Состав битумной композиции для асфальтобетонных покрытий

Состав битумной композиции для асфальтобетонных покрытий

Реферат

Изобретение относится к области получения битумных композиций, содержащих полимерные добавки и предназначенных для использования в дорожном строительстве.

При строительстве автомобильных дорог широко применяются асфальтобетонные покрытия, одним из основных компонентов которых являются вяжущие - вязкие дорожные битумы, качество которых должно удовлетворять требованиям ГОСТ 22245-90.

Выпускаемые нефтеперерабатывающими заводами дорожные битумы зачастую не соответствуют техническим требованиям по таким показателям, как температура хрупкости, характеризующая морозостойкость битума, и температура размягчения, характеризующая устойчивость битума к действию повышенных температур. Кроме того, битумы и асфальтобетонные покрытия на их основе не обладают эластичностью, хотя известно, что это свойство имеет определяющее значение при эксплуатации дорожного покрытия в условиях многократных динамических нагрузок, особенно при пониженных температурах. Низкая растяжимость битумов при пониженных температурах и отсутствие эластичности являются основными причинами образования трещин в дорожном покрытии [Полимерно-битумные вяжущие материалы на основе СБС для дорожного строительства.- Автомоб. дороги: Обзорн. информ./Информавтодор; вып.4. - М., 2002, с.2-4].

С целью улучшения качества битумных композиций и придания им эластичности используют полимерно-битумные вяжущие - составы на основе битумов, содержащие полимерные добавки. В качестве полимерных добавок наибольшее применение нашли термоэластопласты и каучуки, в том числе полибутадиеновые каучуки.

Известен состав полимерно-битумного вяжущего для дорожного строительства на основе дорожного битума, включающий полимерную структурирующую добавку - масляный раствор синтетического высокомолекулярного полибутадиенового каучука (СВБ-М) 1,6-3% мас. и поверхностно-активную добавку - нефтеполимерную смолу 0,4-1,0% мас. (патент РФ №2119464). Использование данного состава позволяет несколько повысить тепло- и трещиностойкость асфальтобетонных покрытий.

Недостатком данного полимерно-битумного вяжущего является низкая температура размягчения, которая составляет 48-50°С (метод кольца и шара). Согласно ОСТ 218010-98 на полимерно-битумные вяжущие температура размягчения битумной композиции должна быть не ниже 56°С (табл.1). Недостаточная теплостойкость битумной композиции может привести к деформации дорожного полотна, особенно в условиях его эксплуатации при повышенных температурах.

Известен состав битумной композиции для дорожных покрытий (патент РФ №2238955, прототип), включающий битум, жидкий полибутадиеновый каучук и углеводородное масло при соотношении битум: полибутадиеновый каучук: масло от 94:4:2 до 96:3:1. В качестве жидкого каучука используют: цис-1,4-полибутадиен с молекулярной массой 200-70000 и содержанием 1,4-цис-звеньев от 30 до 75% или 1,2-полибутадиен с молекулярной массой 500-40000 и содержанием 1,2-звеньев от 20 до 70%. Использование данного состава, содержащего жидкий полибутадиеновый каучук, позволяет упростить технологию производства, повысить однородность получаемой композиции и снизить энергозатраты.

Недостатком данной композиции является низкая растяжимость при 25°С (25-30 см) и, особенно, при 0°С (11-12 см) (табл.1), что обусловлено низкой пластичностью битумной композиции при указанных условиях. Следствием низкой растяжимости битумной композиции при пониженных температурах является возможность образования трещин в дорожном покрытии.

Техническим результатом изобретения является улучшение качества битумной композиции для асфальтобетонных покрытий за счет повышения ее растяжимости (при 25 и 0°С) и стабильности при повышенных температурах, что приводит к повышению трещиностойкости дорожных покрытий и увеличению сроков их эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что в составе битумной композиции, включающей смесь битума и 1,2-полибутадиена, используется синдиотактический 1,2-полибутадиен при следующем соотношении компонентов, в мас.ч.: битум - 100, синдиотактический 1,2-полибутадиен - 1-7; используется синдиотактический 1,2-полибу-тадиен со степенью синдиотактичности от 30 до 70%, содержанием 1,2-звеньев от 70 до 93% и среднемассовой молекулярной массой от 8000 до 120000.

Синдиотактический 1,2-полибутадиен получают полимеризацией 1,3-бутадиена в растворе органического растворителя в присутствии катализатора (Патент РФ №2072362). Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами. Пример 1.

Для получения битумной композиции для асфальтобетонных покрытий смешивают битум марки БНД 90/130 и синдиотактический 1,2-полибутадиен со степенью синдиотактичности 70%, содержанием 1,2-звеньев 93% и среднемассовой молекулярной массой 120000. Синдиотактический 1,2-полибутадиен в битумную композицию вводят в количестве 1 мас.ч./100 мас.ч. битума.

Пример 2.

Для получения битумной композиции для асфальтобетонных покрытий смешивают битум марки БНД 90/130 и синдиотактический 1,2-полибутадиен со степенью синдиотактичности 61%, содержанием 1,2-звеньев 88% и среднемассовой молекулярной массой 112000. Синдиотактический 1,2-полибутадиен в битумную композицию вводят в количестве 3 мас.ч./100 мас.ч. битума.

Пример 3.

Для получения битумной композиции для асфальтобетонных покрытий смешивают битум марки БНД 60/90 и синдиотактический 1,2-полибутадиен со степенью синдиотактичности 55%, содержанием 1,2-звеньев 82% и среднемассовой молекулярной массой 71000. Синдиотактический 1,2-полибутадиен в битумную композицию вводят в количестве 4 мас.ч./100 мас.ч. битума.

Пример 4.

