosilica particles | |
| CN102532920B (en) | Warm mixed asphalt cement and preparation method thereof | |
| Al-Mansob et al. | The performance of epoxidised natural rubber modified asphalt using nano-alumina as additive | |
| RU2748078C1 (en) | Polymer-bitumen composition and method of production thereof | |
| Yadykova et al. | Rheological and adhesive properties of nanocomposite bitumen binders based on hydrophilic or hydrophobic silica and modified with bio-oil | |
| CN101765641A (en) | adhesion and cohesion modifiers for asphalt | |
| CN100480334C (en) | Preparing process for synthetic fiber modified pavement asphalt | |
| CN109437673B (en) | Rubber powder modified asphalt mixture and preparation method thereof | |
| Cheng et al. | Preparation and properties of nano‐CaCO3/waste polyethylene/styrene‐butadiene‐styrene block polymer‐modified asphalt | |
| CN109467945A (en) | A kind of high viscous extraordinary composite modified asphalt lotion and preparation method thereof | |
| CN108752850B (en) | Graphene oxide modified colored asphalt cement and preparation method thereof | |
| Ilyin et al. | Rheological properties of road bitumens modified with polymer and solid nanosized additives | |
| CN109593371B (en) | Road asphalt modifier, modified road asphalt, preparation method of modified road asphalt and asphalt mixture | |
| CN109810520A (en) | One kind having both the high glue pitch of high performance low-temperature environment-friendlyization and its production technology | |
| CN109233308A (en) | A kind of nano material composite modified emulsified asphalt of high osmosis SBR- and preparation method thereof | |
| CN107815131A (en) | A kind of heat regeneration asphalt mixture and preparation method thereof | |
| CN108610529B (en) | Water-soluble graphene modified colored emulsified asphalt and preparation method thereof | |
| US3577250A (en) | Method of rubberizing asphalt | |
| CN113549333A (en) | Nano-cellulose and polymer composite modified thermoplastic asphalt material and preparation method thereof | |
| Rivera-Armenta et al. | Influence of chicken feather on the rheological properties and performance of modified asphalts | |
| Bhagat et al. | Review on mechanisms of bitumen modification: process and variables | |
| CN110184824A (en) | Composite modification material, preparation method and asphalt for bituminous concrete | |
| Trakarnpruk et al. | Physical and rheological properties of asphalts modified with polyethylene-co-methylacrylate and acids |