RU2784872C1 - Modified petroleum road bitumen - Google Patents

Modified petroleum road bitumen Download PDF

Info

Publication number
RU2784872C1
RU2784872C1 RU2021134321A RU2021134321A RU2784872C1 RU 2784872 C1 RU2784872 C1 RU 2784872C1 RU 2021134321 A RU2021134321 A RU 2021134321A RU 2021134321 A RU2021134321 A RU 2021134321A RU 2784872 C1 RU2784872 C1 RU 2784872C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bitumen
road
modified
modified bitumen
pavement
Prior art date
Application number
RU2021134321A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Давид Рубинович Шпербер
Елизар Рубинович Шпербер
Никита Андреевич Шостак
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ")
Application granted granted Critical
Publication of RU2784872C1 publication Critical patent/RU2784872C1/en

Links

Abstract

FIELD: road construction.
SUBSTANCE: invention relates to road construction materials, namely to bitumen binders, in particular to modified petroleum road bitumen, and can be used in road construction in the process of preparing asphalt pavement. The modified bitumen includes viscous petroleum road bitumen in the amount of 99.0-99.2 wt. %, and a modifier, as which as a fat-protein concentrate “ASHER” is used in the amount of 0.8 - 1.0 wt. %.
EFFECT: improving the physical-chemical parameters of modified bitumen and the performance indicators of road pavement using this bitumen: adhesive properties to minerals of acidic and basic chemical-mineral composition, slowing down the process of thermal aging, reducing the dynamic viscosity of modified bitumen, as well as reducing the moisture saturation of the pavement and increasing the grip of the wheels of the car with the road.
1 cl, 4 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к битумным вяжущим и может быть использовано в дорожном строительстве в процессе приготовления асфальтового покрытия.The invention relates to road building materials, namely to bituminous binders and can be used in road construction in the process of preparing asphalt pavement.

На прочность асфальтобетонных покрытий дорог влияют различные климатические факторы: температурные, водопоглощающие и другие. Асфальтобетон чувствителен к водной среде. Происходит диффузия воды в монолитный материал. Проникновение воды начинается с гидрофобизации поверхности за счет застраивания в ней молекул воды, поверхностной сорбции, чему способствует тепловое движение (энтропийный фактор). Вода проникает как диффузным путем, так и по механизму капиллярного потока, поскольку в структуре дорожного полотна всегда есть микропоры, микротрещины различных размеров и форм. Поэтому большое значение имеет коэффициент сцепления шин автомобиля с дорожным покрытием.The strength of asphalt concrete road surfaces is affected by various climatic factors: temperature, water absorption, and others. Asphalt concrete is sensitive to the aquatic environment. Diffusion of water into the monolithic material occurs. The penetration of water begins with the hydrophobization of the surface due to the build-up of water molecules in it, surface sorption, which is facilitated by thermal motion (entropy factor). Water penetrates both diffusely and through the mechanism of capillary flow, since there are always micropores, microcracks of various sizes and shapes in the structure of the roadway. Therefore, the coefficient of adhesion of car tires to the road surface is of great importance.

Известен модифицированный битум (патент РФ №2 461 594, C07L95/00, опубл. 20.09.2012 г.), включающий 0,3-0,5 мас.% аминового активатора адгезии, в качестве которого используют продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции С620 при мольном соотношении компонентов 1:3:(0,5-2,5).Modified bitumen is known (RF patent No. 2 461 594, C07L95 / 00 , publ. 20.09.2012), including 0.3-0.5 wt.% amine adhesion activator, which is used as the product of the interaction of boric acid, diethanolamine and mixtures of fatty acids of vegetable oils fraction C 6 -C 20 at a molar ratio of components 1:3:(0.5-2.5).

Недостатками такого битума являются: высокое значение температуры каплепадения, что приводит к увеличению энергозатрат для разогрева продукта, низкая термостабильность, низкая температура вспышки, низкое сцепление с материалами полотна дороги.The disadvantages of such bitumen are: a high dropping point, which leads to an increase in energy consumption for heating the product, low thermal stability, low flash point, low adhesion to roadbed materials.

Наиболее близким по технической сущности является модифицированный битум (патент РФ №2 669 085, C07L95/00, опубл. 06.06.2017 г.), включающий, 98,0-99,0 мас.% дорожного вязкого битума и остальное продукт конденсации олеиновой кислоты с диэтилендиамином или триэтилентетраамином с аминным числом не более 4,5 и кислотным числом не более 20.The closest in technical essence is modified bitumen (RF patent No. 2 669 085, C07L95/00, publ. 06/06/2017), including 98.0-99.0 wt.% of road viscous bitumen and the rest is the condensation product of oleic acid with diethylenediamine or triethylenetetraamine with an amine number of not more than 4.5 and an acid number of not more than 20.

