RU2785849C1 - Способ получения битумного вяжущего с улучшенными вязкоупругими и адгезионными характеристиками - Google Patents

Способ получения битумного вяжущего с улучшенными вязкоупругими и адгезионными характеристиками Download PDF

Info

Publication number
RU2785849C1
RU2785849C1 RU2022105701A RU2022105701A RU2785849C1 RU 2785849 C1 RU2785849 C1 RU 2785849C1 RU 2022105701 A RU2022105701 A RU 2022105701A RU 2022105701 A RU2022105701 A RU 2022105701A RU 2785849 C1 RU2785849 C1 RU 2785849C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oil
bitumen
binder
bio
strength
Prior art date
Application number
RU2022105701A
Other languages
English (en)
Inventor
Анастасия Евгеньевна Ядыкова
Сергей Олегович Ильин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН)
Application granted granted Critical
Publication of RU2785849C1 publication Critical patent/RU2785849C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к области нефтепереработки, конкретно к способу получение битумного вяжущего с улучшенными эксплуатационными свойствами. Способ включает нагревание битума, добавление к нему масла и модификатора и перемешивание полученной смеси. При этом в качестве масла применяют бионефть, полученную путем быстрого пиролиза древесной биомассы и характеризующуюся плотностью 1.12-1.21 г/мл и содержанием воды 20-45%, и нагретую до температуры 180°С, в качестве модификатора используют или гидрофобизированный диоксид кремния, или органомодифицированный монтмориллонит и после перемешивания смесь выдерживают в нагретом состоянии в течение 30-60 мин при следующем соотношении компонентов, мас. %: указанная бионефть 5-10, гидрофобизированный диоксид кремния или органомодифицированный монтмориллонит 5-30, битум - остальное. Техническим результатом изобретения является получение более высоких вязкоупругих характеристик битумного вяжущего при обычных и повышенных температурах, его более высокой когезионной прочности, а также более высокой прочности клеевых соединений, формируемых битумным вяжущим. 1 табл., 7 пр.

