Способ изготовления композиции битуминозного материала

 

Изобретение относится к композиции высокомолекулярных соединений, а именно битуминозных материалов, и может быть использовано, например, при изготовлении деформационного шва для автодорожных мостов. Задачей при создании изобретения являлась проблема улучшения эксплуатационных качеств битуминозных материалов, повышение их долговечности. Техническим результатом разработки данного способа является снижение температуры хрупкости и одновременное увеличение теплостойкости битумов путем модифицирования их структуры добавками полимеров. Для достижения технического результата предложен способ изготовления композиции битуминозного материала, преимущественно на основе нефтяного битума, с добавлением структурирующего и пластифицирующего компонентов, так что сначала в битум, разогретый до 150 - 200°С, вводят пластифицирующий компонент, преимущественно нефтеполимерную смолу, а затем - структурирующий компонент, преимущественно бутадиен-стирольный каучук. Компоненты композиции применяют в следующем соотношении, мас.ч: битум 50 - 80; структурирующий компонент 10 - 25; пластифицирующий компонент 8 - 20. При этом пластифицирующий компонент растворяют в битуме в течение 5 - 10 мин, а структурирующий компонент - в течение 30 мин - 2,5 ч, предпочтительно нефтеполимерную смолу вводят в виде гранул, а бутадиен-стирольный каучук вводят в виде гранул либо порошка порционно, в 2-3 приема, преимущественно равными частями; используют окисленный либо компаундированный битум. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

Предлагаемое изобретение относится к способу изготовления композиции высокомолекулярных соединений, а именно битуминозных материалов, и может быть использовано, например, при изготовлении деформационного шва для автодорожных мостов.

В практике герметизации зазоров пролетных строений, например швов закрытого типа, широко применяются композиции (мастики) на основе битума.

Известны способы изготовления композиции фирмы Великобритании Thormaxk Ltd (Европейский патент N 0000642, патент Великобритании N 2001379 В), в которых используется нефтяной битум. Эта композиция известна под названием ThormaJoint (1).

Наиболее близким аналогом по отношению к заявляемому решению является способ изготовления усовершенствованной композиции фирмы Германии Lafrentz (патент Германии N 3720643, 1990 г., европейский патент N 0296377 В1, 1992 г. ) на основе битума, преимущественно нефтяного битума, с добавлением структурирующего и пластифицирующего компонентов (2,3).

Задачей при создании предлагаемого изобретения являлась проблема улучшения эксплуатационных качеств битумных материалов, повышение их долговечности.

Техническим результатом разработки данного способа изготовления композиции является снижение температуры хрупкости и одновременное увеличение теплостойкости битумов путем модифицирования их структуры добавками полимеров.

Для достижения технического результата предложен способ изготовления композиции битуминозного материала, преимущественно на основе нефтяного битума, с добавлением структурирующего и пластифицирующего компонентов, отличающийся тем, что сначала в битум, разогретый до температуры 150-200^oC, вводят пластифицирующий компонент, преимущественно нефтеполимерную смолу, а затем структурирующий компонент, преимущественно бутадиен-стирольный каучук. Способ отличается тем, что применяют составляющие в следующем соотношении, мас. ч.: Битум - 50-80 Структурирующий компонент - 10 - 25 Пластифицирующий компонента - 8 - 20 Способ отличается тем, что пластифицирующий компонент растворяют в битуме в течение 5-10 мин, а структурирующий компонент - в течение 30 мин - 2,5 ч. Способ отличается тем, что нефтеполимерную смолу вводят в виде гранул. Способ отличается тем, что бутадиен-стирольный каучук вводят в виде гранул либо порошка. Способ отличается тем, что бутадиен-стирольный каучук вводят порционно - в 2-3 приема, преимущественно равными частями. Способ отличается тем, что используют окисленный либо компаундированный битум.

Возможно введение дополнительного структурирующего компонента - вулканизирующей системы на основе серосодержащей группы.

Проведенные электронно-микроскопические и оптические методы исследований показали, что при введении в битум небольших, до 1-2%, добавок полимеров последние способны растворяться в низкомолекулярной части битума - маслах. При больших процентах добавок полимер распределяется в битуме в виде отдельных, не связанных между собой частиц. Эффект их действия аналогичен влиянию наполнителя. При 5-10% добавки частицы увеличиваются в размере, очевидно, за счет агрегации, сближаются между собой и при 10-15% концентрации образуют сетчатую структуру. Таким образом, сочетание битума и полимера представляет собой композиционный материал, в котором роль матрицы играет битум, а дисперсной фазой является полимер. Композиция ведет себя как единое целое, где связь разнородных частиц можно представить как механическое взаимодействие компонентов посредством поверхностных сил. По своим свойствам композиция превосходит средние или суммарные свойства отдельных компонентов, то есть наблюдается синергический эффект. При небольших концентрациях полимера композиции можно рассматривать как дисперсионно упрочненные. Упрочнение происходит за счет того, что тонкие дисперсные частицы препятствуют движению дислокаций в матрице. Степень упрочнения будет пропорциональна сопротивлению, оказываемому частицами движению дислокаций. Такой эффект отмечен при содержании дисперсной фазы в размере 2-4% объема. При содержании 3-5% полимера отмечено снижение температуры хрупкости (по Фраасу) без увеличения деформативной способности. Очевидно, что снижение температуры хрупкости происходит за счет возрастания прочности. При большей концентрации полимера в битуме композиции можно рассматривать как волокнистые или слоистые. Матрица (битум) превращается в среду, передающую нагрузку по волокнам, а в случае их разрушения она способствует перераспределению нагрузки. Такие композиции характеризуются повышенной прочностью, эластичностью, сопротивлением усталостному разрушению за счет релаксации перенапряжений, что особенно необходимо для обеспечения эксплуатационной надежности мостовых конструкций. На поверхности раздела битум - полимер возможно частичное растворение полимера и матрицы за счет сегментальной растворимости. Усиление композиции объясняется наличием особых свойств переходного слоя, в котором сильно понижена энергия когезии по сравнению со средним значением для смеси, что обеспечивает большую скорость релаксационных процессов.

