Модифицированный нефтяной дорожный битум
MODIFIED PETROLEUM ROAD BITUMEN

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к битумным вяжущим и может быть использовано в дорожном строительстве в процессе приготовления асфальтового покрытия.
На прочность асфальтобетонных покрытий дорог влияют различные климатические факторы: температурные, водопоглощающие и другие. Асфальтобетон чувствителен к водной среде. Происходит диффузия воды в монолитный материал. Проникновение воды начинается с гидрофобизации поверхности за счет застраивания в ней молекул воды, поверхностной сорбции, чему способствует тепловое движение (энтропийный фактор). Вода проникает как диффузным путем, так и по механизму капиллярного потока, поскольку в структуре дорожного полотна всегда есть микропоры, микротрещины различных размеров и форм. Поэтому большое значение имеет коэффициент сцепления шин автомобиля с дорожным покрытием.
,
6
20
Известен модифицированный битум (патент РФ №2 461 594, C07L95/00опубл. 20.09.2012 г.), включающий 0,3-0,5 мас.% аминового активатора адгезии, в качестве которого используют продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции С-С при мольном соотношении компонентов 1:3:(0,5-2,5).
Недостатками такого битума являются: высокое значение температуры каплепадения, что приводит к увеличению энергозатрат для разогрева продукта, низкая термостабильность, низкая температура вспышки, низкое сцепление с материалами полотна дороги.
Наиболее близким по технической сущности является модифицированный битум (патент РФ №2 669 085,C07L95/00, опубл. 06.06.2017 г.), включающий, 98,0-99,0 мас.% дорожного вязкого битума и остальное продукт конденсации олеиновой кислоты с диэтилендиамином или триэтилентетраамином с аминным числом не более 4,5 и кислотным числом не более 20.
Недостатками этого битума являются: высокое влагонасыщение, невысокая адгезия к минеральным материалам и, как следствие, невысокий коэффициент сцепления шины автомобиля с асфальтовым покрытием и низкий предел прочности при сжатии.
Задачей изобретения является усовершенствование состава модифицированного битума, позволяющее повысить его эксплуатационные характеристики.
Технический результат заключается в улучшении физико-химических  показателей модифицированного битума и эксплуатационных показателей покрытия дорог с использованием этого битума: адгезионных свойств к минералам кислотного и основного химико-минерального состава, замедление процесса теплового старения, снижение динамической вязкости модифицированного битума, а также снижение влагонасыщения дорожного покрытия и увеличение сцепления колес автомобиля с дорогой.
Технический результат достигается тем, что модифицированный нефтяной дорожный битум содержит битум нефтяной дорожный вязкий и модификатор, в качестве которого используют жиро-протеиновый концентрат «АШЕР», при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Битум нефтяной дорожный вязкий
99,0 – 99,2
Жиро-протеиновый концентрат «АШЕР»
0,8 – 1,0
Для улучшения адгезионных свойств битума к минералам кислотного и основного химико-минерального состава, замедления процесса теплового старения, снижения динамической вязкости, а также снижения влагонасыщения дорожного покрытия и увеличения сцепления колес автомобиля с дорогой в битум вводят жиро-протеиновый концентрат (ЖПК). Благодаря наличию в ЖПК жиров и ПАВ он хорошо смешивается с битумом до однородной массы, и способствует прочному и полному обволакиванию зерен минерального материала. Адсорбционные процессы и молекулярно-поверхностные явления, связанные с адсорбцией ПАВ, изменяют структуру пограничных слоев битума и влияют на консистенцию битумоминеральных смесей. Карбоксильные соединения закрепляются на поверхности минералов как в молекулярной, так и в ионной формах, что позволяет улучшить все эксплуатационные свойства битума.
3
ЖПК получают в процессе переработки растительного масла. При щелочной нейтрализации масел получают соапсток, который обрабатывают серной кислотой до рН 1,5-2,0, интенсивно перемешивают при температуре 90°С. Получают водную эмульсию, которая расслаивается на три фазы, средняя из которых является жиро-протеиновым концентратом. ЖПК имеет однородную вязкую консистенцию от светло-коричневого до темного цвета плотностью 1004-1065кг/м, не горюч, не токсичен, не пожароопасен, массовая доля общего протеина 15-40%, массовая доля общего жира 6-12%.
Для получения модифицированного битума использовали битум нефтяной дорожный вязкий марки БНД60/90 по ГОСТ 22245-90 производства ЗАО «КНПЗ-КЭН», г. Краснодар и жиропротеиновый концентрат производства ОАО «Югмаслопродукт», г. Кропоткин Краснодарского края.
Модифицированный битум получали путем взвешивания необходимого количества битума и ЖПК в соответствии таблице 1.
