Асфальтовая композиция, содержащая термореактивные соединения
Изобретение может быть использовано для получения покрытия для гидроизоляции, мастики для заполнения швов и горячих насыпных поверхностей дорог. Асфальтовая композиция содержит от 0,1 до 10,0 мас.% от общей массы композиции термореактивного соединения, представляющего собой полимерный метилендифенилдиизоцианат (MDI). По меньшей мере 18 мас.% от общей массы композиции представляют собой частицы с коэффициентом седиментации выше 5000 Сведберг в растворителе уайт-спирит. Предложены также способ получения асфальтовой композиции и применение асфальтовой композиции. Технический результат заключается в повышении температуры размягчения асфальтовой композиции в сочетании с повышением упругих характеристик, адгезии и допустимых нагрузок на асфальт. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 12 табл.
Настоящее изобретение по существу относится к асфальтовой композиции, содержащей термореактивные соединения в качестве модификатора асфальта из группы, состоящей из полимерного MDI, эпоксида и меламинформальдегида, где по меньшей мере 18 мас.% на основе общей массы композиции представляют собой частицы с коэффициентом седиментации выше 5000 Сведберг в растворителе уайт-спирит.
Настоящее изобретение также относится к способу получения асфальтовой композиции. Асфальтовая композиция согласно настоящему изобретению демонстрирует увеличение функционального температурного диапазона и улучшенные свойства сопротивления деформации асфальта, как например, полезный температурный диапазон асфальта, повышенную эластичность и более низкий потенциал деформации.
В общем, асфальт представляет собой коллоидный материал, содержащий различные молекулярные компоненты, классифицированные на асфальтены и мальтены. Асфальт, являющийся вязкоупругим и термопластичным, испытывает изменение свойств в диапазоне температур, от сильного холода до экстремального тепла. Асфальт имеет тенденцию размягчаться в жаркую погоду и растрескиваться в сильные морозы. При низких температурах асфальты становятся хрупкими и подвержены растрескиванию, в то время как при повышенных температурах они размягчаются и теряют физические свойства.
Добавление термореактивного компонента в качестве связующих соответственно в более общих терминах в качестве модификатора позволяет физическим свойствам асфальта оставаться более постоянными в диапазоне температур и/или улучшает физические свойства в диапазоне температур, которым подвергается асфальт.
Такие асфальты, которые модифицированы добавленными связующими, соответственно модификаторами, известны в данной области в течение многих лет. Однако в асфальтовой промышленности все еще существует потребность в улучшенных асфальтах. Частично это связано с тем, что известные в настоящее время модифицированные полимером асфальты имеют ряд недостатков. К ним относятся подверженность, например, постоянной деформации (образованию колеи), усталости при изгибе, влажности, снижению эластичности при работе при низких температурах.
В WO 01/30911 А1 раскрыта асфальтовая композиция, содержащая по массе на основе общей массы композиций около от 1 до 8% полимерного MDI, где полимерный MDI имеет функциональность по меньшей мере 2,5. Также раскрыт способ получения указанной асфальтовой композиции с использованием времени реакции менее 2 часов. Образование продукта MDI-асфальт измеряется по увеличению вязкости продукта или более предпочтительно с помощью динамического механического анализа (DMA).
В WO 01/30912 А1 раскрыта водная асфальтовая эмульсия, содержащая, помимо асфальта и воды, эмульгируемый полиизоцианат. Также раскрыт состав заполнителей, содержащий указанную эмульсию, и способы получения указанных композиций.
В WO 01/30913 A1 раскрыта асфальтовая композиция, содержащая по массе на основе общей массы композиции, около 1 - 5% преполимера на основе полимерного MDI, где полимерный MDI имеет функциональность по меньшей мере 2,5. Также раскрыт способ получения указанной асфальтовой композиции.
В ЕР 0537638 В1 раскрыты модифицированные полимером битумные композиции, которые содержат от 0,5 до 10 мас. частей функционализированного полиоктенамера на 100 мас. частей битума и, необязательно, сшивающие агенты, отличающиеся тем, что полиоктенамер является преимущественно транс-полиоктенамером и содержит карбоксильные группы, а также группы, полученные из них, например, группы малеиновой кислоты.
Следовательно, было бы крайне желательно получить асфальтовую композицию и связанный способ получения, которые могли бы избежать всех недостатков, связанных с предшествующим уровнем техники, например, ограниченный полезный температурный диапазон, ограниченную упругую характеристику и низкую температуру размягчения.
Одна из задач настоящего изобретения состоит в создании асфальтовой композиции, показывающей улучшенные физические свойства с точки зрения большего постоянства в диапазоне температур. Кроме того, была обнаружена асфальтовая композиция, которая показывает увеличение полезного температурного диапазона (UTI), снижает невосстанавливаемую податливость при ползучести (Jnr), имеет повышенную упругую характеристику, имеет повышенную предельную нагрузку, имеет пониженный потенциал постоянной деформации асфальта в ситуациях повышенного уровня движения, соответственно, снижение скорости, хорошую адгезию и повышенную температуры размягчения, а также уменьшение пенетрации иглы.
Кроме того, соответствующий способ получения асфальтовой композиции должен быть обеспечен.
Различные физические свойства асфальтовой композиции измеряются различными тестами, известными в данной области техники, и подробно описаны в экспериментальной части.
Эластичный отклик и невосстанавливаемая податливость при ползучести (Jnr) вычисляются в Многофакторный тест упругого восстановления (MSCR), в котором асфальт подвергается постоянной нагрузке в течение фиксированного времени. Общая деформация за определенный период времени указывается в % и соответствует показателю упругости связующего. Кроме того, может быть измерен фазовый угол, который иллюстрирует улучшенную упругую характеристику (уменьшенные фазовые углы) модифицированного связующего.
Реометр с изгибающейся балкой (BBR) используется для определения жесткости асфальта при низких температурах и обычно относится к жесткости асфальта при изгибе. В этом испытании определяются два параметра: жесткость при ползучести является мерой сопротивления битума постоянной нагрузке, а скорость ползучести (или значение m) является мерой изменения жесткости асфальта при приложении нагрузок. Если жесткость ползучести слишком высока, асфальт будет вести себя хрупко, и вероятность растрескивания будет выше. Желательно высокое значение m, поскольку при изменении температуры и накоплении тепловых напряжений жесткость будет изменяться относительно быстро. Высокое значение m указывает на то, что асфальт будет иметь тенденцию рассеивать напряжения, которые в противном случае накапливались бы до уровня, при котором может произойти растрескивание при низкой температуре.
Соответственно, обнаружена асфальтовая композиция, содержащая от 0,1до 10,0 мас.% на основе общей массы композиции термореактивного соединения, выбранного из группы, состоящей из полимерного MDI, эпоксидных смол и меламинформальдегидных смол, где по меньшей мере 18 мас.% на основе общей массы композиции представляют собой частицы с коэффициентом седиментации выше 5000 Сведберг в растворителе уайт-спирит.
Другим объектом настоящего изобретения является способ получения асфальтовой композиции, включающий следующие стадии:
a) Нагревание исходного асфальта до температуры от 110 до 190°C;
b) Добавление желаемого количества термореактивного соединения при перемешивании;
c) После стадии b) реакционную смесь перемешивают при температуре в интервале от 110 до 190°C в течение по меньшей мере 2,5 ч,
где реакцию проводят в атмосфере кислорода,
который соответствует задаче настоящего изобретения. Кроме того, обеспечивается применением асфальтовой композиции для получения композиции асфальтовой смеси.
