RU2765646C1 - Polymer-bitumen binder with increased resistance to shear deformations and method for production thereof - Google Patents
Polymer-bitumen binder with increased resistance to shear deformations and method for production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2765646C1 RU2765646C1 RU2020144281A RU2020144281A RU2765646C1 RU 2765646 C1 RU2765646 C1 RU 2765646C1 RU 2020144281 A RU2020144281 A RU 2020144281A RU 2020144281 A RU2020144281 A RU 2020144281A RU 2765646 C1 RU2765646 C1 RU 2765646C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bitumen
- polymer
- styrene
- binder
- alkadiene
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D195/00—Coating compositions based on bituminous materials, e.g. asphalt, tar, pitch
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к полимерно-битумному вяжущему, которое может использоваться в качестве вяжущего материала при строительстве, ремонте и реконструкции покрытий и оснований дорог, мостов, аэродромов и других строительных объектов, и способу его получения.The claimed invention relates to a polymer-bitumen binder, which can be used as a binder in the construction, repair and reconstruction of pavements and bases of roads, bridges, airfields and other construction sites, and a method for its production.
Битумные вяжущие традиционно используются при строительстве, ремонте и реконструкции покрытий и оснований дорог, мостов, аэродромов, а для улучшения их деформационных характеристик и расширения температурного интервала работоспособности в их состав вводят различные модифицирующие добавки, преимущественно эластомеры (блок-сополимеры алкадиена и стирола). В течение всего срока службы композиция битумного вяжущего, содержащаяся в асфальтовых дорожных слоях (особенно в верхних слоях дорожной конструкции), подвергается различным физико-химическим, механическим, погодным воздействиям, что приводит к изменению их характеристик, поэтому оптимальная битумная композиция должна быть способна проявлять устойчивость к сдвиговым деформациям от колес автотранспортных средств при максимальных отрицательных (зимой) и положительных (летом) температурах, что характеризует ее температурный диапазон эксплуатации (ТДЭ). В РФ соответствующие требования к вяжущим (без разделения на немодифицированные и модифицированные) регламентированы национальными стандартами ГОСТ P 58400.1-2019, ГОСТ P 58400.2-2019.Bituminous binders are traditionally used in the construction, repair and reconstruction of pavements and foundations of roads, bridges, airfields, and to improve their deformation characteristics and expand the temperature range of performance, various modifying additives are introduced into their composition, mainly elastomers (block copolymers of alkadiene and styrene). During the entire service life, the composition of the bituminous binder contained in the asphalt road layers (especially in the upper layers of the road structure) is subjected to various physical, chemical, mechanical, weather influences, which leads to a change in their characteristics, therefore, the optimal bituminous composition must be able to show stability. to shear deformations from the wheels of vehicles at maximum negative (in winter) and positive (summer) temperatures, which characterizes its operating temperature range (TDE). In the Russian Federation, the relevant requirements for binders (without division into unmodified and modified ones) are regulated by national standards GOST P 58400.1-2019, GOST P 58400.2-2019.
Известно битумное вяжущее для дорожного покрытия и способ его получения (Пат. РФ №2299228), содержащее битум и блок-сополимеры алкадиена и стирола, а также дополнительно содержащее пластификатор индустриальное масло, при этом названные компоненты содержатся в следующем количестве, мас.%:Known bituminous binder for pavement and method of its production (US Pat. RF No. 2299228), containing bitumen and block copolymers of alkadiene and styrene, as well as industrial oil additionally containing a plasticizer, while these components are contained in the following amount, wt.%:
Способ получения битумного вяжущего заключается во введении при перемешивании в битум блок-сополимеров алкадиена и стирола, при этом для повышения гомогенности целевого продукта, согласно изобретению, до введения в битум названный блок-сополимер, взятый в количестве 0,1-22,3 мас.%, смешивают при температуре 80-160°С с 1,9-33,3 мас.% масла индустриального, после чего полученную смесь при перемешивании вводят при температуре 110-160°С в 44,4-98,0 мас.% битума.The method for producing a bituminous binder consists in introducing block copolymers of alkadiene and styrene into the bitumen with stirring, while in order to increase the homogeneity of the target product, according to the invention, before introducing into the bitumen, the named block copolymer, taken in an amount of 0.1-22.3 wt. %, mixed at a temperature of 80-160°C with 1.9-33.3 wt.% industrial oil, after which the resulting mixture is introduced with stirring at a temperature of 110-160°C in 44.4-98.0 wt.% bitumen .
Недостатком данного способа является использование в качестве пластификатора индустриального масла, являющегося товарным продуктом нефтепереработки и значительно удорожающего процесс производства ПБВ. Кроме того, данный способ не обеспечивает достаточную гомогенность целевого продукта, в результате чего действие модифицирующей добавки - блок-сополимера алкадиена и стирола - реализуется не в полной мере. Негомогенная структура вяжущего может приводить к образованию трещин на дорожном покрытии при температуре ниже минус 10°С.The disadvantage of this method is the use of industrial oil as a plasticizer, which is a commercial product of oil refining and significantly increases the cost of the PMB production process. In addition, this method does not provide sufficient homogeneity of the target product, as a result of which the effect of the modifying additive - a block copolymer of alkadiene and styrene - is not fully realized. The inhomogeneous structure of the binder can lead to the formation of cracks in the road surface at temperatures below minus 10°C.