Description

Изобретение относится к области нефтепереработки, конкретно к способу получение битумного вяжущего с улучшенными эксплуатационными свойствами. Изобретение может быть использовано на нефтеперерабатывающих предприятиях, а также при выполнении строительных и дорожных работ.
Технический битум представляет собой остаточный продукт переработки нефти и характеризуется большим содержанием серы и высоким значением вязкости, что приводит к ограниченности его применения в отраслях народного хозяйства. Основной областью использования технического битума является строительная и дорожная промышленность, где он применяется для создания влагоотталкивающих покрытий, а также в качестве битумного вяжущего для получения дорожного полотна. Для битумных вяжущих одними из главных показателей являются низкая вязкость расплава, хорошая адгезия к наполнителю, высокая когезионная прочность и определенный комплекс вязкоупругих свойств.
Для улучшения свойств битумных вяжущих могут быть использованы различные модификаторы и наполнители, вводимые в битум для снижения его скорости старения, уменьшения склонности к колееобразованию, растрескиванию и усадке, улучшения адгезионных, прочностных и вязкоупругих характеристик.
Известен способ получения битумного вяжущего (RU №2496812, МПК C08L 95/00, опубл. 27.10.2013), которое содержит битум и полимерный компонент, состоящий из индустриального масла, наномодифицированного одностенными углеродными нанотрубками (ОУНТ) без очистки от примесей углеродных и металлических наночастиц, и полимера. В качестве полимерного компонента используют термоэластопласт - ДСТ-30Р-01. Соотношение компонентов следующее, мас. %: ДСТ-30Р-01 - 1.1-3.4; индустриальное масло - 2.2-9.4; ОУНТ - 0.001-0.03; битум - остальное. Способ получения вяжущего включает введение при перемешивании в битум полимерного компонента. Причем до введения в битум осуществляют подготовку полимерного компонента путем смешивания ОУНТ с маслом индустриальным при температуре 100-120°С и последующим введением полимера, после чего полученную смесь при перемешивании вводят в битум при 120-160°С. Результатом является получение высокооднородного битумного вяжущего, обладающего высокими физико-механическими свойствами с одновременным сокращением расхода полимера и индустриального масла.
Недостатком способа является быстрое старение битума вследствие его совмещения с индустриальным маслом, применение дорогостоящих добавок и невысокая прочность адгезионных соединений, формируемых вяжущим.
Известен способ получения битумного вяжущего (ЕР №0458386, кл. C08L 95/00, 1972), включающий смешение 85-98 мас. % битума с 15-2 мас. % разветвленного или линейного стирольного блок-сополимера при 200-250°С в течение 15-40 минут. Полученные смеси характеризуются высокой прочностью и эластичностью. Недостатком способа является неполное совмещение битума с модификатором, в результате чего структура вяжущего негомогенна и может привести к появлению трещин на дорожных покрытиях.
Известен способ получения битумного вяжущего (см. RU 2754709, кл. МПК C10G 21/14, опубл. 06.09.2021), которое содержит битум, полимер класса термоэластопластов - блок-сополимер бутадиена и стирола (СБС) в количестве 3.15-3.5 мас. %, пластификатор, в качестве которого используют Унипласт, в количестве 1.5 мас. % и тонкодисперсную добавку, в качестве которой используют шунгит, в количестве 3-5 мас. %, где битум - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение гомогенности структуры вяжущего, улучшение его адгезии к минеральным материалам, когезии, повышение температуры размягчения, растяжимости при 25 и 0°С и эластичности, что в конечном итоге улучшает физико-механические свойства полимерасфальтобетона такие, как прочность на сжатие при 20 и 50°С, сцепление при сдвиге, трещиностойкость при низких температурах.
Недостатком способа является недостаточно высокая прочность адгезионных соединений вяжущего и его склонность к необратимым деформациям при повышенных температурах.
Известен способ получения битумного вяжущего для дорожного покрытия (см. RU 2038360, кл. C08L 95/00, опубл. 27.06.1995), который заключается в добавлении к битуму масла и модификатора, в качестве которых выступают индустриальное масло и блоксополимер алкадиена и стирола типа САС, причем смешивание модификатора с маслом осуществляют при 80-160°С и далее добавляют полученную смесь к битуму и перемешивают при следующем соотношении компонентов (мас. %):
индустриальное масло 1.9-33.3;
указанный блоксополимер 0.1 - 22.3;
битум 44.4-98.0.
Вяжущее существенно отличается в лучшую сторону от известных вяжущих по теплостойкости, эластичности и трещиностойкости и соответствует по всем параметрам требованиям, предъявляемым к вяжущим. Срок службы покрытий, полученных с применением такого вяжущего, увеличивается в 1.5-2 раза.
По совокупности признаков и конечному техническому результату известный способ может быть принят как наиболее близкий аналог - прототип.
Недостатком прототипа является недостаточно высокие адгезионные и когезионные характеристики вяжущего, а также его склонность к необратимым деформациям (ползучести) при обычных и повышенных температурах.
Задачей данного изобретения является получение битумного вяжущего, проявляющего высокие значения адгезионной и когезионной прочности, а также имеющего высокие вязкоупругие характеристики, заключающиеся в низкой склонности к необратимым деформациям при обычных и повышенных температурах. Способность вяжущего к обратимым и необратимым деформациям определяется значением его фактора потерь. Чем ниже величина фактора потерь, тем менее битумное вяжущее склонно к необратимым деформациям и тем, соответственно, лучше держит форму при воздействии статических или низкочастотных динамических нагрузок. Дорожное полотно из асфальтовой смеси, полученной на основе вяжущего с высокими вязкоупругими характеристиками, менее склонно к колееобразованию в результате воздействия низкоскоростного тяжелонагруженного дорожного трафика, и, следовательно, требует менее частой замены или ремонта, что является экономически выгодным.
Поставленная задача решается тем, что предложен способ получения битумного вяжущего, заключающийся в нагревании битума, добавлении к нему масла и модификатора и перемешивании полученной смеси, в котором в качестве масла применяют бионефть, полученную путем быстрого пиролиза древесной биомассы и характеризующуюся плотностью 1.12-1.21 г/мл и содержанием воды 20-45%, и нагретую до температуры 180°С, в качестве модификатора используют или гидрофобизированный диоксид кремния или органомодифицированный монтмориллонит и после перемешивания смесь выдерживают в нагретом состоянии в течение 30-60 мин при следующем соотношении компонентов, мас. %:
указанная бионефть 5-10;
гидрофобизированный диоксид кремния
или органомодифицированный монтмориллонит 5-30;
