Битумополимерный материал и способ его получения
Владельцы патента RU 2355723:
Хазипов Рифкат Завдатович (RU)
Горбачев Николай Геннадьевич (RU)
Косоренков Дмитрий Иванович (RU)
Изобретения относятся к области органических вяжущих веществ, герметиков, мастик, пропиточных материалов, используемых в строительстве, ремонте автомобильных дорог, аэродромов, гидротехнический сооружений, гидроизоляции металлических конструкций, при изготовлении кровельных изделий, а также к области их производства. Изобретение касается битумополимерного материала, содержащего битум, пластификатор, полимер, в качестве полимера используют смесь этиленпропиленового синтетического каучука СКЭПТ с дивинилстирольным термоэластопластом при соотношении компонентов в ч.:
Также изобретение касается способа получения битумополимерного материала. 2 н.п. ф-лы, 3 табл.
Битумополимерный материал относится к области органических вяжущих веществ, герметиков, мастик, пропиточных материалов, используемых в строительстве, ремонте автомобильных дорог, аэродромов, гидротехнических сооружений, гидроизоляции, антикоррозионной защите металлических конструкций, трубопроводов, при изготовлении кровельных изделий и при обустройстве кровли, способ его получения относится к области их производства.
Известен битумополимерный материал, содержащий битум, термоэластопласт, пластификатор и наполнитель: нефтеполимерную смолу и адгезионную добавку (см. патент №2241897).
Кроме того, известен также битумосодержащий материал, в состав которого включены битум, синтетический каучук, наполнитель, растворитель, оксиэтилированный моноалкилфенол (см. патент РФ №2220171, C08L 95/00 2002 г.).
Эти материалы могут быть использованы в качестве вяжущего вещества в различных асфальтобетонах в дорожном строительстве, а также в качестве герметиков и мастик. Однако все они имеют один существенный недостаток. Для повышения адгезии в эти материалы добавляют в том или ином виде адгезионные добавки, зачастую являющиеся токсичными химическими соединениями, или же веществами, влияющие на структуру битума, а значит, битумополимерного материала.
Кроме того, известные материалы включают в свой состав полимерный компонент, позволяющий использовать их в своей области. Например, термоэластопласт придает материалу высокие эластичные упругие свойства, что, конечно, полезно для герметиков, мастик в большей степени, чем для вяжущих асфальтобетонов.
Другой известный материал содержит синтетический каучук, который придает вяжущим асфальтобетона высокие эксплуатационные свойства. Однако герметики и мастики, содержащие только синтетический каучук, из-за отсутствия достаточных эластичных свойств не отвечают требованиям, предъявляемым к этим материалам.
Целью настоящего изобретения является повышение адгезионных и эксплуатационных свойств и расширение области применения.
Для достижения этих свойств в известном битумополимерном материале, содержащем битум, пластификатор, полимер, в качестве полимера используется смесь этиленпропиленового синтетического каучука СКЭПТ с дивинилстирольными термоэластопластами при соотношении компонентов в ч.:
| Битум | 0,93-0,1 |
| Пластификатор | 0,05-0,6 |
| Синтетический каучук этиленпропиленовый СКЭПТ | 0,01-0,15 |
| Дивинилстирольный термоэластопласт | 0,01-0,15 |
Предложенный битумополимерный материал можно получать следующим предлагаемым способом получения.
Указанный способ может быть использован не только для получения предлагаемого битумополимерного материала, но и других видов битумной продукции.
Известны способы получения битумополимерных вяжущих, включающие совмещение битума с полимером, добавление различных присадок и наполнителей (см. патент РФ №2220171, №2152412, №2241897, C08L 95/00).
Полученные по этим способам материалы применяются в дорожной и строительной областях для различных работ.
Однако эти приемы не могут быть использованы для получения предлагаемого битумополимерного материала, т.к. не учитывают специфику совмещения синтетического каучука и термоэластопласта с битумом. Кроме того, на выходе конечный продукт не всегда стабилен по своим свойствам, т.к. имеет неодинаковую структуру из-за отсутствия связи полимера и битума.
Целью настоящего способа является производство предлагаемого битумополимерного материала, а также повышение качества продукта.
Для достижения этой цели в известном способе получения битумополимерного материала, включающем совмещение битума, пластификатора и полимера, синтетический каучук, этиленпропиленовый СКЭПТ, составляющий часть полимера, растворяют в пластификаторе при температуре 50-160°С в течение 8-12 часов, полученный раствор совмещают с битумом при температуре 180-200°С в течение 0,1-0,5 часа, в полученную массу добавляют оставшуюся часть полимера - дивинилстирольный термоэластопласт и совмещают при температуре 160-180°С в течение 1,5-2 часа, перед выгрузкой продукта снижают его температуру до 110-150°С при постоянном перемешивании.
Предлагаемый битумополимерный материал по предлагаемому способу получают следующим образом.
