Состав полимерно-битумного вяжущего для асфальтобетонных покрытий
COMPOSITION OF POLYMER-BITUMEN BINDER FOR ASPHALT-CONCRETE PAVEMENT

Изобретение относится к области полимерно-битумных вяжущих, содержащие полимерные добавки, предназначенные для использования в дорожном строительстве, а также в строительстве кровель, гидроизоляции и в качестве герметизирующего материала.
При строительстве автомобильных дорог широко применяются асфальтобетонные покрытия, одним из основных компонентов которых являются вяжущие - вязкие дорожные битумы, качество которых должно удовлетворять требованиям ГОСТ 22245-90.
Выпускаемые нефтеперерабатывающими заводами дорожные битумы зачастую не соответствуют техническим требованиям по таким показателям, как температура хрупкости, характеризующая морозостойкость битума, и температура размягчения, характеризующая устойчивость битума к действию повышенных температур. Кроме того, битумы и асфальтобетонные покрытия на их основе не обладают эластичностью, хотя известно, что это свойство имеет определяющее значение при эксплуатации дорожного покрытия в условиях многократных динамических нагрузок, особенно, при пониженных температурах. Отсутствие эластичности является одной из главной причиной образования трещин в дорожном покрытии [Полимерно-битумные вяжущие материалы на основе СБС для дорожного строительства. - Автомоб. дороги: Обзорн. информ. / Информавтодор; вып. 4. -М., 2002, с. 2-4].
С целью улучшения качества битума и придания эластичности, применяют полимерные добавки. Часто в качестве полимерных добавок используют термоэластопласты и каучуки, в том числе, полибутадиеновые каучуки.
Известен состав полимерно-битумного вяжущего для дорожных покрытий [Патент РФ №2238955, МПК C08L 95/00, опубликованный 27.10.2004], включающий битум, жидкий полибутадиеновый каучук и углеводородное масло при соотношении битум: полибутадиеновый каучук: масло от 94:4:2 до 96:3:1. В качестве каучука используют: цис-1,4-полибутадиен с молекулярной массой 200-70000 и содержанием цис-1,4-звеньев от 30 до 75% или 1,2-полибутадиен с молекулярной массой 500-40000 и содержанием 1,2-звеньев от 20 до 70%. Использование данного состава, содержащего жидкий полибутадиеновый каучук, позволяет упростить технологию производства, повысить однородность получаемой композиции и снизить энергозатраты.
Недостатком данной полимерно-битумной вяжущей является низкая растяжимость при 25°С и 0°С. Следствием низкой растяжимости битумной композиции при пониженных температурах является возможность образования трещин в дорожном покрытии.
Известен состав полимерно-битумного вяжущего [Патент РФ №2139904, МПК C09D 195/00, C09D 109/00, C09D 111/00, C09D 115/02, C09D 123/16, C09D 145/02, C09D 157/02, опубликованный 20.10.1999], включающий битум, хлоропреновый каучук, этиленпропиленовый каучук, хлоркаучук, 1,2-полибутадиен, синтетическую смолу, антиоксидант, вулканизирующей агент, модифицирующую добавку и наполнитель при соотношениях, мас. %: битум - 2,0-10,0; хлоропреновый каучук - 2,0-10,0; этиленпропиленовый каучук - 0,2-2,0; 1,2-полибутадиен - 0,01-0,5; хлоркаучук - 0,5-3,0; синтетическая смола (нефтеполимерная или инденкумароновая) - 3,0-10,0; антиоксидант (смесь нафтама-2 и церезина или диафен ФП в смеси с церезином) - 0,1-0,5; вулканизирующий агент (оксид свинца или цинка, или магния) - 0,1-1,0; модифицирующая добавка (салициловая кислота) - 0,01-0,5; наполнитель (мел, каолин, белая сажа) - 0,5-5,0 и органический растворитель - толуол.
Недостатком данной полимерно-битумной вяжущей является использование ядовитого и пожароопасного органического растворителя - толуол, многокомпонентность смеси и большая продолжительность приготовления полимерно-битумного вяжущего (1,5 ч и более).
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является состав полимерно-битумного вяжущего на основе полихлоропренового каучука и битума [Патент США, №5087652, МПК C08L 95/00, опубликованный 11.02.1992]. Полихлоропреновый каучук вводят к 100 м.ч. битума при температуре 190°С и перемешивают в течении 30 минут. Использование данного полимерно-битумного вяжущего позволяет получать вяжущие с высокой растяжимостью и высокими значениями относительного удлинения при разрыве.
Недостатками данного метода является использование относительно высокой температуры приготовления полимерно-битумного вяжущего, достаточно высокая вязкость полученного вяжущего. В следствие высокой температуры приготовления полимерно-битумного вяжущего происходит термоокислительное старение вяжущего, которое в свою очередь может являться причиной повышения вязкости полимерно-битумного вяжущего.
Техническим результатом изобретения является улучшение качества полимерно-битумного вяжущего для асфальтобетонных покрытий за счет повышения тепло- и морозостойкости, а также улучшение адгезионных свойств, что приводит к увеличению сцепления битума с минеральным материалом.