Таблица 1
Состав модифицированного битума
Пример №
Содержание компонентов, мас.%
БитумБНД 60/90
ЖПК
Продукт конденсации олеиновой кислоты сдиэтилетриамином
1
99,1
0,9
-
2
99,2
0,8
-
3
99,0
1,0
-
4 прототип
98,5
-
1,5
о
Битум подогревают до температуры 150-160С, а ЖПК – до 60-70°С. Разогретые компоненты соединяют и перемешивают в течение 20-30 минут.
Полученному модифицированному битуму определяют следующие показатели качества:
- сцепление с поверхностью кислых и основных пород минеральных материалов определяли по  ГОСТ 12801-98, раздел 28, изм.1. Для определения сцепления модифицированного битума (МБ) с поверхностью кислых пород использовали щебень гранитный по ГОСТ 8267-93 Белореченского месторождения, пос. Дружный Краснодарского края, а с поверхностью основных пород использовали щебень Гулькевического месторождения, х. Киевка Краснодарского края;
- пенетрацию по ГОСТ 11501-78;
- температуру размягчения по ГОСТ 11508-73;
- изменение массы и температуры размягчения после прогрева по ГОСТ 18180-72 и ГОСТ 11506-73.
-1
о
Реологические испытания для определения зависимости динамической вязкости от скорости сдвига и температуры проводили на реометре HAAKE MARS 111 в динамическом режиме с использованием измерительной системы «плоскость-плоскость» с диаметром плоскости и ротора 35мм, со скоростью сдвига в пределах 0-1000 с, диапазона температуры расплава 135-163С. Рабочий зазор между плоскостями принимался в соответствии с толщиной расплавленного модифицированного битума и составил 1мм. Результаты показателей качества модифицированного битума представлены в таблице 2.
Таблица 2
Свойства модифицированного битума
Пример №
Показатели качества
адгезия к минеральным материалам, балы
Пенетрация, мм притемпературе,
Температура размягчения,<sup></sup>°С
Изменение свойствпосле прогрева(5ч при 163°С)(тепловое старение)
Динамическая вязкость, Папри скорости сдвига
основ-ные
кис-лые
25°С
0°С
массы,%
температура размягчения,<sup></sup>°С не более
100с<sup>-1</sup>
1000с<sup>-1</sup>
135<sup></sup>°С
163<sup></sup>°С
135<sup></sup>°С
163<sup></sup>°С
1
5,5
5,2
91
24
49,2
0,092
9,1
0,336
0,132
0,382
0,122
2
5,5
5,2
91
24
49,2
0,093
9,2
0,332
0,132
0,385
0,125
3
5,5
5,2
92
24
49,2
0,092
9,1
0,330
0,132
0,385
0,123
прототип
5,0
5,0
90
24
47,75
0,095
9,5
0,342
0,138
0,399
0,128
На основе модифицированного битума были приготовлены образцы асфальтовых вяжущих, состав которых приведен в таблице 3.
Таблица 3
Состав асфальта
Пример №
Содержание компонентов, %мас
Минеральный компонент
Модифицированный битум
кислойпороды
основной породы
по примеру №1
по прототипу
1
84,5
-
15,5
-
2
-
84,5
15,5
-
прототип
-
84,5
-
15,5
Образцы представляли собой цилиндры диаметром 50 мм, которые испытывали на прочность и водонасыщение по ГОСТ 12248-2010 (см. табл.№4). Кроме того, были заасфальтированы 2 участка дороги длиной 3км (асфальтовым вяжущим по примерам №1 и 2), на которых испытывали силу сцепления шин автомобиля с дорогой. Коэффициент сцепления шин с дрогой определяли по длине тормозного пути в соответствии СНиП 3.06.03-85. Результаты приведены в таблице 4.
Таблица 4
Показатели качества асфальта
Пример №
Средняяплотностьг/см<sup>3</sup>
Влаго-насыщение,%
Предел прочности при сжатии, МПа при темпе-ратуре, °С
Коэффициент сцепления шины автомобиля с асфальтовым покрытием, баллы
50
0
сухим
1
1.99
3.05
4.21
11.43
0,78
2
1.98
3.11
3.99
11.42
0.78
прототип
1.99
3.62
3.65
10.25
0.72
Предложенный модифицированный битум по сравнению с известным обладает более высокими адгезионными свойствами к минеральным материалам, кислотного и основного химико-минерального состава, замедлением процесса теплового старения и снижением динамической вязкости. Кроме того, снижается влагонасыщение дорожного покрытия, приготовленного на основе предложенного модифицированного битума от 14,1 до 15,7%, возрастает предел прочности при 50°С от 9,3 до 15,3%, при 0°С от 11,4 до 11,5% и увеличивается сцепление колес автомобиля с дорогой на 8% при сухом покрытии.
Однако достижение таких показателей возможно только при использовании заявленного модификатора и соотношении компонентов (смотри сравнительные примеры в таблицах 1-4).