SU888825A3 - Способ получени св зующего дл дорожных покрытий - Google Patents

Description

шение ведут при 260-310®С, непрерывно измер ют в зкость смеси и процесс рекращают при падении в зкости на 10-20% от ее максимальной величинь.

Предлагаемый способ характеризует  тем, что полиолефиновые материалы битум в гор чей смесительной устаовке перемешиваютс  в гомогенное в зующее или гомогенизируютс  пока е наступает отчетливое снижение  зкости этого св зующего. При этом озникает внутренн   гомогенизаци  итума и полиолефинового материала в днородную массу. Прл достаточно долгой продолжительности процесса в зкость возникающей таким образом св зующей массы может быть снижена настолько значительно, что изготовленный с такой св зующей массой материал уличных покрытий может примен тьс  обычным, предусмотренным дл  обработки битумных материалов уличных покрытий, способом. Полиэтиленовые добавки к битуму улучшают его температурный режим . При этом процессе исчезают существующие тенденции к расслоению полиолефина и битума даже в тех зонах, в которых До сих пор исключалось существование разрьюа смешиваемости, и могут изготавливатьс  стабильные смес полиолефина и битума в обычных пропорци х .

Согласно способу полиолефиновый материал добавл етс  к битуму в количестве , составл ющем 10-100% от его ма:ссы. Гомогенизаци  смеси протекает при 260-310 С (по меньшей мере на выше точки плавлени  полиолефинового материала) до тех пор, пока не произойдет химическое соединение молекул полиолефинового материала с битумом, главным образом с нафтеновыми част ми битума. При этом процессе, благодар  расщеплению молекул полиолефинового материала, происход щего в процессе теплового воздействи  при гомогенизации, происходит образование свободных валентностей , которые сразу же реагируют с битумом, главным образом с нафтеновыми част ми его. Посредством теплового воздействи  в битуме также происходит подобное расщепление молекул , что благопри тствует процессу уттом нутой реакции. Соотношение по- лиолефинового материала и битума особенно важно дл  начала химической реакции между ними.

Согласно предлагаемому способу могут быть применены различные полиолефиновые материалы, в том числе полиэтилены, как типа низкого, так и типа высокого давлени , полипропилен . Могут быть также применены отходы , даже если они загр знены пластмассами другой химической природы, так как предлагаемый способ беспреп тственно протекает и при наличии чужеродных материалов, например частиц дуропластов или тугоплавких термопластов , которые долго сохран ютс  инертными, а также других не олефиновых термопластов, которые ведут себ  как наполнители и не вступают в подобную химическую реакцию.

В предлагаемом способе расщепление молекул полиолефинового материала , наступающее в ходе процесса,  вл етс  причиной относительно незначительной в зкости изготовленного этим способом битумного св зующего и вытекающей из этого незначительной жесткости св занных этим св зующим строительных материалов.

Количество полиолефинового материала выбираетс  большим, чем может св зьшатьс  нафтеновыми част ми битума , так что в гомогенизированном св зующем остаетс  полиол фин в нерасщепленной форме. Возникающие из осколков молекул полиолефина и битума полиолефино-нафтеновые соединени  в зоне температур гомогенизаци имеют свойства эмульгировать другие расщепл ющиес  полиолефиновые материалы , особенно полиэтилен, и распредел ть их в битуме в наиболее тонкой форме, при этом только эмульгированный полиолефиновый материал вследствие своего особенно тонкого распределени  при последующем длительном охлаждении может затвердевать боль- шей частью.в кристаллической форме .и придавать термоустойчивость св зующему и покрытию на его основе.

Св зующее, изготовленное по предлагаемому способу, хорошо сцепл етс 

с щелочно или кислородно реагирующими камн ми. Это объ сн етс  образованием мостичных св зей солей между молекулами, при которых на програнич . ных поверхност х каменного материала битума кроме обычной адгезии действуют еще так называемые пограничные молекул рные св зи, а в данном случае мостики солей, образующие

дополнительную химическую св зь между камнем и св зующим.