Неожиданно было обнаружено, что асфальтовая композиция согласно настоящему изобретению демонстрирует повышенную температуру размягчения в сочетании с уменьшением пенетрации иглы, что приводит к увеличению полезного температурного диапазона, повышенной упругой характеристике, хорошей адгезии и повышенной предельной нагрузке, а также к снижению потенциала к постоянным деформациям асфальта.
Без ограничения этой теорией полагают, что это происходит из-за количества частиц по меньшей мере 18 мас.% на основе общей массы композиции, имеющей коэффициент седиментации выше 5000 Сведберг. Специфическая морфология коллоидных структур необходима для получения результирующих характеристик. Термореактивное соединение будет реагировать с фенольной, карбоксильной, тиольной, ангидридной и/или пиррольной группой или любой реакционноспособной группой асфальтовых компонентов и связывать асфальтены вместе, приводя к образованию более крупных частиц в полученной асфальтовой композиции.
Предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения поясняются в формуле изобретения и описании. Понятно, что комбинации предпочтительных вариантов выполнения настоящего изобретения находятся в пределах объема настоящего изобретения.
Согласно настоящему изобретению, асфальтовая композиция содержит термореактивное соединение, выбранное из группы, состоящей из полимерного MDI, эпоксидных смол и меламинформальдегидных смол.
в общем, асфальт, используемый в настоящем изобретении, может быть любым известным асфальтом и обычно охватывает любой битумный компаунд. Это может быть любой из материалов, упоминаемых как битум или асфальт
Например, дистиллатный, выдувной, высоковакуумный и быстрогустеющий битум, а также, например, асфальтобетон, литой асфальт, асфальтовая мастика и природный асфальт. Например, может быть использован непосредственно дистиллированный асфальт, имеющий, например, пенетрацию 80/100 или 180/220. Например, асфальт может быть свободен от зольной пыли.
Предпочтительно асфальт имеет пенетрацию 20-30, 30-45, 35-50, 40-60, 50-70, 70-100, 100-150, 160-220, 250-330 или эксплуатационные качества 52-16, 52-22, 52-28, 52-34, 52-40, 58-16, 58-22, 58-28, 58-34, 58-40, 64-16, 64-22, 64-28, 64-34, 64-40, 70-16, 70-22, 70-28, 70-34, 70-40, 76-16, 76-22, 76-28, 76-34, 76-40, более предпочтительно асфальт имеет пенетрацию 30-45, 35-50, 40-60, 50-70, 70-100, 100-150, 160-220 или эксплуатационные качества 52-16, 52-22, 52-28, 52-34, 52-40, 58-16, 58-22, 58-28, 58-34, 58-40, 64-16, 64-22, 64-28, 64-34, 70-16, 70-22, 70-28, 76-16, 76-22, наиболее предпочтительно асфальт имеет пенетрацию 40-60, 50-70, 70-100, 100-150 или эксплуатационные качества 52-16, 52-22, 52-28, 52-34, 52-40, 58-16, 58-22, 58-28, 58-34, 64-16, 64-22, 64-28, 70-16, 70-22, 76-16, 76-22.
В общем, термореактивное соединение представляет собой соединение, которое может химически реагировать с различными молекулярными компонентами, классифицированными на асфальтены и мальтены соответствующего асфальта, и помогает генерировать специфическую морфологию коллоидных структур, в результате чего физические свойства асфальта остаются более постоянными в широких диапазонах температур и/или даже физические свойства улучшаются в диапазоне температур, которому подвергается асфальт.
Термореактивное соединение согласно настоящему изобретению выбрано из группы, состоящей из полимерного MDI, эпоксидных смол и меламинформальдегидных смол.
В общем, полимерный MDI известен в данной области техники и известен как полиметилен полифенилен полиизоцианат и также упоминается как полиарилен полиизоцианат или полифенилметан полиизоцианат. Он может содержать различные количества изомеров, как например, 4,4'-, 2,2'- и 2,4'-изомеры. Предпочтительно количество 4,4' MDI изомеров находится в интервале от 26% до 98%, более предпочтительно в интервале от 30% до 95%, наиболее предпочтительно в интервале от 35% до 92%. Предпочтительно содержание 2 колец полимерного MDI находится в интервале от 20 до 62, более предпочтительно в интервале от 26% до 48%, наиболее предпочтительно в интервале от 26% до 42%.
Он также может содержать модифицированные варианты, содержащие карбодиимидную, уретониминовую, изоциануратную, уретановую, аллофанатную, мочевинную или биуретную группы. Это все будет упоминаться в дальнейшем как pMDI. Предпочтительно, чтобы pMDI, используемый согласно настоящему изобретению, имел среднюю функциональность изоцианата по меньшей мере 2,3, более предпочтительно по меньшей мере 2,5, наиболее предпочтительно по меньшей мере 2,7, например, 2,8, 2,9 или 3,0.
В общем, чистота полимерного MDI не ограничена каким-либо значением, кроме того, используемый pMDI согласно настоящему изобретению имеет содержание железа от 1 до 100 частей на миллион, более предпочтительно от 1 до 70 частей на миллион, наиболее предпочтительно от 1 до 60 частей на миллион
В общем, эпоксидные смолы известны в данной области техники, и химическая природа эпоксидных смол, используемых в соответствии с настоящим изобретением, конкретно не ограничена. Предпочтительно эпоксидные смолы представляют собой одну или более ароматических эпоксидных смол и/или циклоалифатических эпоксидных смол, более предпочтительно эпоксидные смолы представляют собой бисглицидиловый простой эфир бисфенола А (DGEBA), бисглицидиловый простой эфир бисфенола F, бисглицидиловый простой эфир гидрированного в кольце бисфенола А, бисглицидиловый простой эфир гидрированного в кольце бисфенола F, бисглицидиловый простой эфир бисфенола S(DGEBS), тетраглицидилметилендианилин (TGMDA), эпоксидные новолаки (продукты реакции из эпихлоргидрина и фенольных смол (новолаки)), циклоалифатические эпоксидные смолы, такие как 3,4-эпоксициклогексилметил 3,4-эпоксициклогексанкарбоксилат и диглицидилгексагидрофталат, наиболее предпочтительно эпоксидные смолы представляют собой бисглицидиловый простой эфир бисфенола А и/или бисглицидиловый простой эфир бисфенола F и смеси этих двух эпоксидных смол.
В общем, меламинформальдегидные смолы известны в данной области техники и являются главным образом продуктом конденсации меламина и формальдегида. В зависимости от желаемого применения они могут быть модифицированы, например, путем реакции с поливалентными спиртами. Химическая природа меламинформальдегидных смол, используемых в соответствии с настоящим изобретением, конкретно не ограничена.
Предпочтительно меламинформальдегидные смолы относятся к водной смеси меламиновых смол с содержанием смолы в диапазоне от 50 до 70 мас.% в расчете на водную смесь меламиновых смол, причем меламин и формальдегид присутствуют в смоле при молярном соотношении от 1: 3 до 1: 1, более предпочтительно меламин и формальдегид присутствуют в смоле при молярном соотношении от 1:1,3 до 1:2,0, наиболее предпочтительно меламин и формальдегид присутствуют в смоле при молярном соотношении от 1: 1,5 до 1: 1,7.
