Способ получения серобитумного вяжущего

Изобретение относится к способу приготовления дорожно-строительных материалов и конкретно к способу получения серобитумной композиции. Технический результат: повышение физико-механических показателей вяжущего и, в частности, адгезии, температуры размягчения, морозостойкости. Способ получения серобитумного вяжущего заключается в смешивании компонентов - расплавленного битума и серы при нагревании, при температуре 140-180^оС, причем в расплавленный битум предварительно добавляют 1-5 мас.% стирольно-дициклопентадиен-инденовой смолы или алкадиен-стирольно-дициклопентадиен-инденовой смолы и 1-5 мас.% высокомолекулярных углеводородов - альфа-олефинов фракционного состава С₂₀-С₂₆ с температурой плавления 38-40^оС и/или индустриального масла - нефтяного масла с вязкостью 5-50 мм²/с при 50^оС и перемешивают в течение 0,5 часа, затем порциями добавляют серу в массовом соотношении с битумом 10-50 : 90-50, соответственно, и перемешивают еще 2 часа. 1 табл.

 

Изобретение относится к способу приготовления дорожно-строительных материалов, конкретно к способу получения серобитумной композиции.

Известен способ получения серобитумного вяжущего путем введения в раствор битума жидкой серы с последующим перемешиванием смеси мешалкой пропеллерного или шнекового типа, см. Методические рекомендации по применению асфальтобетонов с добавкой серы и по технологии строительства из них дорожных покрытий, М.: СоюздорНИИ, 1986, с.9-10.

Недостатком способа являются большие энергозатраты для расплава серы и поддержания ее в жидком виде и постоянном перемешивании смеси компонентов до полного использования серобитумного вяжущего. По такой технологии серобитумное вяжущее необходимо изготовлять непосредственно на асфальтобетонном заводе. Из-за неустойчивости смесь не подлежит хранению или продолжительной транспортировке и должна использоваться сразу же после приготовления.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является способ получения серобитумного вяжущего путем дозировки жидкой серы и дорожного битума в соотношении 20:80 и 80:20 при температуре 130-140°С насос-дозаторами в общую трубу, откуда смесь непрерывно подают в камеру аппарата вихревого слоя, где перемешиваемые компоненты подвергаются воздействию ферромагнитных элементов, вращающихся в мощном электромагнитном поле, см. Пат. 2159218 RU, 2000. В качестве ферромагнитных элементов применяют стальные или никелированные стержни L=15-20 мм, d=1,0-1,5 мм.

Недостатком способа является необходимость применения сложного оборудования в виде аппарата вихревого слоя, снабженного ферромагнитными элементами, вращающимися в мощном электромагнитном поле, и невозможность достижения высоких физико-механических показателей вяжущего и, в частности, адгезии, температуры размягчения, морозостойкости (температуры хрупкости) в соответствии с требованиями ГОСТ 22245-90.

Техническая задача решается тем, что в способе получения серобитумного вяжущего, включающего смешивание компонентов - расплавленного битума и серы при нагревании, при температуре 140-180°С, в расплавленный битум предварительно добавляют 1-5 мас.% стирольно-дициклопентадиен-инденовой смолы или алкадиен-стирольно-дициклопентадиен-инденовой смолы и 1-5 мас.% высокомолекулярных углеводородов - альфа-олефинов фракционного состава С₂₀-С₂₆ с температурой плавления 38-40°С и/или индустриального масла - нефтяного масла с вязкостью 5-50 мм²/с и перемешивают в течении 0,5 часа, затем порциями добавляют серу в массовом соотношении с битумом 10-50:90-50, соответственно, и перемешивают еще 2 часа.

Решение технической задачи позволяет упростить способ получения серобитумного вяжущего путем исключения из процесса приготовления сложного оборудования в виде аппарата вихревого слоя, снабженного ферромагнитными элементами, вращающимися в мощном электромагнитном поле, и повысить морозостойкость и адгезию вяжущего. Полученное вяжущее характеризуется стабильностью при продолжительном хранении и транспортировке и низкой себестоимостью за счет применения в качестве компонентов битума дешевого сырья. Сера является многотоннажным побочным продуктом в нефтяной и газовой промышленности. Альфа-олефины состава С₂₀-С₂₆ являются многотоннажными побочными продуктами нефтехимического производства. Нефтеполимерные смолы также доступное промышленное сырье, получаемое на базе многотоннажных побочных продуктов нефтехимического производства - фракции пиролиза углеводородов состава С₅, С₉, C₈-C₉, С₉-С₁₀. Индустриальное масло также доступное промышленное сырье.

