Битумная композиция и способ её получения

Группа изобретений относится к химической промышленности, а именно к производству битумных композиций для защитного герметизирующего покрытия, используемого при дорожном строительстве, а также к составам битумных композиций. Способ производства битумной композиции, включающий этапы, на которых нагревают битум нефтяной дорожный до температуры 130-145^°С, и диспергируют его в коллоидной мельнице в водном растворе эмульгатора катионного типа с рН=2,0-2,4, нагретого до температуры 57-61^°С, до достижения эмульсии с размерами капель битума 0,001-0,02 мм. Добавляют в полученную эмульсию хлорид кальция в качестве стабилизатора, получаемый состав помещают в накопительную ёмкость с подогревом. Затем получаемый состав при температуре 85-95^°С смешивают в коллоидной мельнице отдельно с каждой новой добавкой: с водным раствором силановой адгезионной добавки на основе кремнеорганических соединений, с резиновой крошкой, получаемой из отработанных автомобильных покрышек, со сланцевой глиной, с гранитным песком. Композиции по изобретению обладают прочностью, аналогичной основному полотну, повышенной адгезией даже на запыленных покрытиях и отсутствием усадки. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Группа изобретений относится к химической промышленности, а именно к производству битумных композиций для защитного герметизирующего покрытия, используемого при дорожном строительстве и к самим составам. Составы, полученные предлагаемым способом используются для ремонта трещин (глубиной и шириной до 10 мм) и небольших выбоин (глубиной до 10 мм и площадью до 10 кв.см) в асфальтовых (асфальтобетонных) покрытиях для воспрепятствования попадания в них воды, и, как следствие, предотвращения их дальнейшего разрушения в зимний период.

Из уровня техники известны следующие решения.

Известен способ приготовления резинобитумной мастики, включающий разогрев битума до температуры 90÷120°С в теплоизолированной емкости, добавление резиной крошки и полиэтилена, при этом в теплоизолированную емкость в битум добавляют только резиновые крошки в количестве 10÷20% масс и их перемешивают, а в дополнительную теплоизолированную герметичную емкость засыпают полиэтилен в количестве 1÷2% масс и заливают подаваемой самотеком смесью битума с резиновой крошкой, потом полученную смесь подогревают дополнительно до температуры 130÷170°С и при помощи шестеренчатого насоса осуществляют многократную рециркуляцию смеси через теплоизолированную емкость (патент РФ № 2525487, опубликовано 20.08.2014).

Недостаток известного способа заключается в том, что мастика предназначена только для ремонта кровель, с использованием теплового оборудования, и не позволяет выполнять задачи продления службы асфальтовых покрытий дорог, т.к. снижает до 0 сцепные качества покрытия, необходимые для обеспечения безопасного движения автомобилей и пешеходов.

Известна битумная мастика, включающая битум, блок-сополимер бутадиена со стиролом и адгезионную добавку, отличающаяся тем, что в качестве адгезионной добавки композиция содержит малеинизированный низкомолекулярный полибутадиен с содержанием связанного малеинизированного ангидрида 12÷21 мас.%, имеющий динамическую вязкость при 25°С 10÷100 Па·с (патент РФ № 2226203, опубликовано 27.03.2004).

Недостаток известного состава состоит в том, что мастика предназначена для изготовления кровельных, гидроизоляционных материалов, герметиков и не предназначена для применения на шероховатых слоях дороги, т.к. снижает до 0 сцепные качества покрытия, необходимые для обеспечения безопасного движения автомобилей и пешеходов.

Также известны изоляционная битумно-полимерная мастика и способ её производства (патент РФ № 2241897, опубликован 10.12.2004). Способ включает смешивание битумов, термоэластопласта, пластификатора и наполнителя, при этом смешивание компонентов мастики производят следующим образом: вначале приготавливают смесь из дорожного и изоляционного битумов или строительного битума, затем путем нагрева до температуры 160÷170°С обезвоживают эту смесь, подают смесь битумов в смеситель и добавляют в последний пластификатор, полученную смесь перемешивают при температуре 165÷175°С в течение 2,5÷3,5 ч до полного растворения пластификатора, далее добавляют наполнитель, например резиновую крошку, и перемешивают полученную смесь 25÷35 мин, после чего продолжают перемешивание и добавляют нефтеполимерную смолу, модификатор, адгезионную добавку и термоэластопласт. Изоляционная битумно-полимерная мастика включает смесь битумов, термоэластопласт, пластификатор и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве битумов использована смесь битумов БНД-60/90 и БНИ-4 или БН -70/30, в качестве термоэластопласта использован дивинилстирольный термоэластопласт, а в состав мастики дополнительно введены модификатор, нефтеполимерная смола и адгезионная добавка, при этом мастика имеет следующий состав компонентов, мас.%:

битум БНД-60/90 8,5÷90, битум БНИ-4 1÷20 или битум БН-70/30 1÷90,

дивинилстирольный термоэластопласт 1,5÷5,

пластификатор 1÷5,

наполнитель 1÷8,

нефтеполимерная смола 2÷8,

адгезионная добавка 0,3 ÷1,5,

модификатор 1÷6.

