Модифицирующая композиция для асфальтобетонных смесей
MODIFIER COMPOSITION FOR ASPHALT MIXTURES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к модифицирующим композициям на основе резиновых порошков и может быть использовано на устройстве покрытий автомобильных дорог, аэродромов, мостов в различных климатических зонах.
Федеральная целевая программа «Развитие транспортной системы России» определяет необходимость разработки и внедрения в практику дорожного строительства модифицированных асфальтобетонных смесей, обеспечивающих долговечность дорожных покрытий. К наиболее известным и распространенным модификаторам (полимерным материалам), позволяющим значительно улучшить свойства дорожных покрытий, относятся резиновые порошки, получаемые при утилизации изношенных покрышек колес транспортных средств и других резиновых изделий, изготовленных на основе неполярных каучуков.
Уровень техники
Известно, что введение резинового порошка в асфальтобетонные смеси улучшает эксплуатационные свойства асфальтобетонов (В.А. Кузнецов и др. Авт. св. №292917, 1971 г. Б.М. Слепая. «Исследование влияния резинового порошка на свойства асфальтобетона». г.Балашиха, Изд. СоюзДорНИИ, 1972 г.; «Дорожный асфальтобетон». /Под ред. проф. Л.Б. Гезенцвея. М., изд-во «Транспорт», 1985 г.).
Резиновые порошки получают преимущественно в результате переработки вышедших из эксплуатации автомобильных шин (а также других резиновых изделий), изготовленных на основе неполярных каучуков.
К таким порошкам предъявляются следующие требования:
- размер частиц не более 1,0 мм;
2
- величина удельной геометрической поверхности не менее 3500 см/г.
Получаемые резиновые порошки, удовлетворяющие приведенным выше показателям, достаточно быстро диспергируются в битуме, вводимом в асфальтобетонную смесь, и не приводят к увеличению времени изготовления этих смесей. Кроме того, подобные (активные) резиновые порошки сохраняют основные физико-химические свойства шинных резин, что обеспечивает им способность соединения на молекулярном уровне с нефтяными битумами. Производство таких порошков в промышленных масштабах осуществляют на оборудовании Общества с ограниченной ответственностью (ООО) «фирма «Астор» (Стандарт организации ООО «фирма «Астор» СТО 2519-004-05263796-2007. «РЕЗИНА ИЗМЕЛЬЧЕННАЯ». Технические условия, г.Пермь, поставлен на учет ФГУП «РОСОБОРОНСТАНДАРТ» 23.04.2009, внесен в реестр за №200/055470; Патент RU №2254992, опубл. 27.06.2005). На данном оборудовании в результате одновременного воздействия объемного сжатия, сдвиговых деформаций, разности угловых скоростей поверхностей измельчающего инструмента и интенсивного трения поверхностных слоев материала, процесс измельчения напряженной резины в воздушной среде представляет собой цепной механохимический процесс чередования взаимообусловленных физических и химических стадий. Важной особенностью измельчения резин в аппаратах ООО «фирма «Астор» является сравнительно низкая температура процесса (145-150°С). При данных температурах сохраняется эластическая составляющая деформации резин, что обеспечивает повышенную способность порошков к совмещению с нефтяными битумами. Это приводит к повышению прочности, к снижению образования трещин и колеи в асфальтобетонных дорожных покрытиях.
Известна модифицирующая композиция для асфальтобетонных смесей на основе резинового порошка (прототип), включающая в расчете на общую массу композиции:
2
- от 60 до 75 мас.% активного резинового порошка, продукта переработки шин (покрышек колес транспортных средств) и/или резинотехнических изделий с размером частиц не более 1 мм и величиной удельной геометрической поверхности не менее 3500 см/г;
- наполнитель, представляющий собой молотую слюду или смесь молотой слюды и диатомита, содержащую от 15 до 25 мас.% молотой слюды и от 5 до 10 мас.% диатомита,
- от 1,0 до 2,5 мас.% адгезива и
- от 1,0 до 2,5 мас.% структурирующей добавки,
где активный резиновый порошок представляет собой резиновый порошок с развитой удельной поверхностью, полученный термомеханическим измельчением, или резиновый порошок, химически активированный нефтяным маслом, или их смесь (см. описание изобретения к патенту RU №2458083, опубл. 10.08.2012).
2
Признаки известной композиции, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в том, что она содержит активный резиновый порошок с размером частиц не более 1 мм и величиной удельной геометрической поверхности не менее 3500 см/г, взятый в количестве 60÷75% от общей массы композиции, и наполнитель.
