БИТУМНОЕ ВЯЖУЩЕЕ ДЛЯ ПОРИСТЫХ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
BITUMEN BINDER FOR POROUS ROAD SURFACES

Область техники
Настоящее изобретение относится к битумному вяжущему, предназначенному, в числе прочего для пористых дорожных покрытий. Более конкретно, настоящее изобретение относится к битумному вяжущему на основе битумного компонента и полимерной композиции. Кроме того, настоящее изобретение относится к асфальтовой смеси, содержащей новое вяжущее и заполняющий материал с прерывистым гранулометрическим составом (с пропуском некоторых фракций) либо аналогичный заполняющий материал, формирующий пустоты в целевых пористых дорожных покрытиях. Изобретение представляет особый интерес для строительства гоночных треков и других пористых дорожных покрытий, предназначенных для работы с высокой нагрузкой, включающих пористый асфальт, где требуется, чтобы покрытие было невосприимчивым к преждевременному износу. Например, битумное вяжущее настоящего изобретения также представляет интерес для смесей с непрерывным гранулометрическим составом и густых асфальтовых смесей.
Предшествующий уровень техники
Битум используют в качестве вяжущего в дорожных асфальтовых смесях и постоянно его улучшают, чтобы он соответствовал все возрастающим требованиям к характеристикам, предъявляемым дорожными строителями. В целом, битум проявляет хорошие эксплуатационные свойства в составе дорожного асфальта, однако увеличивающаяся интенсивность движения транспорта приводит к преждевременному износу многих дорог вследствие образования колеи, расслоения (то есть потери заполняющего материала) и растрескивания поверхности. В настоящее время битумные вяжущие часто содержат смесь битума и полимера. Среди этих полимеров наиболее широко используемыми являются термопластичные каучуки (термоэластопласты), образующие непрерывную структуру, что отражено в различных публикациях по данной теме.
Например, в патентном документе WO 97/44397 описано битумное вяжущее, включающее битумный компонент, термопластичный каучук в количестве менее 8 мас.% и сополимер этилена-винилацетата в количестве менее 5 мас.%, то и другое от массы всей битумной композиции, где этилен-винилацетатный сополимер имеет содержание винила в приделах от 20 до 35 мас.% от массы сополимера. В данной заявке на изобретение, кроме того, описан способ приготовления вяжущего, а также использование вяжущего в асфальтовых смесях, предназначенных для дорожных целей. Данная комбинация была, в частности, разработана для улучшения устойчивости к воздействию топлива.
В патентном документе ЕР 337282 А битумное вяжущее включает комбинацию линейного стирол-бутадиен-стирольного блоксополимера (SBS), имеющего содержание стирола от 20 до 40 мас.% и индекс текучести расплава от 1 до 15, и этилен-винилацетатного сополимера (EVA), имеющего содержание винилацетата от 40 до 50 мас.% и индекс текучести расплава от 2 до 15, при этом массовое соотношение SBS: EVA составляет от 2:1 до 6:1. Продукт, используемый в данной ссылке, представляет собой Cariflex™ 1102, при этом SBS имеет стандартное содержание винила (то есть ниже 12 мол.% от общего количества бутадиена в среднем блоке).
В патентном документе ЕР 340210 А раскрыта композиция, предназначенная для дорожного покрытия и тому подобного, содержащая от 85 до 97 мас.% битума и от 3 до 15 мас.% дополнительного компонента, включающего 1) этилен-винилацетатные сополимеры, имеющие индекс текучести расплава от 0,3 до 33 и содержание винилацетата от 15 до 45, этиленполиакрилаты и 2) стирол-бутадиен-стирольные привитые полимеры, имеющие содержание стирола от 20 до 60 мас.%, атактический полипропилен, порошковый каучук или их смеси. Композиция характеризуется наличием внутреннего пластификатора/растворителя из группы, включающей этилен-винилацетатные сополимеры, имеющие индекс текучести расплава от 33 до 500 и содержание винилацетата от 15 до 45, этиленполиакрилаты и/или масла из нефти нафтенового основания, содержащие по меньшей мере 55% нафтенов, что определено методом ИК, и имеющие максимальную вязкость 300 при температуре 40°С. На странице 5 данной ссылки приведена типичная композиция, в которой 90 мас.% битума объединено с 2 мас.% SBS, 3 мас.% EVA 13-004, 1 мас.% EVA 18-150 и 4 мас.% пластифицирующего масла. Хотя в обеих ссылках, ЕР 337282 и ЕР 340210, сообщается о комбинации EVA и SBS, тем самым объединяющей достоинства обеих битумных добавок, дополнительные усовершенствования продолжают оставаться целесообразными.
