RU2763726C1

RU2763726C1 - Polymer-bitumen binder for road surface

Info

Publication number: RU2763726C1
Application number: RU2021110968A
Authority: RU
Inventors: Роман Леонидович Веснин; Анастасия Михайловна Шабардина
Priority date: 2021-04-19
Filing date: 2021-04-19
Publication date: 2021-12-30

Abstract

FIELD: chemistry.SUBSTANCE: invention relates to the field of chemistry and petrochemical production and can be used in the construction, reconstruction and repair of roads, bridges and airfields as a polymer-bitumen binder. The polymer-bitumen binder includes bitumen in its composition and additionally contains a polymer modifier, including ethylene propylene rubber and polyethylene, taken in a mass ratio of 0.7 to 0.3, respectively, while bitumen is contained in an amount of 95 and polymer modifier 5, wt. %.EFFECT: increase in strength properties, such as extensibility, softening temperature, elasticity and uniformity.1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам получения композиционных строительных материалов, в частности полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) для приготовления асфальтобетонных смесей, использующихся при строительстве дорог, мостов и аэродромов.The invention relates to methods for producing composite building materials, in particular polymer-bitumen binders (PBB) for the preparation of asphalt concrete mixtures used in the construction of roads, bridges and airfields.

Известны полимерно-битумные вяжущие материалы (ПБВ) на основе блок-сополимеров на основе бутадиена и стирола, которые отвечают требованиям, предъявляемым к данным материалам по эластичности, трещиностойкости, деформативности и растяжимости при низких температурах, а также теплостойкости, и на которые разработан ГОСТ Р 52056-2003.Known polymer-bitumen binder materials (PBV) based on block copolymers based on butadiene and styrene, which meet the requirements for these materials in terms of elasticity, crack resistance, deformability and extensibility at low temperatures, as well as heat resistance, and for which GOST R was developed 52056-2003.

К числу основных эксплуатационных недостатков ПБВ по ГОСТ Р 52056-2003 следует отнести использование в качестве основы вяжущего материала битума строго определенного качества по ГОСТ 22245-90, который получают окислением гудрона, за счет чего возрастает стоимость вяжущего и снижается его уровень качества. Этот недостаток можно отнести ко всем российским полимерно-битумным вяжущим материалам на основе окисленного битума. Самым же серьезным недостатком российских ПБВ является использование дорогостоящих пластификатора (индустриального масла И-40) и полимеров-термоэластопластов, в качестве которых используют стирол-бутадиенстирольные каучуки (СБС).Among the main operational disadvantages of PBB according to GOST R 52056-2003 is the use of bitumen of a strictly defined quality according to GOST 22245-90 as the basis of the binder material, which is obtained by oxidation of tar, due to which the cost of the binder increases and its quality level decreases. This drawback can be attributed to all Russian polymer-bitumen binders based on oxidized bitumen. The most serious drawback of Russian PMBs is the use of expensive plasticizers (industrial oil I-40) and thermoplastic polymers, which are styrene-butadiene-styrene rubbers (SBS).

Известно полимерно-битумное вяжущее (ПБВ), включающее смесь вязкого дорожного битума с полимерами - блок-сополимерами типа стирол-бутадиен-стирол (СБС) в соответствии с ГОСТ Р 52056-2003. Полимерно -битумное вяжущее содержит блок-сополимер в количестве 2-4 масс. % и битум – остальное. ПБВ может содержать дополнительные компоненты, Known polymer-bitumen binder (PBV), including a mixture of viscous road bitumen with polymers - block copolymers of the type styrene-butadiene-styrene (SBS) in accordance with GOST R 52056-2003. The polymer-bituminous binder contains a block copolymer in the amount of 2-4 wt. % and bitumen - the rest. PMB may contain additional components,

например масло индустриальное [патент на изобретение RU 2038360 С1, МПК C08L95/00. Заявка №94035647/33 от 12.10.1994, опубликовано 27.06.1995].for example industrial oil [patent for invention RU 2038360 C1, IPC C08L95/00. Application No. 94035647/33 dated October 12, 1994, published on June 27, 1995].

Процесс приготовления полимерно-битумного вяжущего занимает 8-20 часов. По техническим показателям ПБВ на основе СБС соответствуют требованиям и нормам.The process of preparing a polymer-bitumen binder takes 8-20 hours. According to the technical indicators, PMB based on SBS meet the requirements and standards.

