Концентрированное полимербитумное вяжущее для "сухого" ввода и способ его получения
CONCENTRATED POLYMERBITUMEN BINDER FOR "DRY" INPUT AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Изобретение относится к полимерно-битумным добавкам, которые могут быть использованы в асфальтобетонах, тонкослойных защитных покрытиях, а именно для практического применения при изготовлении покрытия шоссейных дорог на основе щебеночно-мастичных асфальтобетонов.
Известен РЕЗИНОСОДЕРЖАЩИЙ ПОЛИМЕРНЫЙ МОДИФИКАТОР БИТУМА (патент РФ 2266934, опубликовано: 27.12.2005), включающий битум, полиэтилен, резиновую крошку, в качестве пластифицирующей добавки используется мазут, а в качестве девулканизирующего неорганического соединения - известь строительная, при этом полиэтилен вводится вторичный как низкого, так и высокого давления при следующем соотношении компонентов, мас. %:
битум (БНД 60/90 или БНД 90/130)
47-62
мазут марки 100
2-5
резиновая крошка
30-35
вторичный полиэтилен (ПЭ)
3-7
известь строительная
3,0-6,0
Использование в составе битумного вяжущего разработанного модификатора позволяет повысить сроки эксплуатации покрытий в 1,5 и более раза, устойчивость к образованию трещин, замедлять старение покрытий, снижать уровень шума, слепимость водителей транспортных средств, делает возможным избегать применение противогололедных средства и др. Недостатком известного модификатора является то обстоятельство, что при приготовлении щебеночно-мастичных смесей помимо упомянутого модификатора вяжущего требуется дополнительный ввод стабилизирующих добавок на основе целлюлозного или минерального волокна, что потребует обязательного дооснащения стандартных асфальтобетонных заводов дополнительными линиями подачи материала.
Наиболее близким по технической сущности является добавка для щебеночно-мастичного асфальтобетона (патент РФ 2222559, опубликовано: 27.01.2004), включающая вяжущее, резиновую крошку, минеральное масло и полимер. При этом в качестве вяжущего используют битумную эмульсию, в качестве полимера - полиакриламид и дополнительно в качестве структурообразователя - волокна целлюлозы и алюмосиликат при следующем соотношении компонентов состава, мас. %:
волокна целлюлозы
40-60
резиновая крошка
15-20
алюмосиликат
10-15
масло
3-5
полиакриламид
3-5
битумная эмульсия
остальное до 100%
Предлагаемая добавка позволяет решить приоритетные задачи: утилизация отходов резиновой и картонно-бумажной промышленности, а также известная добавка для асфальтобетона разработана на базе более дешевых компонентов, обладающих низкой температурой хрупкости и высокой температурой размягчения, получаемая в гранулированной форме, удобная для транспортировки и прямого введения в щебеночно-мастичный асфальтобетон на месте его использования. Недостатками известной добавки является то, что технологический процесс ее изготовления предусматривает обработку резиновой крошки при интенсивном перемешивании со скоростью 300 об/мин в течение 0,5 часа, при котором происходит только лишь набухание резиновой крошки и отсутствует процесс глубокой девулканизации резины, необходимый для обеспечения разрыва ≡C-S-S-C≡ связей с образованием макрорадикалов каучука для их дальнейшего взаимодействия с битумом.
Задача изобретения - разработка концентрированного гранулированного полимербитумного вяжущего, одновременно обеспечивающего модификацию битумного вяжущего непосредственно в процессе приготовления ЩМА, в целях обретения последним таких характеристик, как низкая температура хрупкости, высокая температура размягчения, повышенные сдвиговые характеристики и сопротивляемость к образованию колеи, а также обеспечивающего наиболее рациональным образом ввод стабилизирующей добавки в битумное вяжущее в целях получения оптимального значения стекания последнего.