Недостатками этого битума являются: высокое влагонасыщение, невысокая адгезия к минеральным материалам и, как следствие, невысокий коэффициент сцепления шины автомобиля с асфальтовым покрытием и низкий предел прочности при сжатии.The disadvantages of this bitumen are: high moisture saturation, low adhesion to mineral materials and, as a result, a low coefficient of adhesion of a car tire with asphalt coating and low compressive strength.

Задачей изобретения является усовершенствование состава модифицированного битума, позволяющее повысить его эксплуатационные характеристики.The objective of the invention is to improve the composition of the modified bitumen, allowing to improve its performance.

Технический результат заключается в улучшении физико-химических показателей модифицированного битума и эксплуатационных показателей покрытия дорог с использованием этого битума: адгезионных свойств к минералам кислотного и основного химико-минерального состава, замедление процесса теплового старения, снижение динамической вязкости модифицированного битума, а также снижение влагонасыщения дорожного покрытия и увеличение сцепления колес автомобиля с дорогой.The technical result consists in improving the physical and chemical parameters of the modified bitumen and the performance of the road surface using this bitumen: adhesion properties to minerals of acidic and basic chemical-mineral composition, slowing down the process of thermal aging, reducing the dynamic viscosity of the modified bitumen, as well as reducing the moisture saturation of the road surface and increase the grip of the car's wheels with the road.

Технический результат достигается тем, что модифицированный нефтяной дорожный битум содержит битум нефтяной дорожный вязкий и модификатор, в качестве которого используют жиро-протеиновый концентрат «АШЕР», при следующем соотношении компонентов, мас.%:The technical result is achieved by the fact that the modified oil road bitumen contains viscous oil road bitumen and a modifier, which is used as a fat-protein concentrate "USHER", in the following ratio, wt.%:

Битум нефтяной дорожный вязкийBitumen oil road viscous 99,0 – 99,299.0 - 99.2 Жиро-протеиновый концентрат «АШЕР»Fat-protein concentrate "USHER" 0,8 – 1,00.8 - 1.0

Для улучшения адгезионных свойств битума к минералам кислотного и основного химико-минерального состава, замедления процесса теплового старения, снижения динамической вязкости, а также снижения влагонасыщения дорожного покрытия и увеличения сцепления колес автомобиля с дорогой в битум вводят жиро-протеиновый концентрат (ЖПК). Благодаря наличию в ЖПК жиров и ПАВ он хорошо смешивается с битумом до однородной массы, и способствует прочному и полному обволакиванию зерен минерального материала. Адсорбционные процессы и молекулярно-поверхностные явления, связанные с адсорбцией ПАВ, изменяют структуру пограничных слоев битума и влияют на консистенцию битумоминеральных смесей. Карбоксильные соединения закрепляются на поверхности минералов как в молекулярной, так и в ионной формах, что позволяет улучшить все эксплуатационные свойства битума.To improve the adhesive properties of bitumen to minerals of acidic and basic chemical-mineral composition, slow down the process of thermal aging, reduce dynamic viscosity, as well as reduce moisture saturation of the road surface and increase the adhesion of car wheels to the road, fat-protein concentrate (FPC) is introduced into bitumen. Due to the presence of fats and surfactants in the FPC, it mixes well with bitumen to a homogeneous mass, and contributes to a strong and complete envelopment of grains of mineral material. Adsorption processes and molecular-surface phenomena associated with the adsorption of surfactants change the structure of the boundary layers of bitumen and affect the consistency of bitumen-mineral mixtures. Carboxyl compounds are fixed on the surface of minerals in both molecular and ionic forms, which improves all the performance properties of bitumen.

ЖПК получают в процессе переработки растительного масла. При щелочной нейтрализации масел получают соапсток, который обрабатывают серной кислотой до рН 1,5-2,0, интенсивно перемешивают при температуре 90°С. Получают водную эмульсию, которая расслаивается на три фазы, средняя из которых является жиро-протеиновым концентратом. ЖПК имеет однородную вязкую консистенцию от светло-коричневого до темного цвета плотностью 1004-1065кг/м3, не горюч, не токсичен, не пожароопасен, массовая доля общего протеина 15-40%, массовая доля общего жира 6-12%.FPC is obtained during the processing of vegetable oil. With alkaline neutralization of oils, a soap stock is obtained, which is treated with sulfuric acid to pH 1.5-2.0, intensively stirred at a temperature of 90°C. An aqueous emulsion is obtained, which is stratified into three phases, the middle of which is a fat-protein concentrate. ZHPK has a homogeneous viscous consistency from light brown to dark color with a density of 1004-1065kg/m 3 , non-flammable, non-toxic, non-flammable, mass fraction of total protein 15-40%, mass fraction of total fat 6-12%.

