Модифицированное битумное вяжущее
MODIFIED BITUMEN BINDER

Изобретение относится к области дорожно-строительных и строительных материалов, а именно к битумным вяжущим для асфальтобетонных смесей при устройстве покрытий автомобильных дорог, мостов и путепроводов, а также для изолирующих и кровельных материалов.
Известна «Добавка для щебеночно-мастичного асфальтобетона» (патент на изобретение РФ №2222559, МПК C08L 95/00, 2004 г.), включающая вяжущее, резиновую крошку, минеральное масло и полимер, при этом в качестве вяжущего используют битумную эмульсию, в качестве полимера используют полиакриламид и дополнительно в качестве структурообразователя применяют волокна целлюлозы и алюмосиликат при следующем соотношении компонентов состава, масс. %:
волокна целлюлозы
40,0-60,0
резиновая крошка
15,0-20,0
алюмосиликат
10,0-15,0
минеральное масло
3,0-5,0
полиакриламид
3,0-5,0
битумная эмульсия
остальное до 100%
Недостатком данной добавки является кратковременность (30 минут) технологического процесса ее изготовления, что даже при интенсивном перемешивании не позволяет обеспечить глубокую девулканизацию резиновой крошки и, следовательно, не обеспечивает требуемое качество вяжущего.
Известно «Концентрированное полимербитумное вяжущее для «сухого» ввода и способ его получения» (патент на изобретение РФ №2638963, МПК C08L 95/00, С04В 26/26, 2017 г.), принятое за прототип, представляющее собой смесь полимербитумного вяжущего и структурообразователя и минеральных компонентов при следующем соотношении компонентов, масс. %:
полимербитумное вяжущее
65,0-75,0
структурообразователь
15,0-25,0
минеральные компоненты
10,0-25,0,
полимербитумное вяжущее состоит из битума, пластификатора, полимера СБС, дробленой резины и реагента повышения однородности и активности полимербитумного вяжущего при следующем соотношении компонентов, масс. %:
пластификатор
5,0
полимер СБС
1,5-2,0
резина дробленая
20,0-25,0
реагент повышения однородности и
активности полимербитумного вяжущего
1,0-2,0
битум
остальное до 100%
Недостаток указанного концентрированного полимербитумного вяжущего заключается в значительной длительности (до 4 часов) процесса его приготовления, что ведет к увеличению затрат энергии, при этом может происходить снижение качества вяжущего из-за отсутствия возможности контроля процессов девулканизации и деструкции резиновой крошки.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении экономичности процесса приготовления модифицированного битумного вяжущего, в его ускорении, в повышении качества асфальтобетонных покрытий и эластичности изолирующих и кровельных материалов, а также в повышении универсальности модифицированного битумного вяжущего к типам минеральных наполнителей.
2
Технический результат достигается тем, что модифицированное битумное вяжущее, включает битум и модификатор, содержащий битум, резиновую крошку из измельченных отработанных автомобильных шин, структурообразователь и углеводородное масло, при этом модификатор, составляющий 3,0-10,0 масс. % от битума, дополнительно содержит насыщенный низкомолекулярный карбоцепной каучук, ненасыщенный высокомолекулярный карбоцепной каучук, в качестве углеводородного масла применено индустриальное масло с температурой воспламенения не ниже 220°С, а резиновая крошка имеет размер не более 1,5 мм и величину удельной геометрической поверхности не менее 7000 см/г, в качестве структурообразователя использован текстильный кордный пух в виде сгруппированных случайным образом в аморфные комкообразные структуры отрезков мононитей текстильного корда переработанных автомобильных шин длиной не более 10,0 мм и диаметром не более 0,1 мм, при этом отрезки мононитей текстильного корда имеют случайную пространственную зигзагообразную форму, при следующем соотношении компонентов модификатора, масс. %:
резиновая крошка
50,0-70,0
углеводородное масло
10,0-20,0
текстильный кордный пух
10,0-20,0
насыщенный низкомолекулярный карбоцепной каучук
0,5-2,0
ненасыщенный высокомолекулярный карбоцепной
каучук
0,5-2,0
битум
остальное до 100%
Заявляемое модифицированное битумное вяжущее включает резиновую крошку, получаемую дополнительным механическим измельчением в вальцах исходной резиновой крошки в паре вращающихся с разными линейными скоростями валков при соотношении линейных скоростей условных точек на наружных поверхностях пары валков не менее 1:10.
2
3
В состав заявленного модифицированного битумного вяжущего с целью активизации набухания резиновой крошки включено индустриальное масло с вязкостью кинематической при 40°С не более 61-75 мм/с и с плотностью при 20°С не более 900 кг/м, например, индустриальное масло И-40А.
Насыщенный низкомолекулярный карбоцепной каучук (например, полиизобутилен) и ненасыщенный высокомолекулярный карбоцепной каучук (например, синтетический каучук изопреновый СКИ-3) применяют для улучшения адгезионной способности битумного вяжущего к различным типам минеральных наполнителей асфальтобетонных смесей, а также для повышения прочности и морозостойкости асфальтобетона.
Насыщенный низкомолекулярный карбоцепной каучук и ненасыщенный высокомолекулярный карбоцепной каучук предварительно растворяют в индустриальном масле, смешивая в диссольвере при температуре 130-150°С в течение 1-2 часов.