Недостаток известного состава и способа его получения заключается в том, что мастика предназначена для противокоррозионных защитных покрытий подземных трубопроводов и не позволяет выполнять задачи продления службы асфальтовых покрытий дорог, т.к. снижает до 0 сцепные качества покрытия, необходимые для обеспечения безопасного движения автомобилей и пешеходов.

Техническая проблема, решаемая заявленной группой изобретений заключается в необходимости создания пластичного и устойчивого состава для возможности ремонта мелких трещин (до 10 мм в глубину и длину) и предотвращения дальнейшего разрушения дорожного покрытия.

Техническим результатом патентуемого решения является получение композиции, имеющей прочность, аналогичную основному полотну, повышение адгезии, даже на запыленных покрытиях, отсутствие усадки. Покрытие, со временем приобретает цвет основного полотна, что улучшает эстетику.

Заявленный технический результат достигается за счет способа производства битумной композиции и полученного указанным способом состава.

Способ производства битумной композиции, включающий этапы, на которых нагревают битум нефтяной дорожный до температуры 130÷145⁰С, и диспергируют его коллоидной мельницой в водном растворе эмульгатора катионного типа с рН=2,0÷2,4, нагретого до температуры 57÷61⁰С, до достижения эмульсии с размерами капель битума 0,001÷0,02 мм, где водный раствор эмульгатора катионного типа содержит блок-сополимер бутадиена и стирола (1,4%), 35%-ную соляную кислоту (0,17%) и техническую воду – остальное; добавляют в полученную эмульсию стабилизатор (хлорид кальция, 0,2%). Получаемые составы собираются в накопительной ёмкости с подогревом. Затем полученный состав смешивают при температуре 85÷95⁰С в коллоидной мельнице с водным раствором силановой адгезионной добавки на основе кремнеорганических соединений, полученный состав смешивают в колоидной мельнице с резиновой крошкой фракция 0,01÷0,5 мм, получаемой из отработанных автомобильных покрышек, полученный состав смешивают в коллоидной мельнице со сланцевой глиной, полученный состав подают в коллоидную мельницу и смешивают в ней с гранитным песком фракция 1,0÷3,0 мм, при этом температура каждого состава составляет 85÷95⁰С, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум нефтяной дорожный –	21,0÷29,0
эмульгатор –	0,2÷0,3
соляная кислота (35%) –	0,1÷1,0
хлорид кальция –	0,1÷0,2
адгезионная добавка –	0,8÷1,4
резиновая крошка –	2,0÷6,5
сланцевая глина –	2,2÷2,9
гранитный песок –	3,0÷39,5
вода –	остальное

В частном случае осуществления изобретения в качестве стабилизатора используется хлорид кальция.

В частном случае осуществления изобретения в качестве адгезионной добавки используется силановая адгезионная добавка на основе кремнеорганических соединений.

Битумная композиция, содержащая битум нефтяной дорожный, эмульгатор катионного типа с рН=2,0÷2,4 и включающий в себя воду техническую, блок-сополимер бутадиена и стирола и 35%-ную хлористоводородную кислоту, при этом размер капель битума в эмульсии составляет 0,001÷0,02 мм, водный раствор адгезионной добавки, резиновые крошки с размером частиц 0,01÷0,5 мм, получаемые из отработанных автомобильных покрышек, сланцевая глина, гранитный песок с размером частиц 1,0-3,0 мм, пигмент чёрный.

В частном случае осуществления изобретения битумная композиция используется в качестве защитного герметизирующего покрытия для асфальта и имеет следующий состав компонентов, мас.%

- битум дорожный БНД 90/130– 28,6%

- эмульгатор – 0,25%

- соляная кислота (35%) – 0,13%

- хлорид кальция – 0,18%

- адгезионная добавка – 1,36%

- резиновая крошка - 2,2%

- сланцевая глина – 2,88

- гранитный песок 3,4%

- вода – 61%

В частном случае осуществления изобретения битумная композиция используется в качестве мастики для заполнения трещин в асфальте и имеет следующий состав компонентов, мас.%

- битум дорожный БНД 60/90 – 21,2%

- эмульгатор – 0,18%

- соляная кислота (35%) – 0,9%

- хлорид кальция – 0,11%

- адгезионная добавка – 0,85%

- резиновая крошка – 6,46%

- сланцевая глина – 2,2

- гранитный песок 39,2%

- вода – 29%

Битум дорожный марки БНД 90/130 или БНД 60/90, нагретый до температуры 130-145⁰С (в зависимости от пенетрации битума), диспергируется при помощи коллоидной мельницы в водный раствор эмульгатора катионного типа, нагретый до температуры 57-61⁰С, включающий в себя воду техническую, блок-сополимер бутадиена и стирола (SBS) и хлористоводородную (соляную) кислоту HCL (35%).

pH водного раствора эмульгатора – 2,0 – 2,4.

