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.

В строительстве автомобильных дорог широко используют асфальтобетонные составы, одним из основных компонентов которых являются органические вяжущие - вязкие дорожные битумы, качество которых регламентируется требованиями ГОСТ 22245-90.

Дорожные битумы, выпускаемые нефтеперерабатывающей промышленностью, часто не соответствуют техническим требованиям по ряду показателей, таким как температура хрупкости, характеризующая морозостойкость битума, и температура размягчения, определяющая устойчивость битума к действию повышенных температур. Кроме того, битумы и получаемые на их основе асфальтобетонные смеси не обладают эластичностью, хотя известно, что этот показатель имеет важное значение при эксплуатации дорожного покрытия, особенно при пониженных температурах в условиях многократных динамических нагрузок. Отсутствие эластичности и низкая растяжимость битумов при пониженных температурах 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].

Для улучшения качества дорожных битумов и придания им эластичности используют полимерно-битумные вяжущие - композиции на основе битумов, содержащие полимерные добавки. В качестве полимерных модификаторов для битумов широкое применение получили 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), 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 цис-1,4-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 ее низкая растяжимость при 25°С и, особенно, при 0°С. Следствием низкой растяжимости битумной композиции при пониженных температурах является возможность образования трещин в дорожном покрытии.

Известен состав битумной композиции для асфальтобетонных покрытий (патент РФ №2298023, прототип), включающий смесь битума и синдиотактического 1,2-полибутадиена со среднемассовой молекулярной массой от 5 тысяч до 120 тысяч, степенью синдиотактичностп от 30 до 70%, содержанием 1,2-звеньев от 50 до 93%, при содержании синдиотактического 1,2-полибутадиена в битумной композиции от 1 до 7 мас.ч/100 мас.ч. битума. Использование данного состава, содержащего синдиотактический 1,2-полибутадиен, позволяет улучшить качество битумной композиции за счет придания ей большей эластичности и повышения ее растяжимости.

К недостатком данной композиции следует отнести ее недостаточно высокую морозостойкость, что является одной из основных причиной образования трещин в автодорожном покрытии при его эксплуатации при пониженных температурах (в зимних условиях). Температура хрупкости данной композиции, являющаяся характеристикой ее морозостойкости, составляет -27°С (табл.1). Этот показатель является нижней границей температурного интервала работоспособности вяжущего, описанного в прототипе. Однако этого недостаточно для сохранения свойств битумной композиции и асфальтобетонного покрытия на ее основе при эксплуатации в зимних условиях, т.к. для этого необходимо, чтобы температура хрупкости была близка к температуре наиболее холодных суток (для 65% территории России эта температура ниже -35°С [Полимерно-битумные вяжущие материалы на основе СБС для дорожного строительства - Автомоб дороги: Обзорн. информ. / Информавтодор; вып.4. - М., 2002, с.2]).

Техническим результатом изобретения является повышение морозоустойчивости битумной композиции для асфальтобетонных покрытий за счет снижения ее температуры хрупкости, а также увеличение температурного интервала работоспособности вяжущего.

Указанный технический результат достигается тем, что в состав битумной композиции, включающей смесь битума и синдиотактического 1,2-полибутадиена, дополнительно вводится пластифицирующая добавка в количестве 5-15 мас.ч./100 мас.ч. битума;

- используется 1,2-полибутадиен со степенью синдиотактичности от 30 до 70%, содержанием 1,2-звеньев от 50 до 95% и среднемассовой молекулярной массой от 8000 до 120000;

- содержание синдиотактического 1,2-полибутадиена в битумной композиции находится в пределах от 1 до 5 мас.ч./100 мас.ч. битума;

- в качестве пластифицирующей добавки используется смесь минерального масла и α-олефинов в массовом соотношении 10:1-10;

- содержание пластифицирующей добавки в битумной композиции составляет от 5 до 15 мас.ч./100 мас.ч. битума;

Синдиотактический 1,2-полибутадиен получают полимеризацией бутадиена в растворе органического растворителя в присутствии кобальтовой каталитической системы (патент РФ №2177008).

В составе пластифицирующей добавки используют α-олефины промышленного производства, выпускаемые согласно ТУ 38.402-69-73-89.

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 - 4-5.

Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Для получения битумной композиции для асфальтобетонных покрытий смешивают битум марки БНД 90/130, синдиотактический 1,2-полибутадиен в количестве 1 мас.ч./100 мас.ч. битума и пластифицирующую добавку в количестве 5 мас.ч./100 мас.ч. битума. Используют синдиотактический 1,2-полибутадиен со степенью синдиотактичности 70%, содержанием 1,2-звеньев 93% и среднемассовой молекулярной массой 120000. В качестве пластифицирующей добавки используют смесь минерального масла и α-олефинов в массовом соотношении 10:1.

Пример 2.

Для получения битумной композиции для асфальтобетонных покрытий смешивают битум марки БНД 90/130, синдиотактический 1,2-полибутадиен в количестве 3 мас.ч./100 мас.ч битума и пластифицирующую добавку в количестве 10 мас.ч. /100 мас.ч. битума. Используют синдиотактический 1,2-полибутадиен со степенью синдиотактичности 61%, содержанием 1,2-звеньев 88% и среднемассовой молекулярной массой 112000. В качестве пластифицирующей добавки используют смесь минерального масла и α-олефинов в массовом соотношении 10:3.

Пример 3.

Для получения битумной композиции для асфальтобетонных покрытий смешивают битум марки БНД 90/130, синдиотактический 1,2-полибутадиен в количестве 4 мас.ч./100 мас.ч. битума и пластифицирующую добавку в количестве 15 масс.ч./100 масс.ч. битума. Используют синдиотактический 1,2-полибутадиен со степенью синдиотактичности 55%, содержанием 1,2-звеньев 82% и среднемассовой молекулярной массой 71000. В качестве пластифицирующей добавки используют смесь минерального масла и α-олефинов в массовом соотношении 10:5.

Пример 4.

Для получения битумной композиции для асфальтобетонных покрытий смешивают битум марки БНД 90/130, синдиотактический 1,2-полибутадиен в количестве 5 мас.ч./100 мас.ч. битума и пластифицирующую добавку в количестве 10 мас.ч./100 мас.ч битума. Используют синдиотактический 1,2-полибутадиен со степенью синдиотактичности 42%, содержанием 1,2-звеньев 78% и среднемассовой молекулярной массой 24000. В качестве пластифицирующей добавки используют смесь минерального масла и α-олефинов в массовом соотношении 10:10.

Пример 5.

Для получения битумной композиции для асфальтобетонных покрытий смешивают битум марки БНД 90/130, синдиотактический 1,2-полибутадиен в количестве 7 мас.ч./100 мас.ч. битума и пластифицирующую добавку в количестве 5 мас.ч./100 мас.ч. битума. Используют синдиотактический 1,2-полибутадиен со степенью синдиотактичности 30%, содержанием 1,2-звеньев 70% и среднемассовой молекулярной массой 8000. В качестве пластифицирующей добавки используют смесь минерального масла и α-олефинов в массовом соотношении 10:8.

Пример 6 (граничный).

Для получения битумной композиции для асфальтобетонных покрытий смешивают битум марки БНД 90/130, синдиотактический 1,2-полибутадиен в количестве 0,5 мас.ч./100 мас.ч. битума и пластифицирующую добавку в количестве 2 мас.ч/100 мас.ч. битума. Используют синдиотактический 1,2-полибутадиен со степенью синдиотактичности 70%, содержанием 1,2-звеньев 93% и среднемассовой молекулярной массой 120000. В качестве пластифицирующей добавки используют смесь минерального масла и α-олефинов в массовом соотношении 15:1.

Пример 7 (граничный)

Для получения битумной композиции для асфальтобетонных покрытий смешивают битум марки БНД 90/130, синдиотактический 1,2-полибутадиен в количестве 8 мас.ч./100 мас.ч битума и пластифицирующую добавку в количестве 20 мас.ч./100 мас.ч. битума. Используют синдиотактический 1,2-полибутадиен со степенью синдиотактичности 30%, содержанием 1,2-звеньев 70% и среднемассовой молекулярной массой 8000. В качестве пластифицирующей добавки используют минеральное масло.

Примеры 6 и 7 приведены в качестве граничных для обоснования выбранного интервала концентраций синдиотактического 1,2-полибутадиена и пластифицирующей добавки в битумной композиции.