Для получения модифицированного битума использовали битум нефтяной дорожный вязкий марки БНД60/90 по ГОСТ 22245-90 производства ЗАО «КНПЗ-КЭН», г. Краснодар и жиропротеиновый концентрат производства ОАО «Югмаслопродукт», г. Кропоткин Краснодарского края.To obtain the modified bitumen, viscous oil road bitumen grade BND60/90 according to GOST 22245-90, produced by ZAO KNPZ-KEN, Krasnodar, and fat-protein concentrate produced by OAO Yugmasloprodukt, Kropotkin, Krasnodar Territory, were used.

Модифицированный битум получали путем взвешивания необходимого количества битума и ЖПК в соответствии таблице 1.Modified bitumen was obtained by weighing the required amount of bitumen and FPC in accordance with table 1.

Таблица 1Table 1

Состав модифицированного битумаThe composition of the modified bitumen

Пример №Example No. Содержание компонентов, мас.%The content of components, wt.% Битум
БНД 60/90
Bitumen
BND 60/90
ЖПКZHPK Продукт конденсации олеиновой кислоты с
диэтилетриамином
The condensation product of oleic acid with
diethylenetriamine
1one 99,199.1 0,90.9 -- 22 99,299.2 0,80.8 -- 33 99,099.0 1,01.0 -- 4 прототип4 prototype 98,598.5 -- 1,51.5

Битум подогревают до температуры 150-160оС, а ЖПК – до 60-70°С. Разогретые компоненты соединяют и перемешивают в течение 20-30 минут.Bitumen is heated to a temperature of 150-160 ° C, and the LPC - up to 60-70 ° C. The heated components are combined and stirred for 20-30 minutes.

Полученному модифицированному битуму определяют следующие показатели качества:The resulting modified bitumen is determined by the following quality indicators:

- сцепление с поверхностью кислых и основных пород минеральных материалов определяли по ГОСТ 12801-98, раздел 28, изм.1. Для определения сцепления модифицированного битума (МБ) с поверхностью кислых пород использовали щебень гранитный по ГОСТ 8267-93 Белореченского месторождения, пос. Дружный Краснодарского края, а с поверхностью основных пород использовали щебень Гулькевического месторождения, х. Киевка Краснодарского края;- adhesion to the surface of acidic and basic rocks of mineral materials was determined according to GOST 12801-98, section 28, rev.1. To determine the adhesion of modified bitumen (MB) with the surface of acidic rocks, crushed granite was used according to GOST 8267-93 of the Belorechenskoye deposit, pos. Druzhny of the Krasnodar Territory, and with the surface of the main rocks, crushed stone of the Gulkevichskoye deposit was used, x. Kievka of the Krasnodar Territory;

- пенетрацию по ГОСТ 11501-78;- penetration according to GOST 11501-78;

- температуру размягчения по ГОСТ 11508-73;- softening temperature according to GOST 11508-73;

- изменение массы и температуры размягчения после прогрева по ГОСТ 18180-72 и ГОСТ 11506-73.- change in mass and softening temperature after heating in accordance with GOST 18180-72 and GOST 11506-73.

Реологические испытания для определения зависимости динамической вязкости от скорости сдвига и температуры проводили на реометре HAAKE MARS 111 в динамическом режиме с использованием измерительной системы «плоскость-плоскость» с диаметром плоскости и ротора 35мм, со скоростью сдвига в пределах 0-1000 с-1, диапазона температуры расплава 135-163оС. Рабочий зазор между плоскостями принимался в соответствии с толщиной расплавленного модифицированного битума и составил 1мм. Результаты показателей качества модифицированного битума представлены в таблице 2.Rheological tests to determine the dependence of dynamic viscosity on shear rate and temperature were carried out on a HAAKE MARS 111 rheometer in dynamic mode using a “plane-plane” measuring system with a plane diameter and a rotor of 35 mm, with a shear rate within 0-1000 s -1 , range melt temperature 135-163 o C. The working gap between the planes was taken in accordance with the thickness of the molten modified bitumen and amounted to 1 mm. The results of the quality indicators of the modified bitumen are presented in table 2.