Недостатками данного ПБВ и способа его получения являются длительность изготовления ПБВ, расслоение продукта при длительном хранении и транспортировке и дорогостоящие пластификаторы.The disadvantages of this PMB and the method of its production are the duration of the production of PMB, the separation of the product during long-term storage and transportation, and expensive plasticizers.

Наиболее близким решением к заявляемому решению по технической сущности и достигаемому эффекту от его использования является известная битумно-полимерная мастика [патент на изобретение RU 2181733 С2, МПК C08L 95/00. Заявка №2000108065/04 от 03.04.2000, опубликовано 27.04.2002 в Бюл. № 12], изготавливаемой путем смешения нефтяных дорожных битумов и сополимеров стирола и бутадиена (СБС) в присутствии пластификаторов, например, ПБВ, содержащее битум и полимерный модификатор его свойств - низкоокисленный атактический полипропилен средневязкостной, а в качестве битума - или битум, или его смесь с карбоцепными полимерами при содержании последних в смеси 2-5 мас. %.The closest solution to the claimed solution in terms of technical essence and the achieved effect from its use is the known bitumen-polymer mastic [patent for invention RU 2181733 C2, IPC C08L 95/00. Application No. 2000108065/04 dated 04/03/2000, published on 27.04.2002 in Bull. No. 12], made by mixing petroleum road bitumen and copolymers of styrene and butadiene (SBS) in the presence of plasticizers, for example, PBB containing bitumen and a polymer modifier of its properties - low-oxidized atactic polypropylene of medium viscosity, and as bitumen - either bitumen, or its mixture with carbochain polymers when the content of the latter in the mixture is 2-5 wt. %.

Недостатком данного изобретения является частичная совместимость сополимеров и битумных компонентов, сказывающаяся на стабильности системы при хранении и транспортировке свыше 5 часов в горячем состоянии и их высокое ценообразование.The disadvantage of this invention is the partial compatibility of copolymers and bituminous components, which affects the stability of the system during storage and transportation for more than 5 hours in a hot state and their high pricing.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение прочностных свойств, таких как растяжимость, температура размягчения, эластичность и однородность.The technical result of the claimed invention is to increase the strength properties, such as extensibility, softening point, elasticity and uniformity.

Данный технический результат достигается за счет введения в битум при постоянной температуре 170 - 180 °С полимерного модификатора, включающего в свой состав этиленпропиленовый каучук и полиэтилен (EPDM/PE), в следующем соотношении, в масс. %: This technical result is achieved by introducing into the bitumen at a constant temperature of 170 - 180 ° C a polymeric modifier, which includes ethylene-propylene rubber and polyethylene (EPDM / PE), in the following ratio, wt. %:

битумbitumen 95 %95% полимерный модификатор EPDM/ PEpolymer modifier EPDM/ PE 5%.5%.

При этом этиленпропиленовый каучук и полиэтилен взяты в массовом соотношении 70:30 масс. %.While ethylene-propylene rubber and polyethylene are taken in a mass ratio of 70:30 mass. %.

Способ получения полимерно-битумного вяжущего для дорожного покрытия, включающего предварительное размельчение модификатора, включающий в свой состав этиленпропиленовый каучук и полиэтилен (EPDM/ PE); введение в модификатор битума, предварительно разогретого до температуры 170-180 °С, при этом смешивание компонентов проводят с помощью механического мешалки, оснащенной смешивающей насадкой, в течение 1-2 часов до образования однородной смеси без комочков.A method for producing a polymer-bitumen binder for pavement, including preliminary grinding of the modifier, which includes ethylene-propylene rubber and polyethylene (EPDM / PE) in its composition; introduction of bitumen preheated to a temperature of 170-180 ° C into the modifier, while mixing the components is carried out using a mechanical stirrer equipped with a mixing nozzle for 1-2 hours until a homogeneous mixture without lumps is formed.

Для получения ПБВ для дорожного покрытия используются дорожные битумы марок БНД 60/90 и БНД 90/130. Полимерный модификатор, включающий в свой состав этиленпропиленовый каучук и полиэтилен (EPDM/ PE), представляет собой твердое гранулированное вещество, размер гранул составляет 3-5 мм.To obtain PBB for road pavement, road bitumen grades BND 60/90 and BND 90/130 are used. The polymer modifier, which includes ethylene-propylene rubber and polyethylene (EPDM / PE), is a solid granular substance, the size of the granules is 3-5 mm.