Характеристика используемых компонентов

1. Битумы нефтяные дорожные вязкие, ГОСТ 22245-90 - продукты окисления высокосмолистых нефтяных остатков, например, марки БНД 90/130 имел показатели: температура размягчения по кольцу и шару - не ниже 43°С, глубина проникновения иглы, 0,1 мм - 91-130 при 25°С, морозостойкость по Фраасу не выше -17°С, растяжимость не менее 65 при 25°С, сцепление с минеральным наполнителем (адгезия) - по образцу N2 и неокисленный битум, например, марки БНН 80/120 (глубина проникновения иглы, 0,1 мм при 25°С 80, температура размягчения 45°С, температура хрупкости - 4°С, сцепление с мрамором по образцу N2).

2. Сера - желтый или серо-желтый порошок, температура плавления 114°С, температура воспламенения 216°С, плотность 2,0 г/см³, см. кн. Справочник резинщика. Материалы резинового производства. М.: Химия. С.266, 1971 г.

3. В качестве нефтеполимерной смолы можно использовать смолу марки Пиропласт-2 (стирольно-дициклопентадиен-инденовая), см. кн. Ю.В.Думский и др. Химия и технология нефтеполимерных смол. М.: Химия, с.154, 1999. Характеристика смолы: молекулярная масса 450-576, температура размягчения 81,5-95°С, иодное число 36-52,7 г J₂/100 г.

4. В качестве нефтеполимерной смолы можно использовать смолу марки СПП (стирольно-дициклопентадиен-инденовая), см. кн. P.M.Лившиц, Л.А.Добровинский. Заменители растительных масел в лакокрасочной промышленности. М.: Химия, С.82, 1987. Характеристика смолы: молекулярная масса 963-1635, температура размягчения 88,8-90°С, иодное число 7,8-35 г J₂/100 г.

5. В качестве нефтеполимерной смолы можно использовать смолу марки Сполак (алкадиен-стирольно-дициклопентадиен-инденовая), см. Обзор Т.И.Лонщакова, А.Г.Лиакумович. Нефтеполимерная смола Сполак. М.: НИИТЭхим, вып.2, 32 с., 1994. Характеристика смолы: молекулярная масса 850-1800, температура размягчения 70-95°С, иодное число 100-150 г J₂/100 г.

6. В качестве нефтеполимерной смолы можно использовать смолу марки СПИ (стирольно-дициклопентадиен-инденовую), см. кн. P.M.Лившиц, Л.А.Добровинский. Заменители растительных масел в лакокрасочной промышленности. М.: Химия, с.82, 1987 г. Характеристика смолы: молекулярная масса 550-1190, температура размягчения 85-90,8°С, иодное число 17,7-65 г J₂/100 г.

7. В качестве альфа-олефинов (линейная структура) использована фракция состава С₂₀-С₂₆ (ТУ 2411-068-05766801-97). Характеристика фракции: температура плавления 38-40°С, массовая доля углеводородов состава С₁₈ и ниже - не более 5,0%, С₂₀-С₂₆ - не менее 85,0% (в том числе С₂₀ - (31±8)%, С₂₂ - (25±8)%, С₂₄ - (18±5)%, С₂₆ - (11±5)%, C₂₈ и выше - не более 10,0%. Массовая доля парафинов - не более 5,0%, массовая доля влаги - не более 0,01%.

8. В качестве индустриального масла использовали нефтяные масла вязкости (5-50 мм²/с при 50°С), см. Химическая энциклопедия, т.2, с.463, 1990 г.

Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1. В обогреваемый реактор, снабженный мешалкой пропеллерного типа, загружают 500 г расплавленного битума, при температуре 170-180°С добавляют 25 г (5%) нефтеполимерной смолы Пиропласт-2, 25 г (5%) альфа-олефинов и перемешивают в течение 0,5 часа. Затем добавляют порциями 500 г. серы и перемешивают при температуре 170-180°С в течение 2 часов. Получают 1050 г серобитумного вяжущего. Свойства приведены в таблице 1.

