Способ получения серобитумного вяжущего

Способ получения серобитумного вяжущего

Реферат

Изобретение относится к вяжущим, применяемым в технологии производства горячих асфальтобетонов, используемых при устройстве покрытий автомобильных дорог, аэродромов и т.п.

Известно серобитумное вяжущее, получаемое совмещением расплавов серы и битума при соотношении сера:битум (мас.%) - 10:90...50:50 [Сидоренко Н.Н., Лолаев А.Б., Иванов Ю.А. Асфальтобетон на серно-битумном вяжущем // Автомобильные дороги, 1983 г., №1, с.6-7].

Недостатком данных вяжущих являются низкие пластические и деформативные свойства: высокие температуры хрупкости, низкие значения эластичности. Перегрев смеси сера-битум выше температуры 140°С ведет к энергичному химическому взаимодействию серы с компонентами битума, сопровождающемуся выделением токсичного сероводорода, что отражает низкую практическую ценность данных способов получения вяжущих. В производственных условиях выдерживать температурный интервал, не превышающий 140°С, не всегда возможно ввиду вероятности возникновения местных перегревов вяжущего, в частности при его контакте с минеральной частью, температура которой может достигать до 180°С и выше, что приведет к выделению сероводорода.

По технической сущности наиболее близким предлагаемому изобретению является способ получения серобитумного вяжущего, описанный в патенте РФ №2163610, МПК⁷ С 08 L 95/00, С 08 К 13/02, включающий взаимодействие серы с дициклопентадиеном (ДЦПД) с последующим смешением модифицированной серы с битумом. Взаимодействие серы с ДЦПД осуществляют путем интенсивного перемешивания погружным серным насосом в течение 45-60 мин при 140-145°С, затем получают серобитум путем перемешивания в реакторе модифицированной серы и битума в течение 25-35 мин при соотношении от 1:1 до 1:1,5.

Недостатками получаемых вяжущих являются: низкие значения пенетрации, дуктильности, эластичности, высокие температуры хрупкости, что характеризует низкую деформационную способность вяжущих.

Задачей изобретения является повышение деформативных свойств серобитумных вяжущих, а также исключение выделений сероводорода при их переработке.

Результат достигается тем, что в способе получения серобитумного вяжущего путем совмещения расплава предварительно модифицированной серы и битума по изобретению серу предварительно связывают со смесью ненасыщенных жирных кислот - флотогудроном в соотношениях сера:флотогудрон (мас.%) 30:70...60:40 с получением органических полисульфидов и совмещают расплавы при следующем соотношении компонентов (мас.%):

органические полисульфиды 80-20

битум 20-80

В качестве исходных компонентов использовали серу (ГОСТ 127-93), битум (ГОСТ 22245-90), флотогудрон (ТУ 18 РСФСР 744-77). Для приготовления образцов серобитумной композиции применяли серу - отход Нижнекамского НПЗ, содержащий 99,98% серы. Флотогудрон (ФГ) - отход дистилляции смеси растительных масел представляет смесь насыщенных и ненасыщенных высших жирных кислот (Табл.1).

Таблица 1
состав флотогудрона	мас.%
пальмитиновая C16:0	4,2-4,7
олеиновая C18:1	41,1-41,6
линолевая C18:2	37,9-38,5
линоленовая C18:3	9,6-9,9
арахиновая С20:0	4,3-4,8
звуковая С22:1	0,4-0,6

В качестве битума применялся битум марки БНД 90/130 производства Нижнекамского битумного завода отделения “Татнефть” (Татарстан), получаемый из сернистой нефти.

Синтез органических полисульфидов производили следующим образом. В реактор, оборудованный электрообогревом и мешалкой, помещали расчетное количество флотогудрона и нагревали до 140°С. Далее добавляли расчетное количество расплава серы, имеющего аналогичную температуру. Время синтеза - 240 мин.

По физическим свойствам полученные органические полисульфиды представляют собой каучукоподобные материалы темно-коричневого цвета, обладающие эластическими свойствами, являются термопластами.

Характеристики органических полисульфидов приведены в таблице 2.