В аппарате с перемешивающим устройством и нагревателем при температуре 50-160°С в среде пластификатора, в качестве которого используется, например, индустриальное масло, растворяют мелко нарезанный синтетический каучук, этиленпропиленовый СКЭПТ в течение 8-12 часов. Во втором аппарате, также снабженном перемешивающим устройством и нагревателем, нагревают при перемешивании исходный битум. Сюда из первого аппарата подают раствор синтетического каучука в индустриальном масле. Перемешивание осуществляется при температуре 180-200°С в течение 0,1-0,5 часа до получения однородного раствора каучука в битуме и пластификаторе. Здесь получается маслонаполненный раствор каучука в битуме. Далее в этот же аппарат засыпают определенное количество дивинилстирольного термоэластопласта, который растворяют при температуре 160-180°С в течение 1,5-2 часа до получения однородной массы. Перед выгрузкой готовый битумополимерный материал перемешивают при понижении температуры. Данная последняя операция позволяет исключить разделение битума и полимера, «кристаллизацию» битума. Достигается полное совмещение битума и полимера, однородность битумополимерного материала.
Сырьем и компонентами для производства битумополимерного материала могут быть следующие материалы:
| Битум | ГОСТ 22245-90, 6617-76 |
| Пластификатор | |
| - масло индустриальное И-20А | ГОСТ 20799-88 |
| - гудрон | ТУ 38.101582-88 |
| Термоэластопласт | |
| дивинилстирольный ДСТ-30-01 | ТУ 38.103267-99 |
| Каучук синтетический СКЭПТ | ТУ 2294-035-05766801-95 |
Битумополимерные материалы, полученные по предлагаемому способу и рецепту, могут применяться в качестве вяжущих веществ для производства асфальтобетонов, а также использоваться для изготовления мастик, герметиков для гидроизоляции железобетонных конструкций, заливки трещин в асфальтобетонных покрытиях, изготовления покровных материалов для антикоррозионной защиты металлических поверхностей, приготовления кровельных материалов, битумных лаков.
Назначение и конкретные технические показатели возможных материалов, получаемых с использованием настоящих изобретений, зависит от режимов и длительности проводимых процессов, конкретного состава, соотношений и характеристик входящих компонентов.
Суть данных изобретений отражена в следующих примерах:
Пример 1. Приготовление вяжущего вещества для производства асфальтобетона.
Процесс приготовления вяжущего по предлагаемым изобретениям состоит из двух стадий и заключается в следующих операциях:
Пластификатор, например индустриальное масло И-20А по ГОСТ 20799-88, в количестве 425 кг закачивается в аппарат с мешалкой, где при постоянном перемешивании подогревается до температуры 50°С. При этой температуре масло не обладает большой вязкостью, но имеет достаточную способность к растворению. Синтетический каучук этиленпропиленовый СКЭПТ по ТУ 2294-035-05766801-95 в количестве 75 кг, т.е. три брикета по 25 кг измельчают с помощью шнекового экструдера и полученную крошку через люк при постоянном перемешивании загружают в аппарат с мешалкой, в среду разогретого масла, где в течение 12 часов осуществляют процесс растворения. По истечении этого времени каучук полностью растворяется в масле, получается устойчивый 15% раствор синтетического каучука в масле, в пластификаторе.
Во второй аппарат с мешалкой загружают битум БНД 60/90 по ГОСТ 22245-90 в количестве 4425 кг. Битум при постоянном перемешивании разогревают до 200°С, после чего в него подают раствор синтетического каучука СКЭПТ из первого аппарата и осуществляют процесс совмещения битума и раствора в течение 0,1 часа. По истечении этого времени снижают температуру в аппарате полученной однородной массы битума, масла и каучука до 180°С и через загрузочный люк в него при постоянном перемешивании загружают термоэластопласт дивинилстирольный ДСТ-30-01 по ТУ 38103267-99 в количестве 75 кг и растворяют его при температуре 180°С в течение 1,5 часа.
После растворения и получения однородной массы температуру полученного конечного продукта снижают до 110°С при постоянном перемешивании. Эта операция позволяет повысить однородность и исключить расслоение продукта. Этому способствует сдвиговые деформации, которые возникают при перемешивании и снижении температуры.
Готовое вяжущее используют для приготовления асфальтобетонов с повышенными потребительскими свойствами.
Характеристика вяжущего и асфальтобетона приведена в таблицах 1, 2.
Пример 2. Приготовление битумной герметизирующей мастики
Пластификатор например гудрон (сырье для получения битума) по ТУ 38.101582-88, в количестве 400 кг закачивается в аппарат с перемешивающим устройством, где при постоянном перемешивании нагревается до температуры 160°С, после чего сюда же через загрузочный люк насыпается мелко измельченный в шнековой машине синтетический каучук этиленпропиленовый СКЭПТ по ТУ 2294-035-05766801-95 в количестве 100 кг (четыре брикета). При температуре 160°С измельченный каучук растворяется в гудроне в течение 8 часов при интенсивном перемешивании. Интенсивность перемешивания должна быть при вводе энергии не менее 1 кВт/1 м3.
