Комплексный модификатор асфальтобетонной смеси и способ его получения
COMPLEX MODIFIER OF ASPHALT CONCRETE MIXTURE AND METHOD FOR ITS PRODUCTION

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам и может быть использовано при устройстве покрытий автомобильных дорог, мостов, аэродромов во всех климатических зонах, а также в качестве гидроизоляционных и кровельных материалов. Изобретение касается улучшения качественных показателей асфальтобетонной смеси путем введения в нее модификатора в качестве структурирующей добавки.
На рынке широко известны модификаторы асфальтобетонных смесей.
Так известен патент РФ №2472730 от 20.01.2013, в котором раскрыт модификатор асфальтобетонной смеси гранулированный, содержащий вулканизированный каучук и композицию модифицирующих компонентов. При этом модификатор имеет форму гранул с линейным размером от 3 до 15 мм и состоит из связующего, эластичного полимерного наполнителя, сшивающего и структурирующего агента, минерального структурного упрочняющего наполнителя и поверхностно-активного вещества - адгезива при количестве компонентов в гранулах, мас.%:
связующее 20-40,
эластичный полимерный наполнитель 40-60,
сшивающий и структурирующий агент 1-4,
минеральный структурный упрочняющий наполнитель 5-20,
поверхностно-активное вещество - адгезив 2,0-4,5.
Недостатками данного модификатора являются недостаточно высокие эксплуатационные характеристики получаемой асфальтобетонной смеси.
Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является патент РФ №2401817 от 20.10.2010, в котором раскрыт модификатор асфальтобетонной смеси. Данный модификатор содержит вулканизированный каучук и композит модифицирующих компонентов, состоящий из метасиликата кальция игольчатой структуры, смолы эпоксидной, нитрозоаминного соединения, фенольной смолы и/или канифоли, которые находятся между собой в соотношении по массе, %:
метасиликат кальция игольчатой структуры 24,
смола эпоксидная 2,
нитрозоаминное соединение 1,
фенольная смола и/или канифоль 4,
вулканизированный каучук (резиновая крошка) 69.
Недостатками данного модификатора является недостаточная долговечность, ввиду достаточного быстрого образования колеи.
Техническим результатом заявляемого изобретения, является одновременное улучшение свойств асфальтобетонной смеси по следующим показателям:
- усталостная долговечность,
- морозостойкость,
- водостойкость,
- устойчивость к образованию колеи,
- прочности,
- долговечности,
- пластичности при отрицательных температурах.
При этом применение данного комплексного модификатора асфальтобетонной смеси (КМА), не требует дополнительного дооснащения оборудованием стандартных асфальтобетонных заводов, и происходит без изменения стандартной технологии производства асфальтобетонных смесей. Дополнительным техническим результатом является длительность хранения, простота транспортировки, простота и технологичность использования комплексного модификатора асфальтобетонной смеси (КМА) при изготовлении асфальтобетонных смесей, что положительно сказывается на конечной себестоимости асфальтобетонной смеси и, в конечном итоге, дорожного покрытия.
Основная область применения комплексного модификатора асфальтобетонной смеси (КМА):
- Резино-дисперсно-армированные асфальтобетонные смеси (далее РДА АБС),
- Резино-дисперсно-армированные асфальтобетоны (далее РДА АБ),
- Резино-дисперсно-армированные (РДА) щебеночно-мастичные асфальтобетоны (далее ЩМА), при этом стабилизирующие добавки не требуются,
- Литые асфальтобетоны,
- Вибролитые асфальтобетоны,
- Тонкослойные защитные покрытия.
Технический результат достигается тем, что комплексный модификатор асфальтобетонной смеси содержит: поверхностно-девулканизированный эластомерный гранулят, олефины в виде полиэтилена и его производных, фенольную смолу и/или канифоль и сорбенты на основе текстиля и/или целлюлозы. При этом компоненты находятся между собой в следующем соотношении по массе, %:
поверхностно-девулканизированный эластомерный гранулят - 91,
олефины в виде полиэтилена и его производных, в частности полиэтиленовый воск - 5,
фенольная смола и/или канифоль - 2,
сорбенты на основе текстиля и/или целлюлозы - 2.
В качестве олефинов в виде полиэтилена и его производных используется полиэтиленовый воск.