В работе MCKAY, The Influence of Styrene-Butadiene Diblock Copolymer on StyreneButadiene-Styrene Triblock Copolymer Viscoelastic Properties and Product Performance (Влияние стирол-бутадиенового диблоксополимера на вязкоэластичные свойства и характеристику продукта стирол-бутадиен-стирольного триблоксополимера). J Appl. Polym. Sci, 5) M (199 vol. 56, no 8, p.947-958. ISSN 0021-8995, описано влияние диблока на свойства триблоксополимера в клеевой композиции. Данная ссылка содержит оценку смеси SBS/SB в асфальте Exxon Baytown AC-10. Согласно краткому обзору, диблоксополимер SB количественно снижал температуру микрофазного разделения (MST) триблоксополимера SBS. Такие изменения в линейном вязкоэластичном поведении проявляют себя снижением эффективности и характеристик триблоксополимера SBS в составе битумных вяжущих дорожного покрытия и термоплавких клеев. Следовательно, данная ссылка является далекой от использования диблоксополимеров SB. Кроме того, отсутствует информация о битумных вяжущих с улучшенной стойкостью к преждевременному износу.
В патентном документе WO 97/10304 описано битумное вяжущее, содержащее битумный компонент и от 1 до 10 мас.% от всей битумной композиции диблоксополимерной композиции. Блоксополимерная композиция включает по меньшей мере, одно вещество из группы, состоящей из линейных триблоксополимеров, многолучевых блоксополимеров и диблоксополимеров, при этом данные блоксополимеры содержат по меньшей мере один блок из моновинилароматического углеводорода (А) и по меньшей мере один блок из сопряженного диена (В), при этом блоксополимерная композиция имеет содержание винила по меньшей мере 25 мас.% от общего содержания диена.
В прошлом асфальтовые смеси были густыми и обычно имели непрерывный гранулометрический состав заполнителя, чтобы уменьшить объем пустот. В настоящее время, однако, для дорожных покрытий все в большей степени используют асфальт с открытыми порами и пористый асфальт. Пористое дорожное покрытие представляет собой специальный тип дорожного покрытия, позволяющий дождю и талому снегу проходить сквозь него, тем самым снижая количество сточных вод от дороги и окружающей зоны, а также уменьшая брызги и распыление от проезжающих автомобилей. Еще одним, крайне необходимым свойством пористых дорожных покрытий является снижение шума. Однако в силу своей более открытой структуры пористые дорожные покрытия имеют еще большую тенденцию к расслаиванию.
Вследствие этого авторы настоящего изобретения занимались поиском битумного вяжущего, которое позволяло бы получать пористые дорожные покрытия с улучшенной стойкостью к преждевременному износу и которое можно было бы использовать в составе других битумных смесей, где также требуется высокая прочность и/или стойкость к расслаиванию.
