ГИДРОИЗОЛЯЦИОННОЕ МОРОЗОСТОЙКОЕ ПОКРЫТИЕ АСФАЛЬТА АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ
WATER-INSULATING FROST-RESISTANT COATING OF ASPHALT OF AUTOMOBILE ROAD

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для строительства автомобильных дорог, расположенных в географических широтах Земли с резко континентальным климатом.
Известна асфальтовая композиция, включающая нафтеновый асфальт и блок-сополимер, содержащий диеновые группы, которые образуют блок, характеризующийся содержанием 1,2 винильного компонента по меньшей мере 15 масс. ч. и менее чем 35 масс. ч. (патент РФ №2397188 от 20.08.2010).
Известен материал для защитных покрытий строительных сооружений и конструкций, содержащий основную композицию, состоящую из резиновых отходов и смеси отходов полиэтилена высокого давления и отходов термопластов, вспомогательные добавки и пигменты. В качестве отходов полиэтилена высокого давления содержит дробленые указанные отходы, в качестве отходов термопластов дробленые отходы хлорсульфированного полиэтилена или дробленые полимерные отходы кабельной промышленности, а в качестве резиновых отходов тонкоизмельченный резиновый порошок (ТИРП), при следующем содержании компонентов основной композиции, масс. ч.: указанная смесь - 40-45, ТИРП - 55-60. В указанной смеси содержание отходов хлорсульфированного полиэтилена или полимерных отходов кабельной промышленности не превышает 30 масс. ч.. Максимальный размер частиц ТИРП не превышает 0,63 мм, а содержание частиц размером до 0,3 мм - не менее 50 масс. ч. (патент РФ №2237789 от 10.10.2004).
Известно комбинированное гидроизоляционное рулонное покрытие, включающее полимерно-битумную композицию на основе хлорсульфированного полиэтилена "Антикор МПБ-1", резиновый подслой "Уникром" на основе каучуков и полиамидную ткань с дополнительным содержанием в полимерно-битумной композиции в качестве модифицирующей добавки хлорированного полиэтилена с содержанием хлора 40 масс. ч. Покрытие для увеличения срока службы дополнительно содержит защитные слои из пластифицированного поливинилхлорида и антикоррозионной эмали на основе хлорсульфированного полиэтилена (патент РФ №2232216 от 10.07.2004).
Известна полимерная композиция для покрытий, включающая полисульфидный олигомер - жидкий «тиокол» со среднечисленной молекулярной массой 1700-5500 и вязкостью при 25°C 7,5-50 Па⋅с, наполнитель - мел гидрофобизированный, пластификатор, диоксид марганца, 2,4,6-трис-(диметиламинометил)-фенол и дополнительно адгезионную добавку - силилированный амин, выбранный из группы N,N'-бис-(триметилсилил)-N,N'-диметилэтилендиамин, N,N''-бис-(триметилсилил)-N,N',N''-триэтилдиэтилентриамин и 1,3-дибутил-2-метил-2-винил-1,3-диаза-2-силациклопентан, при следующем соотношении компонентов, масс. ч.
Полисульфидный олигомер
100
Диоксид марганца
9-15
Мел гидрофобизированный
40-50
Пластификатор
30-60
2,4,6-трис-(диметиламинометил)-фенол
0,2-0,6
Силилированный амин
0,2-0,6
(патент РФ №2327721 от 27.06.08).
Общими недостатками известных покрытий является их низкая эластичность в области отрицательных температур и высокая ползучесть в диапазоне положительных температур, не позволяющие надежно защитить асфальт от трещинообразования в результате фазовых переходов «вода-лед-вода».
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является гидроизоляционное морозостойкое покрытие асфальта автомобильной дороги, включающее полимерную основу - низкомолекулярный каучук и наполнитель. В качестве полимерной основы оно содержит два жидких низкомолекулярных каучука с концевыми функциональными группами эпоксидными и карбоксильными, сополимеризующиеся и трехмерно сшивающиеся агентом, в качестве таких каучуков используют полидиенизопренуретановый каучук с концевыми эпоксидными группами и полибутадиеновый каучук с концевыми карбоксильными группами, в качестве наполнителя содержит полифракционный диоксид кремния и дополнительно содержит технологические добавки, включающие трехмерно сшивающий агент с антиподными эпоксидными, по отношению к карбоксильным, функциональными группами, тиксотропный усилитель и пигмент эластомера - технический углерод, катализатор трехмерного сшивания каучуков при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
два жидких низкомолекулярных каучука с концевыми
функциональными группами (эпоксидными
и карбоксильными)
9,0-18,0
полифракционный диоксид кремния
77,0-86,5
технологические добавки
4,5-5,0
(патент РФ №2473581 от 31.05.2011 г.). Данное покрытие принято в качестве прототипа.
Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения: полимерная основа - два каучука, сополимеризующиеся и трехмерно сшивающиеся агентом; наполнитель - полифракционный диоксид кремния; технологические добавки, включающие трехмерно сшивающий агент, тиксотропный усилитель и пигмент эластомера - технический углерод, катализатор трехмерного сшивания каучуков; количественное соотношение используемых ингредиентов мас. %: полимерная основа - 9,0-18,0; полифракционный диоксид кремния - 77,0-86,5; технологические добавки - 4,5-5,0.
Недостатком известного покрытия является его низкая разрывная прочность в области температурного диапазона эксплуатации.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение эксплуатационного ресурса асфальта автомобильной дороги за счет ее поверхностной гидроизоляции морозостойким в широком температурном диапазоне [от 223 K (-50°С) до 323 K (+50°С)] рулонным покрытием с улучшенными механическими характеристиками, предотвращающим попадание воды внутрь трещин асфальта и образование зимой льда, разрушающего его из-за объемного расширения последнего.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном гидроизоляционном морозостойком покрытии асфальта автомобильной дороги, включающем полимерную основу - два каучука, сополимеризующиеся и трехмерно сшивающиеся агентом, наполнитель - полифракционный диоксид кремния и технологические добавки, включающие трехмерно сшивающий агент, тиксотропный усилитель и пигмент эластомера - технический углерод, катализатор трехмерного сшивания каучуков, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
полимерная основа
9,0-18,0
полифракционный диоксид кремния
77,0-86,5
технологические добавки
4,5-5,0,
согласно изобретению полимерная основа содержит в качестве каучуков пластифицированные высокомолекулярные непредельные синтетические каучуки: поли-цис-1.4-изопрен и поли-цис-1,4-бутадиен в массовом соотношении поли-цис-1.4-изопрен : поли-цис-1,4-бутадиен : масло пластификаторное, равном (0,30-0,60):(0,60-0,30):0,10, технологические добавки дополнительно включают усилитель вулканизации, а в качестве трехмерно сшивающего агента использована сера.
Полифракционный диоксид кремния может быть взят оптимального фракционного состава, мас. %: 1 мкм : 15 мкм : 240 мкм : 600 мкм = 2,8:8,2:22,6:66,4.
В качестве усилителя вулканизации покрытие содержит тетраалкилтиурамдисульфид.
В качестве катализатора трехмерного сшивания каучуков содержит оксид цинка.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, - полимерная основа содержит в качестве каучуков пластифицированные высокомолекулярные непредельные синтетические каучуки поли-цис-1.4-изопрен и поли-цис-1,4-бутадиен в массовом соотношении поли-цис-1.4-изопрен : поли-цис-1,4-бутадиен : масло пластификаторное, равном (0,30-0,60):(0,60-0,30):0,10; технологические добавки дополнительно включают усилитель вулканизации; в качестве трехмерно сшивающего агента использована сера; полифракционный диоксид кремния следующего фракционного состава, мас. %: 1 мкм : 15 мкм : 240 мкм : 600 мкм = 2,8:8,2:22,6:66,4; в качестве усилителя вулканизации содержит тетраалкилтиурамдисульфид; в качестве катализатора трехмерного сшивания каучуков содержит оксид цинка.
Отличительные признаки, в совокупности с известными, позволяют многократно увеличить прочность гидроизоляционного морозостойкого покрытия асфальта автомобильной дороги при воздействии транспортных средств с сохранением его разрывной деформации во всем температурном диапазоне эксплуатации.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показаны зависимости разрывных напряжений (прочностей) от разрывных деформаций в координатах огибающих разрушения по Т. Смиту для заявляемого покрытия и прототипа при различных температурах.
На чертеже обозначены:
1 - огибающие механического разрушения по Т. Смиту на основе СКИ+СКД;
2 - огибающие механического разрушения по Т. Смиту на основе СКД-КТР+ПДИ-3Б (прототип);
- СКИ:СКД в соотношении 0,60:0,30 (пример 1)
- СКИ:СКД в соотношении 0,30:0,60 (пример 2)
- СКД-КТР+ПДИ-3Б
- СКД-КТР+ПДИ-3Б
3
3
В качестве полимерной основы использованы два высокомолекулярных непредельных синтетических каучука - поли-цис-1.4-изопрен марки СКИ (молекулярная масса 373000, температура структурного стеклования 299 K, плотность 900 кг/м) и поли-цис-1,4-бутадиен марки СКД (молекулярная масса 199000, температура структурного стеклования 178 K, плотность 890 кг/м), сополимеризующиеся и трехмерно сшивающиеся агентами: серой; усилителем вулканизации - например, тетраалкилтиурамдисульфидом («Тиурам-Д»).