битум остальное.
Бионефть, используемая по изобретению, может быть дополнительно охарактеризована содержанием в ее составе следующих соединений:
- водорастворимых (44%),
- гексанрастворимых (15.4%),
- метиленхлоридрастворимых (3.9%)
и эфирорастворимых (9.3%)
при содержании углерода (51.25% мас.) и водорода (6.49% мас).
Также используемая по изобретению бионефть отвечает следующим характеристикам:
- наименьшая ньютоновская вязкость (0.19 Па⋅с при 20°С),
- предел текучести (2.5 Па при 20°С),
- энергия активации вязкого течения (86.7 кДж/моль),
- температура плавления (-19°С),
- температура стеклования (-69°С).
Технический результат, который может быть получен от использования предлагаемого изобретения, состоит в более высоких вязкоупругих характеристиках битумного вяжущего при обычных и повышенных температурах, его более высокой когезионной прочности, а также более высокой прочности клеевых соединений, формируемых битумным вяжущим.
Бионефть, полученная путем быстрого пиролиза древесной биомассы и характеризующаяся плотностью 1.12-1.21 г/мл и со/держанием воды 20-45%, выступает в качестве масла для модификации адгезионных, когезионных и вязкоупругих свойств битумного вяжущего. Во-первых, бионефть содержит поверхностно-активные соединения, которые могут адсорбироваться на межфазной границе между модифицированным по изобретению битумом и склеиваемой поверхностью и тем самым улучшать адгезию между ними. Во-вторых, бионефть содержит реакционноспособные вещества, которые растворяются в битуме при его смешении с бионефтью и затем полимеризуются в его среде в результате выдержки смеси в нагретом состоянии. Полимеризация составляющих бионефти повышает вязкоупругие характеристики битума, делая его менее склонным к обратимым деформациям при обычной (20°С) и повышенной (60°С) температурах, а также улучшает его когезионную прочность.
Применение бионефти для модификации свойств битумного вяжущего является неочевидным, как и механизм, лежащий в основе улучшения свойств. Кроме того, в состав битумного вяжущего дополнительно вводят наночастицы или гидрофобизированного диоксида кремния или органомодифицированного монтмориллонита, которые усиливают положительное влияние бионефти на эксплуатационные свойства битумного вяжущего, приводя к еще большему росту его вязкоупругости и когезионной прочности.
Нижеперечисленные примеры иллюстрируют техническое решение. В них когезионную прочность определяют при растяжении образцов битумного вяжущего в виде лопаток с длиной 2.5 см, шириной в узкой части 4 мм и толщиной 0.4-0.9 мм со скоростью 3.8 см/мин. Прочность адгезионной связи определяют в условиях сдвига двух стальных пластин, склеенных внахлест битумным вяжущим при 180°С (размеры склеек 10 мм × 5 мм × 0.25 мм). Фактор потерь определяют при угловой частоте 10 с-1 и температуре 20°С или 60°С на ротационном реометре Discovery ITR-2 (ТА Instruments, США) при амплитуде относительной деформации 0.1%.
Пример 1
К 90 г битума нагретого до 180°С добавляют 5 г бионефти, полученной путем быстрого пиролиза древесной биомассы и характеризующейся плотностью 1.12 г/мл и содержанием воды 45%, и 5 г гидрофобизированного диоксида кремния (ГДК), смесь перемешивают, выдерживают в нагретом состоянии в течение 30 мин и затем охлаждают с получением готового битумного вяжущего.
Значение когезионной прочности, фактора потерь при 20°С и 60°С, а также прочности адгезионной связи полученного битумного вяжущего приведены в таблице.
Пример 2
Получение битумного вяжущего осуществляют аналогично способу, описанному в примере 1, но используют 5 г бионефти, характеризующейся плотностью 1.17 г/мл и содержанием воды 35%, и 10 г гидрофобизированного диоксида кремния, а смесь перемешивают и выдерживают в нагретом состоянии в течение 60 мин.
Значение когезионной прочности, фактора потерь при 20°С и 60°С, а также прочности адгезионной связи полученного битумного вяжущего приведены в таблице.
Пример 3
Получение битумного вяжущего осуществляют аналогично способу, описанному в примере 1, но используют 5 г бионефти, характеризующейся плотностью 1.21 г/мл и содержанием воды 20%, и 15 г гидрофобизированного диоксида кремния, а смесь перемешивают и выдерживают в нагретом состоянии в течение 45 мин.
Значение когезионной прочности, фактора потерь при 20°С и 60°С, а также прочности адгезионной связи полученного битумного вяжущего приведены в таблице.
Пример 4
К 80 г битума нагретого до 180°С добавляют 10 г бионефти, полученной путем быстрого пиролиза древесной биомассы и характеризующейся плотностью 1.17 г/мл и содержанием воды 35%, и 10 г органомодифицированного монтмориллонита (ОММТ), смесь перемешивают, выдерживают в нагретом состоянии в течение 30 мин и затем охлаждают с получением готового битумного вяжущего.
Значение когезионной прочности, фактора потерь при 20°С и 60°С, а также прочности адгезионной связи полученного битумного вяжущего приведены в таблице.
Пример 5
Получение битумного вяжущего осуществляют аналогично способу, описанному в примере 4, но используют 10 г бионефти, характеризующейся плотностью 1.21 г/мл и содержанием воды 20%, и 20 г органомодифицированного монтмориллонита, а смесь перемешивают и выдерживают в нагретом состоянии в течение 60 мин.
Значение когезионной прочности, фактора потерь при 20°С и 60°С, а также прочности адгезионной связи полученного битумного вяжущего приведены в таблице.
Пример 6
Получение битумного вяжущего осуществляют аналогично способу, описанному в примере 4, но используют 10 г бионефти, характеризующейся плотностью 1.12 г/мл и содержанием воды 45%, и 30 г органомодифицированного монтмориллонита, а смесь перемешивают и выдерживают в нагретом состоянии в течение 45 мин.
Значение когезионной прочности, фактора потерь при 20°С и 60°С, а также прочности адгезионной связи полученного битумного вяжущего приведены в таблице.
Пример 7 (сравнительный но прототипу)
33.3 г масла индустриального подают в обезвоженный нефтяной дорожный битум, взятый в количестве 44.4 г, нагретый до 160°С, и перемешивают до однородного состояния смеси. Затем в эту смесь вводят небольшими порциями 22.3 г блоксополимера бутадиена и стирола в виде крошки размером от 2 до 5 мм, и перемешивают смесь до однородности.
Значение когезионной прочности, фактора потерь при 20°С и 60°С, а также прочности адгезионной связи полученного битумного вяжущего приведены в таблице.
Figure 00000001
Таким образом, предлагаемый по изобретению способ позволяет:
- повысить прочность адгезионной связи битумного вяжущего почти в 7 раз (Пример 3) по сравнению с примером №7 по прототипу;
- повысить когезионную прочность битумного вяжущего в 4 раза (Пример 6) по сравнению с примером №7 по прототипу;
- снизить фактор потерь на 56% при 20°С (Пример 6) по сравнению с примером №7 по прототипу;
- снизить фактор потерь на 49% при 60°С (Пример 5) по сравнению с примером №7 по прототипу.