Битумная часть композиции (мастики) представлена дорожным битумом марки БН 60/90 (ГОСТ 22245-90). Исходные характеристики битума представлены в таблице 1.

Пример 1.

В битум, разогретый до температуры 170^oC, вводят нефтеполимерную смолу в качестве пластифицирующего компонента, а затем бутадиен-стирольный каучук в качестве структурирующего компонента, при этом применяют составляющие в следующем соотношении частей (битум, структурирующий, пластифицирующий компоненты): 75, 10, 8. Нефтеполимерную смолу растворяют в битуме в течение 7 мин, бутадиен-стирольный каучук - в течение 1 ч, при этом перечисленные компоненты вводят в виде гранул, а бутадиен-стирольный каучук вводят порционно в два приема равными частями. Используют окисленный битум.

Пример 2.

В битум, разогретый до температуры 180^oC, вводят нефтеполимерную смолу в качестве пластифицирующего компонента, а затем бутадиен-стирольный каучук в качестве структурирующего компонента, при этом применяют составляющие в следующем соотношении частей (битум, структурирующий, пластифицирующий компоненты): 78, 12, 10. Нефтеполимерную смолу растворяют в битуме в течение 8 мин, бутадиен-стирольный каучук - в течение 1,5 ч, при этом перечисленные компоненты вводят в виде гранул, а бутадиен-стирольный каучук вводят порционно в два приема равными частями. Используют окисленный битум.

Пример 3.

В битум, разогретый до температуры 200^oC, вводят нефтеполимерную смолу в качестве пластифицирующего компонента, а затем бутадиен-стирольный каучук в качестве структурирующего компонента, при этом применяют составляющие в следующем соотношении частей (битум, структурирующий, пластифицирующий компоненты): 80, 15, 12. Нефтеполимерную смолу растворяют в битуме в течение 9 мин, бутадиен-стирольный каучук - в течение 2 ч, при этом перечисленные компоненты вводят в виде гранул и порошка соответственно, а бутадиен-стирольный каучук вводят порционно в три приема равными частями. Используют окисленный битум.

Таким образом, примеры реализации способа изготовления композиции: соотношение компонентов - битумный, структурирующий, пластифицирующий, мас. ч. по вышеуказанным примерам, соответственно 1) 75, 10, 8; 2) 78, 12, 10; 3) 80, 15, 12. Характеристики предложенной композиции (примеры 1, 2 ) сведены в таблицу 2, в которой дано также сопоставление показателей с известным аналогом - композицией фирмы Lafrentz (Германия).

Из приведенной таблицы 2 видно, что по эксплуатационным характеристикам композиция, полученная предложенным способом, превосходит аналог.

Кроме того, данная композиция значительно дешевле аналога.

Источники информации 1. Европейский патент N 0000642, 1981 г.

2. Патент Германии N 3720643, 1990 г.

3. Европейский патент N 0296377 В1, 1992 г.

Формула изобретения

1. Способ изготовления композиции битуминозного материала на основе нефтяного битума с добавлением структурирующего компонента - бутадиен-стирольного каучука и пластифицирующего компонента - нефтеполимерной смолы путем введения в разогретый битум сначала нефтеполимерной смолы, а потом бутадиен-стирольного каучука, отличающийся тем, что разогревание битума осуществляют до 150 - 200^oC, компоненты композиции используют в следующем соотношении, мас.ч.: Битум - 50 - 80 Бутадиен-стирольный каучук - 10 - 25 Нефтеполимерная смола - 8 - 20
при этом бутадиен-стирольный каучук вводят порционно в 2 - 3 приема равными частями.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пластифицирующий компонент растворяют в битуме в течение 5 - 10 мин, а структурирующий компонент - в течение 30 мин - 2,5 ч.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что нефтеполимерную смолу вводят в виде гранул.

4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что бутадиен-стирольный каучук вводят в виде гранул либо порошка.

5. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что используют окисленный либо компаудированный битум.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3