В качестве катализатора трехмерного сшивания каучуков могут быть использованы, например, оксид цинка, оксид магния, оксид кальция, оксид серебра.
В качестве технологического пластификатора использовано масло пластификаторное марки МПА.
Ингредиенты полимерной основы взяты в массовом соотношении полиизопреновый каучук : полибутадиеновый каучук : масло пластификаторное, равном (0,30-0,60):(0,60-0,30):0,10.
2
В качестве наполнителя использован полифракционный диоксид кремния (SiO) с оптимальным соотношением 4-х фракций, мас. %:
1 мкм : 15 мкм : 240 мкм : 600 мкм = 2,8:8,2:22,6:66,4.
Композиция дополнительно содержит тиксотропный усилитель и пигмент (краситель) материала покрытия эластомерного типа - технический углерод.
Возможность осуществления заявляемого изобретения подтверждается следующими примерами.
Пример 1
Для получения гидроизоляционного морозостойкого покрытия асфальта автомобильной дороги использовали следующие компоненты:
полимерную основу в виде смеси (в соотношении 0,60:0,30:0,10) поли-цис-1.4-изопрен марки СКИ, поли-цис-1,4-бутадиен марки СКД и пластификатор МПА в количестве 18 мас. %;
полифракционный диоксид кремния в количестве 77,0 мас. % с оптимальным соотношением 4-х фракций, мас. %:
1 мкм : 15 мкм : 240 мкм : 600 мкм = 2,8:8,2:22,6:66,4.
Технологические добавки - тиксотропный усилитель и пигмент эластомера - технический углерод (3,00 мас. %); трехмерно сшивающий агент - сера (1,45 мас. %), катализатор трехмерного сшивания каучуков - оксид цинка (0,05 мас. %); усилитель вулканизации - тетраалкилтиурамдисульфид («Тиурам-Д») (0,50 мас. %).
Пример 2
Для получения покрытия использовали следующие компоненты:
полимерную основу в виде смеси (в соотношении 0,30:0,60:0,10) поли-цис-1.4-изопрен марки СКИ, поли-цис-1,4-бутадиен марки СКД и пластификатор МПА в количестве 9 мас. %;
полифракционный диоксид кремния в количестве 86,5 мас. % с оптимальным соотношением 4-х фракций, мас. %:
1 мкм : 15 мкм : 240 мкм : 600 мкм = 2,8:8,2:22,6:66,4.
Технологические добавки: - тиксотропный усилитель и пигмент эластомера - технический углерод (2,66 мас. %); трехмерно сшивающий агент - сера (1,45 мас. %), катализатор трехмерного сшивания каучуков - оксид магния (0,05 мас. %); усилитель вулканизации - дипентаметилентиурамтетрасульфид («Тетрон А») (0,34 мас. %).
-1
Смешение компонентов в примерах осуществлялось при температуре 55-60°С в смесителе непрерывного действия типа «СНД-75» с последующим формованием полотна шириной 3,0 метра и толщиной 0,012 метра. Трехмерное сшивание полимерной основы материала полотна проводилось в барабанном вулканизаторе непрерывного действия при температуре в диапазоне 170-180°С со временем пребывания в аппарате 7-5 минут соответственно. Полученное и накатанное с рулонов (длиной 25 метров каждый) на асфальт, предварительно намазанный жидким битумом (мазутом), гидроизоляционное полотно при относительной скорости одноосного растяжения 1,4⋅10-3 с имело следующие механические характеристики (см. таблицу).
Примечание: разрывные деформации обычного асфальта при температурах минус 20-30°С составляют 0,1-0,2%.
Для приведенных выше примеров покрытия и прототипа (чертеж) показаны зависимости разрывных напряжений (прочностей) от разрывных деформаций в координатах огибающих разрушения по Т. Смиту, демонстрирующие увеличение разрывного напряжения на порядок по сравнению с прототипом при практическом сохранении уровня разрывной деформации.
Данные характеристики свидетельствуют о повышенной морозостойкости покрытия асфальта автомобильной дороги и позволяют использовать его в широком температурном диапазоне эксплуатации (от -50°С до +50°С) в течение 25-30 лет.