ПОЛИМЕРНО-БИТУМНОЕ ВЯЖУЩЕЕ ДЛЯ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
POLYMER-ASPHALT BINDER FOR ROAD SURFACE AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF

Изобретение относится к способам получения композиционных строительных материалов, в частности полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) для приготовления асфальтобетонных смесей, используемых при строительстве дорог. Для улучшения свойств битумов, расширения их температурного интервала работоспособности в дорожном покрытии как в сторону положительных, так и в сторону отрицательных температур, повышения показателя эластичности используют в композиции с битумом модифицирующие добавки, в качестве которых применяют полиолефины, сополимеры полиолефинов, полидиены, сополимеры полидиенов.
Известно вяжущее для дорожных покрытий, содержащее 85-98 мас.% битума, 15-2 мас.% разветвленного или линейного бутадиенстирольного блоксополимера. Получают такую композицию смешением компонентов при температуре 200-250°С в течение 15-45 мин (ЕР, А, 0458386).
Кроме того, известно вяжущее для дорожных покрытий, получаемых путем введения в битум при температуре 80-200°С и непрерывном перемешивании дивинилстирольных блоксополимеров типа СБС, взятых в количестве 0,1-10% от массы битума в виде 5-25%-ного раствора в легких растворителях (SU, А, 272881).
Названные вяжущие имеют достаточно высокую прочность, эластичность, однако в том случае, когда в вяжущем отсутствует растворитель, не наблюдают хорошее совмещение полимера с битумом, т.е. структура вяжущего негомогенна, несмотря на то, что процесс его получения осуществлялся при температуре 200-250°С. Негомогенная структура вяжущего является причиной образования трещин на дорожном покрытии при температуре ниже минус 10°С.
Введение в битум полимера в виде раствора в легких растворителях (ксилоле, сольвенте, керосине, дизтопливе) обуславливают взрыво- и пожароопасность процесса получения вяжущего, так как температура вспышки используемых растворителей и полученных вяжущих существенно ниже значения температуры осуществления процесса получения вяжущего и температуры применения последнего.
Кроме того, с применением указанных растворителей все же не удается добиться полной однородности вяжущего, что проявляется в неоднозначности показателя температуры хрупкости по Фраасу - наличие множества мелких трещин на пластине, покрытой слоем такого вяжущего, вместо одной глубокой трещины, наблюдаемой при нанесении на пластину только битума. Таким образом, неоднородность структуры вяжущего не позволяет нормировать трещиностойкость - важнейший эксплуатационный показатель вяжущего.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является битумное вяжущее для дорожного покрытия и способ его получения (Патент RU №2299228, кл. C08 95/00, опубл. 20.05.2007, Бюл. №14, прототип), заключающийся в том, что битумное вяжущее для дорожного покрытия, содержащее битум и блоксополимеры алкадиена и стирола, дополнительно содержит индустриальное масло, при этом названные компоненты содержатся в следующем количестве мас.%:
Битум
44,4-98,0
Блоксополимеры алкадиена и стирола
0,1-22,3
Масло индустриальное
1,9-33,3
Причем смешение индустриального масла с названным блоксополимером осуществлено при температуре 80-160°С до введения в битум.
В качестве блоксополимеров алкадиена и стирола битумное вяжущее содержит соединение, выбранное из группы, включающей блоксополимеры: бутадиена и стирола типа СБС, блоксополимеры изопрена и стирола типа СИС.
Способ получения битумного вяжущего заключается в введении при перемешивании в битум блоксополимеров алкадиена и стирола, при этом для повышения гомогенности целевого продукта согласно изобретению до введения в битум названный блоксополимер, взятый в количестве 0,1-22,3 мас.%, смешивают при температуре 80-160°С с 1,9-33,3 мас.% масла индустриального, после чего полученную смесь при перемешивании вводят при температуре 110-160°С в 44,4-98,0 мас.% битума.
Недостатком способа является то, что данная технология не обеспечивает достаточную гомогенность целевого продукта, в результате чего действие модифицирующей добавки - блоксополимера бутадиенстирола реализуется не в полной мере. Недостатком способа является также двухступенчатость процесса, ограниченная возможность варьировать одним из трех компонентов композиции, высокая вязкость раствора блоксополимера, вызывающая технологические трудности при его транспортировании по трубопроводам и дозировании.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение степени гомогенизации битумных композиций, содержащих высокомолекулярные соединения, и как следствие, расширение интервала их работоспособности, характеризуемого температурой размягчения и температурой хрупкости, а также одностадийность процесса.