Известно вяжущее (полимерно-гудроновое вяжущее) для дорожных покрытий (Пат.РФ №2397187), содержащее вместо более дорого битума гудрон или смесь гудронов, блок-сополимеры алкадиена и стирола, а также дополнительно содержащее пластификатор индустриальное масло, при этом названные компоненты содержатся в следующем количестве, мас.%:Known binder (polymer-tar binder) for road surfaces (US Pat. RF No. 2397187), containing instead of more expensive bitumen tar or a mixture of tars, block copolymers of alkadiene and styrene, as well as industrial oil additionally containing a plasticizer, while these components are contained in the following amount, wt.%:
Недостатком данного состава является, кроме использования в качестве пластификатора индустриального масла, являющегося товарным продуктом нефтепереработки и значительно удорожающего процесс производства ПБВ, применение в составе большого количества гудрона с условной вязкостью при 80°С 60-160 с, что приводит к необходимости введения значительного количества полимера, большому изменению температуры размягчения после прогрева (5°С), недостаточно высокой теплостойкости ПБВ, характеризующейся невысокими температурами размягчения.The disadvantage of this composition is, in addition to the use of industrial oil as a plasticizer, which is a commercial product of oil refining and significantly increases the cost of the PBB production process, the use of a large amount of tar with a conditional viscosity at 80 ° C for 60-160 s, which leads to the need to introduce a significant amount of polymer , a large change in the softening temperature after heating (5 ° C), insufficiently high heat resistance of PBB, characterized by low softening temperatures.
Известна битумная композиция и способ ее получения (Пат. РФ №2208618) для использования в асфальтобетонной смеси для дорожных работ, согласно которому смешивают при повышенной температуре окисленный (полученный продувкой битума при температуре в диапазоне от 250 до 300°С, в том числе каталитически с применением фосфорной кислоты) битум, имеющий индекс пенетрации от 0 до 5, с эластомером в количестве до 5,0%. Изготовленная таким образом композиция испытывалась в соответствии с методологией Superpave и проявляла лучшую стойкость к образованию колеи при высоких температурах (после старения RTFOT) и улучшенное качество при низких температурах (после старения RTFOT и PAV). Недостатком способа является отсутствие точных процентных соотношений компонентов, использование битумов с очень широким индексом пенетрации, использование разных наполнителей (углеродной сажи, кремний и карбонат кальция).Known bituminous composition and method of its production (Pat. RF No. 2208618) for use in asphalt mix for road works, according to which mixed at an elevated temperature oxidized (obtained by blowing bitumen at a temperature in the range from 250 to 300°C, including catalytically with using phosphoric acid) bitumen having a penetration index from 0 to 5, with an elastomer in an amount of up to 5.0%. The composition thus made was tested according to the Superpave methodology and showed better resistance to rutting at high temperatures (after RTFOT aging) and improved quality at low temperatures (after RTFOT and PAV aging). The disadvantage of this method is the lack of exact percentages of components, the use of bitumen with a very wide penetration index, the use of different fillers (carbon black, silicon and calcium carbonate).
Известна битумная композиция, эффективная при низкой температуре и при промежуточной температуре (Пат. РФ №2687940), для покрытия дорог или шоссе, содержащая смесь битумов с пенетрацией иглы при 25°С более или равной 600 десятых миллиметра и «продутого» битума с пенетрацией иглы при 25°С от 10 до 50 десятых миллиметра, от 1 до 10% полимера эластомера (типа блок-сополимеров алкадиена и стирола и др.) и/или пластомера (типа ЭВА и др.) и сшивающего агента, способного обеспечить сшивку полимера (сера самостоятельно или в смеси с ускорителем вулканизации). Дополнительно композиция может содержать от 10 ч/млн до 1000 ч/млн (по массе) минерального масла, улучшающего совместимость. Композиция изготавливается преимущественно при 175-190°С. Недостатком композиции является применение битумов разного способа получения (очень мягкого остаточного с пенетрацией иглы при 25°С более или равной 600 десятых миллиметра и «продутого» с пенетрацией иглы при 25°С в узком диапазоне от 10 до 50 десятых миллиметра), что затрудняет ее промышленное применение. В качестве модификаторов применяются преимущественно блок-сополимеры алкадиена и стирола, а в качестве сшивающего агента сера, что не позволяет получать композиции с широким интервалом работоспособности без введения значительного количества полимера (от 4 до 7%), что существенно удорожает вяжущее.Known bituminous composition, effective at low temperature and at an intermediate temperature (Pat. RF No. 2687940), to cover roads or highways, containing a mixture of bitumen with needle penetration at 25°C more than or equal to 600 tenths of a millimeter and "blown" bitumen with needle penetration at 25°C from 10 to 50 tenths of a millimeter, from 1 to 10% polymer elastomer (such as block copolymers of alkadiene and styrene, etc.) and / or plastomer (such as EVA, etc.) and a crosslinking agent capable of providing crosslinking of the polymer ( sulfur alone or mixed with a vulcanization accelerator). Additionally, the composition may contain from 10 ppm to 1000 ppm (by weight) mineral oil, which improves compatibility. The composition is produced mainly at 175-190°C. The disadvantage of the composition is the use of bitumens of different production methods (very soft residual with a needle penetration at 25°C of more than or equal to 600 tenths of a millimeter and "blown" with a needle penetration at 25°C in a narrow range from 10 to 50 tenths of a millimeter), which makes it difficult industrial application. As modifiers, block copolymers of alkadiene and styrene are mainly used, and sulfur is used as a crosslinking agent, which does not allow obtaining compositions with a wide range of performance without introducing a significant amount of polymer (from 4 to 7%), which significantly increases the cost of the binder.