Claims (2)

  1. Способ получения битумного вяжущего, заключающийся в нагревании битума, добавлении к нему масла и модификатора и перемешивании полученной смеси, отличающийся тем, что в качестве масла применяют бионефть, полученную путем быстрого пиролиза древесной биомассы и характеризующуюся плотностью 1.12-1.21 г/мл и содержанием воды 20-45%, и нагретую до температуры 180°С, в качестве модификатора используют или гидрофобизированный диоксид кремния, или органомодифицированный монтмориллонит и после перемешивания смесь выдерживают в нагретом состоянии в течение 30-60 мин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
  2. указанная бионефть 5-10 гидрофобизированный диоксид кремния или органомодифицированный монтмориллонит 5-30 битум остальное.
RU2022105701A 2022-03-03 Способ получения битумного вяжущего с улучшенными вязкоупругими и адгезионными характеристиками RU2785849C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2785849C1 true RU2785849C1 (ru) 2022-12-14

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0458386A1 (en) * 1990-05-18 1991-11-27 EURON S.p.A. Method for preparing stable bitumen-polymer mixtures
SU1736996A1 (ru) * 1990-05-30 1992-05-30 Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола Способ получени битумного в жущего
RU2038360C1 (ru) * 1994-10-12 1995-06-27 Товарищество с ограниченной ответственностью "АППОС-Асфальт" Битумное вяжущее для дорожного покрытия и способ его получения
RU2703205C1 (ru) * 2019-06-14 2019-10-15 Сергей Анатольевич Комаров Способ получения модифицированного битумного вяжущего
RU2712686C1 (ru) * 2019-05-07 2020-01-30 Сергей Анатольевич Комаров Модифицированное битумное вяжущее
US10793720B2 (en) * 2017-03-20 2020-10-06 Kraton Polymers U.S. Llc Reclaimed asphalt composition and methods of making and using same
RU2763721C1 (ru) * 2020-12-30 2021-12-30 Общество с ограниченной ответственностью "ПРОГРАММА" Способ и установка непрерывного производства полимерного битумного вяжущего IN-LINE

