Концентрат резинобитумного вяжущего
Изобретение относится к нефтехимии, а именно к модифицированию битумных вяжущих полимерами, и может быть использовано при получении асфальтобетонов, гидроизоляционных покрытий и мастик для строительных работ. Концентрат резинобитумного вяжущего имеет сухую гранулированную форму и содержит компоненты, взятые в мас. %: активный резиновый порошок фракции от 0 до 0,63 мм в количестве - 10-50; компонент пластифицирующий в количестве - 10-50; битум нефтяной дорожный в количестве - 10-50; стабилизирующая добавка в количестве - 0-50; минеральный порошок в количестве - 0-10. Изобретение позволяет получить концентрат резинобитумного вяжущего. 1 табл.
Изобретение относится к нефтехимии, а именно, к модифицированию битумных вяжущих полимерами, и может быть использовано при получении асфальтобетонов, гидроизоляционных покрытий и мастик для строительных работ.
Из уровня техники известно полимерно-битумное вяжущее по патенту РФ 2181733, которое содержит в качестве полимерного модификатора низкоокисленный атактический полипропилен - АПП (0,3-10,0 мас. %) и битум или его смесь с карбоцепными полимерами (90,0-99,7 мас. %). Низкоокисленный атактический полипропилен имеет средневязкостную молекулярную массу 22000-29000 и содержит 0,20-0,34 мол.% карбонильных групп, получаемых окислением расплава АПП кислородом воздуха. Полученное битумно-полимерное вяжущее обладает высокими адгезионно-когезионными свойствами к полярным материалам (бетону, стали и минеральным наполнителям), повышенными теплостойкостью и стойкостью к термоокислительному старению.
Также известно полимерно-битумное вяжущее по патенту РФ 2562496, которое включает битум и мастичную композицию, содержащую асфальт, 94-97-процентный раствор серной кислоты и смесь диеновых углеводородов производства бутадиена и изопрена. Мастичная композиция дополнительно содержит ароматический экстракт селективной очистки нефтяных дистиллятов, образующий в смеси с асфальтом асфальтовую композицию, компоненты которой взяты в соотношении, мас. %: экстракт - 15-20, асфальт - остальное. Мастичная композиция дополнительно содержит полиметилсилоксановую жидкость при следующем соотношении компонентов, мас. %: асфальтовая композиция - 84-88, раствор кислоты - 7-9, смесь диеновых углеводородов производства бутадиена и изопрена - 3,5-6, полиметилсилоксановая жидкость - 1-2. Вяжущее дополнительно включает асфальтовую композицию. Компоненты ПБВ взяты при следующем соотношении, мас. %: мастичная композиция - 20-30, асфальтовая композиция - 30, битум - остальное. Результат заключается в снижении «старения» дорожного покрытия на основе ПБВ и повышении долговечности.
Недостатками известных аналогов является то, что они представляют собой готовое модифицированное вяжущее (ПБВ), которое хранится в жидком виде и при высоких температурах, что требует особых условий его хранения и транспортировки. Также готовое модифицированное вяжущее имеет ограниченный срок жизни (не более 14 дней) это связано в первую очередь со сроками его хранения при высоких температурах (происходит крайне негативный процесс окисления битума под воздействием высоких температур), требует особые условия хранения - необходимо перемешивание ПБВ, чтобы исключить его расслоение и требует особых условия транспортировки - перевоз ПБВ осуществляется в специальных термосах.
Техническая проблема заключается в создании концентрата резинобитумного вяжущего.
Технический результат заключается в реализации назначения концентрата резинобитумного вяжущего.
Технический результат достигается также в концентрате резинобитумного вяжущего, имеющего сухую гранулированную форму и содержащего компоненты, взятые в масс. %: резиновый порошок фракции от 0 до 0,63 мм в количестве - 10-50; компонент пластифицирующий в количестве - 10-50; битум нефтяной дорожный в количестве - 10-50, стабилизирующая добавка в количестве - 0-50; минеральный порошок в количестве 0-10.
Заявленное изобретение не является готовым модифицированным битумным вяжущим, это именно концентрат (модификатор) с помощью которого, добавляя его в битум можно получить модифицированное битумное вяжущее, добавляя в асфальтобетонную смесь получить модифицированный асфальтобетон.
Предлагаемый состав - это концентрат (модификатор) который имеет сухую гранулированную форму и хранится при естественных условиях. В связи с этим: имеет срок жизни более 1 года, не подвержен старению (окислению битума), не требует особых условий хранения и транспортировки. Такой подход не требует создания дополнительных заводов по модификации битума и не требует модернизации асфальтобетонного завода для его применения.
