Полимерно-битумное вяжущее для дорожного покрытия
POLYMER-BITUMEN BINDER FOR ROAD SURFACE

Изобретение относится к способам получения композиционных строительных материалов, в частности полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) для приготовления асфальтобетонных смесей, использующихся при строительстве дорог, мостов и аэродромов.
Известны полимерно-битумные вяжущие материалы (ПБВ) на основе блок-сополимеров на основе бутадиена и стирола, которые отвечают требованиям, предъявляемым к данным материалам по эластичности, трещиностойкости, деформативности и растяжимости при низких температурах, а также теплостойкости, и на которые разработан ГОСТ Р 52056-2003.
К числу основных эксплуатационных недостатков ПБВ по ГОСТ Р 52056-2003 следует отнести использование в качестве основы вяжущего материала битума строго определенного качества по ГОСТ 22245-90, который получают окислением гудрона, за счет чего возрастает стоимость вяжущего и снижается его уровень качества. Этот недостаток можно отнести ко всем российским полимерно-битумным вяжущим материалам на основе окисленного битума. Самым же серьезным недостатком российских ПБВ является использование дорогостоящих пластификатора (индустриального масла И-40) и полимеров-термоэластопластов, в качестве которых используют стирол-бутадиенстирольные каучуки (СБС).
Известно полимерно-битумное вяжущее (ПБВ), включающее смесь вязкого дорожного битума с полимерами - блок-сополимерами типа стирол-бутадиен-стирол (СБС) в соответствии с ГОСТ Р 52056-2003. Полимерно -битумное вяжущее содержит блок-сополимер в количестве 2-4 масс. % и битум  –  остальное.  ПБВ  может  содержать  дополнительные  компоненты,
например масло индустриальное [патент на изобретение RU 2038360 С1, МПК C08L95/00. Заявка №94035647/33 от 12.10.1994, опубликовано 27.06.1995].
Процесс приготовления полимерно-битумного вяжущего занимает 8-20 часов. По техническим показателям ПБВ на основе СБС соответствуют требованиям и нормам.
Недостатками данного ПБВ и способа его получения являются длительность изготовления ПБВ, расслоение продукта при длительном хранении и транспортировке и дорогостоящие пластификаторы.
Наиболее близким решением к заявляемому решению по технической сущности и достигаемому эффекту от его использования является известная битумно-полимерная мастика [патент на изобретение RU 2181733 С2, МПК C08L 95/00. Заявка №2000108065/04 от 03.04.2000,опубликовано 27.04.2002 в Бюл. № 12], изготавливаемой путем смешения нефтяных дорожных битумов и сополимеров стирола и бутадиена (СБС) в присутствии пластификаторов, например, ПБВ, содержащее битум и полимерный модификатор его свойств - низкоокисленный атактический полипропилен средневязкостной, а в качестве битума - или битум, или его смесь с карбоцепными полимерами при содержании последних в смеси 2-5 мас. %.
Недостатком данного изобретения является частичная совместимость сополимеров и битумных компонентов, сказывающаяся на стабильности системы при хранении и транспортировке свыше 5 часов в горячем состоянии и их высокое ценообразование.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение прочностных свойств, таких как растяжимость, температура размягчения, эластичность и однородность.
Данный технический результат достигается за счет введения в битум при постоянной температуре 170 - 180 °С полимерного модификатора, включающего в свой состав этиленпропиленовый каучук и полиэтилен (EPDM/PE), в следующем соотношении, в масс. %:
битум
95 %
полимерный модификатор EPDM/ PE
5%.
При этом этиленпропиленовый каучук и полиэтилен взяты в массовом соотношении 70:30 масс. %.
Способ получения полимерно-битумного вяжущего для дорожного покрытия, включающего предварительное размельчение модификатора, включающий в свой состав этиленпропиленовый каучук и полиэтилен (EPDM/ PE); введение в модификатор битума, предварительно разогретого до температуры 170-180 °С, при этом смешивание компонентов проводят с помощью механического мешалки, оснащенной смешивающей насадкой, в течение 1-2 часов до образования однородной смеси без комочков.
Для получения ПБВ для дорожного покрытия используются дорожные битумы марок БНД 60/90 и БНД 90/130. Полимерный модификатор, включающий в свой состав этиленпропиленовый каучук и полиэтилен (EPDM/ PE), представляет собой твердое гранулированное вещество, размер гранул составляет 3-5 мм.
Полимерно-битумное вяжущее (ПБВ) включает битум и полимерный модификатор, содержащего этиленпропиленовый каучук (EPDM) и полиэтилен (PE) в соотношении 70/30 мас.%. Способ получения полимерно -битумного вяжущего заключается во введении при перемешивании в битум при температуре 170-180°С полимерного модификатора взятого в количестве 5 мас.% от массы композиции до полного растворения.
Полимерно-битумное вяжущее для дорожного покрытия химически не взаимодействуют с битумом. Растворяясь или диспергируясь в процессе перемешивания, они способствуют упрочнению его структуры. Небольшие количества полимера способны растворяться в низкомолекулярной части битума. При введении полимера в битум 5%, первый распределяется в виде отдельных, не связанных между собой частиц, создавая тем самым коагуляционную структуру с тиксотропными свойствами, обусловленными межмолекулярными силами сцепления структурных элементов. Эффект их действия в композиции аналогичен влиянию наполнителя.
Полученное полимерно-битумное вяжущее для дорожного покрытия обладает как высокими прочностными свойствами, так и достаточной эластичностью. При его производстве не используются дорогостоящие пластификаторы и применяют более дешевые и доступные компоненты. Это позволяет расширить ассортимент вяжущих материалов для дорожно-строительных работ, соответствующих уровню основных нормативных требований к полимерно-битумным вяжущим (см. таблицу).
Таблица – Сравнительный анализ
Наименование показателя
Требования ГОСТ 52056-2003 для ПБВ 60/90
ДСТ(5%)
KALPREN(5%)
EPDM+ PE(5%)
1 Глубина проникания иглы, 0,1 мм, не менее, при температуре:
25 °С
60
74
62
78
0 °С
32
28
20
30
2. Растяжимость, см, не менее, при температуре:
25 °С
25
20
17
26
0 °С
11
3,6
9,5
10,0
3. Температура размягчения по кольцу и шару, °С, не ниже
54
48,5
51
55
4. Эластичность, %, не менее, при температуре:
25 °С
80
42
62
63
0 °С
70
36
61
62
5. Однородность
Однородно
Однородно
Не однородно, полимер после нагревания всплыл
Однородно