Полученный раствор каучуков в индустриальном масле применяют для активирования поверхности измельченной резиновой крошки в высокоскоростном смесителе в течение 10-100 секунд.
Активированную резиновую крошку вылеживают в течение 10-28 часов при температуре наружного воздуха 15-25°С.
После вылеживания в высокоскоростном смесителе в течении 30-200 секунд с битумом, нагретым до температуры 140-160°С, и текстильным кордным пухом, образующимся при измельчении отработанных автомобильных шин независимо от способа их механического измельчения. Перед смешением текстильный кордный пух дезагломерируют до состояния отдельных отрезков мононитей текстильного корда в высокоскоростном смесителе.
В итоге активированная резиновая крошка капсулируется битумом, например, БНД 60/90 или БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90., т.е. приобретает свойства сродства к любым типам битумов. Полученную смесь гранулируют для исключения слеживания модификатора (М) при транспортировке. Далее производится смешение М с битумом, например, БНД 60/90 или БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90 при температуре 150-170°С в течение 10-30 секунд.
Текстильный кордный пух существенно повышает вязкость модифицированного битумного вяжущего, а его дешевизна (≈3-5 руб./кг) положительно сказывается на эффективности производства модифицированного битумного вяжущего. Случайная пространственная зигзагообразная форма отрезков мононитей в текстильном кордном пухе, являющаяся следствием особенностей механического измельчения автомобильных шин, значительно усиливает его армирующее действие на битумное вяжущее.
При промышленном производстве модифицированного битумного вяжущего установленная мощность оборудования производительностью 400 кг/час не превышает 150 кВт.
В таблице 1 представлены результаты испытаний физико-механических свойств асфальтобетонной смеси ЩМА-10 при добавлении в битумное связующее 5% от массы битума М со следующим соотношение компонентов, масс. %:
резиновая крошка
60,8
индустриальное масло И-40А
12,8
синтетический каучук изопреновый СКИ-3
0,8
полиизобутилен
1,6
текстильный кордный пух
14,9
битум
9,1
В таблице 2 представлены результаты исследования по ГОСТ 33143-2014 влияния М с указанным выше соотношением компонентов на температуру хрупкости по Фраасу битумов БНД 60/90 и БНД 90/130.
Результаты испытаний, приведенные в таблицах 1 и 2, подтверждают то, что при использовании модифицированного битумного вяжущего для приготовления асфальтобетонной смеси обеспечивается увеличение ее предела прочности при сжатии и снижение водонасыщения, а также повышение ее морозостойкости, т.е. улучшается качество асфальтобетонной смеси и кровельного и изолирующего материалов за счет повышения эластичности битумного вяжущего.
Модифицированное битумное вяжущее является универсальным по отношению к известным типам минеральных наполнителей асфальтобетонных смесей.
В таблице 3 представлены результаты исследования по ГОСТ 12801-98 влияния состава битумного вяжущего (основа - БНД 60/90) на качество сцепления битумного вяжущего с поверхностью щебня (гранит, 10-20 мм, Карелия).
В таблице 4 представлены результаты исследования по ГОСТ 12801-98 влияния состава битумного вяжущего (основа - БНД 60/90) на качество сцепления битумного вяжущего с поверхностью щебня (известняк, 10-20 мм, Киров).
В таблице 5 представлены результаты исследования по ГОСТ 12801-98 влияния состава битумного вяжущего (основа - БНД 60/90) на качество сцепления битумного вяжущего с поверхностью щебня (известняк, 10-20 мм, Хромцовский карьер, Ивановская область).
В таблице 6 представлены результаты исследования по ГОСТ 12801-98 влияния состава битумного вяжущего (основа - БНД 100/130) на качество сцепления битумного вяжущего с поверхностью щебня (гранит, 10-20 мм, Карелия).
Установлено, что применение заявленного модифицированого битумного вяжущего увеличивает качество сцепления битумного вяжущего с поверхностью щебня как в сравнении с чистым битумом, так и в сравнении с использованием адгезионной добавки «Азол 1002» к битуму.
При этом при пролежке в течение 13 суток качество сцепления модифицированного битумного вяжущего с поверхностью щебня возросла.
В таблице 7 представлены результаты исследования по ГОСТ 11506-73 влияния М на температуру размягчения модифицированного битумного вяжущего на основе БНД 60/90.
Установлено, что добавление М в битумное вяжущее значительно повышает температуру его размягчения за счет повышения эластичности битумного вяжущего.
В таблице 8 представлены результаты исследования по ГОСТ 11503-74 влияния содержания М на условную вязкость модифицированного битумного вяжущего на основе БНД 60/90.
Установлено, что увеличение содержания М в составе модифицированного битумного вяжущего вызывает рост его условной вязкости и, как следствие, значительно снижает стекание битума с поверхности минеральных наполнителей в асфальтобетонных смесях.
Таким образом, учитывая невысокую энергоемкость технологического процесса приготовления модифицированного битумного вяжущего, а также простоту его реализации и малую длительность процесса, реализация предложенного технического решения позволяет обеспечить высокие экономичность производства, качество асфальтобетонных смесей и кровельных и изолирующих материалов, а также универсальность модифицированного битумного вяжущего к типам минеральных наполнителей.