Известен способ получения полимерно-битумного вяжущего (Пат.US №8198350), включающий получение вяжущего с применением низкосдвиговой мешалки путем введения за короткий промежуток времени (5-30 минут) при 140°С в битум сначала полифосфорной кислоты 105% концентрации и сшивающего агента (серы), а затем сшиваемого полимера (стирол-бутадиен-стирол SBS) и перемешиванием смеси при 200°С в течение 6 часов. Таким способом удается получать полимерно-модифицированное вяжущее соответствующее PG 76-28. Недостатком метода является то, что указанная последовательность ввода всех модифицирующих добавок через короткий период времени может приводить к раннему сшиванию полимера (до его размягчения и гомогенизации) и получению неоднородной структуры вяжущего.A known method for producing a polymer-bitumen binder (U.S. Pat. US No. 8198350), including obtaining a binder using a low-shear mixer by introducing a short period of time (5-30 minutes) at 140 ° C into bitumen, first polyphosphoric acid 105% concentration and a crosslinking agent ( sulfur), and then crosslinkable polymer (styrene-butadiene-styrene SBS) and stirring the mixture at 200°C for 6 hours. In this way it is possible to obtain a polymer-modified binder corresponding to PG 76-28. The disadvantage of the method is that the indicated sequence of introducing all modifying additives after a short period of time can lead to early crosslinking of the polymer (before it softens and homogenizes) and obtains a heterogeneous binder structure.
Известен способ получения полимер-битумной композиции для производства дорожных, кровельных и гидроизоляционных покрытий (Пат.РФ №2237691), содержащий битум с температурой размягчения 40-55°С, в качестве полимера-модификатора блок-сополимеры бутадиена и стирола, а также дополнительно содержащее пластификатор экстракт селективной очистки масел (ЭСОМ), при этом названные компоненты содержатся в следующем количестве, мас.%:A known method for producing a polymer-bitumen composition for the production of road, roofing and waterproofing coatings (US Pat. RF No. 2237691), containing bitumen with a softening temperature of 40-55 ° C, as a modifier polymer, block copolymers of butadiene and styrene, and also additionally containing plasticizer extract of selective oil purification (ESOM), while these components are contained in the following amount, wt.%:
Способ получения битумного вяжущего заключается во введении при перемешивании при температуре 140-180°С в течение 30-120 минут в пластификатор блок-сополимеров бутадиена и стирола, далее полученную смесь смешивают с битумом при температуре 150-190°С в течение 30-120 минут либо битум смешивают с пластификатором при температуре 140-180°С в течение 30-90 минут, а затем добавляют полимер-модификатор и перемешивают при температуре 150-200°С в течение 60-180 минут.The method for producing a bituminous binder consists in introducing with stirring at a temperature of 140-180°C for 30-120 minutes into a plasticizer of block copolymers of butadiene and styrene, then the resulting mixture is mixed with bitumen at a temperature of 150-190°C for 30-120 minutes or bitumen is mixed with a plasticizer at a temperature of 140-180°C for 30-90 minutes, and then a modifier polymer is added and mixed at a temperature of 150-200°C for 60-180 minutes.
Недостатком данного способа является использование в качестве пластификатора только ароматических фракций ЭСОМ в большом количестве, являющихся товарным продуктом нефтепереработки и значительно удорожающих процесс производства ПБВ, а отсутствие дополнительных модификаторов не позволяет получать вяжущее с широким интервалом работоспособности.The disadvantage of this method is the use as a plasticizer only of aromatic fractions of ESOM in large quantities, which are a commercial product of oil refining and significantly increase the cost of the PBB production process, and the absence of additional modifiers does not allow obtaining a binder with a wide range of performance.
Известно битумное вяжущее для дорожного покрытия и способ его получения (Пат.РФ №2477736), заключающийся в том, что полимерно-битумное вяжущее содержит битум, блок-сополимер алкадиена и стирола, парафино-нафтеновый пластификатор и ароматический пластификатор, в качестве которого используется экстракт селективной очистки масел (ЭСОМ). В качестве парафино-нафтенового пластификатора используется вакуумный дистиллят фр. 340-530°С при следующем соотношении компонентов, мас.%:Known bituminous binder for paving and a method for its production (US Pat. RF No. 2477736), which consists in the fact that the polymer-bitumen binder contains bitumen, a block copolymer of alkadiene and styrene, paraffin-naphthenic plasticizer and aromatic plasticizer, which is used as an extract selective purification of oils (ESOM). Vacuum distillate FR is used as a paraffin-naphthenic plasticizer. 340-530°С with the following ratio of components, wt.%:
Способ получения вяжущего включает последовательное введение в битум сначала при 150-160°С ароматического пластификатора (ЭСОМ), далее блок-сополимеры алкадиена и стирола, их перемешивание при температуре не более 160°С до полного растворения (в течение примерно 3 часов), а затем в полученную смесь добавляется дополнительный пластификатор (вакуумный дистиллят).The method for producing a binder includes the sequential introduction of an aromatic plasticizer (APSO) into bitumen, first at 150-160 ° C, then block copolymers of alkadiene and styrene, mixing them at a temperature of not more than 160 ° C until complete dissolution (for about 3 hours), and then an additional plasticizer (vacuum distillate) is added to the resulting mixture.