Пример 2 осуществляют по примеру 1 при температуре 160-170°С с применением 700 г битума, 14 г (2%) нефтеполимерной смолы СПИ; 21 г (3%) альфа-олефинов и 300 г серы. Получают 1035 г серобитума.

Пример 3 осуществляют по примеру 1 при температуре 150-160°С с применением 800 г битума, 8 г (1%) нефтеполимерной смолы Сполак, 12 г (1,5%) альфа-олефинов и 200 г серы. Получают 1020 г серобитума.

Пример 4 осуществляют по примеру 1 при температуре 140-150°С с применением 900 г битума, 45 г (5%) нефтеполимерной смолы Пиропласт-2, 9 г (1%) альфа-олефинов и 100 г серы. Получают 1054 г серобитума.

Пример 5 осуществляют по примеру 1 с применением 650 г битума, 19,5 г (3%) нефтеполимерной смолы Сполак, 9,75 г (1,5%) альфа-олефинов, 9,75 г (1,5%) индустриального масла и 350 г серы. Получают 1039 г серобитума.

Пример 6 осуществляют по примеру 1 с 375 г битума БНД 90/130, 375 г битума БНН 80/120, 15 г (2%) нефтеполимерной смолы Пиропласт-2, 7,5 г (1%) альфа-олефинов и 250 г серы. Получают 1022,5 г серобитума.

Пример 7 осуществляют по примеру 6 с применением 320 г битума БНД 90/130, 480 г битума БНН 80/120, 24 г (3%) нефтеполимерной смолы СПИ, 24 г (3%) индустриального масла и 200 г серы. Получают 1048 г серобитума.

Пример 8 осуществляют по примеру 6 с применением 225 г битума БНД 90/130, 525 г битума БНН 80/120, 15 г (2%) нефтеполимерной смолы СПП, 11,2 г альфа-олефинов (1,5%) и 250 г серы. Получают 1026,2 г серобитума.

Пример 9 осуществляют по примеру 6 при температуре 150-160°С с применением 180 г битума БНД 90/130, 720 г битума БНН 80/120, 9 г (1%) нефтеполимерной смолы Сполак, 27 г (3%) альфа-олефинов и 100 г серы. Получают 1036 г серобитума.

Физико-механические свойства серобитума
№ примера	Показатели
Глубина проникновения иглы, 0,1 мм, при 25°С	Температура размягчения, °С	Температура хрупкости, °С	Сцепление с мрамором
1	120	43	-23	№1
2	95	45	-22	№1
3	90	45	-20	№1
4	90	48	-20	№1
5	91	46	-20	№1
6	90	44	-22	№1
7	95	46	-19	№1
8	90	44	-20	№1
9	100	46	-18	№1
10	105	43	-17,5	№1
БНД 90/130	95	45	-22	№2
БНН 80/120	100	45	-4	№2

Исследование свойств серобитумного вяжущего проводили по ГОСТ: глубина проникновения иглы в вяжущее, ГОСТ 11501; температура размягчения по кольцу и шару, ГОСТ 11506; температура хрупкости (морозостойкость), ГОСТ 11507 с добавлением по п.3.2; сцепление с мрамором (адгезия), ГОСТ 11508-74 с изменением №1, 1979 г.

Способ получения серобитумного вяжущего, включающий смешивание компонентов - расплавленного битума и серы при нагревании при температуре 140-180^оС, отличающийся тем, что в расплавленный битум предварительно добавляют 1-5 мас.% стирольно-дициклопентадиен-инденовой смолы или алкадиен-стирольно-дициклопентадиен-инденовой смолы и 1-5 мас.% высокомолекулярных углеводородов - альфа-олефинов фракционного состава С₂₀-С₂₆ с температурой плавления 38-40^оС и/или индустриального масла - нефтяного масла с вязкостью 5-50 мм²/с при 50^оС и перемешивают в течение 0,5 ч, затем порциями добавляют серу в массовом соотношении с битумом 10-50 : 90-50 соответственно и перемешивают еще 2 ч.