Раскрытие изобретения
Таким образом, предложено битумное вяжущее, включающее от 85 до 97,5 массовых частей битума и от 16 до 2,5 массовых частей полимерной композиции, где полимерная композиция содержит:
(i) от 2 до 8, предпочтительно от 3 до 6 массовых частей стирольного блоксополимера, включающего по меньшей мере два блока моновинилароматического углеводорода (А) и по меньшей мере один блок сопряженного диена (В), где блоксополимерная композиция имеет содержание винила по меньшей мере 25 мас.%, предпочтительно от 25 до 40 мас.%, от общего содержания диена;
(ii) от 0 до 5, предпочтительно от 1 до 3 массовых частей стирольного диблоксополимера, включающего один блок моновинилароматического углеводорода (А) и один блок сопряженного диена (В); и
(iii) от 0,5 до 3, предпочтительно от 1 до 2,5 массовых частей этилен-винилацетатного сополимера,
где массовое соотношение (i)+(ii):(iii) составляет от 2:1 до 6:1, предпочтительно от 3:1 до 4:1.
Кроме того, предложена асфальтовая смесь, содержащая от 2 до 8 массовых частей битумного вяжущего согласно настоящему изобретению и от 98 до 92 массовых частей заполнителя с прерывистым гранулометрическим составом или заполнителя без мелких и пылевидных фракций.
Кроме того, предложено пористое дорожное покрытие, изготовленное из смесей без мелких и пылевидных фракций или смесей с прерывистым гранулометрическим составом, путем уплотнения асфальтовой смеси, указанной выше.
Осуществление изобретения
Приемлемые блоксополимеры с высоким содержанием винила (компонент i) раскрыты в упоминавшемся выше патентном документе WO 97/10304. В соответствии с этим, могут использоваться триблоксополимеры и/или многолучевые блоксополимеры, содержащие по меньшей мере один блок сопряженного диена и по меньшей мере два блока моновинилароматического углеводорода, где содержание винила в блоксополимере составляет по меньшей мере 25 массовых частей от общего содержания диена. Предпочтительные блоксополимеры имеют кажущуюся молекулярную массу в пределах от 100 до 500 кг/моль. Блок, состоящий из сопряженного диена, предпочтительно содержит 50 мас.% блоксополимера для того, чтобы сохранять термопластичные свойства. Такие полимеры могут быть получены из стирола и/или аналогичных моновинилароматических мономеров, с одной стороны, и бутадиена, изопрена и/или аналогичных сопряженных диенов, с другой стороны. Предпочтительно, чтобы основой блоксополимеров были стирол и бутадиен.
Термин «кажущаяся молекулярная масса», использованный в данном описании, означает молекулярную массу полимера, измеренную с помощью гель-проникающей хроматографии (ГПХ) с использованием полистирольных калибровочных стандартов (в соответствии с ASTM D 3536).
Компонент (i) предпочтительно имеет содержание связанного стирола в пределах от 20 до 40 мас.%, кажущуюся молекулярную массу в пределах от 120 до 200 кг/моль и содержание винилполибутадиена по меньшей мере 35%. KRATON D1192 представляет собой чистый линейный блоксополимер на основе стирола и бутадиена с содержанием связанного стирола в пределах от 28,5 до 32,5 мас.%, кажущейся молекулярной массой в пределах от 138 до 162 кг/моль и содержанием винилполибутадиена по меньшей мере 35%. Содержание триблока составляет по меньшей мере 90%. Он является предпочтительным компонентом (i).
Частные примеры стирольных диблокполимеров включают стирол-бутадиен, стирол-изопрен и их гидрированные производные. Примеры диблочных полимеров коммерчески доступны из целого ряда источников под различными торговыми наименованиями. Примеры коммерчески доступных диблочных полимеров включают Asaprene™ 438 (Asahi), Sol Т™ 6320 (Polimeri), Calprene™ 4318 (Dynasol). Предпочтительно, чтобы компонент (ii) был стирольным диблоксополимером, необязательно содержащим не более 30% триблоксополимера, на основе стирола и бутадиена. Приемлемо, если такие диблоксополимеры имеют молекулярную массу в пределах от 75 до 225 кг/моль, предпочтительно от 100 до 200 кг/моль. KRATON D1118 представляет собой линейный диблоксополимер на основе стирола и бутадиена с содержанием связанного стирола в пределах от 30 до 32 мас.% и содержанием диблока около 78%. Он является предпочтительным компонентом (ii).