Причина, препятствующая получению в известной модифицирующей композиции технического результата, который обеспечивается изобретением, заключается в том, что введение в асфальтобетон известного модификатора на основе резинового порошка приводит, с одной стороны, к повышению прочности и сдвигоустойчивости асфальтобетона при повышенных температурах, а также к повышению устойчивости к колееобразованию, а с другой стороны, к снижению плотности асфальтобетона, являющейся одним из важнейших показателей, обеспечивающих коррозионную устойчивость асфальтобетона при длительном водонасыщении и попеременном замораживании-оттаивании. Кроме того, технология производства известного модификатора является сложной из-за относительно большого количества компонентов.
Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в необходимости создать такой модификатор на основе резинового порошка, который при сохранении известных преимуществ модифицированного резиновым порошком асфальтобетона, не приводил бы при этом к снижению плотности этого асфальтобетона, обусловленной наличием в асфальтобетоне указанного резинового порошка. Техническая проблема также заключается в необходимости упрощения технологии получения модифицирующей композиции на основе резинового порошка. Техническая проблема также заключается в необходимости расширения арсенала модификаторов асфальтобетонов.
Раскрытие сущности изобретения
Технический результат, опосредствующий решение указанной технической проблемы, заключается в том, что введение резинового порошка в асфальтобетонную смесь не приводит к снижению плотности асфальтобетона за счет компенсирующего действия наполнителя (совместно с асфальтом деасфальтизации). При этом благодаря активации резинового порошка асфальтом деасфальтизации (диффузия асфальта деасфальтизации в микропоры резины) улучшается сцепление пленки битума с поверхностью частиц резинового порошка, что улучшает взаимодействие резинового порошка с битумом при приготовлении асфальтобетонной смеси. Технический результат также заключается в упрощении технологии получения модифицирующей композиции за счет уменьшения количества ингредиентов, необходимых и достаточных для получения модифицирующей композиции. Технический результат также заключается в расширения арсенала модификаторов асфальтобетонов.
2
Достигается технический результат тем, что модифицирующая композиция для асфальтобетонных смесей содержит активированный асфальтом деасфальтизации резиновый порошок с размером частиц не более 1 мм и величиной удельной геометрической поверхности не менее 3500 см/г, взятый в количестве 60÷75% от общей массы композиции, и наполнитель, который представляет собой порошок оксида алюминия или порошок материала, содержащего оксид алюминия в качестве основного компонента. Достигается технический результат также тем, что упомянутая измельченная резина получена из изношенных покрышек колес транспортных средств путем механического разрушения указанных покрышек с последующим доизмельчением при температуре не более 150°С.
Осуществление изобретения
Модифицирующая композиция для асфальтобетонных смесей представляет собой смесь резинового порошка, активированного асфальтом деасфальтизации, в количестве 60÷75% от общей массы композиции, и наполнителя, представляющего собой порошок оксида алюминия или порошок материала (смесевого вещества), содержащего оксид алюминия в качестве основного компонента (остальное).
2
Требования к резиновому порошку и технологии его производства определены Стандартом Общества с ограниченной ответственностью «фирма «Астор» (г. Пермь) СТО 2519-004-05263796-2007. РЕЗИНА ИЗМЕЛЬЧЕННАЯ (Технические условия), внесенным в реестр Федеральной службы по оборонному заказу 23.04.2009 за №200/055470. В соответствие с указанным стандартом резиновый порошок (измельченную резину) получают из изношенных автопокрышек по ГОСТ 8407 путем механического разрушения автопокрышек с последующим доизмельчением на роторных ножевых дробилках и тонкодисперсных измельчителях и отделением текстильного и металлического корда. Получаемый таким образом резиновый порошок (с целью его использования в модифицирующей композиции) имеет следующие базовые параметры: размер частиц не более 1 мм; величина удельной геометрической поверхности не менее 3500 см/г; массовая доля остатков кордного волокна (вискозного, капронового и т.п.) не более 3,0%; влажность не более 1,5%; массовая доля частиц черных металлов не более 0,02%; массовая доля резины других фракций (частиц резины, выходящих за рамки диапазона указанной фракции) не более 15%; полное отсутствие механических примесей (песка, камней и т.д.). Кроме того, существенным технологическим параметром, влияющим на свойства резинового порошка, важные с точки зрения его использования в модифицирующей композиции, является сравнительно низкая температура процесса (145÷150ºС). При таких температурах сохраняется эластическая составляющая деформации резины, что обеспечивает повышенную способность частиц резинового порошка к совмещению с нефтяными битумами, полимерами и сырой резиной.