БНД означает «битум нефтяной дорожный», цифры-дроби 60/90, 90/130 и т.д. указывают на допустимые для марки пределы показателей глубины проникания стандартной иглы при 25°С, косвенно характеризующие вязкость битума.

Размер капель битума в эмульсии после прохождения коллоидной мельницы должен находиться в диапазоне от 0,001 до 0,02 мм.

Для повышения устойчивости и предотвращения набухания капель битума, вызываемого обратным осмосом, в эмульсию может быть добавлен в качестве стабилизатора хлорид кальция.

В полученной катионной эмульсии положительно заряженные ионы ориентируются на поверхности битумных капель. Отрицательно заряженные ионы хлорида притягиваются к поверхности положительными зарядами, и в эмульсии формируется электрический двойной слой. Это оказывает сильное влияние на устойчивость и вязкость эмульсии.

Температура полученной эмульсии не должна достигать 100⁰С в процессе производства и должна поддерживаться в интервале 85-95⁰С. Во избежание местного перегрева температурную разность между битумом и раствором эмульгатора следует поддерживать настолько низкой, насколько это возможно. Однако битум должен быть достаточно горячим для подачи насосом либо самотёком.

Полученный состав заново подаётся в коллоидную мельницу и смешивается в ней с водным раствором адгезионной добавки STARDOPE-580 (Силановая адгезионная добавка на основе кремнеорганических соединений).

Далее каждый новый полученный состав также подаётся в коллоидную мельницу, куда последовательно добавляются резиновая крошка фракция 0,01-0, 5, получаемая из отработанных автомобильных покрышек, сланцевая глина, гранитный песок фракция 1,0-3,0 мм, пигмент чёрный Байферрокс 330. Смешивание получаемой композиции происходит по мере прохождения компонентов через коллоидную мельницу, и по времени зависит от мощности мельницы и количества смешиваемых компонентов.

На данном этапе смешивание производится без дополнительного нагрева.

Получаемые составы собираются в накопительной ёмкости и оттуда заново подаются в коллоидную мельницу. Таким образом в получаемую композицию добавляются последовательно все необходимые компоненты.

В результате получается густая жидкая масса чёрного цвета, являющаяся защитным герметизирующим покрытием.

Полученный состав разливается в металлическую или пластмассовую тару с плотно закрывающейся крышкой, ограничивающей контакт продукта с атмосферным воздухом и солнечным светом.

Срок хранения состава при температуре воздуха не ниже +5⁰С – 6 месяцев.

Предлагаемым способом производят холодную битумную мастику «Мастика 05» а также защитное герметизирующее покрытие «Защита 02», которые отличатся только процентным соотношением компонентов и используемой маркой битума. Эмпирический подбор компонентов позволяет сделать ремонт наиболее эффективным.
Талица 1. Характеристики материала, получаемого заявленным способом в зависимости от количественного состава для холодной битумной мастику «Мастика 05» и защитного герметизирующего покрытия «Защита 02».

Наименование показателя	Защита 02	Мастика 05
Теплостойкость, °С, не менее	90	90
Условная вязкость, мм	100-120	140-180
Эластичность при 25°С, не менее	80	70
Гибкость на брусе диаметром 10 мм при температуре 15°С	Нет трещин	Нет трещин
Условная прочность при разрыве , Мпа, не менее	0,2	0,2
Температура хрупкости, °С, не выше	-5	-5

Верхнее защитное герметизирующее покрытие для асфальта имеет следующий состав компонентов (условное название “Защита 02”), мас.%

- битум марки БНД 90/130 – 28,6%

- эмульгатор – 0,25%

- соляная кислота (35%) – 0,13%

- хлорид кальция – 0,18%

- адгезионная добавка – 1,36%

- резиновая крошка - 2,2%

- сланцевая глина – 2,88

- гранитный песок 3,4%

- вода – 61%.