Этилен-винилацетатные сополимеры описаны в упоминавшихся выше патентных документах WO 97/44397, ЕР 0337282 А и ЕР 0340210 А. Они представляют собой сополимеры, имеющие индекс текучести расплава от 0,3 до 33 г/10 мин (ASTM D1238) и содержание винилацетата в пределах от 20 до 50 мас.% от сополимера. В целом, может быть использован любой полимер EVA, использующийся в модифицированном полимером битуме. Однако наиболее пригодным является Polybilt 106, EVA с содержанием винилацетата около 24 мас.% и индексом текучести расплава около 1,8 г/10 мин (ASTM D1238).
В ходе испытания упомянутых выше компонентов было установлено, что они улучшают типовой битум. Фактически, ожидается, что подобные улучшения будут происходить при добавлении компонентов к различным сортам битума, используемым для изготовления дорожных покрытий.
Битумный компонент может быть природным битумом либо полученным из минерального масла. Кроме того, в качестве битумных компонентов могут использоваться производные нефти, полученные в процессе крекинга, битумный пек и деготь, а также их смеси. Примеры подходящих компонентов включают дистилляционные или «прямогонные» битумы, отстойные битумы, например пропановые битумы, продутые битумы, а также их смеси. Другие приемлемые битумы включают смеси одного или более из этих битумов с наполнителями, такими как нефтяные экстракты, например ароматические экстракты, дистилляты либо остатки, или с маслами. Например, некоторые типичные битумы, которые могут использоваться в настоящем изобретении, имеют величину пенетрации PEN ниже приблизительно 300 дмм, как измерено в соответствии с методом ASTM D5 (при 25°С), и, в частности, величину PEN в пределах от 25 до 300 дмм. Более предпочтительные для использования битумы имеют величину PEN в пределах от 30 до 250 дмм, более предпочтительно в пределах от 40 до 200 дмм. Отмечено, что вяжущее может иметь и предпочтительно в действительности имеет более низкую величину PEN, чем стандартные вяжущие, тем самым соединяя в себе высокое содержание полимера с технологичной вязкостью при стандартных рабочих температурах и с хорошими рабочими характеристиками.
При правильном выборе битума и полимерной композиции может быть приготовлено отвечающее требованиям битумное вяжущее. Предпочтительно, чтобы битумное вяжущее имело величину PEN в пределах от 10 до 100 дмм, предпочтительно в пределах от 20 до 75 дмм (по методу ASTM D5, при 25°С).
Заполняющие материалы по существу включают инертные гранулированные материалы, такие как грунт, камни, дробленые камни, гравий, песок и наполнитель. Используют заполняющий материал различных размеров от более мелкого до относительно крупного, например, от менее ⌀0,075 мм и до ⌀40 мм, при этом имеется материал всех размеров между данными границами. Далее заполняющую композицию подбирают так, чтобы она удовлетворяла механическим/структурным требованиям, к которым может относиться непрерывный гранулометрический состав или прерывистый гранулометрический состав.
Заполнители могут быть природными либо синтетическими. Природные гравий и песок обычно вынимают или драгируют из карьера, реки, озера или с морского дна. Дробленый заполнитель получают путем дробления бутового камня, валунов, булыжников или крупного гравия. Рентабельным источником заполнителя является утилизированный бетон, а также использование промышленных побочных продуктов, таких как шлак (побочный продукт металлургического производства). Обработка заполнителя заключается в дроблении, просеивании и промывке заполнителя для достижения надлежащей чистоты и гранулометрического состава. При необходимости для улучшения качества может быть использован процесс обогащения, такой как разделение встряхиванием или сепарация в тяжелой среде. После обработки заполнители транспортируют и хранят таким образом, чтобы минимизировать сегрегацию и ухудшение и предотвратить загрязнение. Заполнители в значительной степени влияют на свойства композиции НМА (hot mix asphalt - горячей асфальтовой смеси), свойства смеси и экономичность. Следовательно, выбор заполнителей представляет собой важный процесс. Несмотря на то что предполагается некоторое варьирование свойств заполнителей, характеристики, принимаемые во внимание при выборе заполнителя, включают, гранулометрический состав; срок службы; форму частиц и текстуру поверхности; прочность на истирание и сопротивление проскальзыванию; объемный вес и объем пор, а также поглощающую способность и поверхностную влажность.
