Модифицирующая композиция для асфальтобетонных смесей
MODIFYING COMPOSITION FOR ASPHALT-CONCRETE MIXTURES

Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов, а именно к модифицирующим композициям для асфальтобетонных смесей при устройстве покрытий автомобильных дорог, мостов и путепроводов.
Известна резинобитумная композиция («Способ приготовления резинобитумной композиции», патент на изобретение РФ №2448134, МПК C08L 95/00, C08L 17/00, C08J 03/20, 2012 г.), включающая битум, резиновую крошку, растительное масло в качестве пластификатора и малеиновый ангидрид при следующем соотношении, масс. %: резиновая крошка - 12,0-15,0; пластификатор - 5,0-20,0; малеиновый ангидрид - 0,3-0,5; битум - остальное.
Недостатком данной композиции является использование в ней в качестве дополнительного пластификатора - малеинового ангидрида для создания с резиновой крошкой полимерного комплекса, обеспечивающего повышение температуры размягчения и эластичности композиции после ее затвердевания, а также повышение адгезионной способности композиции с различными материалами (наполнителями, щебнем). Малеиновый ангидрид является очень токсичным веществом, раздражающим слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей, что осложняет практическую реализацию указанной резинобитумной композиции.
Известна битумно-резиновая композиция связующего для дорожного покрытия («Битумно-резиновая композиция связующего для дорожного покрытия и способ ее получения», патент на изобретение РФ №2509787, МПК C08L 95/00, C08L 11/04, C08J 03/00, 2014 г.), принятая за прототип, включающая битум, резиновую крошку из измельченных отработанных автомобильных шин с размером частиц до 1 мм и нефтяное масло с вязкостью 0,005-1,6 Па⋅с при 60°С. Соотношение компонентов следующее, масс. %: резиновая крошка - 8-20, нефтяное масло - 2-12, битум - остальное.
Недостаток указанной битумно-резиновой композиции связующего заключается в значительной длительности (до 5 часов) процесса ее приготовления, что ведет к увеличению затрат энергии, в большом расходе полимерных добавок (до 5,0 масс. % связующего), углеводородного масла (до 12,0 масс. % связующего) и резиновой крошки (до 20,0% масс. % связующего), а также в высокой температуре (до 220°С) технологического процесса, что может вызвать деструкцию битума в результате его окисления.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении экономичности процесса приготовления модифицирующей композиции, в его ускорении, в повышении качества асфальтобетонного покрытия, а также в повышении универсальности модифицирующей композиции к типам битумов и минеральных наполнителей асфальтобетонных смесей.
2
Технический результат достигается тем, что модифицирующая композиция для асфальтобетонных смесей, включающая битум, резиновую крошку из измельченных отработанных автомобильных шин и углеводородное масло, дополнительно содержит насыщенный низкомолекулярный карбоцепной каучук, ненасыщенный высокомолекулярный карбоцепной каучук, разветвленный термоэластопласт, линейный термоэластопласт и текстильный кордный пух, в качестве углеводородного масла применяется 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, причем текстильный кордный пух содержит сгруппированные случайным образом в рыхлые комкообразные структуры отрезки мононитей текстильного корда 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, масс. %:
резиновая крошка
40,0-70,0;
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
0,25-1,0;
линейный термоэластопласт
0,175-0,7;
разветвленный термоэластопласт
0,075-0,3;
битум
- остальное.
2
3⋅
В качестве углеводородного масла применяют масло с вязкостью кинематической при 40°С не более 61-75 мм/с, с плотностью при 20°С не более 900 кг/мс температурой воспламенения не ниже 220°С
2
Заявленная модифицирующая композиция для асфальтобетонных смесей (МКАБС) включает резиновую крошку размером до 1,5 мм и величиной удельной геометрической поверхности не менее 7000 см/г, получаемую дополнительным механическим измельчением исходной резиновой крошки в паре вращающихся с разными линейными скоростями валков.
2
3
В состав заявленной МКАБС с целью активизации набухания резиновой крошки включено углеводородное масло с температурой воспламенения не ниже 220°С. Предпочтительно, применяют углеводородное масло с вязкостью кинематической при 40°С не более 61-75 мм/с, с плотностью при 20°С не более 900 кг/м, например, индустриальное масло И-40А.