Конечным результатом применения модификатора является получение модифицированного вяжущего или модифицированных асфальтобетонов, свойства которых регламентированы нормативно-технической документацией. Так как исходные материалы для приготовления резинобитумного вяжущего и модифицированных асфальтобетонов - вяжущее и каменные материалы могут отличаться марками и иметь значительный разброс исходных параметров (так как даже в рамках одной марки, нормативной документацией допускается разброс параметров в определенном диапазоне) - предлагаемый к патентованию состав имеет диапазон долей компонентов, позволяющий создать модификатор для всего спектра материалов, применяемых для производства модифицированного вяжущего и модифицированных асфальтобетонов, таким образом, чтобы его применение обеспечивало параметры получаемого модифицированного вяжущего и модифицированного асфальтобетона, требованиям существующей нормативно-технической документации.
Каждый из компонентов модификатора может применяться в предлагаемом диапазоне, чтобы обеспечить соответствие нижеперечисленных параметров требованиям нормативно-технической документации:
| № | компонент | Достигаемый ТР в модифицированном вяжущем | Достигаемый ТР в модифицированном асфальтобетоне |
| Резиновый порошок фракции от 0 до 0,63 мм | расширение интервала пластичности | Стойкость к образованию колеи | |
| Компонент пластифицирующий | Величина пенетрации | трещеностойкость | |
| Битум нефтяной дорожный | Является технологической добавкой, обеспечивающей грануляцию смеси и влияет на коэффициент агломерации модификатора. | ||
| Стабилизирующая добавка | Не применяется | Коэффициент стекания | |
| Минеральный порошок | Является технологической добавкой и применяется для снижения индекса агломерации гранулы. |
Существует два способа ввода концентрата в асфальтобетонную смесь - сухой и мокрый:
При сухом способе концентрат вводится в асфальтобетонную смесь непосредственно в момент ее приготовления на асфальтобетонном заводе (АБЗ) для этих целей, как правило, используется линия подачи стабилизирующей добавки.
При мокром способе - в битум, с приготовлением модифицирующего вяжущего, которое в свою очередь используется для приготовления модифицированных асфальтобетонных смесей на АБЗ.
Применение концентрата позволяет получить асфальтобетонную смесь соответствующую требованиям современной НТД. Способ модификации, в случае с концентратом - возможен сухой и мокрый способ модификации.
Так в случае применения концентрата сухим способом: при приготовлении асфальтобетонных и щебеночно-мастичных (ЩМА) смесей, модификация производится непосредственно при приготовлении асфальтобетонных смесей путем добавления концентрата через линию подачи стабилизирующей добавки. Время модификации соизмеримо со временем приготовления асфальтобетонных и щебеночно-мастичных смесей и составляет порядка 20-30 секунд. Это наиболее предпочтительный и востребованный метод модификации вяжущего.
При мокром способе: модификация нефтяного дорожного битума может производится путем добавления концентрата непосредственно в битумное хранилище, оборудованное механической мешалкой или циркуляционным насосом. Полное растворение концентрата происходит за время, не превышающее 60 мин в диапазоне температур 170-180°С. В дальнейшем хранение вяжущего, модифицированного концентратом не отличается от хранения ПБВ. Данный метод обладает гораздо меньшими преимуществами и может быть использован, например, для оценки в лабораторных условиях вяжущего на соответствие требованиям действующих стандартов.
Концентрат резинобитумного вяжущего, представляет собой смесь имеющую сухую гранулированную форму и содержащую компоненты, взятые в масс. %:
- резиновый порошок фракции от 0 до 0,63 мм в количестве 10-50;
- компонент пластифицирующий в количестве 10-50;
- битум нефтяной дорожный в количестве 10-50;
- стабилизирующая добавка в количестве 0-50;
- минеральный порошок в количестве 0-10.
Материалы, используемые для приготовления заявленного концентрата взяты в определенной пропорции. Данные интервалы значений регулируют качество изготовляемого материала и непосредственно влияют на достижение технического результата (реализацию назначения), а именно:
А) резиновый порошок фракции от 0 до 0,63 - в количестве от 10 до 50 массовых частей
10 - минимальное количество РП в модификаторе, при котором модифицированный асфальтобетон показывает ФМХ выше пределов погрешности в сравнении с не модифицированном асфальтобетоном.
50 - содержание РП в модификаторе выше 50% повышает вязкость модифицированного вяжущего до уровня, при котором асфальтобетонная смесь становится технологически непригодной.
Б) Применение компонента пластифицирующего - в количестве от 10 до 50 массовых частей,
10 - минимальное количество КП необходимого для получения заданных величин индекса пенетрации модифицированного вяжущего;
50 - минимальное количество КП необходимого для получения заданных величин индекса пенетрации модифицированного вяжущего.
В) Битум нефтяной дорожный - в количестве от 10 до 50 массовых частей
10 - минимальное количество битума, которое будет способствовать грануляции модификатора, а также способствовать распределению модификатора в битумном вяжущем за время не превышающее время приготовления АБС.