Гранулометрический состав относится к определению распределения частиц по размеру в заполнителе. Пределы размеров фракций и максимальный размер заполнителя являются регламентированными, поскольку гранулометрический состав и размер влияют на количество используемого заполнителя, а также на обрабатываемость и срок службы горячей асфальтовой смеси.
Выбор размера заполнителя может быть таким, чтобы пустоты, оставляемые крупнозернистыми частицами, заполнялись частицами меньшего размера. Пустоты между частицами меньшего размера, в свою очередь, также заполняются еще более мелкими частицами и так далее. В этом случае гранулометрический состав называют непрерывным. Кроме того, выбор может быть и таким, что какой-либо размер частиц пропускается. В этом случае заполняющий материал называются заполнителем с прерывистым гранулометрическим составом. Приемлемым заполнителем является порфировый заполнитель.
В приведенной ниже таблице 1 даны примеры некоторых стандартных заполняющих материалов. В левой колонке указан диаметр отверстий сита. Так, при использовании сита, имеющего отверстия 11,2 мм, удерживается только приблизительно 0-6 массовых частей заполняющего материала В случае сита, имеющего отверстия 63 мю, остается практически весь заполняющий материал. Из этих примеров видно, что распределение в заполнителе с непрерывным гранулометрическим составом является приблизительно равным, в отличие от ситуации с заполнителем с прерывистым гранулометрическим составом и с заполнителем с прерывистым гранулометрическим составом, дающим плотную смесь. Следует обратить внимание, что настоящее изобретение не ограничено данными заполняющими материалами; могут быть использованы типы с другими максимальными диаметрами и/или процентом остающегося материала.
Таблица 1
Подобранный по гранулометрическому составу материал с диаметром 0-11 мм
⌀ отверстия сита
Непрерывный гранулометрический состав
Прерывистый гранулометрический состав
Прерывистый гранулометрический состав, дающий плотную смесь
С11,2 мм
0-2
0-5
0-4
С8 мм
5-25
60-80
25-45
С5,6 мм
25-50
80-85
45-65
2 мм
52-58
85
70-80
63 мю
92,5-94
95,5
89-93
К другим компонентам, которые могут использоваться, относятся наполнители и армирующие вещества, такие как измельченные шины, диоксид кремния, тальк, карбонат кальция, порошкообразное минеральное вещество и волокна (стекло, целлюлоза, акрил и скальная порода); пигменты; пластификаторы, такие как парафиновые, нафтеновые или ароматические масла; повышающие клейкость смолы, пенообразователи, и загустители, такие как воски и низкомолекулярные полиолефины.
Кроме того, в данной области техники известно об использовании сшивающих агентов или «сочетателей», таких как сера и тому подобное. Также в данной области техники хорошо известны сшивающие агенты, используемые в модифицированных полимером битумах (то есть как в битумных вяжущих, так и в композициях для кровельных покрытий). Например, в патентных документах US 5017230, US 5756565, US 5795929 и US 5605946 раскрыты различные сшивающие композиции и даны ссылки на другие патентные документы, раскрывающие сшивающие композиции. В силу разных причин, включая затраты, воздействие на окружающую среду и легкость использования, предпочтительными являются элементарная сера и неорганические соединения цинка. В большинстве сшивающих композиций благодаря себестоимости используется элементарная сера. В отдельных ситуациях сера может быть добавлена с донором серы, таким как дитиодиморфолин, тиурамдисульфид цинка или любое соединение, содержащее два или более атома серы, связанных вместе. Цинк добавляют в виде 2-меркаптобензотиазола цинка, тетраалкитиурамдисульфида цинка, оксида цинка, диалкил-2-бензосульфенамида цинка или другого подходящего соединения цинка или их смесей.