Меламинформальдегидная смола может содержать от 1 до 10 мас.% поливалентных спиртов, от 3 до 6 мас.% поливалентных спиртов, более предпочтительно от 3 до 6 мас.% C2-C12диолов, например, диэтиленгликоля, пропиленгликоля, бутиленгликоля, пентандиола и/или гександиола, в частности, диэтиленгликоля.
В качестве дополнительных добавок меламинформальдегидные смолы могут содержать от 0 до 8 мас.% капролактама и от 0,5 до 10 мас.% 2-(2-феноксиэтокси)-этанола и/или полиэтиленгликоля со средней молекулярной массой от 200 до 1500, каждая в расчете на водную смесь меламиновой смолы.
Согласно настоящему изобретению количество термореактивного соединения, выбранного из группы, состоящей из полимерного MDI, эпоксидных смол и меламинформальдегидных смол в асфальтовой композиции составляет не более 10,0 мас.% на основе общей массы асфальтовой композиции. Предпочтительно не более 5,0 мас.%, более предпочтительно не более 4,0 мас.%, наиболее предпочтительно не более 3,0 мас.%, на основе общей массы асфальтовой композиции. Согласно настоящему изобретению, количество термореактивного соединения, выбранного из группы, состоящей из полимерного MDI, эпоксидных смол и меламинформальдегидных смол в асфальтовой композиции составляет по меньшей мере 0,1 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 0,5 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,7 мас.%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 0,9 мас.% на основе общей массы асфальтовой композиции. Например, количество термореактивного соединения, выбранного из группы, состоящей из полимерного MDI, эпоксидных смол и меламинформальдегидных смол в асфальтовой композиции может быть в интервале от 0,5 мас.% до 1,8 мас.%, в интервале от 0,8 мас.% до 1,7 мас.%, в интервале от 1,0 мас.% до 1,9 мас.%, в интервале от 1,1 мас.% до 2,0 мас.%, в интервале от 1,8 мас.% до 3,2 мас.%, в интервале от 2,1 мас.% до 3,7 мас.%, или в интервале от 0,5 мас.% до 2,5 мас.%.
В общем, количество термореактивного соединения может зависеть от состава соответствующего асфальта. Для твердого асфальта, имеющего пенетрацию иглы ниже 85, меньше термореактивного соединения, например, pMDI, может потребоваться, а для мягкого асфальта, имеющего пенетрацию иглы выше 85, может потребоваться большее количество соответствующего термореактивного соединения, например, pMDI. Без ограничения этой теорией полагают, что количество термореактивного соединения необходимо регулировать из-за различной концентрации асфальтена в разных асфальтах. В мягких асфальтах, которые соответствуют пенетрации иглы выше 85, асфальтены разбавляются, следовательно, имеют более низкую концентрацию, что требует большего количества соответствующего термореактивного соединения, например, pMDI и большего окисления, которое может быть обеспечено кислородной атмосферой способа получения асфальтовой композиции, для достижения лучшей производительности.
В общем, для асфальта, имеющего пенетрацию иглы выше 85, что соответствует эксплуатационным качествам, имеющим верхний предел температуры по меньшей мере 64,количество термореактивного соединения, выбранного из группы, состоящей из полимерного MDI, эпоксидных смол и меламинформальдегидных смол, в асфальтовой композиции может быть в интервале от 0,1 до 3,0 мас.% предпочтительно количество термореактивного соединения составляет не более 2,5 мас.%, наиболее предпочтительно не более 2,3 мас.%, в частности не более 2,0 мас.%, а количество термореактивного реактива составляет по меньшей мере 0,1 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 0,5 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 0,7 мас.%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 1,0 мас.% на основе общей массы асфальтовой композиции.
В общем, для асфальта, имеющего пенетрацию иглы выше 85, что соответствует эксплуатационным качествам, имеющим верхний предел температуры 64 или ниже, количество термореактивного соединения, выделенного из группы, состоящей из полимерного MDI, эпоксидных смол и меламинформальдегидных смол, в асфальтовой композиции может быть в интервале от 2,0 мас.% до 10,0 мас. %, предпочтительно количество термореактивного соединения составляет не более 5,0 мас.%, наиболее предпочтительно не более 4,5 мас.%, в частности, не более 4,0 мас.%, а количество термореактивного реактива составляет по меньшей мере 2,0 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 2,5 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 2,7 мас.%, наиболее предпочтителен 3,0 мас.% на основе общей массы асфальтовой композиции.
В общем, путем модификации асфальта можно улучшить эксплуатационные характеристики с точки зрения различных физических свойств, например, может быть достигнута улучшенная упругая характеристика.
Посредством применения асфальтовой композиции согласно настоящему изобретению сдвиг от одной марки к другой марке может быть достигнут. Например, модификация асфальта с пенетрацией 50/70 приводит к полимерному модифицированному асфальту 25/55-55Aс применением 2 мас.% термореактивного соединения или к более твердой марке, такой как с пенетрацией 20/30 или 30/45 в зависимости от реакционноспособного количества соответствующего термореактивного соединения. То же самое относится к асфальту с пенетрацией 70-100, трансформируемой в пенетрацию 50-70, например, с 2 мас.% термореактивного соединения или к PmB 25/55-55A с 3 мас.% термореактивного соединения. Также для эксплуатационного качества достигается сдвиг в более высокую марку, например, PG 64-22, что приводит к PG70-22 после модификации с 2 мас.% соответствующего термореактивного соединения.
Свойства асфальтовой композиции согласно настоящему изобретению соответственно, такие как повышенная температура размягчения в сочетании с уменьшением проникновения иглы, увеличенный полезный температурный диапазон, повышенная упругая характеристика, хорошая адгезия и повышенная допустимая нагрузка, а также пониженный потенциал постоянных деформаций асфальта могут зависеть от концентрации частиц с определенным коэффициентом седиментации, который напрямую связан с размером частиц соответствующей композиции.
Согласно настоящему изобретению асфальтовая композиция имеет по меньшей мере 18 мас.% на основе общей массы частиц композиции с коэффициентом седиментации выше 5000 Сведберг в растворителе уайт-спирит. Более предпочтительно 20 мас.% на основе общей массы частиц композиции с коэффициентом седиментации выше 5000 Сведберг в растворителе уайт-спирит, наиболее предпочтительно по меньшей мере 23 мас.% на основе общей массы частиц композиции с коэффициентом седиментации выше 5000 Сведберг в растворителе уайт-спирит, частицы с коэффициентом седиментации выше 5000 Сведберг в растворителе уайт-спирит могут составлять до 100 мас.% на основе общей массы композиции, предпочтительно количество частиц с коэффициентом седиментации выше 5000 Сведберг в растворителе уайт-спирит составляет не более 95 мас.% на основе общей массы композиции, более предпочтительно не более 90 мас.% на основе общей массы композиции, наиболее предпочтительно не более 80 мас.% на основе общей массы композиции. Например, 18% до 75 мас.% на основе общей массы частиц композиции с коэффициентом седиментации в интервале от 15000 до 170000 Сведберг в растворителе уайт-спирит, например, 23% до 65 мас.% на основе общей массы частиц композиции с коэффициентом седиментации в интервале от 25000 до 140000 Сведберг в растворителе уайт-спирит, или, например, от 30% до 52 мас.% на основе общей массы частиц композиции с коэффициентом седиментации в интервале от 22000 до 95000 Сведберг в растворителе уайт-спирит.