Решение поставленной задачи достигается тем, что предлагаемый способ получения полимерно-битумного вяжущего для дорожных покрытий осуществляется в аппарате смешения путем введения при перемешивании в битум при 150-160°С последовательно ароматического пластификатора, взятого в количестве 3,0-6,0 мас.%, затем блоксополимера алкадиена и стирола в количестве 3,0-3,5 мас.% до полного растворения, далее вакуумного дистиллята фр. 340-530°С в количестве 3,0-9,0 мас.%. При этом полимерно-битумное вяжущее, содержащее битум, блоксополимер алкадиена и стирола и парафино-нафтеновый пластификатор дополнительно содержит ароматический пластификатор, а в качестве парафино-нафтенового пластификатора используется вакуумный дистиллят фр. 340-530°С, при следующем соотношении компонентов, % мас.:
Ароматический пластификатор - 3,0-6,0
Блоксополимер алкадиена и стирола - 3,0-3,5
Вакуумный дистиллят фр. 340-530°С - 3,0-9,0
Битум - до 100,0
2
Битум сначала пластифицируется ароматической добавкой (ароматический пластификатор) экстрактом селективной очистки масел (ЭCOM), а затем вводится блоксополимер алкадиена и стирола. Ароматический пластификатор является дистиллятным ЭCOM, обладающим кинематической вязкостью при 80°С от 7 до 12 мм/с, и следующим групповым углеводородным составом, % мас.: парафино-нафтенов 10-12, парафинов 2-3, моноароматических углеводородов 20-23, биароматических углеводородов 34-38, полиароматических углеводородов 20-23, остальное до 100% - смолы. Введение ароматической добавки - дистиллятного ЭCOM, позволяет повысить содержание ароматических соединений и при этом ускорить процесс растворения с 6 и более часов до 3 часов.
Вводимый ароматический пластификатор позволяет снизить температуру хрупкости и одновременно увеличить теплостойкость и растяжимость битумов при 25 и 0°С, что позволит в дальнейшем повысить срок службы покрытий и повысить деформативную способность во всем интервале эксплуатационных температур.
Содержание ароматических углеводородов в ЭCOM составляет до 60-70%, при этом асфальтены, замедляющие процесс растворения полимера, отсутствуют. Введение ЭCOM значительно улучшает процесс растворения полимера.
3
Вакуумный дистиллят фр. 340-530°С представляет собой широкую промышленную фракцию вакуумной перегонки нефти при остаточном давлении 4-20 кПа. Плотность дистиллята составляет 0,900-0,945 кг/м, коксуемость 0,2-0,6% по массе, содержание смол 3,0-5,5% по массе. Использование вакуумного дистиллята фр. 340-530°С позволяет значительно снизить стоимость ПБВ и в дальнейшем асфальтобетона.
Сущность предлагаемого способа получения полимерно-битумного вяжущего в сравнении с известным способом иллюстрируется конкретными примерами. Для реализации способа используют дорожный битум по ГОСТ 22245-90, в качестве модифицирующих добавок - высокомолекулярные соединения, такие как блоксополимер дивинила и стирола марки ДСТ-30-01 по ТУ 38.103267-80, экстракт селективной очистки масел в соотношениях, приведенных ниже в таблице.
Битум нагревают до температуры 150-160°С, вводят экстракт селективной очистки масел, перемешивают в течение 0,5 часа при температуре не более 160°С. После чего в полученную смесь при перемешивании вводят небольшими порциями ДСТ 30-01. Растворение полимера до однородного состояния проводят в течение 3,0 часов при температуре не более 160°С. Далее вводят вакуумный дистиллят фр. 340-530°С. Результаты испытаний приведены в таблице, где показано влияние различных соотношений пластифицирующей добавки при приготовлении полимерно-битумного вяжущего на его физико-механические показатели: температура размягчения, температура хрупкости и температурный интервал работоспособности (интервал пластичности).
Данные таблицы показывают, что оптимальные режимы приготовления полимерно-битумных вяжущих, опробованные в примерах 2-4, обеспечивают расширение температурного интервала работоспособности полученного вяжущего как за счет понижения его температуры хрупкости, так и за счет повышения температуры размягчения. Таким образом, преимущество предлагаемого способа, перед известным, заключается в том, что получение полимерно-битумных вяжущих при введении добавки интенсифицирует процесс растворения и гомогенизации, что позволяет полностью реализовать модифицирующие свойства добавок высокомолекулярных соединений, расширить температурный интервал работоспособности дорожного вяжущего за счет повышения температуры размягчения, увеличении растяжимости, снижения температуры хрупкости. Одностадийность процесса предотвращает старение битума, деструкцию высокомолекулярных модификаторов и снижает удельные энергозатраты при производстве полимерно-битумных вяжущих, а также их стоимость.