Заявленная МКАБС дополнительно содержит текстильный кордный пух, образующийся при измельчении отработанных автомобильных шин независимо от способа их механического измельчения. Текстильный кордный пух включает рыхлые комкообразные структуры из отрезков мононитей текстильного корда автомобильных шин длиной не более 10 мм и диаметром не более 0,1 мм, при этом отрезки мононитей текстильного корда имеют случайную пространственную зигзагообразную форму. В процессе приготовления МКАБС указанные рыхлые комкообразные структуры дезагломерируют до состояния отдельных отрезков мононитей текстильного корда в высокоскоростном смесителе. Наличие в МКАБС отрезков мононитей текстильного корда, имеющих случайную пространственную зигзагообразную форму, обеспечивает армирование асфальтобетонной смеси, что существенно повышает прочностные характеристики асфальтобетона.
Для приготовления МКАБС используют дорожные битумы, например, БНД 60/90 или БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90.
Насыщенный низкомолекулярный карбоцепной каучук (например, полиизобутилен) и ненасыщенный высокомолекулярный карбоцепной каучук (например, синтетический каучук изопреновый СКИ-3), а также разветвленный термоэластопласт (например, ДСТ-30-Р) и линейный термоэластопласт (например, ДСТ-30-Л) применяют для улучшения адгезионной способности битумного вяжущего независимо от типа применяемого битума к различным типам минеральных заполнителей асфальтобетонных смесей, а также для повышения прочности и морозостойкости асфальтобетона.
МКАБС получают путем механического перемешивания в высокоскоростном смесителе предварительно подготовленных компонентов в течение 4-5 минут при температуре наружного воздуха 20-25°С. При промышленном производстве МКАБС установленная мощность оборудования производительностью 400 кг/час не превышает 150 кВт.
Учитывая, что доля МКАБС составляет в битумно-резиновом связующем составляет порядка 5% от массы битума, очевидно, что по сравнению с прототипом в МКАБС масса используемых компонентов на порядок меньше.
В таблице 1.1 представлены результаты испытаний физико-механических свойств асфальтобетонной смеси ЩМА-10 при добавлении в битумно-резиновое связующее 5% от массы битума МКАБС со следующим соотношение компонентов, масс. %:
1. резиновая крошка
60,0;
2. индустриальное масло И-40А
12,0;
3. текстильный кордный пух
14,0;
4. полиизобутилен
1,2;
5. синтетический каучук изопреновый СКИ-3
0,5;
6. линейный термоэластопласт ДСТ-30-Л
0,4;
7. разветвленный термоэластопласт ДСТ-30-Р
0,2;
8. битум
остальное.
В таблице 1.2 представлены результаты исследования по ГОСТ 33143-2014 влияния МКАБС с указанным выше соотношением компонентов на температуру хрупкости по Фраасу битумов БНД 60/90 и БНД 90/130.
Результаты испытаний, приведенные в таблицах 1.1 и 1.2, подтверждают то, что при добавлении в асфальтобетонную смесь МКАБС обеспечивается увеличение предела прочности при сжатии и снижение водонасыщения, а также повышение ее морозостойкости, т.е. улучшается качество асфальтобетонной смеси.
В таблице 2.1 представлены результаты испытаний физико-механических свойств асфальтобетонной смеси ЩМА-10 при добавлении в битумно-резиновое связующее 5% от массы битума МКАБС со следующим соотношение компонентов, масс. %:
1. резиновая крошка
40,0;
2. индустриальное масло И-40А
12,0;
3. текстильный кордный пух
14,0;
4. полиизобутилен
1,2;
5. синтетический каучук изопреновый СКИ-3
0,5;
6. линейный термоэластопласт ДСТ-30-Л
0,4;
7. разветвленный термоэластопласт ДСТ-30-Р
0,2;
8. битум
остальное.
В таблице 2.2 представлены результаты исследования по ГОСТ 33143-2014 влияния МКАБС с указанным выше соотношением компонентов на температуру хрупкости по Фраасу битумов БНД 60/90 и БНД 90/130.