Химическа  реакци , возникающа  р ходе течени  гомогенизации битумно-полиолефиновой смеси в гор чей смесительной установке между полиолефиновым материалом и битумом, протекает тем быстрее, чем вьше температура перемешивани . При этом желательно, чтобы гомогенизаци  проходила при 260-31О С. При этой температуре и соотношении между полиэтиленом и битумом 30:70 реакци  начинаетс  примерно через 20 мин, при соотношении смеси 50:50 реакци  наступает примерно через 40 мин. Дл  протекани  реакции (особенно в отношении скорости реакции и преобладающей в зкости) очень благопри тно добавление в битум полиолефинового материала 30-100% от битумной массы.

При пониженной температуре процесса изготовлени  св зующего дл  уличного покрыти  производитс  гомогенизаци  св зующего, продолжающа с  несколько часов.

В ходе проведени  способа согласно изобретению в зкость подвергаемой гомогенизации или тепловой обработке полиолефинобитумной смеси проходит несколько фаз. Сначала наблюдаетс  относительно низка  в зкость, соответствующа  практически в зкости битума в начале рабочего процесса Это вызвано тем, что к этому времени полиолефиновый материал еще не расплавилс , а плавает в битуме в форме мелких частиц. Постепенно эти полиолефиновые частицы расплавл ютс  и одновременно повьшаетс  в зкость массы.

После этой фазы в зкость заметно понижаетс , ч-то объ сн етс  расщеплением молекул полиолефинового материала . Затем в течение долгого времени в зкость остаетс  в основном посто нной или слегка повышаетс  изза образовани  полиолефинобитумных соединений.

Предлагаемый способ позвол ет получать св зующие с широким интервалом соотношени  битума и полиолефинового материала. Способ может также осуществл тьс  следующим образом.

Изготавливаетс  гомогенизированна  св зующа  масса с высоким содержанием полиолефинового материала, а затем посредством дальнейшего добаваени  биту1.1а создаетс  желаемое дл  любого случа  соотношение битума и полиолефина, гомогенизированна  битумнополиолефинова  масса может укладьшатьс  без. дальнейшей переработки после подогрева, и процесс гомогенизации или термообработки следует производить лишь при одном соотношении смеси. Посредством добавки битума можно каждый раз устанавливать соотношение смеси битум-полиолефин, причем последующее добавление битума не вли ет на стабильность против расслаивани . Особенно гомогенное

s св зующее получаетс  в том случае, когда дополнительный битум вводитс  в уже гомогенизированную массу битумполиолефин , и эта смесь смешиваетс  затем с каменным или песчаным мате0 , риалом.

Такой способ может быть успешно осуществлен на битумных установках снабженных тринидадскими котлами. При применении подобных существующих установок обща  термообработка полиЬлефинового материала и битума проводитс  в упом нутых тринидадских котлах, и полученна - в них масса направл етс  в смеситель, в котором

0 каменный или песчаный материал перемешиваетс  с битумом,- причем масса преимущественно разбрызгиваетс .

Подобным образом предлагаемый способ без затруднений может осуществл тьс 

на известных устройствах. Вследствие

5 понижени  в зкости св зующего, имеющего место в процессе согласно изобретению , изготовленный материал дл  уличного покрыти  может употребл тьс  также с обычными существующими

0 устройствами.

Пример 1. В смесительной установке смешивают отходы полиэтилена в.форме тонких, прозрачных, неправильной формы листков размерами 110 обычным битумом дл  улич{7

ных покрытий при 180-200 С, и эта смесь гомогенизируетс . При этом изготавливают смеси с содержанием полиолефина 3, 10 и 20 вес.%, и дл 

O получени  гомогенного продукта тре- буетс  дл  перемешивани : при 3 вес.%. полиолефина - 10 мин, при 10 вес.% - 15 мин и при 20 вес.% 30 мин. Полученные таким образом

5 полиолефинобитумные смеси сповьппе-. нием содержани  пластмассы Принимают все более студнеобразный характер. Дл  этих смесей измер ют точку разм гчени , кольцо и шар, по ДИН 1995 и пенетрацию по ДИН 1995. Замеренные величины приведены в табл. вместе

с теми же данными дл  употребленного в смеси битума дл  уличных покрытий В 80.