Композиции настоящего изобретения могут включать добавку твердых или нежидких в нормальных условиях сшивающих агентов. Сшивающие агенты обычно продаются в порошкообразной или хлопьевидной форме. Количество элементарной серы, которое может быть использовано согласно изобретению, может меняться от 0,05 до 0,2 мас.%, предпочтительно от 0,1 до 0,15 мас.% от общего количества битумной композиции.
Битумная кровельная композиция изобретения также может содержать одну или несколько повышающих клейкость смол в количестве от 0 до 25 мас.% от всей битумной композиции (в свою очередь, перед заполнением наполнителем). Можно использовать и большие количества, однако в ущерб некоторым свойствам. Роль повышающих клейкость смол хорошо известна в отрасли клеящих материалов. Обычно повышающие клейкость смолы хорошо известны и более подробно описаны в патентном документе US 4738884, который в силу данной ссылки во всей своей полноте включается в данный документ. Использование повышающей клейкость смолы в битумном вяжущем не является широко распространенным, но также и не исключается.
Модифицированные полимером битумные блоксополимерные композиции настоящего изобретения могут быть приготовлены различными способами. Стандартный способ заключается в смешении компонентов при повышенной температуре, предпочтительно не выше приблизительно 200°С, чтобы не допустить повышения расходов на нагревание асфальта и предотвратить нежелательные тепловые воздействия.
Помимо вяжущей композиции и новой полимерной композиции настоящее изобретение также имеет отношение к дорожным покрытиям и покрытиям на основе битумного вяжущего, описанного выше.
Ниже приведены примеры битумных вяжущих. Они испытаны, например, на прочность на истирание, на наличие хороших показателей стойкости к расслаиванию. По сравнению с битумным вяжущим на основе эпоксидных соединений новое битумное вяжущее обладало лучшими эксплуатационными качествами (битумные вяжущие на основе эпоксидных соединений являются предпочтительными из известных с точки зрения их стойкости к расслаиванию).
Настоящее изобретение далее будет проиллюстрировано более подробно следующими примерами, однако без ограничения объема этими конкретными вариантами осуществления.
Методы испытаний
- Истирание при сдвиге испытывали, используя оборудование, описанное в стандарте EN 12697-22 («тест на образование следа от колеса (большого размера)»), прокатывая колесо, наклоненное под углом 8°, вперед и назад по плите из асфальтовой смеси размером 50·18·5 см. Период созревания плиты составляет 2 дня. Температура в плите на момент начала испытания равна 10°С±1°С. Нагрузку прикладывают с помощью колеса, оснащенного резиновой шиной (5000±50 Н). Плиту постоянно охлаждают; температуру во время испытания регистрируют, при этом она не превышает 25°С. Воздух под давлением подают в шину и на верхнюю часть плиты для удаления стертых частиц. Шаг и частота движения составляют 410 мм и 1 Гц. Продолжительность испытания составляет 20000 циклов или 2 дня. Результаты испытания даны в виде потери веса (г) (стертые материалы) на квадратный метр.
- Стандартные испытания проводили для определения точки размягчения по методу кольца и шара (согласно ASTM D36), пенетрации при температуре 25°С (ASTM D5), упругого восстановления при ударе (DIN 52013) и трещиностойкости (аналогично ASTM E399).
- Образцы для испытания по методу Маршалла (стандартизированные в соответствии с ASTM D6926-04, "Standard Practice for Preparation of Bituminous Specimens Using Marshall Apparatus" (Стандартная методика приготовления битумных образцов с использованием прибора Маршалла)) погружали в авиационное топливо (керосин) в аналитический стакан емкостью 2 л со слоем топлива 2 см поверх образцов. Образец может быть помещен на небольшие блоки, чтобы позволить топливу покрывать его со всех сторон. Через 24 часа погружения при комнатной температуре образцы осторожно извлекают и оставляют стоять в вытяжном шкафу в течение 24 часов для сушки и испарения остатков топлива. После 24 часов сушки образцы повторно взвешивают, после чего может быть определена потеря материала. Стандартные величины потери материала в густых асфальтовых смесях (немодифицированных или модифицированных с помощью SBS) составляют около 6% м/м.