Также предлагается способ получения комплексного модификатора асфальтобетонной смеси, который включает получение поверхностно-девулканизированного эластомерного гранулята и окончательное смешивание поверхностно-девулканизированного эластомерного гранулята с олефинами в виде полиэтилена и его производных, фенольной смолой и/или канифолью и сорбентами на основе текстиля и/или целлюлозы. При этом получение поверхностно-девулканизированного эластомерного гранулята осуществляют:
- смешением эластомерной крошки размерностью 0,8 мм с мягчителем и минеральным наполнителем,
- нагрев полученной смеси выше 120°С с обеспечением давления и сдвиговой нагрузки в течение времени, необходимого для запуска процесса девулканизации, а окончательное смешивание поверхностно-девулканизированного эластомерного гранулята с олефинами в виде полиэтилена и его производных, фенольной смолой и/или канифолью и сорбентами на основе текстиля и/или целлюлозы осуществляют при следующем соотношении по массе, %:
поверхностно-девулканизированный эластомерный гранулят - 91,
олефины в виде полиэтилена и его производных, в частности полиэтиленовый воск - 5,
фенольная смола и/или канифоль - 2,
сорбенты на основе текстиля и/или целлюлозы - 2.
В качестве мягчителей используются битумы или гудроны.
Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что поверхностно-девулканизированный гранулят эластомеров (девулканизат) выступает в качестве основного сшивающего агента (модификатора), а также в качестве структурирующей добавки, повышающей эластичность асфальтобетонной смеси, в отличие от аналогов (прототипов) с использованием вулканизированного неполярного каучука в виде эластомерной крошки из отработанных шин, выполняющего только функцию структурирующей добавки. Двойная функция поверхностно-девулканизированного эластомерного гранулята (девулканизата) обеспечивается за счет неполного процесса регенерации вулканизированной эластомерной крошки, и является преимуществом по сравнению с другими модификаторами асфальтобетонной смеси. Дополнительным преимуществом поверхностно-девулканизированного эластомерного гранулята (девулканизата) в составе комплексного модификатора асфальтобетонной смеси (КМА) является снижение доли дополнительных сшивающих агентов на основе первичных материалов (каучуки, олефины и иные полимеры), используемых при производстве асфальтобетонной смеси. Модификация битумного вяжущего (дорожных битумов), строительных битумов, гидроизоляционных мастик и материалов достигается композитом модифицирующих ингредиентов (компонентов) входящих в состав комплексного модификатора:
- Олефины (полиэтилен и его производные, в частности полиэтиленовый воск) - дополнительный сшивающий агент, модификатор,
- Фенольная смола и/или канифоль - адгезив,
- Сорбенты на основе текстиля и/или целлюлозы - стабилизатор.
Состав и массовая доля модифицирующих компонентов определены опытно-экспериментальным (эмпирическим) путем, на основе существующих знаний об асфальтобетонах, битумных вяжущих, строительных битумах, знаний о химическом и физическом взаимодействии различных битумов с минеральными компонентами, полимерами и каучуками, в том числе и вторичными, полученными методом девулканизации (регенерации) из вулканизованной резины отработанных шин.
Оптимизация состава компонентов комплексного модификатора асфальтобетонной смеси (КМА) проводилась на основе подбора составов асфальтобетонов и анализа свойств этих асфальтобетонов по прочности, долговечности, устойчивости к положительным и отрицательным температурам, устойчивости к колееобразованию, водостойкости, трещиностойкости, технологичности укладки асфальтобетонов и проч.
Для получения комплексного модификатора асфальтобетонной смеси (КМА) необходимо предварительно получить поверхностно-девулканизированный эластомерный гранулят (девулканизат) в том числе из резиновой крошки, полученной из отработанных шин. В качестве базовой технологии взят термомеханический способ получения регенерата. При получении регенерата применяются различные химические вещества: мягчители, активаторы, модификаторы, эмульгаторы и др. В нашем случае используются только мягчители. В качестве мягчителей используются продукты переработки нефти - битумы, гудроны. Модификаторы, активаторы и другие химические вещества не используются с целью замедления процесса регенерации. Отличительной чертой технологического процесса, в нашем случае, будет работа на пограничных технологических параметрах (температура нагрева, усилие сдвига, давление и время регенерации), которые, с одной стороны, обеспечивают старт процесса регенерации эластомерной крошки, а, с другой стороны, не позволяют этому процессу пройти по всему объему эластомерной крошки. С этой же целью используется эластомерная крошка размерностью 0,8 мм (22 US mesh), а при традиционном производстве регенерата, как правило, используется крошка менее 0,8 мм (менее 22 US mesh). Для этого эластомерная крошка перемешивается при нагреве выше 120°С с обеспечением давления и сдвиговой нагрузки в течение времени, необходимого для запуска процесса девулканизации (регенерации), после этого добавляются и перемешиваются остальные компоненты комплексного модификатора асфальтобетонной смеси (КМА) с понижением температуры ниже 120°С, при этом процесс девулканизации останавливается.