Полимерно-битумное вяжущее (ПБВ) включает битум и полимерный модификатор, содержащего этиленпропиленовый каучук (EPDM) и полиэтилен (PE) в соотношении 70/30 мас.%. Способ получения полимерно -битумного вяжущего заключается во введении при перемешивании в битум при температуре 170-180°С полимерного модификатора взятого в количестве 5 мас.% от массы композиции до полного растворения. Polymer-bitumen binder (PBV) includes bitumen and a polymer modifier containing ethylene-propylene rubber (EPDM) and polyethylene (PE) in a ratio of 70/30 wt.%. The method for producing a polymer-bitumen binder consists in introducing a polymeric modifier taken in an amount of 5 wt.% by weight of the composition into bitumen at a temperature of 170-180°C until complete dissolution.

Полимерно-битумное вяжущее для дорожного покрытия химически не взаимодействуют с битумом. Растворяясь или диспергируясь в процессе перемешивания, они способствуют упрочнению его структуры. Небольшие количества полимера способны растворяться в низкомолекулярной части битума. При введении полимера в битум 5%, первый распределяется в виде отдельных, не связанных между собой частиц, создавая тем самым коагуляционную структуру с тиксотропными свойствами, обусловленными межмолекулярными силами сцепления структурных элементов. Эффект их действия в композиции аналогичен влиянию наполнителя.Polymer-bituminous binder for paving does not chemically interact with bitumen. Dissolving or dispersing during mixing, they contribute to the strengthening of its structure. Small amounts of the polymer are able to dissolve in the low molecular weight part of the bitumen. When the polymer is introduced into 5% bitumen, the first is distributed in the form of separate, unrelated particles, thereby creating a coagulative structure with thixotropic properties due to intermolecular cohesive forces of structural elements. The effect of their action in the composition is similar to the effect of the filler.

Полученное полимерно-битумное вяжущее для дорожного покрытия обладает как высокими прочностными свойствами, так и достаточной эластичностью. При его производстве не используются дорогостоящие пластификаторы и применяют более дешевые и доступные компоненты. Это позволяет расширить ассортимент вяжущих материалов для дорожно-строительных работ, соответствующих уровню основных нормативных требований к полимерно-битумным вяжущим (см. таблицу). The resulting polymer-bitumen binder for paving has both high strength properties and sufficient elasticity. In its production, expensive plasticizers are not used and cheaper and more affordable components are used. This allows you to expand the range of binders for road construction works that meet the level of basic regulatory requirements for polymer-bitumen binders (see table).

Таблица – Сравнительный анализ Table - Comparative analysis

Наименование показателяName of indicator Требования ГОСТ 52056-2003 для ПБВ 60/90Requirements of GOST 52056-2003 for PBB 60/90 ДСТ
(5%)DST
(5%) KALPREN
(5%)KALPREN
(5%) EPDM+ PE
(5%)EPDM+ PE
(5%) 1 Глубина проникания иглы, 0,1 мм, не менее, при температуре:1 Needle penetration depth, 0.1 mm, not less than, at temperature: 25 °С25 °С 6060 7474 6262 7878 0 °С0 °С 3232 2828 20twenty 30thirty 2. Растяжимость, см, не менее, при температуре:2. Extensibility, cm, not less, at temperature: 25 °С25 °С 2525 20twenty 1717 2626 0 °С0 °С 11eleven 3,63.6 9,59.5 10,010.0 3. Температура размягчения по кольцу и шару, °С, не ниже3. Softening temperature for the ring and ball, °С, not lower 5454 48,548.5 5151 5555 4. Эластичность, %, не менее, при температуре:4. Elasticity, %, not less, at temperature: 25 °С25 °С 8080 4242 6262 6363 0 °С0 °С 7070 3636 6161 6262 5. Однородность5. Uniformity Однородноhomogeneous Однородноhomogeneous Не однородно, полимер после нагревания всплылNot homogeneous, the polymer floated after heating Однородноhomogeneous

Claims

Polymer-bitumen binder for paving, including bitumen in its composition and characterized in that it additionally contains a polymer modifier, including ethylene-propylene rubber and polyethylene, taken in a mass ratio of 0.7 to 0.3, respectively, in the following ratio, wt .%:

bitumen 95 polymer modifier 5