Полимеры, использованные для тестирования (не оптимизированные)
Для приготовления битумных вяжущих согласно настоящему изобретению были использованы следующие компоненты.
Таблица 2
Компоненты вяжущего
(i)D1192
KRATON D1192 представляет собой чистый линейный блоксополимер на основе стирола и бутадиена, с содержанием связанного стирола в пределах от 28,5 до 32,5 мас.%, кажущейся молекулярной массой в пределах от 138 до 162 кг/моль и содержанием винилполибутадиена по меньшей мере 35%. Содержание триблока составляет по меньшей мере 90%.
(ii)D1118
KRATON D1118 представляет собой чистый линейный диблоксополимер на основе стирола и бутадиена с содержанием связанного стирола в пределах от 30 до 32 мас.% и содержанием диблока около 78%.
(iii)Pb106
Polybilt 106 представляет собой EVA с содержанием винилацетата 24 мас.% и индексом текучести расплава 1,8 г/10 мин (ASTM D1238).
таблица 2 (продолжение)
Компоненты битума
В-85
PEN 85 дмм, битум с асфальтенами; насыщенные углеводороды; ароматические углеводороды; содержание смол около 12/11, 5/55/21,5 мас.%
В-180
PEN 180 дмм, битум с асфальтенами; насыщенные углеводороды; ароматические углеводороды; содержание смол около 12/14/52/22 мас.%
РХ40
PEN 40 дмм, битум, состоящий из 84% пропанового битума и 16% фурфурольного экстракта брайтстока
РХ150
PEN 150 дмм, битум, состоящий из 68% пропанового битума и 32% фурфурольного экстракта брайт-стока
Асфальтовые вяжущие, использованные в приведенных ниже экспериментах, готовят смешением компонентов с битумом при температуре 160-180°С. После этого вяжущие смешивают с предварительно нагретым заполняющим материалом (например, при температуре 175°С) для приготовления образцов для испытания (плит).
Пример 1
Модифицированные полимером битумы готовили с разными количествами компонентов (i)-(iii). Так, в опытах 1 и 2 компоненты (i), (ii) и (iii) смешивали в следующем массовом соотношении - 4:2:2. В сравнительном опыте использовали 8% компонента (i). Приведенные в таблице 3 результаты показывают, что данные вяжущие удовлетворяют стандартным требованиям для использования в дорожных покрытиях.
Таблица 3
Опыт 1
Опыт 2
Сравнительный опыт
Битум
РХ40
РХ150
РХ150
Компонент (i)
4%D1192
4%D1192
8%D1192
Компонент (ii)
2%D1118
2%D1118
н/а
Компонент (iii)
2%Pb106
2%Pb106
н/а
УФ однородность (+/-)
+
+
+
Точка размягчения R&B (°С)
90,5
84,5
91,5
Пенетрация при 25°С (дмм)
26,0
76,0
63,0
Дуктильность при 13°С (см)
69,0
>100
80,2
- максимальная сила (Н)
94,9
19,2
57,3
Упругое восстановление при 13°С
83,0%
94,5%
99,5%
Динамическая вязкость при 100 л/с, если не указано иначе
При 120°С (мПа·с)
5395**
3046***
3547*
При150°С (мПа·с)
1197,0
754,0
913,5
При 180°С (мПа·с)
399,0
279,1
323,3
*** скорость сдвига 95 л/с
** скорость сдвига 57 л/с
* скорость сдвига 86 л/с
Стабильность при хранении в течение 3 дней при 180°С
T<sub>r&b</sub> верхнего слоя (°С)
73,5
81,5
84,5
T<sub>r&b</sub> нижнего слоя (°С)
74,0
80,5
85,0
ΔT<sub>r&b</sub> верх-низ (°С)
-0,5
1,0
-0,5
Трещиностойкость
При -25°С (кН/м<sup>3/2</sup>)
156,8
141,5
При -30°С (кН/м<sup>3/2</sup>)
169,6
148,6
При -35°С (кН/м<sup>3/2</sup>)
190,4
167,1
Энергия разрушения
При -25°С (Дж/м<sup>2</sup>)
54,9
77,7
При -30°С (Дж/м<sup>2</sup>)
49,6
51,1