Таблица 1

Пример 2. Из битуминозных св зуютщх по примеру 1 и смеси наполнителей , примен емых дл  сооружени  битумных покрытий дорог, содержащей следующие компоненты, вес.%: известн ковую муку 10, обычный песок 13, базальтовый песок 5/8 25, базальтовый высококачественный щебень 2/5 26 и базальтовый высо1 качественный щебень 5/8 26, готов т асфальтовую смесь, причем содержание св зующего составл ет 6,7 вес.%. Асфальтовые смеси, изготовленные подобньм образом, содержащие св зующие с 10 и 20% полиолефинов, имеют относительно высокую жесткость, не позвол ющую обрабатьшать подобные смеси на обычно примен емом в битумных дорожных покрыти х оборудовании , особенно на машинах.

Из полученных таким образом асфальтовых смесей формуют ёбразцы дл  пробы Маршалла с помощью 2 Л 50, 2 х35 и ударов. Эти образцы испытывают обычным образом, а результаты испытаний даны в табл.2.

(N

0 tf

s ч

Ю

П)

H

Пример 3. Получают битумнополиэтиленовую массу путем смешивани  полиолефина и битума в различных соотношени х. В табл.3 указаны режимы гомогенизации (температура и врем ). Примеры 3, 4, 5 и 7 - по предлагаемому способу, примеры 1, 2, 6 контрольные .

Посредством пластографа Брабендера в течение длительного времени провер ют коэффициент в зкости полиэтиленов , полипропиленов, а также смесей полиэтилей-битум и полипропилен-битум при поддерживаемой посто нной температуре (290-270 С), причем лопатки смесител  пластографа вращаюс  со скоростью 60 об/мин, а крут Температура опыта°С 290

290

270

Из приведенных в табл.3 значений видно наступающее в ходе гомогенизирующей термообработки расщепление молекул полиолефинового материала, выражающеес  в падении в зкости. Это происходит вследствие возникаюи (ей в смеси полиолефин-битум химической реакции полиолефинового материала с битумом, в результате в зкость смеси полиолефин-битум в прощий момент измер етс  D г/м. Было проведено семь опытов, причем в первом исследовалс  полиэтилен в виде предварительно размолотых отходов при 290 С, во втором - размолотые полиэтиленовые отходы при , в третьем - смесь отходов полиэтилена и битума дл  дорожных покрытий В 80 в соотношении 50:50 при 290с (остальные опыты были проведены при :5той же тeмпepaтype) в четвертом - смесь отходов полиэтилена и битума дл  дорожных покрытий В 120 в соотношении 30:70, в шестом - размолотые

полипропиленовые отходы и в седьт мом - смесь размолотых полипропиленовых отходов и битума дл  дорожных покрытий В 70 в соотношении 30:70.