Приведенный способ позволяет повысить степень гомогенизации, однако эта композиция битумного вяжущего с небольшим процентом вводимого полимера (3,0-3,5% масс.) и значительным количеством маловязких пластификаторов (6-15% масс.) обладает недостаточно высокой теплостойкостью, характеризующейся невысокими температурами размягчения, приводящими к низкой деформативной устойчивости дорожного полотна в условиях эксплуатации. Также низкая температура приготовления и непродолжительное время смешения в обычном перемешивающем устройстве может приводить к неполному растворению полимерного вяжущего, особенно введенного в смесь в виде крошки.The above method allows to increase the degree of homogenization, however, this bituminous binder composition with a small percentage of the introduced polymer (3.0-3.5% wt.) And a significant amount of low-viscosity plasticizers (6-15% wt.) Has insufficiently high heat resistance, characterized by low temperatures softening, leading to low deformation stability of the roadway under operating conditions. Also, the low cooking temperature and short mixing time in a conventional mixer can lead to incomplete dissolution of the polymer binder, especially when introduced into the mixture in the form of crumbs.
Наиболее близким к заявляемому изобретению (прототип) является полимерно-битумное вяжущее для дорожного покрытия и способ его получения (Пат.РФ №2639902), заключающийся в том, что полимерно-битумное вяжущее содержит битум, блок-сополимер алкадиена и стирола, гудрон с условной вязкостью при 80°С 60-300 с и дистиллятной фракции 540-610°С в соотношении 3:1, взятой в количестве 30-60% от массы композиции при следующем соотношении компонентов, мас.%:Closest to the claimed invention (prototype) is a polymer-bitumen binder for paving and a method for its production (US Pat. viscosity at 80°C 60-300 s and distillate fraction 540-610°C in a ratio of 3:1, taken in an amount of 30-60% by weight of the composition in the following ratio, wt.%:
Способ получения вяжущего включает последовательное введение при 140-150°С в битум сначала гудрона и дистиллятной фракции в соотношении 3:1, а затем блок-сополимеров алкадиена и стирола до полного растворения.The method for obtaining a binder includes sequential introduction at 140-150°C into bitumen first of tar and distillate fraction in a ratio of 3:1, and then of block copolymers of alkadiene and styrene until complete dissolution.
Приведенный способ введения компонентов позволяет повысить степень гомогенизации вяжущего, устойчивость к термоокислительному старению, характеризуемому испытаниями после прогрева по методу RTFOT, однако данная композиция битумного вяжущего с небольшим процентом вводимого полимера (3,0-3,5% масс.) и отсутствием в составе дополнительных модификаторов обладает недостаточно высокой теплостойкостью, характеризующейся невысокими температурами размягчения, и не позволяет получать вяжущее с широким ТДЭ. Невысокая температура приготовления (140-150°С) при смешении в обычном перемешивающем устройстве может приводить к длительному процессу растворения полимера в вяжущем, особенно введенного в смесь в виде крошки.The above method of introducing the components makes it possible to increase the degree of homogenization of the binder, resistance to thermal oxidative aging, characterized by tests after heating according to the RTFOT method, however, this bituminous binder composition with a small percentage of the introduced polymer (3.0-3.5% wt.) and the absence of additional modifiers in the composition has insufficiently high heat resistance, characterized by low softening temperatures, and does not allows you to get a binder with a wide TDE. A low cooking temperature (140-150°C) when mixed in a conventional mixer can lead to a long process of dissolution of the polymer in the binder, especially introduced into the mixture in the form of crumbs.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является композиция и способ изготовления полимерно-битумного вяжущего способствующие получению вяжущего с повышенной устойчивостью к многократным сдвиговым деформациям и расширенным температурным диапазоном эксплуатации по ГОСТ Р 58400.1-2019 и ГОСТ Р 58400.2-2019 для применения при строительстве, ремонте и реконструкции покрытий и оснований дорог, мостов, аэродромов и других строительных объектов.The task to be solved by this invention is a composition and a method for manufacturing a polymer-bitumen binder that contribute to the production of a binder with increased resistance to multiple shear deformations and an extended operating temperature range according to GOST R 58400.1-2019 and GOST R 58400.2-2019 for use in construction, repair and reconstruction of pavements and foundations of roads, bridges, airfields and other construction sites.