Растворитель уайт-спирит в контексте настоящего изобретения означает уайт-спирит высококипящий нефтепродукт с CAS-№: 64742-82-1, имеющий 18% ароматической основы и температуру кипения от 180 до 220°С.
Коэффициент седиментации определяли ультрацентрифугированием в сочетании с поглощающими оптическими приборами. Осаждение и концентрацию каждого компонента измеряли при длине волны 350 нм. Этот способ известен в данной области техники и подробно описан в экспериментальном разделе.
Асфальтовые композиции согласно настоящему изобретению могут применяться в виде любых классических асфальтовых композиций уровня техники. Асфальтовые композиции согласно настоящему изобретению могут быть особенно полезны для получения:
- краски и покрытия, особенно для гидроизоляции,
- мастики для заполнения швов и герметизации трещин,
- цементных растворов и горячих насыпных поверхностей дорог, аэродромов, спортивных площадок и т.д.,
- в смеси с камнем для получения заполнителей (включающих около 5-20% асфальтовой композиции), например асфальтовой смеси,
- горячих покрытий для покрытия, как указано выше,
- покрытий поверхности для покрытия, как указано выше,
- теплого асфальтобетона (WMA),
- горячей асфальтовой смеси (HMA).
Кроме того, настоящее изобретение относится к способу получения асфальтовой композиции согласно настоящему изобретению, включающему следующие стадии:
a) нагревание исходного асфальта до температуры от 110 до 190° C;
b) добавление желаемого количества термореактивного соединения при перемешивании;
c) после стадии b) реакционную смесь перемешивают при температуре в интервале от 110 до 190°C в течение по меньшей мере 2,5 ч,
где реакцию проводят в атмосфере кислорода.
Например, способ согласно настоящему изобретению может проводиться при температуре от 110 до 190°C на стадии a) и/или стадии c). Предпочтительно температура находится в интервале от 110 до 180°C, более предпочтительно в интервале от 115 до 170°C, наиболее предпочтительно в интервале от 120 до 155°C, например, температура находится в интервале от 121 до 152°C.
В общем, температуры на стадии a), b) и стадии c) находятся в интервале от 110 до 190°C и могут различаться для каждой стадии. Предпочтительно, температура на каждой из этих трех стадий является одинаковой и находится в интервале от 110 до 190°C, более предпочтительно одинаковой и находится в интервале от 110°C до 170°C, наиболее предпочтительно одинаковой и находится в интервале от 110°C до 160°C.
Согласно настоящему изобретению на стадии b) способа получения асфальтовой композиции, необходимое количество термореактивного соединения при перемешивании добавляют. Необходимое количество может быть в интервале от 0,1до 10 мас.% на основе общей массы композиции.
В общем, количество также может быть определено путем потенциометрического титрования, при котором количество реакционноспособных групп в асфальте будет определяться и коррелировать с эквивалентным весом реакционноспособных групп соответствующего термореактивного соединения. Методы титрования известны в данной области техники и подробно описаны в экспериментальном разделе.
В общем, асфальт от разных поставщиков различается по составу в зависимости от того, из какого пласта поступает неочищенная нефть, а также от процесса дистилляции на нефтеперерабатывающих заводах. Однако суммарное общее количество реакционноспособной группы может быть в интервале от 3,1 до 4,5 мг КОН/г.
Например, асфальт, имеющий показатель пенетрации 50-70 или 70-100, приводит к стехиометрическому количеству pMDI, которое составляет от 0,8 до 1,2 мас.%. Дополнительный избыток изоцианата будет использоваться для реакции с вновь образованными функциональными группами из-за чувствительности к окислению компонентов асфальта при повышенных температурах во время получения асфальтовой композиции.
Согласно настоящему изобретению стадию способа c) проводят после стадии b). Реакционную смесь перемешивают при температуре в интервале от 110 до 190°C в течение по меньшей мере 2,5 ч, предпочтительно время смешивания составляет по меньшей мере 3 ч, более предпочтительно время смешивания составляет по меньшей мере 3,5 ч, наиболее предпочтительно время смешивания составляет по меньшей мере 4 ч. Время смешивания может составлять до 20 ч, предпочтительно время смешивания составляет не более 15 ч, более предпочтительно время смешивания составляет не более 12 ч, наиболее предпочтительно время смешивания составляет не более 9 ч. Например, после добавления от 1 до 1,5 мас.% соответствующего термореактивного соединения время смешивания может быть в интервале от 2,5 ч до 4 ч, например, 3 ч или 3,5 ч. Например, после добавления от 1,5до 5,0 мас.% соответствующего термореактивного соединения время смешивания может быть в интервале от 4 ч до 6 ч, например, 4,5 ч, 5 ч или 5,5 ч. Например, после добавления от 5 до 10,0 мас.% соответствующего термореактивного соединения время смешивания может быть в интервале от 6 ч до 15 ч, например, 7 ч, 7,5 ч, 8 ч, 8,5 ч, 9 ч, 9,5 ч, 10 ч, 10,5 ч, 11 ч, 11,5 ч, 12 ч, 12,5 ч, 13 ч, 13,5 ч, 14 ч или 14,5 ч.
Согласно настоящему изобретению способ получения асфальтовой композиции согласно настоящему изобретению доложен проводиться в атмосфере кислорода. Предпочтительно концентрация кислорода в атмосфере кислорода находится в интервале от 1 до 21 об.%, более предпочтительно концентрация кислорода в атмосфере кислорода составляет в интервале от 5 до 21 об.%, наиболее предпочтительно концентрация кислорода в атмосфере кислорода находится в интервале от 10 до 21 об.%, например, способ согласно настоящему изобретению проводят в атмосфере воздуха или в насыщенной атмосфере кислорода.
Как правило, способ не ограничивается выполнением в одном реакционном сосуде, например, контейнере. Соответствующий асфальт может реагировать с термореактивным соединением на первой стадии в условиях, описанных выше, например, при температуре от 110 до 190°С в атмосфере кислорода, например, в течение одного часа. Затем асфальт может быть охлажден, перенесен в другой реакционный сосуд после переноса нагрет, так что общее время реакции в атмосфере кислорода составляет по меньшей мере 2,5 часа. Не ограничиваясь этой теорией, полагают, что стадиях а) и b) (первая стадия) происходит гомогенизация смеси и инициация реакции реакционноспособных групп асфальта с реакционноспособными группами соответствующего термореактивного соединение. Термореактивное соединение может быть загружено на асфальтеновые поверхности. Вторая или дополнительная стадии нагревания, обобщенные как стадия с), заключаются в поддержке реакции сшивания посредством окисления.
Примеры асфальтовых композиций согласно настоящему изобретению
Z1: от 1,0до 1,8 мас.% на основе общей массы композиции полимерного MDI, где от 18% до 65 мас.% на основе общей массы композиции представляют собой частицы с коэффициентом седиментации в интервале от 8000 до 200000 Сведберг в растворителе уайт-спирит.
Z2: от 1,8до 3,2 мас.% на основе общей массы композиции полимерного MDI, где от 22 % до 70 мас.% на основе общей массы композиции представляют собой частицы с коэффициентом седиментации в интервале от 20000 до 140000 Сведберг в растворителе уайт-спирит.
Z3: от 1,2до 2,2 мас.% на основе общей массы композиции полимерного MDI, где от 33 % до 68 мас.% на основе общей массы композиции представляют собой частицы с коэффициентом седиментации в интервале от 28000 до 1000000 Сведберг в растворителе уайт-спирит.