Указанный технический результат достигается тем, что состав полимерно-битумного вяжущего для асфальтобетонных покрытий, включает битум и дихлорциклопропанированный 1,2-полибутадиен (ДХЦП 1,2-ПБ) со степенью функционализации 6-60 мол. %, при соотношении, в масс, ч.: битум - 100, ДХЦП 1,2-ПБ -1-20. Используют атактический или синдиотактический 1,2-полибутадиен, содержащий дихлорциклопропановые группы со среднечисловой молекулярной массой М„ от 8000 до 150000 и содержанием в макромолекулах звеньев 1,2-полимеризации 70-85 мол. %.
Дихлорциклопропанированный 1,2-ПБ в составе битума выполняет роль модификатора комплексного действия, с одной стороны - адгезионной добавки, повышая сцепление битума с минеральным материалом, а с другой - полимерного модификатора, улучшая физико-механические свойства битума, что приводит к увеличению срока службы асфальтобетонного покрытия.
Для получения ДХЦП 1,2-полибутадиена использовали атактический и синдиотактический 1,2-полиубутадиен, с содержанием звеньев 1,2-полимеризации мономера - 70-85 мол. %. Дихлорциклопропанирование 1,2-ПБ проводили дихлоркарбеном по методу Макоши, взаимодействием хлороформа с водным раствором гидроксида натрия в присутствии катализатора межфазового переноса:
3
2
2
CHCI+NaOH→:CCI+NaCl+HO
Синтез проводили при температуре 45-50°С при интенсивном перемешивании в течение 0.5-6 ч. В качестве катализатора фазового переноса использовали 1% мол. триэтилбензиламмонийхлорид (ТЭБАХ). После окончания синтеза органическую фазу промывали слабокислым раствором соляной кислоты и дистиллированной водой до нейтральной реакции. Полимер из раствора высаждали этанолом и осушали под вакуумом при 40°С.
Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами.
n
Пример 1. Для получения полимерно-битумного вяжущего смешали битум марки БНД 90/130 и дихлорциклопропанированный синдиотактический 1,2-полибутадиен (ДХЦП 1,2-СПБ) со степенью функционализации 21 мол. % в течении 40 минут при температуре 130-150°С. Синдиотактический 1,2-полибутадиен, содержащий дихлорциклопропановые группы вводили в битум в количестве 1 м.ч./100 м.ч. битума. Среднечисловая молекулярная масса ДХЦП 1,2-СПБ составляла M=150000, содержание звеньев 1,2- и 1,4-полимеризации 85 и 15 мол. %, соответственно.
n
Пример 2. Для получения полимерно-битумного вяжущего смешали битум марки БНД 90/130 и дихлорциклопропанированный атактический 1,2-полибутадиен (ДХЦП 1,2-АПБ) со степенью функционализации 22 мол. % в течение 30 минут при температуре 130-150°С. Атактический 1,2-полибутадиен, содержащий дихлорциклопропановые группы вводят в битум в количестве 1 м.ч. /100 м.ч. битума. Среднечисловая молекулярная масса ДХЦП 1,2-АПБ составляла M=8000, а содержание звеньев 1,2- и 1,4-полимеризации 70 и 30 мол. %, соответственно.
Пример 3-18. Все операции проводили в соответствии с примером 1 и 2. Результаты экспериментов приведены в табл. 1.
Введение в битум ДХЦП 1,2-ПБ со степенью функционализации 21 мол. % в количестве 20 м.ч. позволяет получить полимерно-битумное вяжущее с повышенной теплостойкостью (пример №9-10). Для получения полимерно-битумного вяжущего с повышенной морозостойкостью необходимо ввести в битум 5 м.ч. ДХЦП 1,2-ПБ со степенью функционализации 21 мол. % (пример №3-4). Введение в битум 1 м.ч. ДХЦП 1,2-ПБ оказывает незначительное влияние на физико-механические и адгезионные свойства полимерно-битумного вяжущего (пример №1). Увеличение количества ДХЦП 1,2-ПБ выше 20 м.ч. предоставляется не целесообразным из-за перерасхода полимера (пример №9). Введение в битум ДХЦП 1,2-ПБ со степью функционализации ниже 6 мол. % практически не оказывает влияние на адгезионные свойства, тепло- и морозостойкость вяжущего (пример №11-12). С увеличением степени функционализации ДХЦП 1,2-ПБ выше 60 мол. % становится сложно получить гомогенную смесь битума с полимером (пример №17-18).
В предложенном составе полимерно-битумного вяжущего в качестве полимерного модификатора используется 1,2-полибутадиен, содержащий дихлорциклопропановые группы. Процесс приготовления полимерно-битумного вяжущего приводится при температуре 130-150°С. Проведение процесса при относительно низких температурах по сравнению с прототипом, позволяет исключить возможность протекания побочных реакций окисления битума и 1,2-полидиена.
Таким образом, предполагаемый состав полимерно-битумного вяжущего дает возможность целенаправленного улучшения физико-механических и адгезионных свойства битума. Использование полимерно-битумного вяжущего на основе 1,2-полибутадиена, содержащий дихлорциклопропановые группы позволяет увеличивает срок эксплуатации асфальтобетонных покрытий.