Решение поставленной задачи достигается тем, что предлагаемый способ получения полимерно-битумного вяжущего осуществляется в аппарате смешения путем введения при перемешивании в нефтяной вязкий битум пластификатора при температуре 130-150°С, смешении смеси при температуре 170-190°С с блок-сополимерами алкадиена и стирола в течение 180-240 минут, после чего вводят дополнительные модификаторы серу техническую и полифосфорную кислоту одновременно, или по другому варианту последовательно с интервалом в 60-120 минут, и перемешивают смесь еще 60-120 минут, при следующем соотношении компонентов, мас. %:The solution of this problem is achieved by the fact that the proposed method for obtaining a polymer-bitumen binder is carried out in a mixing apparatus by introducing a plasticizer into oil viscous bitumen at a temperature of 130-150 ° C, mixing the mixture at a temperature of 170-190 ° C with block copolymers of alkadiene and styrene for 180-240 minutes, after which additional modifiers technical sulfur and polyphosphoric acid are introduced simultaneously, or alternatively sequentially with an interval of 60-120 minutes, and the mixture is stirred for another 60-120 minutes, with the following ratio of components, wt. %:
В качестве битума применяют товарный битум дорожный вязкий по ГОСТ 22245-90 или ГОСТ 33133-2014 с пенетрацией иглы при 25°С от 50 до 130 десятых миллиметра.As bitumen, commercial viscous road bitumen is used according to GOST 22245-90 or GOST 33133-2014 with needle penetration at 25 ° C from 50 to 130 tenths of a millimeter.
Гудрон с условной вязкостью при 80°С 20-300 с является промышленным остаточным продуктом переработки нефти.Tar with a conventional viscosity at 80°C 20-300 s is an industrial residual product of oil refining.
Дистиллятная фракция 420-560°С представляет собой промышленную фракцию вакуумной перегонки нефти на АВТ с кинематической вязкостью при 80°С 10-200 мм2/с.The distillate fraction 420-560°C is an industrial fraction of vacuum distillation of oil on AVT with a kinematic viscosity at 80°C 10-200 mm 2 /s.
Экстракт селективной очистки масел (ЭСОМ) с кинематической вязкостью при 80°С 4-100 мм2/с является промышленным продуктом масляного производства, получаемого при очистке дистиллятной или остаточной фракции.Extract of selective oil purification (ESOM) with a kinematic viscosity at 80°C 4-100 mm 2 /s is an industrial product of oil production, obtained by cleaning the distillate or residual fraction.
Масляная фракция после селективной очистки и депарафинизации с кинематической вязкостью при 40°С 30-110 мм2/с представляет собой промышленный продукт масляного производства, получаемый при переработке дистиллятной или остаточной вакуумной фракции методами селективной очистки и депарафинизации.The oil fraction after selective purification and dewaxing with a kinematic viscosity at 40°C of 30-110 mm 2 /s is an industrial oil production product obtained by processing the distillate or residual vacuum fraction by selective purification and dewaxing methods.
Блок-сополимеры алкадиена и стирола применяются строения стирол-бутадиен-стирол, преимущественно с содержанием связанного стирола от 28,5 до 31,5%.Block copolymers of alkadiene and styrene are used in the structure of styrene-butadiene-styrene, mainly with a content of bound styrene from 28.5 to 31.5%.
В качестве серы технической предпочтительно используют серу техническую газовую гранулированную по ТУ 2112-125-00148636-2004 с содержанием серы не менее 99,98%.As technical sulfur, it is preferable to use technical gas granulated sulfur according to TU 2112-125-00148636-2004 with a sulfur content of at least 99.98%.
В качестве полифосфорной кислоты (ПФК) используют товарные кислоты общей формулой Нп+2РпОзп+1 (где п=3-8) с массовой долей полифосфорной кислоты 105-115% и плотностью при 20°С в диапазоне 1,93-2,2 г/см3.As polyphosphoric acid (PPA), commercial acids are used with the general formula Hp + 2PpO3p + 1 (where n = 3-8) with a mass fraction of polyphosphoric acid of 105-115% and a density at 20 ° C in the range of 1.93-2.2 g /cm 3 .
Предлагаемый состав полимерно-битумного вяжущего и способ его получения позволяет улучшить однородность полимерно-битумной композиции, повысить устойчивость ее к сдвиговым деформациям и тем самым расширить температурный диапазон эксплуатации. Использование смесевого сырья при производстве в подобранных оптимальных соотношениях позволяет исключить зависимость качества получаемых полимерно-битумных вяжущих от свойств используемых отдельных сырьевых компонентов (битума, гудрона, дистиллятных фракций), непостоянных от партии к партии или разных НПЗ.The proposed composition of the polymer-bitumen binder and the method of obtaining it can improve the uniformity of the polymer-bitumen composition, increase its resistance to shear deformations and thereby expand the temperature range of operation. The use of mixed raw materials in production in selected optimal ratios makes it possible to exclude the dependence of the quality of the resulting polymer-bitumen binders on the properties of the individual raw materials used (bitumen, tar, distillate fractions), which are variable from batch to batch or from different refineries.