Z4: от 1,2до 1,6 мас.% на основе общей массы композиции полимерного MDI, где от 33 % до 85 мас.% на основе общей массы композиции представляют собой частицы с коэффициентом седиментации в интервале от 25000 до 150000 Сведберг в растворителе уайт-спирит.
Z5: от 1,5до 2,0 мас.% на основе общей массы композиции полимерного MDI, где от 22 % до 58 мас.% на основе общей массы композиции представляют собой частицы с коэффициентом седиментации в интервале от 20000 до 250000 Сведберг в растворителе уайт-спирит.
Z6: от 2,3до 2,9 мас.% на основе общей массы композиции полимерного MDI, где от 27 % до 82 мас.% на основе общей массы композиции представляют собой частицы с коэффициентом седиментации в интервале от 12000 до 370000 Сведберг в растворителе уайт-спирит.
Z7: от 3,0до 3,6 мас.% на основе общей массы композиции полимерного MDI, где от 19 % до 62 мас.% на основе общей массы композиции представляют собой частицы с коэффициентом седиментации в интервале от 15000 до 135000 Сведберг в растворителе уайт-спирит.
Z8: от 1,6до 3,5 мас.% на основе общей массы композиции полимерного MDI, где от 21 % до 50 мас.% на основе общей массы композиции представляют собой частицы с коэффициентом седиментации в интервале от 17000 до 500000 Сведберг в растворителе уайт-спирит.
Примеры и сравнительные примеры
Общая методика получения асфальтовой композиции
2,5 кг асфальта соответствующей марки согласно таблице 3-6 нагревали до 140°C в атмосфере кислорода и при 400 оборотах в минуту на масляной бане (температура установлена при 150°C). Когда внутренняя температура 100°C была достигнута, 50 г соответствующего термореактивного соединения согласно таблице 3-6 добавляли в расплавленный асфальт. Реакцию далее проводили при 140°C в течение 420 минут до охлаждения при комнатной температуре. Образцы помещали в банки для дальнейшего тестирования и хранили при комнатной температуре.
Для сравнительных примеров Comp1, Comp2 и Comp3 2,5 кг асфальта соответствующей марки согласно таблице 3-5 нагревали до 140°C в атмосфере кислорода и при 400 оборотах в минуту на масляной бане (температура установлена при 150°C) в течение до 420 минут до охлаждения при комнатной температуре. Образцы помещали в банки для дальнейшего тестирования и хранили при комнатной температуре.
Например, 3 (Ex3) 3000 г асфальта 64-22 нагревали в печи при 150C в течение 2 часов в закрытом контейнере. Предварительно нагретый образец был при 150°C, а затем крышка была снята, и он был окутан в нагревательный кожух в атмосфере кислорода. При 20% скорости смесителя в электрическом нагревательном кожухе с применением регулятора температуры в асфальте поддерживали температуру в пределах дельты от 2°C до 150°C. Когда внутренняя температура 150°C была достигнута, 60 г pMDI с функциональностью 2,7 (As20) добавляли в расплавленный асфальт. Реакцию далее проводили при 150°C в течение 150 минут. Образцы помещали в банки перед тестированием, начинаемым посредством нагревания их до 150°C и отделением их из контейнера объемом 18,9 л.
Например, 4 (Ex4) 3000 г асфальта 64-22 нагревали в печи при 150°C в течение 2 часов в закрытом контейнере. Предварительно нагретый образец был при 150°C, а затем крышка была снята, и он был окутан в нагревательный кожух в атмосфере кислорода. При 20% скорости смесителя в электрическом нагревательном кожухе с применением регулятора температуры в асфальте поддерживали температуру в пределах дельты от 2°C до 150°C. Когда внутренняя температура 150°C была достигнута, 60 г pMDI с функциональностью 2,9 (As70) добавляли в расплавленный асфальт. Реакцию далее проводили при 150°C в течение 150 минут. Образцы помещали в банки перед тестированием, начинаемым посредством нагревания их до 150°C и отделением их из контейнера объемом 18,9 л.
Для примера 5 (Ex5) 2,5 кг асфальта 70-100 нагревали до 140°C в атмосфере кислорода и при 400 оборотах в минуту на масляной бане (температура установлена при 150°C). Когда внутренняя температура 100°C была достигнута, 45 г pMDIAs20 (1,8 мас.%) добавляли в расплавленный асфальт. Реакцию далее проводили при 140°C в течение 420 минут до охлаждения при комнатной температуре. Образец затем использовали для определения частей частиц асфальтовой композиции с использованием аналитической ультрацентрифуги, см. Таблицу 2.
Для сравнительного примера Comp4 2,5 кг асфальта 70-100 нагревали до 140°C в атмосфере кислорода и при 400 оборотах в минуту на масляной бане (температура установлена при 150°C). Когда внутренняя температура 100°C была достигнута, 45 г pMDIAs20 добавляли в расплавленный асфальт. Реакцию далее проводили при 140°C в течение 30 минут до охлаждения при комнатной температуре. Образец затем использовали для определения частей частиц асфальтовой композиции с использованием аналитической ультрацентрифуги, см. Таблицу 2.
Для сравнительного примера Comp5 2,5 кг асфальта 70-100 нагревали до 140°C в атмосфере кислорода и при 400 оборотах в минуту на масляной бане (температура установлена при 150°C) в течение до 30 минут до охлаждения до комнатной температуры. Образец затем использовали для определения частей частиц асфальтовой композиции с использованием аналитической ультрацентрифуги, см. Таблицу 2.
Термореактивное соединение, применяемое в Примерах
pMDI, имеющий функциональность 2,7, называемый далееAs20, или имеющий функциональность 2,9, называемый далееAs70, применяли.
pMDIс соответствующей функциональностью коммерчески доступны, например, у следующих компаний: Bayer, BASFSE, Huntsmannetc.
Методы определения физических свойств в асфальте или асфальтовой композиции или асфальтовой смеси
Значения примеров определяются в соответствии с нормами DIN
Подробное описание применяемого метода:
Испытания асфальта
Пенетрация иглы DINEN 1426
В этом тесте измеряется пенетрация стандартизированной иглы в битумный образец. Для пенетраций менее (330 * 0,1) [мм] температура испытания составляет 25 [°C], нагрузка 100 [g] и время нагрузки 5[с]. Если ожидается пенетрация выше (330 * 0,1) [мм], температура испытания должна быть снижена до 15 [°C], сохраняя нагрузку и время нагрузки без изменений.
Точка размягчения DINEN 1427
Два горизонтальных диска из битума, отлитые в латунных кольцах, нагревают с регулируемой скоростью в жидкой ванне, каждый из которых поддерживает стальной шарик. Точка размягчения указывается как среднее значение температур, при которых два диска достаточно размягчаются, чтобы позволить каждому шарику, обернутому битумом, падать на расстояние (25 ± 0,4) [мм].
Принудительная пластичность DINEN 13589
Битум отливают в форму, которая имеет кольца на обоих концах. После закаливания образца на водяной бане его крепят кольцами в зажимах дуктилиметра. Образец вытягивают на водяной бане с предварительно определенной температурой (в данном случае 20 [°C]) со скоростью 50 [мм/мин] до тех пор, пока он не сломается или не достигнет по меньшей мере 400 [мм]. Силу и деформацию измеряют на протяжении всего испытания.