Таблица 3

290

290

290

цессе гомогенизирующей термообработки падает на 10-20% (на 1/51/10 ч) от ее максимальной величины , а затем в течение длительного времени остаетс  в основном посто нной . Возникающее зачастую в смеси полиолефин-битум в начале опыта увеличение в зкости объ сн етс  прежде всего тем, что полиолефиновый материал еще не успел растворитьс  в битуме и измерительный прибор показывает в основном в зкость битума , .и только после некоторого времени , когда полиолефиновый материгш растворитс  в битуме, вы вл етс  в з кость этой смеси. Низка  в зкость полученных св зующих после гомогенизирующей термообработки допускает переработку асфальтовых смесей, изготовленных с этими св зующими при применении обыч ных минеральных наполнителей посред ством обычной дл  битумных строитель ных материалов техники. Пример 4. В обогреваемый реактор, оборудованный приводимой в действие электродвигателем быстроход ной мешалкой, загружают 10 кг битума В 100, нагретого до 100 С. При вращающейс  мешалке и включенном обогреве в реактор порци ми загружают 1 кг гранулированного полиэтилена высокого давлени . После 25 мин смешивани  при непрерывном возрастании потреблени  тока электродвигателем мешалки температура-массы около 260 С и имеет макроскопически однородный вид. Затем внешний нагрев отключают, и гомогенизирование продолжают при дальнейшем размешивании при 260 С. При этом потребление тока приводного электродвигател  мешал ки, завис щее от в зкости массы, непрерывно измер ют. Происходит сис тематическое его снижение. После длившейс  в общей сложности 95 мин обработки расход тока электродвигателем мещалки снижаетс  по сравнению с расходом тока, наблюдавшимс  после 25 мин, примерно на 20% (1/5) Гомогенизирование прекращают через 100 мин общей обработки. Добавл ют 6% гомогенной массы, полученной в качестве св зующего к обычному каме ному материалу укатываемых асфальтовых покрытий дорог. Из полученног таким образом материала дл  дорожных покрытий обычным способом готов 250 ударами образцы дл  испытани  по Маршаллу. Индекс Маршалла состав л ет П80 кг. Дл  сравнени  используют материал дл  дорожного покрыти из того же камн . В качестве св зую щего используют такое же количество (6%) битума В 100. как дл  вышеупом нутой смеси битум-полиолефин. . Изготовленные из этого дорожностроительного материала образцы име ют прочность по Маршаллу 700 кг. 5 Пример 5. Опыт провод т аналогично примеру 4. В реактор сначала загружают 100 кг битума В 100, нагретого до 200С. Затем порци ми добавл ют 1 кг изотактического грану лированного полипропилена. После включени  нагрева при вращающей мешалке температуру массы повышают до 270 С. После 20 мин обработки получают гомогенную массу. Гомогенизирование продолжают при 270 С. Спуст  90 мин суммарного времени обработки происходит падение расхода мощности приводного электродвигател  мешалки на 15% по сравнению с потреблением тока через 20 мин после начала обработки . Гомогенизирование прекращают через ПО мин суммарного времени обработки. 6% полученной гомогенной массы ввод т в качестве св зующего в обычный каменный материал дл  асфальтовых укатываемых дорожных покрытий . Из полученного таким образом дорожного строительного материала образцы имеют показатель по Маршаллу 1450 кг. Пример 6. Опыт провод т аналогично примеру 4. В реактор загружают сначала 8,8 кг битума В 100, нагретого до . Затем порци ми добавл ют 1,2 кг Лолиолефина, представл ющего собой преимущественно гранулированный полиэтилен высокого давлени  с добавкой полипропилена. При включенном обогреве и вращающейс  мешалке спуст  20 мин обработки достигаетс  температура массы 290 С. В этот момент масса имеет макроскопический гомогенный вид. Гомогенизирование продолжают при 290 С, Спуст  45 мин обработки падение расхода тока приводным электродвигателем мещалки происходит на 25%, по сравнению с расходом-тока спуст  20 мин обработки. После 50 минутной обработки гомогенизирование прекращают. Массу (6%) используют в качестве св зующего дл  камн , примен емого дл  асфальтовых укатываемых дорожных покрытий. Из полученного таким образом материала дл  сооружени  дорожных покрытий изготавливают 2-50 ударами образцы дл .испытаний по Маршаллу. При образцы обладают прочностью на сцепление слоев при раст жении 12,6 кг. Дл  сравнени  аналогичным образом из того же камн  с использованием в качестве св зующего 6% битума 100 В дл  дорожного покрыти  изготавливают образцы дл  испытани  по Маршаллу . Их прочность на разлом 6,2 кг. В ходе дальнейшего сравнени  с изготовленным прежним методом св зую щим на основе битум-олефина, такие же количества (8,8 кг) битума и (1,2 кг) полиэтилен-полипропиленового материала загружают в обогреваемый реактор и в течение 1 ч размешивают при 200 С. Полученную массу

По данному изобретению

Битум В 100

По известному способу

Из таблицы видно, что при использовании материала по данному изобретению получаетс  св зующее, обладающее значительно .более высокой прочностью при высоких температурах чем материал, изготовленный из обычного битума. Никакого ухрупчени  при низких температурах при этом не происходит . Изготовленное по прежней технологии битум-олефиновое св зующее  вл етс  материалом, прочность которого при повышенных температурах меньше чем у материала, изготовленного со св зующим по данному изобретению . Вместе с тем св зуюшцй материал , изготовленный по прежней технологии, отличаетс  заметной хрупкостью при низких температурах.