Таблица 2table 2

Свойства модифицированного битумаProperties of modified bitumen

Пример №Example No. Показатели качестваQuality indicators адгезия к минеральным материалам, балыadhesion to mineral materials, balls Пенетрация, мм при
температуре,
Penetration, mm at
temperature,
Температура размягчения, °Сsoftening temperature, °C Изменение свойств
после прогрева
(5ч при 163°С)
(тепловое старение)
Change properties
after warming up
(5h at 163°C)
(thermal aging)
Динамическая вязкость, Па
при скорости сдвига
Dynamic viscosity, Pa
at shear rate
основ-ныеbasic кис-лыеsour 25°С25°C 0°С0°C массы,%masses,% температура размягчения, °С не болееsoftening point, °C no more 100с-1 100s -1 1000с-1 1000s -1 135 °С135 °C 163 °С163 °C 135 °С135 °С 163 °С163 °C 1one 5,55.5 5,25.2 9191 2424 49,249.2 0,0920.092 9,19.1 0,3360.336 0,1320.132 0,3820.382 0,1220.122 22 5,55.5 5,25.2 9191 2424 49,249.2 0,0930.093 9,29.2 0,3320.332 0,1320.132 0,3850.385 0,1250.125 33 5,55.5 5,25.2 9292 2424 49,249.2 0,0920.092 9,19.1 0,3300.330 0,1320.132 0,3850.385 0,1230.123 прототипprototype 5,05.0 5,05.0 9090 2424 47,7547.75 0,0950.095 9,59.5 0,3420.342 0,1380.138 0,3990.399 0,1280.128

На основе модифицированного битума были приготовлены образцы асфальтовых вяжущих, состав которых приведен в таблице 3.Based on the modified bitumen, samples of asphalt binders were prepared, the composition of which is given in Table 3.

Таблица 3Table 3

Состав асфальтаAsphalt composition

Пример №Example No. Содержание компонентов, %масContent of components, wt % Минеральный компонентmineral component Модифицированный битумmodified bitumen кислой
породы
sour
breeds
основной породыmain breed по примеру №1according to example No. 1 по прототипуby prototype
1one 84,584.5 -- 15,515.5 -- 22 -- 84,584.5 15,515.5 -- прототипprototype -- 84,584.5 -- 15,515.5

Образцы представляли собой цилиндры диаметром 50 мм, которые испытывали на прочность и водонасыщение по ГОСТ 12248-2010 (см. табл.№4). Кроме того, были заасфальтированы 2 участка дороги длиной 3км (асфальтовым вяжущим по примерам №1 и 2), на которых испытывали силу сцепления шин автомобиля с дорогой. Коэффициент сцепления шин с дрогой определяли по длине тормозного пути в соответствии СНиП 3.06.03-85. Результаты приведены в таблице 4.The samples were cylinders with a diameter of 50 mm, which were tested for strength and water saturation according to GOST 12248-2010 (see Table No. 4). In addition, 2 sections of the road 3 km long were asphalted (with asphalt binder according to examples No. 1 and 2), on which the adhesion force of the car tires to the road was tested. The coefficient of adhesion of tires to the road was determined by the length of the braking distance in accordance with SNiP 3.06.03-85. The results are shown in table 4.

Таблица 4Table 4

Показатели качества асфальтаAsphalt quality indicators

Пример №Example No. Средняя
плотность
г/см3
Medium
density
g/cm 3
Влаго-
насыщение,
%
Moisture
saturation,
%
Предел прочности при сжатии, МПа при темпе-
ратуре, °С
Compressive strength, MPa at a temperature
temperature, °С
Коэффициент сцепления шины автомобиля с асфальтовым покрытием, баллыCoefficient of adhesion of a car tire with an asphalt surface, points
50fifty 00 сухимdry 1one 1.991.99 3.053.05 4.214.21 11.4311.43 0,780.78 22 1.981.98 3.113.11 3.993.99 11.4211.42 0.780.78 прототипprototype 1.991.99 3.623.62 3.653.65 10.2510.25 0.720.72

Предложенный модифицированный битум по сравнению с известным обладает более высокими адгезионными свойствами к минеральным материалам, кислотного и основного химико-минерального состава, замедлением процесса теплового старения и снижением динамической вязкости. Кроме того, снижается влагонасыщение дорожного покрытия, приготовленного на основе предложенного модифицированного битума от 14,1 до 15,7%, возрастает предел прочности при 50°С от 9,3 до 15,3%, при 0°С от 11,4 до 11,5% и увеличивается сцепление колес автомобиля с дорогой на 8% при сухом покрытии.The proposed modified bitumen, compared to the known one, has higher adhesive properties to mineral materials of acidic and basic chemical-mineral composition, slows down the process of thermal aging and reduces dynamic viscosity. In addition, the moisture saturation of the road surface prepared on the basis of the proposed modified bitumen decreases from 14.1 to 15.7%, the tensile strength increases at 50°C from 9.3 to 15.3%, at 0°C from 11.4 to 11.5% and increases the grip of the car's wheels with the road by 8% in dry conditions.