Таблица 2
Наименование показателя	составы, мас.%	Методы испытаний
1	2	3	4
сера - 30 ФГ - 70	сера -40 ФГ - 60	сера - 50 ФГ - 50	сера - 60 ФГ - 40
1. Температура размягчения по КиШ, °С	90	95	87,5	88	ГОСТ 11506
2. Температура хрупкости по Фраасу, °С	-23,5	-24,3	-33,6	-30,3	ГОСТ 11507
3. Пенетрация, мм·0,1 при 25°С	89,8	95,5	116,5	107,8	ГОСТ 11501
4. Дуктильность, см	10,8	9,6	20,8	7,2	ГОСТ 11505
5. Эластичность, %	72,8	71,4	55,8	62,7	ГОСТ 26589 п.7.7
6. Водопоглощение, %	0,37	0,31	0,25	0,18	ГОСТ 25945
7. Плотность, г/см3	1,1	1,25	1,26	1,27	ГОСТ 15139

Серобитумное вяжущее готовили следующим образом. К расчетному количеству битума, имеющего температуру 150-160°С, добавляли при перемешивании расчетное количество расплава полисульфида любого состава - №1, 2, 3, 4 (табл.2), имеющего аналогичную температуру. Полученную смесь перемешивали в лопастной мешалке при скорости вращения лопасти 300-400 об/мин в течение 5-10 мин до достижения гомогенности смеси.

Из рассматриваемых систем по комплексу свойств наиболее оптимальными являются композиции с содержанием 60 мас.% полисульфидов №1...4 в составе серобитума. Для демонстрации влияния количества полисульфида на свойства серобитумных композиций приведены также данные для полисульфида №3. Сравнительная характеристика физико-механических свойств предлагаемых серобитумных композиций оптимального состава и прототипа приведена в табл.3.

Таблица 3
Наименование показателей	состав, мас.%
прототип	битум - 40 №1-60	битум - 40 №2-60	Битум - 40 №3-60	битум - 40 №4-60	битум - 80 №3-20	битум - 20 №3-80
пример 1	пример 2
Температура размягчения, Тр, °С	56-59,5	50-59,5	83	54	52,5	71	47	75
Температура хрупкости, Тхр, °С	-11--23*	-10--20*	-24,5	-25	-29,5	-25,5	-24,5	-30,5
Пенетрация, ммх 0,1 при 25°С	49,5-53,0	45,0-83,5	116	122	123	111	125	97
при 0°С		15,5-22,5	40	40	50	45	30	52
Дуктильность, Д25, см	-	5-21	27	21,6	23,5	22	15	21,6
Эластичность, %	3-5*	2-4*	30	28	6	6,6	5	20
Водопоглощение W, %	-	-	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,1
* Примечание. Значения эластичности и температуры хрупкости для прототипа получены экспериментально авторами предлагаемого изобретения.

Предлагаемый способ получения полисульфидов является одностадийным и не требует сложного аппаратурного оформления, а применение в качестве ненасыщенного мономера - флотогудрона, являющегося крупнотоннажным отходом органической химии, повышает его практическую ценность.

Исследования серобитума с элементарной (кристаллической) серой в составе (40 мас.%), являющегося одним из предлагаемых вяжущих в прототипе, показали, что количество сероводорода, выделяющегося при нагревании вяжущего до температуры 165-170°С в течение 2 часов, составляет 294 мг/100 г вяжущего. Количество сероводорода, выделяющегося при нагревании предлагаемого вяжущего при аналогичных условиях, составляет 44,5 мг/100 г вяжущего. Таким образом, предлагаемый способ приготовления вяжущего является более экологически безопасным.

Способ получения серобитумного вяжущего путем совмещения расплавов предварительно модифицированной серы и битума, отличающийся тем, что серу предварительно связывают со смесью ненасыщенных жирных кислот - флотогудроном в соотношениях сера: флотогудрон, мас.%: 30:70...60:40 с получением органических полисульфидов и совмещают указанные расплавы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Предварительно модифицированная сера -

органические полисульфиды 20-80

Битум 20-80.