Пример 7, Опыт провод т аналогично примеру 4. Реактор заполн ют 8,8 кг битума В 200. Затем пор:ци ми добавл ют 1 кг гранулированного полиэтилена низкого давлени  и 200 кг атактического полипропилена. При включенном обогреве и работающей мешалке через 10 мин при 290 С получаетс  гомогенна  макроскопическа  масса. Процесс гомогенизировани  продолжаетс  при 290 С, спуст  30 30 мин происходит падение расхода тока приводным двигателем на 20%

43

12,6 3,8 42 6,2 2,1

47

8,5 2,5

ПО сравнению с расходом через 10 мин после начала обработки. Эту массу используют в качестве св зующего (6%) дл  каменного материала укатываемого асфальтового дорожного покрыти . Из полученного материала дл  дорожного покрыти  изготовлены 2 -50 ударами образцы дл  испытани  по Маршаллу, которые при 25С имеют прочность на разлом 12,9 кг.

Пример 8. Процесс провод т аналогично примеру 5. Реактор заполн ют 8,8 кг битума В 100, нагретого до 200 С, и 1,2 кг полиолефина, содержащего гранулированный полизггилен высокого давлени  и полипропилен и начинают нагрев. Через 25 мин температура достигает 270 С и масса выгл дит макроскопически гомогенно. Гомогенизацию продолжают при270с. После 60 мин гомогенизации величина потребл емой мощности мотора мешалки

0 падает на 10% от величины, наблюдавшейс  после 25 мин перемешивани . В этот момент гомогенизирование прерывают . Полученную массу в качестве .св зующего добавл ют к материалу из

камн  дл  дорожных покрытий в количестве 6%. Из полученной таким образом массы дл  дорожных покрытий изготавливают образцы по Маршаллу, 5 ( 6%) добавл ют в каменный материал, примен вшийс  при предшествующих испытани х. Из полученного материала дл  дорожных покрытий также готов т образцы дл  испытани  по Маршаллу. При 25 С прочность на разлом 8,5 кг. В этих трех случа х провод т определение прочности на разлом при ±25С, О С и +50С. Результаты измерени  представлены в табл.4. Таблица 4 При испытани х этих образцы показывают прочность на разлом при 25 С II кг и при 3,3 кг. Пример 9. В промьшленном масштабе в гор чей смесительной уст новке, предназначенной дл  трйнидад ( Кого асфальта, в течение 3 ч гомоге низируютс  полиэтиленовые хлопь  с обычным битумом дл  дорожных покрытий в 120 при рабочей температуре, превышаи цей 240 С. При этом образуетс  смесь полиэтилена и битума в соотношении 50:50, затем в нее ввод т гор чий битум (15, 18, 20 и 25 вес.%), и эту смесь впрыскивают в обычный смесительный агрегат (Вибау ) в котором находитс  каменный наполнитель, подогретый до 230 С. Из приготовленной таким образом асфальтовой смеси с содержанием пол этилена 15, 18 и 25 вес.% и из мате риала, св занного битумом без пласт массы, выполнен отрезок покрыти  до роги дл  средней нагрузки от движени  длиной около 600 м шириной 5 мм Покрыти  дороги получают при помощи дорожной отделочной машины, после чего нанесенный этой машиной матери уплотн ют резиновым валком и двум  двойными валками. При этом установлено , что материал, изготовленный с св зую11р1М, содержащим 25% полиэтиле на, может свободно перерабатьюатьс  дорожной отделочной машиной, т.е. жесткость, соответствующую пр мен емой дл  битумных материалов обычной технике. Испытанию подверга образцы, изготовленные из смеси, а также изъ тые из готовой дороги в виде кернов, вызванных добавкой пластмассы к битуму. Далее производ т измерение величины проскальзывани , проводимые с помощью ма тникового прибора РРЛ по английскому стандарту 812:1967 и SVA/ 640 511 на покрытии улицы. Учас ток , св занный св зующим согласно изобретению, имеет несколько лучший