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0458386A1 (en) * 1990-05-18 1991-11-27 EURON S.p.A. Method for preparing stable bitumen-polymer mixtures
SU1736996A1 (ru) * 1990-05-30 1992-05-30 Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола Способ получени битумного в жущего
RU2038360C1 (ru) * 1994-10-12 1995-06-27 Товарищество с ограниченной ответственностью "АППОС-Асфальт" Битумное вяжущее для дорожного покрытия и способ его получения
US10793720B2 (en) * 2017-03-20 2020-10-06 Kraton Polymers U.S. Llc Reclaimed asphalt composition and methods of making and using same
RU2712686C1 (ru) * 2019-05-07 2020-01-30 Сергей Анатольевич Комаров Модифицированное битумное вяжущее
RU2703205C1 (ru) * 2019-06-14 2019-10-15 Сергей Анатольевич Комаров Способ получения модифицированного битумного вяжущего
RU2763721C1 (ru) * 2020-12-30 2021-12-30 Общество с ограниченной ответственностью "ПРОГРАММА" Способ и установка непрерывного производства полимерного битумного вяжущего IN-LINE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Aliha et al. Effect of temperature and air void on mixed mode fracture toughness of modified asphalt mixtures
Kök et al. Evaluation of high temperature performance of SBS+ Gilsonite modified binder
US9074099B2 (en) Bituminous composition
JP7211967B2 (ja) リサイクルドコンテンツを高量含む高性能アスファルト組成物における化合物のリジュベネート処理
Yadykova et al. Rheological and adhesive properties of nanocomposite bitumen binders based on hydrophilic or hydrophobic silica and modified with bio-oil
Al-Saffar et al. Evaluating the chemical and rheological attributes of aged asphalt: synergistic effects of maltene and waste engine oil rejuvenators
Yadykova et al. Bitumen improvement with bio-oil and natural or organomodified montmorillonite: Structure, rheology, and adhesion of composite asphalt binders
Fu et al. Rheological properties of SBS/CR-C composite modified asphalt binders in different aging conditions
KR100986718B1 (ko) 폐이피디엠분말을 이용한 개질 아스팔트의 제조방법
Sedaghat et al. Rheological properties of bitumen containing nanoclay and organic warm-mix asphalt additives
Chen et al. Investigation on the mechanism and performance of asphalt and its mixture regenerated by waste engine oil
Ke et al. Storage stability and anti-aging performance of SEBS/organ-montmorillonite modified asphalt
Din et al. Experimental investigation of low viscosity grade binder modified with Fischer Tropsch-Paraffin wax
KR100903652B1 (ko) 프로필렌계 왁스로 개질된 미세 폐타이어분말의 제조방법과 개질된 미세 폐타이어분말을 이용한 개질 아스팔트의 제조방법
RU2785849C1 (ru) Способ получения битумного вяжущего с улучшенными вязкоупругими и адгезионными характеристиками
RU2740062C1 (ru) Каучуковый композиционный материал и способ его получения
Huang et al. Enhancing rheological and aging performance of matrix asphalt through thermoplastic phenol-formaldehyde resin-based intercalated clay nanocomposites: Mechanisms and effects
Wang et al. Composition and evaluation on road performance of SBS/PTW high-viscosity-modified asphalt and its mixtures for ultrathin overlays
CN114804722A (zh) 一种基于软硬沥青复配的高性能橡胶沥青混合料及制备方法和应用
Yao et al. Nanoclay modified asphalt
RU2816688C1 (ru) Способ получения композитного битумного вяжущего для дорожного строительства
CN110746141B (zh) 一种生物质基改性沥青混合料及其制备方法
KR100432048B1 (ko) 아스팔트 도로 포장용 개질 역청 혼합물
RU2781192C1 (ru) Модифицирующая добавка
Zhao et al. Laboratory evaluation of the effect of waste materials on mechanical properties of asphalt binder and mixture containing combined natural binder and waste polymer