В таблице 3.1 представлены результаты испытаний физико-механических свойств асфальтобетонной смеси ЩМА-10 при добавлении в битумно-резиновое связующее 5% от массы битума МКАБС со следующим соотношение компонентов, масс. %:
1. резиновая крошка
70,0;
2. индустриальное масло И-40А
12,0;
3. текстильный кордный пух
14,0;
4. полиизобутилен
1,2;
5. синтетический каучук изопреновый СКИ-3
0,5;
6. линейный термоэластопласт ДСТ-30-Л
0,4;
7. разветвленный термоэластопласт ДСТ-30-Р
0,2;
8. битум
остальное.
В таблице 3.2 представлены результаты исследования по ГОСТ 33143-2014 влияния МКАБС с указанным выше соотношением компонентов на температуру хрупкости по Фраасу битумов БНД 60/90 и БНД 90/130.
В таблице 4.1 представлены результаты испытаний физико-механических свойств асфальтобетонной смеси ЩМА-10 при добавлении в битумно-резиновое связующее 5% от массы битума МКАБС со следующим соотношение компонентов, масс. %:
1. резиновая крошка
60,0;
2. индустриальное масло И-40А
10,0;
3. текстильный кордный пух
14,0;
4. полиизобутилен
1,2;
5. синтетический каучук изопреновый СКИ-3
0,5;
6. линейный термоэластопласт ДСТ-30-Л
0,4;
7. разветвленный термоэластопласт ДСТ-30-Р
0,2;
8. битум
остальное.
В таблице 4.2 представлены результаты исследования по ГОСТ 33143-2014 влияния МКАБС с указанным выше соотношением компонентов на температуру хрупкости по Фраасу битумов БНД 60/90 и БНД 90/130.
В таблице 5.1 представлены результаты испытаний физико-механических свойств асфальтобетонной смеси ЩМА-10 при добавлении в битумно-резиновое связующее 5% от массы битума МКАБС со следующим соотношение компонентов, масс. %:
1. резиновая крошка
60,0;
2. индустриальное масло И-40А
20,0;
3. текстильный кордный пух
14,0;
4. полиизобутилен
1,2;
5. синтетический каучук изопреновый СКИ-3
0,5;
6. линейный термоэластопласт ДСТ-30-Л
0,4;
7. разветвленный термоэластопласт ДСТ-30-Р
0,2;
8. битум
остальное.
В таблице 5.2 представлены результаты исследования по ГОСТ 33143-2014 влияния МКАБС с указанным выше соотношением компонентов на температуру хрупкости по Фраасу битумов БНД 60/90 и БНД 90/130.
В таблице 6.1 представлены результаты испытаний физико-механических свойств асфальтобетонной смеси ЩМА-10 при добавлении в битумно-резиновое связующее 5% от массы битума МКАБС со следующим соотношение компонентов, масс. %:
1. резиновая крошка
60,0;
2. индустриальное масло И-40А
12,0;
3. текстильный кордный пух
10,0;
4. полиизобутилен
1,2;
5. синтетический каучук изопреновый СКИ-3
0,5;
6. линейный термоэластопласт ДСТ-30-Л
0,4;
7. разветвленный термоэластопласт ДСТ-30-Р
0,2;
8. битум
остальное.
В таблице 6.2 представлены результаты исследования по ГОСТ 33143-2014 влияния МКАБС с указанным выше соотношением компонентов на температуру хрупкости по Фраасу битумов БНД 60/90 и БНД 90/130.
В таблице 7.1 представлены результаты испытаний физико-механических свойств асфальтобетонной смеси ЩМА-10 при добавлении в битумно-резиновое связующее 5% от массы битума МКАБС со следующим соотношение компонентов, масс. %:
1. резиновая крошка
60,0;
2. индустриальное масло И-40А
12,0;
3. текстильный кордный пух
20,0;
4. полиизобутилен
1,2;
5. синтетический каучук изопреновый СКИ-3
0,5;
6. линейный термоэластопласт ДСТ-30-Л
0,4;
7. разветвленный термоэластопласт ДСТ-30-Р
0,2;
8. битум
остальное.