При -35°С (Дж/м<sup>2</sup>)
72,1
55,4
Устойчивость к воздействию топлива (потеря материала после 24 часов погружения в керосин)
1,3%
10,1%
100,0%
Все битумы, модифицированные стирольными блоксополимерами, показали свойства, приемлемые для дорожных (и прочих) применений. Благодаря эластичности распространенной полимерной структуры модифицированные вяжущие будут менее подвержены остаточной деформации или усталости. Усталость вызывается за счет многократной нагрузки, такой как движение транспорта. Добавка полимера в вяжущее делает асфальт, в составе которого используют вяжущее, более долговечным.
Во время испытания на устойчивость к воздействию топлива вяжущее из опыта 1 показало потерю материала, составившую всего 1,3% в случае РХ40 на основе модифицированного полимером битума.
Пример 2 (испытание на истирание при сдвиге)
В таблице 4 предложены результаты испытания на истирание при сдвиге, где битумные вяжущие согласно настоящему изобретению сравнивают с промышленным вяжущим и вяжущим на основе эпоксидной смолы (которое имеет хорошую репутацию в отношении устойчивости к воздействию топлива и/или истирания при сдвиге).
Готовили пять асфальтовых смесей с одним и тем же предварительно нагретым заполнителем с прерывистым гранулометрическим составом (включающим наполнитель; дробленый песок; и заполнитель с прерывистым гранулометрическим составом, имеющий максимальный диаметр около 10 мм). Две из пяти асфальтовых смесей готовили с битумным вяжущим согласно настоящему изобретению (Пример 1), остальные были сравнительными.
Из этих асфальтовых смесей изготавливали плиты, которые подвергали упоминавшемуся выше испытанию на истирание при сдвиге. Результаты предложены в таблице 4.
На основании результатов можно заключить, что вяжущие согласно настоящему изобретению соединяют в себе хорошее сопротивление сдвигу с эластичностью, для которой модификация стирольными блоксополимерами является хорошо известной. Эластичность отражается в высоких значениях трещиностойкости и упругого восстановления. Значения вязкости находятся на приемлемо низком уровне для битумного продукта, модифицированного 2,5-16% полимера. Это делает продукт удобным в обращении на производстве. Более того, вяжущее устойчиво к воздействию топлива, что очень хорошо для продукта, модифицированного стирольными блоксополимерами. Следовательно, комбинация сопротивления сдвигу, эластичности и устойчивости к воздействию топлива является уникальной для продукта такой природы.
Таблица 4
Испытание на истирание при сдвиге
Композиция вяжущего
Потеря веса (г/м<sup>2</sup>)
CARIPHALTE™ FUELSAFE
1150
Эпоксидное вяжущее, также содержащее битум
450
Опыт 2 (на основе РХ-150)
400
Опыт 1 (на основе РХ-40)
100
Стандартный битум 50/70 (без полимера)
1100
FUELSAFE (как продается фирмой Shell) и аналогичные вяжущие широко используются для асфальтовых применений, обладая хорошей устойчивостью к воздействию топлива (покрытия взлетно-посадочных полос аэропорта). Эпоксидные вяжущие широко используются для мостовых настилов и подобных применений, где истирание при сдвиге является ключевым свойством. Вяжущие согласно настоящему изобретению превосходят эти промышленные вяжущие, равно как и стандартное немодифицированное вяжущее.