Испытание на укатывание тонкой пленки в печи DINEN 12607-1
Битум нагревают в бутылках в печи в течение 85 [мин] при 163 [°C]. Бутылки вращаются со скоростью 15 [оборотов в минуту], и нагретый воздух подается в каждую бутылку в самой низкой точке перемещения со скоростью 4000 [мл/мин]. Воздействие тепла и воздуха определяется по изменениям физических величин испытаний, измеренных до и после обработки в печи.
Старение в сосуде под давлением DIN EN 14769
Остаток от RTFOT помещают в стандартные поддоны из нержавеющей стали и выдерживают при определенной температуре кондиционирования (90 [°C], 100 [°C] или 110 [°C]) в течение 20 [ч] в сосуде под давлением воздуха до 2,10 [МПа]. Температуру выбирают в зависимости от марки асфальтового связующего (применение). Наконец, остаток дегазируют в вакууме.
Реометр динамического напряжения сдвига (DSR) DINEN 14770 - ASTMD7175
Испытательная система реометра динамического напряжения сдвига состоит из параллельных пластин, средства для контроля температуры испытуемого образца, загрузочного устройства и системы управления и сбора данных.
Температурный цикл DINEN 14770
Целью данного теста является измерение сложного модуля сдвига и фазового угла асфальтовых связующих. Испытание заключается в прессовании образца для испытаний диаметром 8 или 25 [мм] между параллельными металлическими пластинами с определенной частотой и температурой. Одна из параллельных пластин колеблется относительно другой при, в этом случае, 1,59 [Гц] и амплитудах углового отклонения. Требуемые амплитуды должны быть выбраны так, чтобы тестирование находилось в области линейного поведения. Это повторяют при 30, 40, 50, 60, 70, 80 и 90[°C].
Многофакторный тест упругого восстановления DINEN 16659 - ASTMD7405
Этот метод испытаний используется для определения наличия эластичного отклика в асфальтовом связующем при ползучести при сдвиге и восстановлении при двух уровнях напряжения (0,1 и 3,2 [кПа]) и при определенной температуре (50 [°C]). В этом тесте используется DSR для нагрузки 25 [мм] при постоянном напряжении в течение 1 [с], а затем для восстановления в течение 9 [с]. Десять циклов ползучести и восстановления выполняются при напряжении ползучести 0,100 [кПа], а затем десять циклов при напряжении ползучести 3,200 [кПа].
Реометр с изгибающейся балкой DIN EN 14771 - ASTM D6648
Этот тест используется для измерения отклонения средней точки просто поддерживаемой призматической балки асфальтового связующего, подвергаемого постоянной нагрузке, приложенной к его средней точке. Образец для призматического испытания помещают в жидкую ванну с контролируемой температурой и нагружают постоянной испытательной нагрузкой в течение 240 [с]. Испытательная нагрузка (980 ± 50 [мН]) и отклонение средней точки испытательного образца контролируют в зависимости от времени с помощью компьютеризированной системы сбора данных. Максимальное изгибающее напряжение в средней точке образца для испытаний рассчитывается на основании размеров образца для испытаний, расстояния между опорами и нагрузки, приложенной к образцу для испытаний при продолжительности нагрузки 8,0, 15,0, 30,0, 60,0, 120,0 и 240,0 [с]. Жесткость испытательного образца для конкретной продолжительности нагрузки рассчитывается путем деления максимального изгибающего напряжения на максимальную изгибающую деформацию.
Испытания асфальтовой смеси
Циклическое испытание на сжатие - TPAsphalt-StBTeil 25 B1
Испытание на одноосное циклическое сжатие используется для определения деформационного поведения образцов асфальта. В этом испытании образец темперируется в течение (150 ± 10) [мин] при (50 ± 0,3) [°C], то есть при той же температуре, при которой проводится испытание. После периода темперирования образец устанавливают на универсальную испытательную машину и циклически нагружают. Каждый цикл длится 1,7 [с], где время нагрузки составляет 0,2 [с], а пауза длится 1,5 [с]. Верхняя приложенная нагрузка составляет 0,35 МПа, а нижняя - 0,025 МПа. Количество циклов и деформация регистрируются. Испытание заканчивается либо после завершения 10000 циклов нагрузки, либо когда деформация превышает 40%.
Непрямое испытание прочности на растяжение - TPAsphalt-StBTeil 23
Непрямое испытание прочности на растяжение битумных смесей проводится путем нагружения цилиндрического образца поперек его вертикальной диаметральной плоскости с определенной скоростью (в данном случае 50 ± 02 [мм/мин]) деформации и температурой испытания (в данном случае 15 ± 2 [°C]). Пиковая нагрузка при разрушении регистрируется и используется для расчета косвенного предела прочности образца.
Метод потенциометрического титрования для определения реакционноспособных групп в асфальте:
Кислотное число
Около 0,5-1 г образца растворяли в 50 мл толуола и потенциометрически титровали 0,1 моль/л раствора гидроксида тетрабутиламмония. К раствору для титрования может быть добавлено несколько капель воды, чтобы обеспечить достаточную проводимость. Также было определено холостое контрольное значение.
Основное число
Около 0,5-1 г образца растворяли в 50 мл толуола и потенциометрически титровали 0,1 моль/л раствора трифторметансульфоновой кислоты. К раствору для титрования может быть добавлено несколько капель воды, чтобы обеспечить достаточную проводимость. Также было определено холостое контрольное значение.
Определение частей частиц асфальтовой композиции с использованием аналитической ультрацентрифуги (AUC)
Для определения частей частиц асфальтовой композиции были проведены эксперименты по фракционированию с использованием аналитического ультрацентрифугирования. Были проведены исследования скорости седиментации с использованием BeckmanOptimaXL-I (BeckmanInstruments, PaloAlto, США). Использовалась интегрированная сканирующая оптическая система с поглощением УФ/видимая область. Длина волны была выбрана 350 нм. Образцы были измерены при концентрации около 0,2 г/л после разбавления в растворителе уайт-спирит (CAS-№:64742-82-1). Чтобы обнаружить растворимые и нерастворимые части, скорость центрифугирования варьировалась от 1000 до 55000 оборотов в минуту.
Распределение коэффициентов седиментации, определяемое как массовая доля компонентов с коэффициентом седиментации между s и s+ds, и концентрацию одной фракции осадка определяли с использованием стандартного программного обеспечения для анализа (SEDFIT). Изменение полного радиального профиля концентрации во времени регистрировалось и преобразовывалось в распределения коэффициента седиментации g(s). Коэффициент седиментации приводится в единицах Сведберг (1 Сведберг = 10-13 секунд). Части частиц асфальтовой композиции определяли путем количественного определения поглощения света быстрыми и медленными осадочными фракциями при применяемой длине волны.