При таких условиях получается 20% раствор каучука в гудроне.
Далее во второй аппарат с мешалкой подается битум БНД 60/90 по ГОСТ 22245-90 в количестве 4300 кг. Перемешивая битум в этом аппарате, разогревают его до температуры 180°С, подают раствор каучука из первого аппарата в количестве 500 кг, перемешивают в течение 0,5 часа, а затем через загрузочный люк засыпают в объем 200 кг дивинилстирольного термоэластопласта. Перемешивание термоэластопласта осуществляют в течение 2 часов, после получения однородной массы температуру готового продукта снижают до 150°С при постоянном перемешивании и готовую продукцию разливают в тару.
Характеристика битумного герметизирующего материала приведена в таблице 3.
| Таблица 1. | |||
| № п/п | Наименование показателя | Фактический показатель | Метод испытания ГОСТ |
| 1 | Глубина проникания иглы 0,1 мм, не менее при +25°С |
11501-78 | |
| 95 | |||
| при 0°С | 40 | ||
| 2 | Температура размягчения по КиШ, °С, не менее | 55 | 11506-73 |
| 3 | Растяжимость, см, не менее при +25°С |
11505-75 | |
| 80 | |||
| при 0°С | 30 | ||
| 4 | Температура хрупкости, °С, не ниже | -30 | 11507-78 |
| 5 | Температура вспышки, °С, не ниже | 230 | 4333-87 |
| 6 | Сцепление с мрамором или песком выдерживает образец | 11508-74 | |
| Образец №1 | метод А | ||
| 7 | Изменение температуры размягчения после прогрева, °С, не более | ||
| 4 | 18180-72 | ||
| 11506-73, п.3.3 |
| Таблица 2. | |||
| № п/п | Наименование показателя | Фактический показатель | Асфальтобетон по ГОСТ 9128-97 |
| 1 | Прочность на сжатие при 50°С R50, МПа | 2,3 | 1,0-1,3 |
| 2 | Прочность на сжатие при 20°С R20, МПа | 5,3 | 2,5 |
| 3 | Прочность на сжатие при 0°С R0, МПа | 9,0 | 9,0-11,0 |
| 4 | Прочность на сдвиг, Rs МПа | 27 | - |
| 5 | Водостойкость | 0,99 | 0,85-0,95 |
| 6 | Водонасыщение, % | 1,8 | 1,5-4,0 |
| 7 | Асфальтобетон тип Б, мелкозернистый, плотный, марки I Средняя плотность 2,5 г/см3. Состав: гранитный щебень (5-20)-45%, отсев (0-5) - 28%, песок - 16%, минеральный порошок активированный - 8%. |
| Таблица 3. | |||
| № п/п | Наименование показателя | Фактический показатель | Метод испытания ГОСТ |
| 1 | Температура размягчения по КиШ, °С, не менее | 80 | 11506-73 |
| 2 | Водонасыщение, %, не более | 01 | 25945-87 |
| 3 | Глубина проникания иглы 0,1 мм, при +25°С | 30 | 11501-78 |
| 4 | Относительное удлинение, не менее, % при 20°С |
80 | 26589-94 |
| при -20°С | 20 | ||
| 5 | Температура хрупкости, °С, не выше | -30 | 11507-78 |
| 6 | Прочность сцепления на отрыв, МПа, не менее с металлом |
0,5 | 26589-94 |
| с бетоном | 0,5 | ||
| 7 | Характер разрушения при отрыве | ||
| когезионный | 25945-87 |
1. Битумополимерный материал, содержащий битум, пластификатор, полимер, отличающийся тем, что в качестве полимера используется смесь этиленпропиленового синтетического каучука СКЭПТ с дивинилстирольным термоэластопластом при соотношении компонентов, ч.:
| Битум | 0,93-0,1 |
| Пластификатор | 0,05-0,6 |
| Синтетический каучук этиленпропиленовый СКЭПТ | 0,01-0,15 |
| Дивинилстирольный термоэластопласт | 0,01-0,15 |
2. Способ получения битумополимерного материала, включающий совмещение битума, пластификатора и полимера, отличающийся тем, что синтетический каучук СКЭПТ, составляющий часть полимера, растворяют в пластификаторе при температуре 50-160°С в течение 8-12 ч, полученный раствор совмещают с битумом при температуре 180-200°С в течение 0,1-0,5 ч, в полученную массу добавляют оставшуюся часть полимера дивинилстирольный термоэластопласт и совмещают при температуре 160-180°С в течение 1,5-2 ч, перед выгрузкой продукта снижают его температуру до 110-150°С при постоянном перемешивании.
