ПОЛИМЕРНО-БИТУМНОЕ ВЯЖУЩЕЕ
POLYMER-BITUMEN BINDER

Изобретение относится к области химии и нефтехимического производства и может быть использовано для применения при строительстве, реконструкции и ремонте дорог, мостов и аэродромов в качестве полимерно-битумного вяжущего.
Полимерно-битумное вяжущее - композиционный материал, получаемый путем компаундирования (смешения) и гомогенизации вязких дорожных нефтяных битумов с блок-сополимерами, пластификаторами и поверхностно-активными веществами (ПАВ), выполняющий функцию вяжущего, замещая традиционные битумы при производстве асфальтобетонных смесей, применяемых при строительстве, реконструкции, ремонте дорог, мостов и аэродромов (ГОСТ Р 52056-2003 «Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блок-сополимеров типа стирол-бутадиен-стирол. Технические условия»).
Известно полимерно-битумное вяжущее (ПБВ), включающее смесь вязкого дорожного битума с полимерами - блок-сополимерами типа стирол-бутадиен-стирол (СБС) в соответствии с ГОСТ Р 52056-2003. Полимерно-битумное вяжущее содержит блок-сополимер в количестве 2-4 мас. % и битум - остальное (Автомобильные дороги: СНиП 2.05 02-85. Приготовление и применение полимерно-битумного вяжущего. Утв. Госстроем СССР: Введ. 01.01.87. - Издание официальное). ПБВ может содержать дополнительные компоненты, например масло индустриальное (патент RU 2038360 С1. Лейтланд В.Г., Юмашев В.М., Гохман Л.М., Лапшин В.А., Броницкий Е.И. Битумное вяжущее для дорожного покрытия и способ его получения. 27.06.1995 г.). При изготовлении ПБВ на основе вязких битумов блок-сополимер добавляют в виде раствора в углеводородных растворителях (ксилол, сольвент, керосин, жидкий битум, гудрон). Для этого блок-сополимер предварительно растворяют в углеводородных растворителях без подогрева (при использовании керосина, ксилола, сольвента) или с незначительным нагревом (при использовании дизтоплива, битума или гудронов) в течение нескольких часов, затем перемешивают с битумом при температуре 90-160°C до получения однородной массы. При изготовлении ПБВ на основе маловязких и жидких битумов блок-сополимер добавляют в виде крошки. При этом крошку блок-сополимера подают непосредственно в котлы с битумом и перемешивают до однородного состояния при максимальной рабочей температуре исходного битума. Процесс приготовления полимерно-битумного вяжущего занимает 8-20 часов. По техническим показателям ПБВ на основе СБС соответствуют требованиям и нормам, указанным в таблице 1. Как видно из таблицы 1, в зависимости от значения пенетрации и других характеристик получаемого ПБВ вяжущие могут быть различных марок. Они получаются различными в зависимости от способа введения и количества введенного блок-сополимера СБС в битумы.
Недостатками данного ПБВ и способа его получения являются длительность изготовления ПБВ, расслоение продукта при длительном хранении и транспортировке, в связи с чем необходимо постоянное перемешивание через каждые 3 часа, большие энергозатраты для поддержание гомогенной среды продукта при Т=160°C. Кроме того, необходимость использования легких растворителей (ксилола, сольвента, керосина) при приготовлении полимерно-битумных вяжущих обуславливает взрыво- и пожароопасность процесса, так как температура вспышки используемых растворителей и полученных вяжущих существенно ниже значения температуры процесса приготовления вяжущего и температуры применения последнего. При подаче блоксополимера в виде крошки не наблюдается хорошего совмещения полимера с битумом, то есть структура вяжущего негомогенна несмотря на температуру его получения - 200-250°C. Негомогенная структура вяжущего приводит в конечном счете к образованию трещин в дорожном покрытии при температуре ниже минус 10°C.
Наиболее близким к заявляемому полимерно-битумному вяжущему является ПБВ «Битад» (ТУ 5623-005-16802026-96 Битумно-асмольное вяжущее для дорожного строительства «Битад». Технические условия), представляющее собой смесь мастики «Асмол» марки В с битумом марки БН 90/130. Оптимальное содержание «Асмола» в битуме БН 90/130 составляет 20±2 мас. % (ТУ 0258-037-16802026-2009 Мастичная композиция для антикоррозионных покрытий «АСМОЛ». Технические условия.). Продукт «Асмол» содержит поликонденсированный битум нефтяной (по ГОСТ 22245-90) или асфальт деасфальтизации гудрона пропаном (АПД) со смесью диеновых углеводородов производства бутадиена и изопрена (Абсорбент А-2) в присутствии серной кислоты, являющейся одновременно и окислителем, и катализатором. Основные характеристики продукта «Асмол» представлены в таблице 2. Технические характеристики ПБВ «Битад», получаемого на основе мастики «Асмол», указаны в таблице 3.