Таблица 1: Результаты определения частей частиц асфальтовой композиции примера 1 (Ex1) и сравнительного примера (Comp1) с использованием аналитической ультрацентрифуги, концентрация представляет собой частицы в мас.% на основе общей массы соответствующей композиции.
| Композиция при N=50000 оборотах в минуту | Композиция при N=3000 оборотах в минуту | |||
| Образцы | S50 [Сведберг] |
Концентрация [мас.%] | S50 [Сведберг] |
Концентрация [мас.%] |
| Comp 1 | 0,7 | 85 | 41784 | 15 |
| Ex 1 | 0,8 | 60 | 49341 | 40 |
Таблица 2: Результаты определения частей частиц асфальтовой композиции примера 5 (Ex5) и сравнительных примеров Comp2, Comp4 иComp5 с использованием аналитической ультрацентрифуги, концентрация представляет собой частицы в мас.% на основе общей массы соответствующей композиции.
| Образцы | Композиция при N=50000 оборотах в минуту | Композиция при N=1500 оборотах в минуту | ||
| S50 [Сведберг] |
Концентрация [мас.%] | S50[Сведберг] | Концентрация [мас.%] | |
| Comp 4 | 0,5 | 86% | 89693 | 14% |
| Ex5 | 0,5 | 75% | 149997 | 25% |
| Comp 5 | 0,6 | 90% | 157935 | 10% |
| Comp 2 | 0,6 | 88% | 109973 | 12% |
Таблица 3: Асфальтовые композиции примера 1-2 и сравнительных примеров Comp1-Comp2, физические свойства асфальтовых композиций после получения, жесткость и значение m без состаривания.
| свежая | |||||||||||||
| Пр-им-ер | Асфальт | Термореактивное соединение | Дозировка (мас.%) термореактивного соединения | Температура размягчения (0С) | Пенетрация иглы (1/10 мм) | MSCR после RTFOT при 0,1 кПа (%) | MSCR после RTFOT при 3,2 кПа (%) | Сила растяжения | Фазовый угол [0] | Жесткость при 10°С [МПа] | Жесткость при 25°С[МПа] | Значение m при 100С | Значение m при 250С |
| Comp 1 | Пенетрация 50/70 | - | 0 | 53,6 | 38 | 9 | 5 | 6,7 | 72 | 69,2 | - | 0,418 | - |
| Ex1 | Пенетрация 50/70 | As20 | 2 | 66 | 20 | 45 | 29 | 22 | 59,5 | 80,5 | - | 0,376 | - |
| Comp 2 | Пенетрация 70/100 | - | 0 | 47,7 | 60 | 1,9 | -1,4 | 1,9 | 80,8 | 66 | 420 | 0,458 | 0,216 |
| Ex2 | Пенетрация 70/100 | As20 | 2 | 52,6 | 45 | 17,1 | 1,4 | 3,8 | 74,2 | 69,1 | 444,5 | 0,436 | 0,208 |
Таблица 4: Асфальтовые композиции примера 1-2 и сравнительных примеров Comp1-Comp2, температура размягчения свежей асфальтовой композиции после получения и жесткость и значение m после короткого периода состаривания с применением испытания на укатывание тонкой пленки в печи (RTFOT).
| свежая | RTFOT | |||||||
| Пример | Асфальт | Термореактивное соединение | Дозировка (мас.%) термореактивного соединения | Температура размягчения (0С) | Жесткость при 10°С [МПа] | Жесткость при 25°С [МПа] | Значение m при 100С | Значение m при 250С |
| Comp 1 | Пенетрация 50/70 | - | 0 | 53,6 | 83,4 | 536,3 | 0,38 | 0,213 |
| Ex1 | Пенетрация 50/70 | As20 | 2 | 66 | 88,7 | - | 0,356 | - |
| Comp 2 | Пенетрация 70/100 | - | 0 | 47,7 | 78 | 455,7 | 0,43 | 0,214 |
| Ex2 | Пенетрация 70/100 | As20 | 2 | 52,6 | 79,7 | 459,7 | 0,409 | 0,217 |
| Пример | Асфальт | Термореактивное соединение | Дозировка (мас.%) термореактивного соединения | Температура размягчения (0С) | MSCR после RTFOT при 0,1 кПа (%) | MSCR после RTFOT при 3,2 кПа (%) | UTI [0С] | марка |
| Comp 3 | PG 64-22 | - | 0 | 48,4 | 5,4 | 1,2 | 91 | 64-22 |
| Ex3 | PG 64-22 | As20 | 2 | 54,5 | 49,1 | 36,4 | 95,1 | 75-20 |
| Ex4 | PG 64-22 | As70 | 2 | 54,8 | 57,9 | 46,7 | 97,5 | 76-22 |
Таблица 5: Асфальтовые композиции примера 3-4 и сравнительного примера Comp3, физические свойства асфальтовых композиций после получения, полезный температурный диапазон, обнаруженный согласно AASHTOM320, и соответствующая полученная марка асфальта.
Таблица 6: Асфальтовые композиции примера 6-7 и сравнительного примера Comp3, физические свойства асфальтовых композиций после получения, полезный температурный диапазон, обнаруженный согласно AASHTOM320, и соответствующая полученная марка асфальта.
| Пример | Добавка | Доза мас. % | M320 PG марка ° C | Непрерывная марка ° C | UTI ° C | ΔT ° C |
| Comp 3 | немодифицированный | 0 | 64-22 | 66,7-24,3 | 91,0 | 0,0 |
| Ex 6 | As20 | 1 | 70-22 | 71,6-23,6 | 95,2 | 4,2 |
| Ex 7 | As20 | 3 | 70-16 | 75,8-18,7 | 94,5 | 3,5 |
Модификация асфальта согласно настоящему изобретению приводит к улучшению характеристик при увеличении температуры размягчения и уменьшении пенетрации иглы. Для твердых марок асфальта такая модификация более выражена, чем для более мягких марок. Делая начальный асфальт более твердым, упругое поведение улучшается, как видно из результатов MSCR, а также сдвига фазового угла. Материалы в общем становятся более жесткими при низкой температуре по сравнению с немодифицированным асфальтом, как обнаружено по небольшому увеличению жесткости при ползучести, в то же время значение m уменьшается. Чтобы определить, может ли модифицированный асфальт растрескиваться раньше, было проведено кратковременное состаривание и измерена жесткость при ползучести, а также скорость ползучести. После RTFOT (кратковременного состаривания) жесткость при ползучести модифицированного асфальта при -10°С и при -25°С увеличивается не так сильно, как для немодифицированного асфальта. Значение m при -25°С для модифицированной пенетрации 70-100 увеличивается.
Результаты для асфальтовой смеси:
Получение образцов асфальтовой смеси:
Выбранной гранулометрической кривой была SMA 8 S.
Таблица 7: Массовый процент с учетом различного размера заполнителя в [мм].
| Размер заполнителя [мм] | ≤0,063 | 0,063 | 0,125 | 0,71 | 2 | 5,6 | 8 | 11,2 |
| [M.%] | 9,2 | 3,3 | 6,6 | 6,6 | 19,3 | 49,3 | 5,9 | 0,0 |
| Проходит [M.%] | - | 9,2 | 12,4 | 19,0 | 25,6 | 44,9 | 94,1 | 100,0 |
Обозначение материала каменного заполнителя, выбранного для приготовления образца:
Таблица 8: Обозначение материала заполнителя и марка.
| Обозначение | Марка поставщика |
| известняк | Наполнитель - 0/0,063 |
| базанит | Тонкий заполнитель - 0/2 |
| афанит | Грубый заполнитель - 2/5 |
| афанит | Грубый заполнитель - 5/8 |
Для получения асфальтовых смесей применяли норму TPAsphalt-StBPart 35. Проводилась следующая методика:
Темперирование компонентов
Соответствующие заполнители, перечисленные в Таблице 8, темперировали в течение 8 [ч], при 150°C ± 5 [°C] Например, Ex10 с пенетрацией асфальта 50-70 нагревали до 150°C в атмосфере кислорода при перемешивании. Когда внутренняя температура 150°C была достигнута, 2 мас.% pMDIAs20 добавляли в расплавленный асфальт. Реакцию далее проводили при 150°C в течение 5 ч, и затем модифицированный асфальт герметизировали при 150°C ± 5 [°C]. Для сравнительного примера Comp6 асфальт с пенетрацией 50-70 нагревали до 150°C в атмосфере кислорода при перемешивании. Реакцию далее проводили при 150°C в течение 5 ч и затем модифицированный асфальт герметизировали при 150°C ± 5 [°C].