Однако достижение таких показателей возможно только при использовании заявленного модификатора и соотношении компонентов (смотри сравнительные примеры в таблицах 1-4).However, the achievement of such indicators is possible only when using the claimed modifier and the ratio of components (see comparative examples in tables 1-4).

Claims (2)

Модифицированный нефтяной дорожный битум, включающий битум нефтяной дорожный вязкий и модификатор, отличающийся тем, что в качестве модификатора используется жиро-протеиновый концентрат «АШЕР», при следующем соотношении компонентов, мас.%:Modified oil road bitumen, including viscous oil road bitumen and a modifier, characterized in that fat-protein concentrate "USHER" is used as a modifier, in the following ratio of components, wt.%: битум нефтяной дорожный вязкийviscous oil road bitumen 99,0-99,299.0-99.2 жиро-протеиновый концентрат «АШЕР»fat-protein concentrate "USHER" 0,8-1,0.0.8-1.0.
RU2021134321A 2021-11-24 Modified petroleum road bitumen RU2784872C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2784872C1 true RU2784872C1 (en) 2022-11-30

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2241011C1 (en) * 2003-06-16 2004-11-27 Дальневосточный государственный университет Министерство образования Российской Федерации Modified bitumen and a method for manufacture thereof
RU2461594C1 (en) * 2011-03-30 2012-09-20 Сергей Михайлович Гайдар Modified bitumen
RU2669085C1 (en) * 2017-06-06 2018-10-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Modified bitumen
WO2020002153A1 (en) * 2018-06-26 2020-01-02 Renescience A/S Asphalt mixture composition comprising digestate additive

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2241011C1 (en) * 2003-06-16 2004-11-27 Дальневосточный государственный университет Министерство образования Российской Федерации Modified bitumen and a method for manufacture thereof
RU2461594C1 (en) * 2011-03-30 2012-09-20 Сергей Михайлович Гайдар Modified bitumen
RU2669085C1 (en) * 2017-06-06 2018-10-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Modified bitumen
WO2020002153A1 (en) * 2018-06-26 2020-01-02 Renescience A/S Asphalt mixture composition comprising digestate additive

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8530365B2 (en) Composition for improving the stability and operational performance and reducing the environmental impact of asphalt mixes
Remisova Study of mineral filler effect on asphalt mixtures properties
RU2519283C1 (en) Soil mix for road construction
CN108359255A (en) A kind of modified pitch and the high intensity pervious asphalt concrete with the pitch
US7041165B2 (en) Method for making cold-process bituminous mix
RU2784872C1 (en) Modified petroleum road bitumen
Albayati Mechanistic evaluation of lime-modified asphalt concrete mixtures
RU2560033C1 (en) Road pavement
US6689204B2 (en) Roadbed stabilization
EP1291391B1 (en) Bitumen aggregate and method for producing road structural layer
Bayat et al. Influence of polypropylene length on stability and flow of fiber-reinforced asphalt mixtures
RU2490226C1 (en) Polymer-asphalt-concrete mixture
Riyad et al. Effects of Waste Bone, Fly Ash and GGBS as Modifier for Bitumen in Construction of Asphalt Pavement
KR100895845B1 (en) Composition for exposed aggregate concrete pavement and construction method for exposed aggregate concrete pavement using the same
RU2717592C1 (en) Composition for soil stabilization
RU2691042C1 (en) Composition of concrete mixture and method of its use in construction
KR100432048B1 (en) Modified Ascon Mixture
RU2757238C1 (en) Composition for the arrangement of functional layers of the roadbed
RU2459036C2 (en) Road mix
RU2308430C2 (en) Asphalt concrete mix
RU2750536C1 (en) Composition for the arrangement of functional layers of the roadbed
KR102156260B1 (en) Spray solution for foamed asphalt using macro and micro bubble, foamed asphalt binder composition using the same, foamed asphalt mixture using the same and process for manufacturing the same
RU2792129C1 (en) Method for preparing limestone low-strength crushed stone
Haritonovs Evaluation of polyaminoamide as a surfactant additive in hot mix asphalt
RU2324667C1 (en) Asphalt-mineral mixture