Сущность предлагаемой композиции полимерно-битумного вяжущего и способа его получения в сравнении с известными составами и способами иллюстрируется конкретными примерами (таблица 1). Для реализации способа используют дорожный битум вязкий БНД 70/100 по ГОСТ 33133-2014, в качестве пластификатора - гудрон с условной вязкостью при 80°С 60 с, дистиллятную фракцию АВТ 420-560°С, ЭСОМ дистиллятный с кинематической вязкостью при 80°С 10,8 мм2/с, масляную фракцию после селективной очистки и депарафинизации с кинематической вязкостью при 40°С 65,5 мм2/с, а в качестве модифицирующих добавок - блок-сополимеры алкадиена и стирола марки ДСТ Л-30-01 по ТУ 2294-022-00148889-2014 с содержанием связанного стирола от 28,5 до 31,5%, производства АО «Воронежсинтезкаучук», сера техническая газовая гранулированная сорт 9998 по ТУ 2112-002-05766540-2008, полифосфорная кислота с массовой долей 115% чистая по СТП ТУ КОМП 1-318-11 в соотношениях, приведенных в таблице 1.The essence of the proposed composition of the polymer-bitumen binder and method of obtaining it in comparison with known compositions and methods is illustrated by specific examples (table 1). To implement the method, viscous road bitumen BND 70/100 according to GOST 33133-2014 is used, as a plasticizer - tar with a conditional viscosity at 80 ° C 60 s, distillate fraction AVT 420-560 ° C, distillate ESOM with kinematic viscosity at 80 ° C 10.8 mm 2 /s, the oil fraction after selective purification and dewaxing with a kinematic viscosity at 40°C 65.5 mm 2 /s, and as modifying additives - block copolymers of alkadiene and styrene brand DST L-30-01 according to TU 2294-022-00148889-2014 with the content of bound styrene from 28.5 to 31.5%, produced by JSC "Voronezhsintezkauchuk", industrial gas granulated sulfur grade 9998 according to TU 2112-002-05766540-2008, polyphosphoric acid with a mass fraction of 115 % net according to STP TU COMP 1-318-11 in the ratios shown in table 1.
В нефтяной вязкий битум при температуре 130-150°С вводили пластификатор и при перемешивании температуру поднимали до 170-190°С, засыпали небольшими порциями полимер ДСТ Л-30-01 в виде крошки, перемешивали 180-240 минут для его набухания и равномерного распределения. Далее в случае примеров 1 -3 (вариант 1) серу техническую и полифосфорную кислоту вводили одновременно и перемешивали смесь еще 120 минут при температуре 170-190°С. В случае примеров 4-5 (вариант 2) серу техническую и полифосфорную кислоту вводили последовательно с интервалом в 120 минут, а после добавления кислоты смесь перемешивали еще 120 минут.A plasticizer was introduced into oil viscous bitumen at a temperature of 130-150°C and, with stirring, the temperature was raised to 170-190°C, polymer DST L-30-01 was poured in small portions in the form of a crumb, mixed for 180-240 minutes for its swelling and uniform distribution . Further, in the case of examples 1-3 (option 1), industrial sulfur and polyphosphoric acid were introduced simultaneously and the mixture was stirred for another 120 minutes at a temperature of 170-190°C. In the case of examples 4-5 (option 2), technical sulfur and polyphosphoric acid were introduced sequentially with an interval of 120 minutes, and after adding the acid, the mixture was stirred for another 120 minutes.
Результаты испытаний приведены в таблице 1, где показано влияние различных соотношений компонентов, используемых при приготовлении полимерно-битумного вяжущего, и способов приготовления на физико-механические показатели по ГОСТ Р 58400.1-2019 и ГОСТ Р 58400.2-2019.The test results are shown in Table 1, which shows the effect of various ratios of components used in the preparation of polymer-bitumen binder and preparation methods on physical and mechanical parameters according to GOST R 58400.1-2019 and GOST R 58400.2-2019.
Данные таблицы показывают, что предлагаемые композиции полимерно-битумного вяжущего и способы их приготовления, приведенные в примерах 1-5 в сравнении с прототипом (примеры А и Б), обеспечивают расширение температурного интервала работоспособности полученного вяжущего как за счет расширения температурного диапазона эксплуатации по ГОСТ Р 58400.1-2019, так и за счет увеличения устойчивости к транспортным нагрузкам при многократных сдвиговых воздействиях по ГОСТ Р 58400.2-2019. В связи с тем, что согласно требованиям ГОСТ Р 58400.1 для марок PG с верхним значением температурного диапазона эксплуатации (ТДЭ) в диапазонах 58-64 и 76-82 устанавливаются разные температуры старения на PAV, прямое сравнение полимерно-битумных вяжущих, полученных в примерах 1-5 (состаренных по ГОСТ Р 58400.5-2019 при 110°С), и прототипов (состаренных по ГОСТ Р 58400.5-2019 при 100°С) по усталостной и низкотемпературной устойчивости корректно провести невозможно.The data in the table show that the proposed compositions of polymer-bitumen binder and methods for their preparation, shown in examples 1-5 in comparison with the prototype (examples A and B), provide an extension of the temperature range of performance of the obtained binder both by expanding the temperature range of operation according to GOST R 58400.1-2019, and by increasing the resistance to transport loads under repeated shear effects in accordance with GOST R 58400.2-2019. Due to the fact that, according to the requirements of GOST R 58400.1, for PG grades with the upper value of the operating temperature range (TDE) in the ranges 58-64 and 76-82, different aging temperatures for PAV are established, a direct comparison of polymer-bitumen binders obtained in examples 1 -5 (aged according to GOST R 58400.5-2019 at 110°С), and prototypes (aged according to GOST R 58400.5-2019 at 100°С), it is impossible to perform correctly in terms of fatigue and low-temperature stability.