Смешивание компонентов
При температуре 150°C ± 5 [°C] щебеночно-мастичную смесь смешивали в следующем порядке: 1. Грубый заполнитель, 2. Наполнитель с дробленным песком, 3. Волокно, 4. Сухое смешивание в течение 2 [мин], 5. Предварительно смешивание соответствующего асфальта или модифицированного асфальта, а затем добавление в смесь, 6. Смешивание в течение 3 [мин] при 30 [оборотах в минуту].
Хранение
После перемешивания смесь хранится не более 3 [ч] при температуре на 10°С выше температуры прессования.
Получение и прессование тестируемых образцов
Для изготовления и прессования образцов использовалась норма TPAsphalt-StBPart 33. Эта норма объясняет процедуру изготовления образца для испытаний в лаборатории на вальцовочной уплотняющей машине (Walzsektor-Verdichtungsgerät).
Для приготовления образца для испытаний горячую смешанную асфальтовую смесь выливали в пластины и уплотняли с помощью вальцовочной уплотняющей машине. Пластины имеют длину 320 [мм], ширину 260 [мм] и высоту 40 [мм]. Высота пластин зависит от размеров образца, необходимых для конкретного испытания.
Для прессования пластин оборудование (машина, пресс-форма и пресс) должно быть нагрето до 80°C, в то время как температура смесей во время прессования соответствует следующему (таблица 9).
Таблица 9: Обзор температуры прессования и температуры хранения смесей.
| Температура прессования в ходе получения | Температура хранения смеси |
| 135 ± 5 [°C] для нормального битума (согласно TLBitumen-StB) | 145 ± 5 [°C] в течение макс. 3 [ч] |
| 145 ± 5 [°C] для PmB (согласно TL Bitumen-StB) | 155 ± 5 [°C] в течение макс. 3 [ч] |
Распиливание тестовых образцов
После изготовления плит их необходимо распилить до нужных размеров. Размеры зависят от испытания. Размеры образца, необходимые для различных испытаний, следующие (таблица 10)
Таблица 10: Размер и количество тестовых образцов в зависимости от испытания асфальта
| Испытание асфальта | DIN EN | TP Asphalt-StB | Минимальное количество испытательных образцов | Размеры испытательных образцов |
| Поведение деформации | ||||
| циклическое испытание на сжатие | 12697-25 | Teil 25 B1 | 3 | ϕ: 100 - H: 60 |
| Усталостное поведение | ||||
| циклическое непрямое испытание прочности на растяжение | AL - Sp-Asphalt 09 | 10 | ϕ: 100 - H: 40 |
Физические свойства асфальтовой смеси на основе pMDI - модифицированной пенетрации асфальта 50-70 согласно Ex1.
Одноосное циклическое испытание на сжатие (T=50[°C] - σ = 0,35 [MPa])
Испытание определяет деформационное поведение асфальтовой смеси из-за циклической нагрузки сжатия. Интересующее значение представляет собой точку перегиба, где деформация превращается из деформации с постоянной скоростью в прогрессивную деформацию.
Таблица 11: Композиции асфальтовой смеси примера 10 (Ex10) и сравнительного примера Comp6, результаты для nw: Циклы нагрузки в точке перегиба и εw: Деформация в точке перегиба.
| Вариант | nw | εw |
| Comp6 | 1,002 | 3,3785 |
| Ex10 | 3,307 | 3,5792 |
Модификация асфальта с помощью pMDI приводит к асфальтовой смеси (Ех10), в которой точка перегиба перемещается вправо до nw: 3307 по сравнению с nw: 1002 для немодифицированной асфальтовой смеси Comp6. Количество циклов нагрузки резко увеличилось после модификации.
Циклическое непрямое испытание прочности на растяжение
Этот тест используют для изучения усталостного поведения асфальтовых смесей. Цилиндрический образец для испытаний загружают вертикально в вертикальной диаметральной плоскости. Образцы нагружают с различными нагрузками, предварительно определенными.
Таблица 12: Композиции асфальтовой смеси примера 10 (Ex10) и сравнительного примера Comp6, показывающие результаты циклического непрямого испытания прочности на растяжение.
| Верхнее напряжение [МПа] |
Comp6
Циклы нагрузки |
Ex10
Циклы нагрузки |
| 0,3 | 3,766 | 18,930 |
| 0,4 | 1,586 | 8,169 |
| 0,6 | 770 | 1,454 |
Модифицированная асфальтовая смесь Ex10 может выдерживать большую нагрузку по сравнению с немодифицированной асфальтовой смесью Comp6, о чем свидетельствует большее число циклов нагрузки. Испытание доказывает превосходное упругое поведение модифицированной асфальтовой композиции согласно настоящему изобретению и полученной модифицированной композиции асфальтовой смеси.
1. Асфальтовая композиция, содержащая от 0,1 до 10,0 мас.% на основе общей массы композиции термореактивного соединения, представляющего собой полимерный метилендифенилдиизоцианат (MDI), где по меньшей мере 18 мас.% на основе общей массы композиции представляют собой частицы с коэффициентом седиментации выше 5000 Сведберг в растворителе уайт-спирит.
2. Асфальтовая композиция по п. 1, где более 20 мас.% на основе общей массы композиции представляют собой частицы с коэффициентом седиментации в интервале от 10000 до 1000000 Сведберг в растворителе уайт-спирит.
3. Асфальтовая композиция по п. 1, где полимерный MDI имеет функциональность по меньшей мере 2,5.
4. Асфальтовая композиция по пп. 1 - 3, где количество полимерного MDI составляет от 0,5 до 2,0 мас.% на основе общей массы композиции.
5. Асфальтовая композиция по пп. 1 - 3, где количество полимерного MDI составляет от 2,0 до 5,0 мас.% на основе общей массы композиции.
6. Асфальтовая композиция по п. 1, где полимерный MDI имеет функциональность по меньшей мере 2,7.
7. Асфальтовая композиция по п. 1, где полимерный MDI имеет содержание железа в интервале от 1 до 80 частей на миллион.
8. Способ получения асфальтовой композиции по пп. 1 - 7, включающий следующие стадии:
a) нагревание исходного асфальта до температуры от 110 до 190°C,
b) добавление заданного количества термореактивного соединения при перемешивании,
c) после стадии b) реакционную смесь перемешивают при температуре в интервале от 110 до 190°C в течение по меньшей мере 2,5 ч,
где реакцию проводят в атмосфере кислорода.
9. Способ по п. 8, где температура находится в интервале от 110 до 150°C.
10. Способ по п. 8, где температуры на стадии a) и стадии c) являются одинаковыми и находятся в интервале от 110 до 150°C.
11. Способ по п. 8, где температура находится в интервале от 110 до 150°C, и реакционную смесь перемешивают в течение по меньшей мере 4 ч после стадии добавления b).
12. Способ по любому из пп. 8 - 11, где окончание реакции определяют посредством ИК-спектроскопии.
13. Применение асфальтовой композиции по пп. 1 - 7 для получения асфальтовой смеси.