Холодная битумная мастика (условное название “Мастика 05”) имеет следующий состав компонентов, мас.%

- битум дорожный марки БНД 60/90 – 21,2%

- эмульгатор – 0,18%

- соляная кислота (35%) – 0,9%

- хлорид кальция – 0,11%

- адгезионная добавка – 0,85%

- резиновая крошка – 6,46%

- сланцевая глина – 2,2

- гранитный песок 39,2%

- вода – 29%

После заполнения трещины или выбоины в асфальтобетоне «Мастикой 05» вода из неё испаряется, и в месте бывшего разрушения образуется прочная, достаточно эластичная пломба из битума с минеральными наполнителями, которая обеспечивает прочное сцепление со стенками трещины или выбоины и тем самым герметизацию отремонтированных разрушений, защищая их от воды.

После ремонта разрушений «Мастикой 05» производят поверхностную герметизацию всей площадки защитным герметизирующим покрытием «Защита 02» в целях придания всему участку красивого внешнего вида и дополнительной герметизации асфальта.

Таким образом, эмпирический подбор компонентов позволяет сделать ремонт наиболее эффективным. Характеристики составов приведены в Таблице 1.

Предлагаемый состав защитного покрытия и способ его производства отличается от аналогичных тем, что:

а) используется в холодном виде в то время, как применение аналогов требует специального теплового оборудования (гудронаторы, газовые горелки и др.). Соответственно, не требуются специально подготовленные специалисты;

б) в отличие от холодного асфальта может применяться для ремонта мелких трещин и выбоин;

в) не имеет в своём составе агрессивных, с сильным запахом растворителей и, в результате, не загрязняет окружающую среду, не имеет неприятного запаха, не требует специальных средств защиты дыхания. Не горит.

1. Способ производства битумной композиции, включающий этапы, на которых нагревают битум нефтяной дорожный до температуры 130-145°С, диспергируют его коллоидной мельницей в водном растворе эмульгатора катионного типа с рН=2,0-2,4, нагретого до температуры 57-61°С, до достижения эмульсии с размерами капель битума 0,001-0,02 мм, добавляют в полученную эмульсию стабилизатор хлорид кальция, получаемый состав помещают в накопительную ёмкость с подогревом, далее полученный состав смешивают при температуре 85-95°С в коллоидной мельнице с водным раствором силановой адгезионной добавки на основе кремнеорганических соединений, полученный состав смешивают в коллоидной мельнице с резиновой крошкой (фракция 0,01-0,5 мм), получаемой из отработанных автомобильных покрышек, полученный состав смешивают в коллоидной мельнице со сланцевой глиной, полученный состав подают в коллоидную мельницу и смешивают в ней с гранитным песком (фракция 1,0-3,0 мм), при этом температура каждого получаемого состава составляет 85-95°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум нефтяной дорожный	21,0-29,0
эмульгатор	0,18-0,25
хлорид кальция	0,1-0,2
адгезионная добавка	0,8-1,4
резиновая крошка	2,0-6,5
сланцевая глина	2,2-2,9
гранитный песок	3,0-39,5
вода	остальное

2. Способ по п.1, в котором в качестве стабилизатора используется хлорид кальция.

3. Способ по п.1, в котором полученный состав смешивают в коллоидной мельнице с пигментом черным.

4. Битумная композиция для использования в качестве защитного герметизирующего покрытия, содержащая битум нефтяной дорожный 21,0-29,0 мас.%, эмульгатор катионного типа 0,18-0,25 мас.% с рН=2,0-2,4 и включающий в себя воду техническую, блок-сополимер бутадиена и стирола и 35%-ную хлористоводородную кислоту, при этом размер капель битума в эмульсии составляет 0,001-0,02 мм, водный раствор силановой адгезионной добавки на основе кремнеорганических соединений 0,8-1,4 мас.%, резиновые крошки 2,0-6,5 мас.%, с размером частиц 0,01-0,5 мм, получаемые из отработанных автомобильных покрышек, сланцевая глина 2,2-2,9 мас.%, гранитный песок 3,0-39,5 мас.% с размером частиц 1,0-3,0 мм, хлорид кальция 0,1-0,2 мас.%, вода остальное.

5. Битумная композиция по п.4, причем битумная композиция используется в качестве защитного герметизирующего покрытия для асфальта и имеет следующий состав компонентов, мас.%:

битум дорожный БНД 90/130	28,6
эмульгатор	0,25
хлорид кальция	0,18
адгезионная добавка	1,36
резиновая крошка	2,2
сланцевая глина	2,88
гранитный песок	3,4
вода	остальное

6. Битумная композиция по п.4, причем битумная композиция используется в качестве мастики для заполнения трещин в асфальте и имеет следующий состав компонентов, мас.%:

битум дорожный БНД 60/90	21,2
эмульгатор	0,18
хлорид кальция	0,11
адгезионная добавка	0,85
резиновая крошка	6,46
сланцевая глина	2,2
гранитный песок	39,2
вода	остальное