Заявленный комплексный модификатор асфальтобетонной смеси (КМА) может изготавливаться в виде порошка, гранул. Изготовителям асфальтобетонной смеси, гидроизоляционных и кровельных материалов комплексный модификатор асфальтобетона (КМА) поставляется в упаковке, согласованной с заказчиком.
Асфальтобетонная смесь изготавливается известными технологическими способами на асфальтобетонных заводах в смесительных установках, оборудованных смесителями принудительного перемешивания периодического или непрерывного действия. Комплексный модификатор асфальтобетонной смеси (КМА) вводится непосредственно в смеситель, во время или непосредственно за введением битума в смеситель. Время перемешивания определяется технологическим регламентом производства конкретного типа асфальтобетонной смеси для конкретной смесительной установки. Комплексный модификатор асфальтобетонной смеси (КМА) не требует предварительного подогрева или иной обработки перед применением.
Предлагаемый комплексный модификатор асфальтобетонной смеси (КМА) обеспечивает получение стабильной и качественной асфальтобетонной смеси, в которой поверхностно-девулканизированный эластомерный гранулят (девулканизат) находится в физической и химической взаимосвязи с другими компонентами асфальтобетонной смеси и обеспечивает качественное улучшение показателей асфальтобетонной смеси.
Нами было проведено сравнение показателей асфальтобетонных смесей см. таблицу 1.
Использование комплексного модификатора асфальтобетонной смеси (КМА) в количестве 0,8-1% для щебеночно-мастичных асфальтобетонов без использования стабилизирующих и целлюлозных добавок позволяет получать щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА) соответствующий ГОСТ Р58406.1-2020, ГОСТ 31015-2002.
Использование комплексного модификатора асфальтобетонной смеси (КМА) в количестве 1%-1,5% для асфальтобетонов РДА АБС позволяет получить асфальтобетон соответствующий ГОСТ Р58406.1-2020.
В обоих случая показатели асфальтобетонов с комплексным модификатором асфальтобетонной смеси (КМА) превосходят показатели контрольных образцов, что позволяет сделать утверждение о применимости предлагаемого комплексного модификатора асфальтобетонной смеси (КМА) для получения асфальтобетонов других марок. Асфальтобетоны, модифицированные комплексным модификатором асфальтобетонной смеси (КМА), показывают более высокие физико-механические характеристики.
Увеличение прочности при высоких положительных температурах воздуха, в среднем, на 24-30%, показывает улучшение сдвигоустойчивости, при этом, трещиностойкость таких асфальтобетонов остается в заданных параметрах ГОСТ 31015-2003.
Сравнительные результаты определения стойкости к колееобразованию прокатыванием нагруженного колеса по ПНСТ 181-2016 щебеночно-мастичного асфальтобетона на основе комплексного модификатора асфальтобетонной смеси (КМА) и контрольного состава с использованием стабилизирующей добавки на основе целлюлозы (см. таблицу 2) показывают, что использование комплексного модификатора асфальтобетонной смеси (КМА) в количестве 0,8-1% в составе щебеночно-мастичного асфальтобетона существенно повышает стойкость к колееобразованию щебеночно-мастичного асфальтобетона.
Улучшение усталостной долговечности показаны в таблице 3.
Использование комплексного модификатора асфальтобетонной смеси (КМА) в количестве 1% в составе щебеночно-мастичного асфальтобетона повышает стойкость к истиранию шипованной резины, что подтверждается испытаниями на износостойкость по «Праллу» см. таблицу 4.
Комплексный модификатор асфальтобетонной смеси и способ его получения
Комплексный модификатор асфальтобетонной смеси и способ его получения
Комплексный модификатор асфальтобетонной смеси и способ его получения
Комплексный модификатор асфальтобетонной смеси и способ его получения