Асфальт деасфальтизации является отходом в производстве остаточных масел (битум с малым содержанием масел). Асфальт деасфальтизации в отличие от остаточных и окисленных битумов из одной и той же нефти содержит меньше твердых парафинов. Наличие парафина в битуме снижает адгезию, поэтому его содержание не должно превышать 5%. Например, остаточный битум может содержать 1,6% (масс.) парафина, а асфальт деасфальтизации пропаном этого же битума – 0,8% (масс.) (Гун Р.Б. Нефтяные битумы. М., «Химия», 1989, стр.118).
Асфальт деасфальтизации используется (в соответствие с изобретением) для активации резинового порошка с целью улучшения взаимодействия его с битумом при приготовлении асфальтобетонной смеси; для улучшения сцепления пленки битума с поверхностью частиц резинового порошка. Для этого асфальт деасфальтизации разогревают до температуры 140°С, вводят в резиновый порошок в количестве 10% от массы порошка, тщательно перемешивают до однородного состояния, а затем оставляют на сутки (24 часа). При перемешивании и дальнейшем выдерживании смеси резинового порошка и асфальта деасфальтизации происходит диффузия асфальта деасфальтизации (смол и асфальтенов) в микропоры резины и соответственно активация поверхности частиц резины.
3
2
3
В качестве наполнителя в заявленной модифицирующей композиции использован порошок с плотностью материала порошка не менее 3,75 г/см. В преимущественном варианте осуществления изобретения в качестве наполнителя использован порошок оксида алюминия (AlO). Для этой цели также может быть использован порошок материала (смесевого вещества), содержащего оксид алюминия в качестве основного компонента (т.е. не менее 50% от общей массы наполнителя).
Для получения заявленной модифицирующей композиции берут, например, 60% активированного асфальтом деасфальтизации резинового порошка, который перемешивают с 40% упомянутого наполнителя до однородного состояния.
Высокое значение плотности наполнителя в сочетании с активированным асфальтом деасфальтизации резиновым порошком позволяет получить асфальтобетон с плотностью, соответствующей серийному асфальтобетону (без модификатора) при сохранении всех известных преимуществ использования резинового порошка в качестве модификатора асфальтобетона.
Это подтверждают приведенные ниже результаты сравнительных исследований различных асфальтобетонов: состав №1 - без модификатора (серийный асфальтобетон); состав №2 - с модификатором по прототипу (патент RU №2458083 С1); состав №3 - с заявленным модификатором, в котором в качестве наполнителя взят порошок материала (смесевого вещества), содержащего оксид алюминия α-формы в количестве до 70% от общей массы наполнителя.
Состав №1 (серийный асфальтобетон):
Щебень фракции 5-20 …….. 40%
Щебень фракции 5-10 …….. 15%
Отсев дробления …………… 41%
Минеральный порошок ……. 4%
∑=100%
+Битум БНД 90/130 ……… 4,5%
Состав №2 (асфальтобетон с модификатором по патенту №2458083):
Щебень фракции 5-20 …….. 40%
Щебень фракции 5-10 …….. 15%
Отсев дробления …………… 41%
Минеральный порошок ……. 4%
∑=100%
+Битум БНД 90/130 ……… 4,5%
+Модификатор по указанному патенту … 0,5%
Состав №3 (асфальтобетон с заявленным модификатором):
Щебень фракции 5-20 …….. 40%
Щебень фракции 5-10 …….. 15%
Отсев дробления …………… 41%
Минеральный порошок ……. 4%
∑=100%
+Битум БНД 90/130 ……… 4,5%
+Модификатор заявленный …..… 0,5%
Показатели физико-химических свойств данных асфальтобетонов (составы 1-3) приведены в следующей таблице:
№ п/п
Наименование показателей
Серийный асфальтобетон
Модифицированный асфальтобетон
Требования по ГОСТ 9128 (I марка)
Состав №1
Состав №2
Состав №3
1
Средняя плотность, г/см<sup>3</sup>
2,66
2,60
2,65
-
2
Предел прочности при сжатии, МПапри 20ºС не менеепри 50ºС не менеепри 0ºС не более
3,952,127,3
4,78 2,11 8,69
4,86 2,04 9,65
2,51,011,0
3
Водостойкость, не менее
0,97
0,98
0,94
0,90
4
Водостойкость при длительном водонасыщении, не менее
0,94
0,85
0,85
0,85
5
Сдвигоустойчивость по:- коэффициенту внутреннего трения, не менее- сцеплению при сдвиге при температуре 50ºС, не менее
0,920,48
0,95 0,48
0,94 0,51
0,87 0,25
Таким образом, асфальтобетон с заявленным модификатором (состав №3) имеет практически ту же плотность, что и асфальтобетон без модификатора (состав №1). Кроме того, заявленный модификатор отличается от известных меньшим содержанием компонентов, что упрощает технологию его производства.