В таблице 7.2 представлены результаты исследования по ГОСТ 33143-2014 влияния МКАБС с указанным выше соотношением компонентов на температуру хрупкости по Фраасу битумов БНД 60/90 и БНД 90/130.
В таблице 8.1 представлены результаты испытаний физико-механических свойств асфальтобетонной смеси ЩМА-10 при добавлении в битумно-резиновое связующее 5% от массы битума МКАБС со следующим соотношение компонентов, масс. %:
1. резиновая крошка
60,0;
2. индустриальное масло И-40А
12,0;
3. текстильный кордный пух
14,0;
4. полиизобутилен
0,5;
5. синтетический каучук изопреновый СКИ-3
0,5;
6. линейный термоэластопласт ДСТ-30-Л
0,4;
7. разветвленный термоэластопласт ДСТ-30-Р
0,2;
8. битум
остальное.
В таблице 8.2 представлены результаты исследования по ГОСТ 33143-2014 влияния МКАБС с указанным выше соотношением компонентов на температуру хрупкости по Фраасу битумов БНД 60/90 и БНД 90/130.
В таблице 9.1 представлены результаты испытаний физико-механических свойств асфальтобетонной смеси ЩМА-10 при добавлении в битумно-резиновое связующее 5% от массы битума МКАБС со следующим соотношение компонентов, масс. %:
1. резиновая крошка
60,0;
2. индустриальное масло И-40А
12,0;
3. текстильный кордный пух
14,0;
4. полиизобутилен
2,0;
5. синтетический каучук изопреновый СКИ-3
0,5;
6. линейный термоэластопласт ДСТ-30-Л
0,4;
7. разветвленный термоэластопласт ДСТ-30-Р
0,2;
8. битум
остальное.
В таблице 9.2 представлены результаты исследования по ГОСТ 33143-2014 влияния МКАБС с указанным выше соотношением компонентов на температуру хрупкости по Фраасу битумов БНД 60/90 и БНД 90/130.
В таблице 10.1 представлены результаты испытаний физико-механических свойств асфальтобетонной смеси ЩМА-10 при добавлении в битумно-резиновое связующее 5% от массы битума МКАБС со следующим соотношение компонентов, масс. %:
1. резиновая крошка
60,0;
2. индустриальное масло И-40А
12,0;
3. текстильный кордный пух
14,0;
4. полиизобутилен
1,2;
5. синтетический каучук изопреновый СКИ-3
0,25;
6. линейный термоэластопласт ДСТ-30-Л
0,4;
7. разветвленный термоэластопласт ДСТ-30-Р
0,2;
8. битум
остальное.
В таблице 10.2 представлены результаты исследования по ГОСТ 33143-2014 влияния МКАБС с указанным выше соотношением компонентов на температуру хрупкости по Фраасу битумов БНД 60/90 и БНД 90/130.
В таблице 11.1 представлены результаты испытаний физико-механических свойств асфальтобетонной смеси ЩМА-10 при добавлении в битумно-резиновое связующее 5% от массы битума МКАБС со следующим соотношение компонентов, масс. %:
1. резиновая крошка
60,0;
2. индустриальное масло И-40А
12,0;
3. текстильный кордный пух
14,0;
4. полиизобутилен
1,2;
5. синтетический каучук изопреновый СКИ-3
1,0;
6. линейный термоэластопласт ДСТ-30-Л
0,4;
7. разветвленный термоэластопласт ДСТ-30-Р
0,2;
8. битум
остальное.
В таблице 11.2 представлены результаты исследования по ГОСТ 33143-2014 влияния МКАБС с указанным выше соотношением компонентов на температуру хрупкости по Фраасу битумов БНД 60/90 и БНД 90/130.
В таблице 12.1 представлены результаты испытаний физико-механических свойств асфальтобетонной смеси ЩМА-10 при добавлении в битумно-резиновое связующее 5% от массы битума МКАБС со следующим соотношение компонентов, масс. %:
1. резиновая крошка
60,0;
2. индустриальное масло И-40А
12,0;
3. текстильный кордный пух
14,0;
4. полиизобутилен
1,2;
5. синтетический каучук изопреновый СКИ-3
0,5;
6. линейный термоэластопласт ДСТ-30-Л
0,175;
7. разветвленный термоэластопласт ДСТ-30-Р
0,2;
8. битум
остальное.