Для получения битумной композиции для асфальтобетонных покрытий смешивают битум марки БНД 90/130 и синдиотактический 1,2-полибутадиен со степенью синдиотактичности 42%, содержанием 1,2-звеньев 78% и среднемассовой молекулярной массой 24000. Синдиотактический 1,2-полибутадиен в битумную композицию вводят в количестве 5 мас.ч./100 мас.ч. битума.

Пример 5.

Для получения битумной композиции для асфальтобетонных покрытий смешивают битум марки БНД 60/90 и синдиотактический 1,2-полибутадиен со степенью синдиотактичности 30%, содержанием 1,2-звеньев 70% и среднемассовой молекулярной массой 8000. Синдиотактический 1,2-полибутадиен в битумную композицию вводят в количестве 7 мас.ч./100 мас.ч. битума.

Пример 6 (граничный).

Для получения битумной композиции для асфальтобетонных покрытий смешивают битум марки БНД 90/130 и синдиотактический 1,2-полибутадиен со степенью синдиотактичности 70%, содержанием 1,2-звеньев 93% и среднемассовой молекулярной массой 120000. Синдиотактический 1,2-полибутадиен в битумную композицию вводят в количестве 0,5 мас.ч./100 мас.ч. битума.

Пример 7 (граничный).

Для получения битумной композиции для асфальтобетонных покрытий смешивают битум марки БНД 60/90 и синдиотактический 1,2-полибутадиен со степенью синдиотактичности 20%, содержанием 1,2-звеньев 60% и среднемассовой молекулярной массой 7000. Синдиотактический 1,2-полибутадиен в битумную композицию вводят в количестве 8 мас.ч./100 мас.ч. битума.

Примеры №6 и 7 приведены в качестве граничных для обоснования выбранного интервала концентраций синдиотактического 1,2-полибутадиена в битумной композиции.

Полученные битумные композиции используются в составе асфальтобетонных смесей для дорожных покрытий при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: щебень фракции 10-20 мм - 45-50, песок - 15-20, отсевы дробления - 30-35, минеральный порошок - 4-6, полимерно-битумная композиция, содержащая синдиотактический 1,2-полибутадиен - 4-5.

Из данных табл.1 следует, что полимерно-битумные композиции, полученные на основе нефтяных дорожных битумов и синдиотактического 1,2-полибутадиена, полностью удовлетворяют требованиям ОСТ 218010-98 на полимерно-битумные вяжущие и обладают по сравнению с прототипом существенно более высокой (в 1,6-2,3 раза) растяжимостью. Это обеспечивает более высокую пластичность битумной композиции и асфальтобетонного покрытия при низких температурах и, как следствие, существенно уменьшает возможность трещинообразования. Предложенные полимерно-битумные композиции характеризуются стабильностью при повышенных температурах: после прогрева при 163°С в течение 5 час. температура размягчения композиции изменяется не более, чем на 2,9°С, при норме 5°С. Кроме того, получаемые битумные композиции характеризуются высокой эластичностью, значения которой на 20-35% превышают показатели, указанные в ОСТ 218010-98.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет:

- повысить качество и эксплуатационные свойства битумных композиций;

- повысить трещиностойкость получаемых на их основе асфальтобетонных покрытий;

- увеличить стабильность битумных композиций при повышенных температурах;

- увеличить срок эксплуатации асфальтобетонных покрытий.

Таблица 1Результаты испытаний полимерно-битумных вяжущих на основе синдиотактического 1,2-полибутадиена (1,2-СПБ)
№ п/п	Наименование показателей	ОСТ 218.010-98	Прототип	№ примера
1	2	3	4	5	6	7
	Содержание 1,2-СПБ, м ч./100 м.ч. битума			1	3	4	5	7	0,5	8
1	Глубина проникновения иглы в 0,1 мм, при 25°С	не менее 60	97	89	87	88	85	80	95	60
	при 0°С	не менее 32	42	42	42	42	43	42	33	43
2	Температура размягчения по КИШ, °С	не ниже 54	54	56	56	56	57	56	48	51
3	Растяжимость (см), при 25°С	не менее 25	32	56	54	52	50	54	68	40
	при 0°С	не менее 11	12	25	26	26	27	28	8	11
4	Температура хрупкости, по Фраасу, °С	не выше -20	-27	-27	-28	-27	-27	-28	-20	-24
5	Температура вспышки, °С	не ниже 230	-	233	234	233	237	234	232	233
6	Изменение температуры размягчения после прогрева (163°С, 5 час.), °С	не более 5,0	-	2,9	2,8	2,6	2,7	2,8	3,0	4,0
7	Изменение массы после прогрева, %	не более 0,4	-	0,36	0,37	0,35	0,38	0,36	0,4	0,45
8	Эластичность, %, при 25°С	не менее 80	-	100	105	103	105	108	74	78
	при 0°С	не менее 70		84	89	88	90	88	50	69
* Примеры №6 и 7 приведены в качестве граничных для обоснования выбранного интервала концентраций полимерной добавки в составе битумной композиции.

1. Состав битумной композиции для асфальтобетонных покрытий, включающий смесь битума и 1,2-полибутадиена, отличающийся тем, что используют синдиотактический 1,2-полибутадиен при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Битум	100
Синдиотактический 1,2-полибутадиен	1-7

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что используют синдиотактический 1,2-полибутадиен со степенью синдиотактичности от 30 до 70%.

3. Состав по п.1, отличающийся тем, что используют синдиотактический 1,2-полибутадиен с содержанием 1,2-звеньев от 70 до 93%.

4. Состав по п.1, отличающийся тем, что используют синдиотактический 1,2-полибутадиен со среднемассовой молекулярной массой от 8 тысяч до 120 тысяч.