При сравнении двух образцов (пример 3 и пример 4), изготовленных с использованием одинакового процентного соотношения компонентов и разными вариантами введения модифицирующих присадок (сера и ПФК), установлено, что:When comparing two samples (example 3 and example 4), made using the same percentage of components and different options for the introduction of modifying additives (sulfur and PFC), it was found that:
- в случае получения полимерно-битумного вяжущего по варианту 1 удается сократить время изготовления вяжущего на 120 минут, а получаемый продукт по всем показателям соответствует требованиям ГОСТ Р 58400.1;- in the case of obtaining a polymer-bitumen binder according to option 1, it is possible to reduce the time of manufacture of the binder by 120 minutes, and the resulting product meets the requirements of GOST R 58400.1 in all respects;
- по варианту 2 удается при увеличении продолжительности процесса на 120 минут получить вяжущее отличающееся более высокими эксплуатационными характеристиками от вяжущего, полученного по варианту 1, а именно более высокой (на 6,5°С) усталостной устойчивостью по ГОСТ Р 58400.10, лучшей устойчивостью к многократным сдвиговым деформациям по ГОСТ Р 58400.6 при разных типах нагрузки (S, Н, V, Е), более низким значением динамической вязкости при 135°С (1,29 по варианту 2 и 1,98 по варианту 1 соответственно).- according to option 2, it is possible, with an increase in the duration of the process by 120 minutes, to obtain a binder that has higher performance characteristics from the binder obtained according to option 1, namely, higher (by 6.5 ° C) fatigue resistance according to GOST R 58400.10, better resistance to repeated shear deformations according to GOST R 58400.6 under different types of load (S, H, V, E), a lower value of dynamic viscosity at 135°C (1.29 according to option 2 and 1.98 according to option 1, respectively).
Таким образом, преимущество предлагаемого способа и композиций, перед известными, заключается в том, что получение полимерно-битумных вяжущих при введении в битумную смесь, содержащую битум, пластификатор и блок-сополимеры алкадиена и стирола, последовательно с интервалом в 60-120 минут или по другому варианту одновременно дополнительных модифицирующих добавок сера техническая и 105-115% полифосфорная кислота позволяет максимально реализовать модифицирующие свойства всех вводимых добавок, увеличить ТДЭ дорожного вяжущего до не менее 104°С по ГОСТ Р 58400.1-2019, получать вяжущее с верхним значением ТДЭ при уровне транспортной нагрузки типа Е (дороги с экстремально тяжелыми условиями и неподвижным характером движения) по ГОСТ Р 58400.2-2019 на уровне 70Е и выше.Thus, the advantage of the proposed method and compositions over the known ones lies in the fact that the production of polymer-bitumen binders when introduced into a bitumen mixture containing bitumen, a plasticizer and block copolymers of alkadiene and styrene, sequentially with an interval of 60-120 minutes or to another variant of simultaneously additional modifying additives, technical sulfur and 105-115% polyphosphoric acid allows to maximize the modifying properties of all introduced additives, increase the TDE of the road binder to at least 104 ° C according to GOST R 58400.1-2019, obtain a binder with an upper TDE value at the level of transport type E loads (roads with extremely difficult conditions and stationary traffic) according to GOST R 58400.2-2019 at the level of 70E and higher.
Таблица 1 - Результаты исследований полимерно-битумных вяжущих на соответствие маркам PG по ГОСТ Р 58400.1 и уровню транспортной нагрузки по ГОСТ Р 58400.2Table 1 - Results of studies of polymer-bitumen binders for compliance with PG grades in accordance with GOST R 58400.1 and the level of transport load in accordance with GOST R 58400.2
модифицирующих добавок (сера и ПФК) последовательноOption number 2 of the method of obtaining - introduction
modifying additives (sulfur and PFC) in series
- нефтяных компонентов: битум : гудрон : дистил. фракции АВТ: ЭСОМ : масляная фракция
-модифицирующих добавок: полимер ДСТ: сера: ПФКMass content (wt.%):
- petroleum components: bitumen : tar : distill. fractions AWT: ESOM : oil fraction
- modifying additives: DST polymer: sulfur: PFC
3,5:0:056.5:30:10:0:0
3.5:0:0
3,5:0:036.5:45:15:0:0
3.5:0:0
3,5:0,1:0,686.8:0:5:4:0
3.5:0.1:0.6
3,5:0,1:0,386.1:0:5:0:5
3.5:0.1:0.3
(температурный диапазон эксплуатации,°С)Binder classification according to PG brand according to GOST R 58400.1
(temperature range of operation, °C)
- жесткость S не более 300 МПа,
- ползучесть m не менее 0,3Low-temperature stability of the binder at the test temperature, °C, provided:
- rigidity S not more than 300 MPa,
- creep m not less than 0.3
J 0,1-3,2, %Type brand S, at test temperature, ° С h, i, kLa1
J 0.1-3.2,%
J 0,1-3,2, %Type brand H, at test temperature, ° С h, i, kPa "1
J 0.1-3.2,%
J 0,1-3,2, %Type brand V, at test temperature, ° С tz, 2, kPa "1
J 0.1-3.2,%
0,77. 110,458
0.77. 110.4
J 0,1-3,2, %Type brand E, at test temperature, °С ha, kPa1
J 0.1-3.2,%