В таблице 12.2 представлены результаты исследования по ГОСТ 33143-2014 влияния МКАБС с указанным выше соотношением компонентов на температуру хрупкости по Фраасу битумов БНД 60/90 и БНД 90/130.
В таблице 13.1 представлены результаты испытаний физико-механических свойств асфальтобетонной смеси ЩМА-10 при добавлении в битумно-резиновое связующее 5% от массы битума МКАБС со следующим соотношение компонентов, масс. %:
1. резиновая крошка
60,0;
2. индустриальное масло И-40А
12,0;
3. текстильный кордный пух
14,0;
4. полиизобутилен
1,2;
5. синтетический каучук изопреновый СКИ-3
0,5;
6. линейный термоэластопласт ДСТ-30-Л
0,7;
7. разветвленный термоэластопласт ДСТ-30-Р
0,2;
8. битум
остальное.
В таблице 13.2 представлены результаты исследования по ГОСТ 33143-2014 влияния МКАБС с указанным выше соотношением компонентов на температуру хрупкости по Фраасу битумов БНД 60/90 и БНД 90/130.
В таблице 14.1 представлены результаты испытаний физико-механических свойств асфальтобетонной смеси ЩМА-10 при добавлении в битумно-резиновое связующее 5% от массы битума МКАБС со следующим соотношение компонентов, масс. %:
1. резиновая крошка
60,0;
2. индустриальное масло И-40А
12,0;
3. текстильный кордный пух
14,0;
4. полиизобутилен
1,2;
5. синтетический каучук изопреновый СКИ-3
0,5;
6. линейный термоэластопласт ДСТ-30-Л
0,4;
7. разветвленный термоэластопласт ДСТ-30-Р
0,075;
8. битум
остальное.
В таблице 14.2 представлены результаты исследования по ГОСТ 33143-2014 влияния МКАБС с указанным выше соотношением компонентов на температуру хрупкости по Фраасу битумов БНД 60/90 и БНД 90/130.
В таблице 15.1 представлены результаты испытаний физико-механических свойств асфальтобетонной смеси ЩМА-10 при добавлении в битумно-резиновое связующее 5% от массы битума МКАБС со следующим соотношение компонентов, масс. %:
1. резиновая крошка
60,0;
2. индустриальное масло И-40А
12,0;
3. текстильный кордный пух
14,0;
4. полиизобутилен
1,2;
5. синтетический каучук изопреновый СКИ-3
0,5;
6. линейный термоэластопласт ДСТ-30-Л
0,4;
7. разветвленный термоэластопласт ДСТ-30-Р
0,3;
8. битум
остальное.
В таблице 15.2 представлены результаты исследования по ГОСТ 33143-2014 влияния МКАБС с указанным выше соотношением компонентов на температуру хрупкости по Фраасу битумов БНД 60/90 и БНД 90/130.
Установлено, что при заявленных диапазонах вариации количества изменяемых компонентов МКАБС добавление в асфальтобетонную смесь МКАБС обеспечивает увеличение предела прочности при сжатии и снижение водонасыщения, а также повышение ее морозостойкости, т.е. улучшается качество асфальтобетонной смеси.
МКАБС является универсальной композицией и может использоваться в качестве добавки к известным типам минеральных заполнителей асфальтобетонных смесей.
В таблице 16 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 17 представлены результаты исследования но 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 18 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 19 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 заявленной МКАБС 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 битумного вяжущего, содержащего МКАБС с поверхностью щебня возросла.
Таким образом, учитывая невысокую энергоемкость технологического процесса приготовления модифицирующей композиции для асфальтобетонных смесей, а также простоту его реализации и малую длительность технологического процесса, реализация предложенного технического решения позволяет обеспечить высокие экономичность производства, качество асфальтобетонных смесей, а также универсальность модифицирующей композиции к типам битумов и минеральных заполнителей асфальтобетонных смесей.