Текучесть по Маршаллу, ll/lO мм

47

32-40

3

43-52 5 . 18 коэффициент трени  (средн   величина из большого числа измерений SRT 63), чем св занный свободным от пластмассы битумом В 120 в качестве св зующего, с-содержанием битума 7% и чем участок, изготовленный с применением свободного от пластмассы битума (средн   величина из большого числа измерений SRY 6). В табл. 5 и 6 приведены величины, установленные при испытани х образцов Маршалла и кернов. При этом под АВ 0/12 - неличины, полученные от образцов Марщалла при применении свободного от пластмассы битума, а под АВ О/12 К - величины, измеренные на образцах Маршалла, изготовленных из материала, минеральный наполнитель которого такой же как у образца АВ 0/12, но в образец АВ 0/12К в качестве св зующего введена смесь полиэтилен-битум с содержанием поли- этилена 20%. Содержание св зующего в образцах Маршалла АВ/0/12К составл ет 7%. В табл.6 под К 1, К И) и К V приведены величины, определенные на образцах Маршалла н кернах, причем образцы Маршалла изготовлены из каждого уложенного в три опытных ir4acTKa материала, св занного битумом , минеральное наполнение которого во всех трех случа х одинаково, причем под К 1 приведены величины дл  материала, св занного свободным от пластмассы битумом, под К W - дл  материала, с битумным св зующим при содержании полиэтилена 25Z, и под К V- дл  материала с битумным св зующим при содержании полиэтилена 15%. Содержание св зующего этих ма-. териалов 6,5%. Образцы Маршалла и керны из материалов, св занных битумным св зующим (изготовлены по способу .согласно изобретению), в опытах, имитировавших экстремальные климатические вли ни , показывают лучшие параметры, чем материалы, св занные битумом свободным от пластмассы. .Таблица 5

14

0,29 6 0,04-0,54 Образец разрушилс 

0,31 3 0,19-0,43

2,461 51 2,4592 ,506 8 2,498-2,514

1,8

Средн   объемна  плотность

образцов Маршалла, г/см2,4052,298

объемна  плотность г/см

объемный вес, г/смобразца , % объема керна, % объема уплотнени , %

Несуща  способность по

Маршаллу, кгс840 1830

888в25

20 Продолжение табл.5

6 0,03-0,19 6 0,13-0,27

3 0,00-0,23

49 2,4232 ,431 2,463

7 2,4542 ,478

2,350

1750

ных материалов, уложенных на упом нутом испытательном участке, обраэ1Ц | Маршалла подвергают различным испытани м. При первом образцы нагружают п тикратным повторением следующего цикла:

а)помещение в насыщёншлй водный раствор солей при 20-22с на 15 ч

б)вынесение на воэдух при 2022 С на 9 ч;

в)пребывание в холодном воздухе (кондиционер) с температурой -20 С в течение 15 ч и-пребывание на воздухе при 20-22 С в течение 9 ч.

Непосредственно после обработки холодом следует определение предела прочности при сжатии посредством « стального пуансона площадью 50 см, имеющего дробленые кромки, причем скорость вдавливани  25 №4/мин. Результаты приведены в табл.7,

Т а б л и ц а 7

При втором испытании в конце данного цикла образцы выдерживаютс  при комнатной температуре в продолжении 7 ч, после чего определ етс  предел прочности при сжатии и получают значени г приведенные в табл.8.

4000

Около 80 Около 123 6150 Около 127 6350

При дальнейшпс испытани х образцы Маршалла подвергают п тикратному , состо щ«4у из пребывани  на холоде при -20°С в течение 15 ч и заключительного пребывани  на воздух при 20-22 С в течение 33 ч. После носледнего охлаждени  при 20-22 С определ ют предел прочности при сжатии . Полученные результаты приведены в табл.9.

Таблица 9

Около 76

3800 Около 127 6350 Около 128 6400

Как следует из примеров и таблиц испы1-анйй предлагаемый способ обеспе;

23

чивает получение св зующего дл  дорожных покрытий с повышенным качеством .

Claims (2)

1.Асфальтовые и пластмассовые гидроизол ции и конструкции. Тругы координационных совещаний по гидротехнике , выпуск 43. Энерги , Л., 196 с. 3-36.

2.Патент США № 3634293,

кл. 260-285, опублик. 1972 (прототип ) .