Поставленная задача решается заявляемым концентрированным гранулированным полимербитумным вяжущим для «сухого» ввода, представляющим собой смесь полимербитумного вяжущего и структурообразователя, при этом смесь дополнительно содержит минеральные компоненты, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
полимербитумное вяжущее
65-75
структурообразователь
15-25
минеральные компоненты
10
В качестве структурообразователя могут быть использованы целлюлозные или минеральные волокна - целлюлоза сульфитная оберточная, базальтовое и хризолитовое волокно (микрофибра). В качестве минеральных компонентов могут быть использованы известь или минеральный порошок, или их смесь в любом соотношении. Полимербитумное вяжущее в свою очередь состоит из битума, пластификатора, полимера и дробленой резины, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
пластификатор
5
полимер СБС
1,5-2
резина дробленая
20-25%
реагент повышения однородности,
активности полимербитумного вяжущего
1-2%
битум
остальное
В качестве битума используется битум нефтяной дорожный марок БНД 60/90 или БНД 90/130, в качестве полимера - полимер группы дивинилстирольных термоэластопластов, предпочтительно СБС, и резина дробленая с размером частиц не более 0,9 мм из покрышек грузовых автомобильных шин или шин карьерных самосвалов (КГШ). В качестве пластификатора может использоваться пластификатор нефтяной (масло ПН-6) по ТУ 38.1011217-89, в качестве реагента повышения однородности - комплексная активирующая присадка дорожная по ТУ BY 491068297.001-2015.
Концентрированное гранулированное полимербитумное вяжущее готовится следующим образом. На первом этапе технологического процесса в горячий вязкий битум вводятся полимеры группы дивинилстирольных термоэластопластов, дробленая резина, пластификатор и реагент повышения однородности и активности вяжущего. Полученная смесь при температуре 160…170°С подвергается термомеханической обработке с применением диспергатора в течение нескольких циклов общей продолжительностью до 240 минут. В результате термохимических реакций (термохимической реактивации) и механического воздействия на многофазную среду происходит гомолитический разрыв связей атомов серы и атомов углерода в составе молекул каучука (девулканизация резины), в результате которого последний приобретает способность к образованию макрорадикалов для последующего взаимодействия наравне с молекулами термоэластопластов с компонентами битума. Полученная таким образом композиция представляет собой устойчивую гомогенную систему, не подверженную расслоению и имеющую жидкое агрегатное состояние.
На втором этапе технологического процесса после охлаждения полученной полимербитумной композиции до 60…70°С в ее состав вводятся инертные компоненты -целлюлозное и/или минеральное волокно, гашеная известь, минеральный порошок. Полученная смесь гранулируется, до образования сыпучего материала, устойчивого к слеживанию.
В таблице 2 приведен состав концентрированного гранулированного полимербитумного вяжущего и его свойства
Состав компонентов для первого технологического этапа приготовления концентрированного полимербитумного вяжущего зависит от исходных свойств битума нефтяного дорожного марок БНД 60/90 или БНД 90/130, состав компонентов для второго технологического этапа приготовления гранулированного вяжущего - от показателя проникания иглы 0,1 мм при 25°С концентрированного полимербитумного вяжущего.
Применение гранулированного полимербитумного вяжущего «сухого» ввода для изготовления щебеночно-мастичных смесей обеспечивает улучшение следующих физико-механических характеристик ЩМА, по сравнению с приготовленными на вяжущем из битумов нефтяных дорожных (БНД):
Предел прочности на сжатие при Т=20°С МПа - не менее +25%
Предел прочности на сжатие при Т=50°С МПа - не менее +37%
Сцепление при сдвиге при температуре 50°С - не менее 50%
Коэффициент внутреннего трения - не менее 5%
Т.о. использование заявляемого концентрированного гранулированного полимербитумного вяжущего обеспечивает модификацию битумного вяжущего непосредственно в процессе приготовления ЩМА, при этом полученный ЩМА обладает повышенными сдвиговыми характеристиками и сопротивляемостью к образованию колеи.