Из данных табл.1 следует, что полимерно-битумные композиции, полученные на основе нефтяных дорожных битумов, синдиотактического 1,2-полибутадиена и пластифицирующей добавки, полностью соответствуют требованиям ОСТ 218010-98 на полимерно-битумные вяжущие и обладают, по сравнению с прототипом, существенно более низкой (на 5-9°С или в 1,2-1,3 раза) температурой хрупкости. Это свидетельствует о более высокой, по сравнению с прототипом, морозоустойчивости предложенных полимерно-битумных композиций, что позволяет получать на их основе асфальтобетонные смеси с повышенной трещиностойкостью и более длительным сроком эксплуатации. Кроме того, предложенные битумные композиции характеризуются, по сравнению с прототипом, заметно более высоким (на 7-12°С) значением температурного интервала работоспособности, которой на 22-28% превышает показатели, указанные в ОСТ 218010-98, что обеспечивает возможность эксплуатации получаемого асфальтобетонного покрытия в более широком интервале температур.

Следует также отметить, что при использовании пластифицирующей добавки улучшается ряд других характеристик полимерно-битумного вяжущего: увеличивается растяжимость и повышается эластичность композиции при 0°С и 25°С. Кроме того, существенно, по сравнению с прототипом, сокращается время, необходимое для приготовления полимерно-битумного вяжущего и, соответственно, снижаются энергозатраты при его получении, а также повышается однородность полимерно-битумной композиции.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет.

- повысить морозоустойчивость и ряд других эксплуатационных свойств битумных композиций;

- расширить температурный интервал работоспособности битумных композиций и асфальтобетонных смесей;

- повысить трещиностойкость получаемых асфальтобетонных покрытий при эксплуатации при пониженных температурах;

- увеличить срок эксплуатации асфальтобетонных покрытий;

- сократить время и энергозатраты, необходимые для приготовления полимерно-битумного вяжущего.

Таблица 1
Результаты испытаний полимерно-битумных вяжущих, содержащих синдиотактический 1,2-полибутадиен и пластифицирующую добавку
№ п/п	Наименование показателей	ОСТ 218.010-98	Прототип	№ примера
1	2	3	4	5	6	7
1	Глубина проникновения иглы в 0,1 мм, при 25°С	не менее 60	89	94	95	98	94	96	98	110
при 0°С	не менее 32	42	47	50	54	52	54	54	61
2	Температура размягчения по КИШ, °С	не ниже 54	56	58	60	59	59	58	49	40
3	Растяжимость (см), при 25°С	не менее 25	56	60	62	65	62	61	68	70
при 0°С	не менее 11	25	29	31	31	30	29	9	35
4	Температура хрупкости, по Фраасу, °С	не выше -20	-27	-31	-33	-36	-35	-35	-20	-37
5	Температура вспышки, °С	не ниже 230	233	233	233	232	233	235	234	228
6	Изменение температуры размягчения после прогрева, °С	не более 5,0	2,9	2,9	2,8	2,8	2,9	2,7	3,0	3,5
7	Изменение массы после прогрева, %	не более 0,4	0,36	0,37	0,37	0,38	0,37	0,36	0,35	0,48
8	Эластичность, % при 25°С	не менее 80	100	105	108	112	110	108	66	72
при 0°С	не менее 70	84	86	88	90	88	86	40	52
9.	Интервал работоспособности, °С	не менее 74	83	89	93	95	94	93	69	77
*Примеры 6 и 7 приведены в качестве граничных для обоснования выбранного интервала концентраций полимера и пластифицирующей добавки в составе битумной композиции.

1. Состав битумной композиции для асфальтобетонных покрытий, включающий смесь битума и синдиотактического 1,2-полибутадиена со среднемассовой молекулярной массой от 8 тысяч до 120 тысяч, степенью синдиотактичности от 30 до 70%, содержанием 1,2-звеньев от 50 до 95%, при содержании синдиотактического 1,2-полибутадиена в битумной композиции от 1 до 5 мас.ч./100 мас.ч. битума, отличающийся тем, что дополнительно в составе битумной композиции используют пластифицирующую добавку, состоящую из смеси минерального масла и α-олефинов при массовом соотношении компонентов 10:1-10.

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что содержание пластифицирующей добавки в битумной композиции составляет от 5 до 15 мас.ч./100 мас.ч. битума.