Недостатками данного ПБВ, принятого за прототип, являются длительность изготовления и высокие энергозатраты при производстве продукта. Кроме того, смесь подвержена вскипанию при изготовлении мастичной композиции, что приводит к частому выбраковыванию целевого продукта.
Задачей изобретения является совершенствование состава ПБВ, улучшение технологических параметров, приводящих к повышению выхода продукта, снижению времени протекания и энергозатратности процесса изготовления, повышение конкурентоспособности продукта за счет снижения его себестоимости.
Технический результат заключается в снижении «старения» дорожного покрытия на основе ПБВ, возникающего в результате до окисления ПБВ, и, как следствие, повышении долговечности за счет повышения гомогенизации и отсутствия вскипания в процессе приготовления ПБВ при использовании полиметилсилоксановой жидкости.
2
4
Указанный технический результат достигается тем, что полимерно-битумное вяжущее, включающее битум и мастичную композицию, содержащую асфальт, 94-97 процентный раствор серной кислоты HSO и смесь диеновых углеводородов производства бутадиена и изопрена (называемую Абсорбент А-2), согласно решению дополнительно содержит ароматический экстракт селективной очистки нефтяных дистиллятов, образующий в смеси с асфальтом асфальтовую композицию, компоненты которой взяты в соотношении, масс. %:
экстракт - 15-20,
асфальт - остальное;
мастичная композиция дополнительно содержит полиметилсилоксановую жидкость при следующем соотношении компонентов, масс. %;
асфальтовая композиция - 84-88,
раствор серной кислоты - 7-9,
смесь диеновых углеводородов производства бутадиена и изопрена - 3.5-6,
полиметилсилоксановая жидкость - 1-2;
полимерно-битумное вяжущее дополнительно включает асфальтовую композицию, при этом компоненты полимерно-битумного вяжущего взяты при следующем соотношении, масс. %:
мастичная композиция - 20-30,
асфальтовая композиция -30,
битум - остальное.
Использован битум нефтяной дорожный марки БНД 60/90 и полиметилсилоксановая жидкость марки ПМС-100.
Таким образом, для приготовления мастичной композиции, входящей в состав ПБВ, вместо битума или асфальта деасфальтизации гудрона пропаном (АПД) используется асфальт в смеси с ароматическим экстрактом селективной очистки нефтяных дистиллятов, образующий асфальтовую композицию, в которой 15-20 мас. % экстракта, асфальт - остальное. Заявляемый продукт имеет характеристики, приведенные в таблице 4.
В составе мастичной композиции на основе асфальтосмолистых олигомеров использована полиметилсилоксановая жидкость, которая значительно снижает вскипание продукта, тем самым увеличивая объем загрузки реактора и, соответственно, конечный выход продукта.
Заявляемое полимерно-битумное вяжущее получают в две стадии. На первой стадии асфальт перемешивают с ароматическим экстрактом селективной очистки нефтяных дистиллятов и со смесью диеновых углеводородов производства бутадиена и изопрена (абсорбентом Абсорбент А-2) при температуре 100-115°C в течение 15-25 минут, затем в реакционную смесь добавляют полиметилсилоксановую жидкость и прикапывают серную кислоту в течение 10-30 минут. Полученную смесь перемешивают в течение 30-40 минут при температуре 120°C. Затем температуру постепенно повышают до 130°C и перемешивают смесь в течение 30-40 минут, после чего смесь нагревают до 140-145°C и проводят стабилизацию продукта в течение 30-40 минут. Процесс проводится при постоянном перемешивании.
На второй стадии полученную мастику смешивают со смесью битума БНД 60/90 с асфальтовой композицией (смеси асфальта и экстракта) при температуре 130-140°C в течение 30-50 минут. Благодаря более низкой температуре смешения компонентов на второй стадии по сравнению с приготовлением традиционных ПБВ, указанных в примере 1 (по СНиП 2.05 02-85 температура приготовления вяжущих - до 160°C), а также сокращению времени перемешивания компонентов достигается снижение энергозатратности процесса изготовления.
Составы мастик и полученных на их основе ПБВ с техническими характеристиками приведены в таблицах 5 и 6.
Выводы.
1. Использование нового компонента для приготовления модифицированной мастики и, соответственно, ПБВ - смеси асфальта с экстрактом селективной очистки нефтяных дистиллятов - позволяет снизить температуру протекания реакции и, следовательно, энергозатраты при изготовлении заявляемого вяжущего.
2. Использование полиметилсилоксановой жидкости, в частности марки ПМС-100, предотвращает вскипание реакционной смеси и повышает конечный выход продукта, а также увеличивает твердость и растяжимость продукта.
А-2 - смесь диеновых углеводородов производства бутадиена и изопрена, ПМС-100 - полиметилсилоксановая жидкость
Мастика №1 - мастика №5 - мастичные композиции по таблице 5.