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020144281A RU2765646C1 (en) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | Polymer-bitumen binder with increased resistance to shear deformations and method for production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020144281A RU2765646C1 (en) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | Polymer-bitumen binder with increased resistance to shear deformations and method for production thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2765646C1 true RU2765646C1 (en) | 2022-02-01 |
Family
ID=80214610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020144281A RU2765646C1 (en) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | Polymer-bitumen binder with increased resistance to shear deformations and method for production thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2765646C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090182074A1 (en) * | 2005-11-04 | 2009-07-16 | Erik Jan Scholten | Asphalt binder for porous pavements |
| US7968628B2 (en) * | 2005-05-03 | 2011-06-28 | Innophos, Inc. | Modified asphalt binder material using crosslinked crumb rubber and methods of manufacturing the modified asphalt binder |
| RU2477736C2 (en) * | 2011-04-20 | 2013-03-20 | Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" | Polymer-asphalt binder for road surface and method for production thereof |
| RU2562496C2 (en) * | 2013-09-19 | 2015-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Энгельсский завод изоляционных материалов" | Polymer-bitumen binder |
| RU2639902C1 (en) * | 2016-09-02 | 2017-12-25 | Публичное акционерное общество "Средневолжский научно-исследовательский институт по нефтепереработке" (ПАО "СвНИИНП") | Polymer-bitumen binder for road surface and method for production thereof |
-
2020
- 2020-12-29 RU RU2020144281A patent/RU2765646C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7968628B2 (en) * | 2005-05-03 | 2011-06-28 | Innophos, Inc. | Modified asphalt binder material using crosslinked crumb rubber and methods of manufacturing the modified asphalt binder |
| US20090182074A1 (en) * | 2005-11-04 | 2009-07-16 | Erik Jan Scholten | Asphalt binder for porous pavements |
| RU2477736C2 (en) * | 2011-04-20 | 2013-03-20 | Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" | Polymer-asphalt binder for road surface and method for production thereof |
| RU2562496C2 (en) * | 2013-09-19 | 2015-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Энгельсский завод изоляционных материалов" | Polymer-bitumen binder |
| RU2639902C1 (en) * | 2016-09-02 | 2017-12-25 | Публичное акционерное общество "Средневолжский научно-исследовательский институт по нефтепереработке" (ПАО "СвНИИНП") | Polymer-bitumen binder for road surface and method for production thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6713539B2 (en) | Storage-stable modified asphalt composition and its preparation process | |
| US9267038B2 (en) | Asphalt binder compositions and methods to make and use same | |
| US7918930B2 (en) | Method for preparing bitumen base | |
| US9546275B2 (en) | Enhancing properties of sulfur extended asphalt using polyethylene wax | |
| US6429241B1 (en) | Elastomer-modified bituminous compositions | |
| US8906152B2 (en) | Reclaimed asphalt pavement containing polyphosphoric acid modified binder | |
| US9944796B1 (en) | Recycled oil- and rubber-modified asphalt and method of use | |
| WO1998007789A1 (en) | Mineral lubricating oil base stock for blending asphalt | |
| US6228909B1 (en) | Asphalt compositions and methods of preparation thereof | |
| AU2010346053A1 (en) | Polymer-modified asphalt with a crosslinking agent and methods of preparing | |
| CN101104739A (en) | Gelatine powder modified asphalt and processing method thereof | |
| CN111423734A (en) | Reactive type regenerated SBS (styrene butadiene styrene) modified asphalt and preparation method thereof | |
| US7608650B2 (en) | Bitumen/rubber compositions crosslinked with polythiomorpholines, polysulfides and/or mercaptobenzimidazole | |
| US6180697B1 (en) | Method for preparation of stable bitumen polymer compositions | |
| RU2765646C1 (en) | Polymer-bitumen binder with increased resistance to shear deformations and method for production thereof | |
| US5756563A (en) | Process for the preparation of stable mixtures of bitumen and polymer | |
| EP1699876B1 (en) | Using excess levels of metal salts to improve properties when incorporating polymers in asphalt | |
| CN108795071A (en) | A kind of sulfenyl cementitious matter and its application method substituting part pitch | |
| US20230348723A1 (en) | Modified asphalts with enhanced rheological properties and associated methods | |
| RU2299228C2 (en) | Bitumen binder for pavement and a method for manufacture thereof | |
| US10407557B2 (en) | Sulfur extended asphalt modified with crumb rubber for paving and roofing | |
| Blażejowski et al. | Effect of recycled rubber on the properties of road bitumen | |
| US5749953A (en) | High shear asphalt compositions | |
| Trakarnpruk et al. | Physical and rheological properties of asphalts modified with polyethylene-co-methylacrylate and acids | |
| US9624351B2 (en) | Method of making sulfur extended asphalt modified with crumb rubber |