50 - максимальное количество битума в модификаторе, при котором модификатор сохраняет гранулированную форму при заданных условиях хранения.
Г) Стабилизирующая добавка - в количестве от 0 до 50 массовых частей;
0 - отсутствие СД в модификаторе позволяет получить модификатор, способный модифицировать не только АБС но и битумное вяжущее.
50 - максимальное количество СД, которое может быть востребовано для стабилизации высоконасыщенных битумом АБС.
Д) Минеральный порошок - в количестве от 0 до 10 массовых частей;
0 - в случае, если сочетание остальных компонентов модификатора позволяет получит материал не подверженный слеживаемости - МП не применяется.
10 - максимальное количество МП способной удержаться на гранулах модификатора.
Также при изготовлении концентрата возможны варианты применения различных материалов:
Для КРБВ - концентрат резинобитумного вяжущего в качестве резинового порошка может использоваться активный резиновый порошок фракции от 0 до 0,63 мм;
В качестве битума нефтяного дорожного может использоваться:
- Битум нефтяной дорожный БНД 40/60,
- Битум нефтяной дорожный БНД 60/90,
- Битум нефтяной дорожный БНД 90/130,
- Битум нефтяной дорожный вязкий БНД 50/70,
- Битум нефтяной дорожный вязкий БНД 70/100,
- Битум нефтяной дорожный вязкий БНД 100/130.
В качестве стабилизирующей добавки может использоваться целлюлозное, асбестовое и базальтовое волокно;
В качестве минерального порошка может использоваться:
- Известь строительная гидратная,
- Каолин,
- Микроволластонит (Миволл),
- Мел.
Исходное сырье поступает на склад сырья где проходит входной контроль на соответствие паспортам данным и требованиям завода изготовителя.
Дозирование исходного сырья в простейшем случае представляет собой ручное или автоматическое дозирование каждого компонента в количестве необходимом для одного замеса. Для автоматизации процесса можно предусмотреть дозаторы сыпучих и жидких материалов, которые управляются автоматической системой управления технологическим процессом (АСУТП) и обеспечивают требуемый состав концентрата. Дозатор и АСУТП - это элементы технологической линии, направленные на автоматизацию процесса. Данные элементы могут быть исключены (оба или по отдельности) и это никак не повлияет на конечный результат (продукт), просто добавится ручной труд.
После дозирования (из дозаторов), сырье в необходимом количестве поступает в резиносмеситель, где происходит смешение и гомогенизация компонентов. Смешение компонентов возможно в резиносмесителе периодического действия, закрытого типа, тихоходном или быстроходным. Рабочими органами таких смесителей являются два ротора, помещенные в камеру и вращающиеся навстречу друг другу. Камера имеет окна для загрузки компонентов и выгрузки готовой смеси. Во время приготовления смеси окна закрываются защитными механизмами. Объем резиносмесителя - 70-90 литров. Цикл смешения - не более 6 минут при температуре не выше 90°С.
Для подачи смеси в линию гранулирования, необходимо готовую смесь из резиносмесителя спрофилировать в полосу или жгут. Конкретный профиль и размеры зависят от конструкции и производительности линии гранулирования. Имеется опыт профилирования в полосу размером 120×15 мм.
Для профилирования могут быть использованы резиносмесительные вальцы или червячный экструдер холодного типа действия. Производительность линии профилирования должна быть равной или кратной производительности резиносмесителя. Конструктивное выполнение линии профилирования - не влияет на конечный результат (продукт).
После профилирования смесь поступает на экструдер, имеющий одну или более зон охлаждения в диапазоне 30-100 градусов, оборудованную датчиками температуры с возможностью поддержания заданной температуры в зонах экструдера. Экструдер также имеет устройство торцевой резки гранул на фильере с системой охлаждения и нагрева, с возможностью поддержания заданной температуры.
Гранула в процессе резки на фильере слипается, для исключения слипания - необходимо в камеру резки подавать минеральный порошок. Далее гранула должна транспортироваться пневмотранспортом на вибросито. Рабочие органы воздуходувки и циклона разбивают слипшуюся, опудренную гранулу. Длина линии пневмотранспорта должна быть подобрана таким образом, чтобы обеспечить остывание гранулы до попадания на вибросито закрытого типа с устройством дополнительного опудривания гранул. Гранулы дополнительно опудриваются в количестве, не превышающем 3% от их массы.
Концентрат резинобитумного вяжущего, имеющий сухую гранулированную форму и содержащий компоненты, взятые в мас. %:
- активный резиновый порошок фракции от 0 до 0,63 мм в количестве - 10-50;
- компонент пластифицирующий в количестве - 10-50;
- битум нефтяной дорожный в количестве - 10 - 50;
- стабилизирующая добавка в количестве - 0 - 50;
- минеральный порошок в количестве - 0 - 10.
