Модифицированный нефтяной дорожный битум

Авторы патента:

C08L95/00 - Композиции битуминозных материалов, например асфальта, гудрона, вара

C08K5/00 - Использование органических компонентов

C04B26/26 - битуминозные материалы, например деготь, пек

Владельцы патента RU 2784872:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") (RU)

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к битумным вяжущим, в частности к модифицированному нефтяному дорожному битуму, и может быть использовано в дорожном строительстве в процессе приготовления асфальтового покрытия. Модифицированный битум включает битум нефтяной дорожный вязкий в количестве 99,0-99,2 мас.% и модификатор, в качестве которого используют жиро-протеиновый концентрат «АШЕР» в количестве 0,8 - 1,0 мас.%. Технический результат заявленного изобретения заключается в улучшении физико-химических показателей модифицированного битума и эксплуатационных показателей покрытия дорог с использованием этого битума: адгезионных свойств к минералам кислотного и основного химико-минерального состава, замедление процесса теплового старения, снижение динамической вязкости модифицированного битума, а также снижение влагонасыщения дорожного покрытия и увеличение сцепления колес автомобиля с дорогой. 4 табл., 3 пр.

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к битумным вяжущим и может быть использовано в дорожном строительстве в процессе приготовления асфальтового покрытия.

На прочность асфальтобетонных покрытий дорог влияют различные климатические факторы: температурные, водопоглощающие и другие. Асфальтобетон чувствителен к водной среде. Происходит диффузия воды в монолитный материал. Проникновение воды начинается с гидрофобизации поверхности за счет застраивания в ней молекул воды, поверхностной сорбции, чему способствует тепловое движение (энтропийный фактор). Вода проникает как диффузным путем, так и по механизму капиллярного потока, поскольку в структуре дорожного полотна всегда есть микропоры, микротрещины различных размеров и форм. Поэтому большое значение имеет коэффициент сцепления шин автомобиля с дорожным покрытием.

Известен модифицированный битум (патент РФ №2 461 594, C07L95/00, опубл. 20.09.2012 г.), включающий 0,3-0,5 мас.% аминового активатора адгезии, в качестве которого используют продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции С₆-С₂₀ при мольном соотношении компонентов 1:3:(0,5-2,5).

Недостатками такого битума являются: высокое значение температуры каплепадения, что приводит к увеличению энергозатрат для разогрева продукта, низкая термостабильность, низкая температура вспышки, низкое сцепление с материалами полотна дороги.

Наиболее близким по технической сущности является модифицированный битум (патент РФ №2 669 085, C07L95/00, опубл. 06.06.2017 г.), включающий, 98,0-99,0 мас.% дорожного вязкого битума и остальное продукт конденсации олеиновой кислоты с диэтилендиамином или триэтилентетраамином с аминным числом не более 4,5 и кислотным числом не более 20.

Недостатками этого битума являются: высокое влагонасыщение, невысокая адгезия к минеральным материалам и, как следствие, невысокий коэффициент сцепления шины автомобиля с асфальтовым покрытием и низкий предел прочности при сжатии.

Задачей изобретения является усовершенствование состава модифицированного битума, позволяющее повысить его эксплуатационные характеристики.

Технический результат заключается в улучшении физико-химических показателей модифицированного битума и эксплуатационных показателей покрытия дорог с использованием этого битума: адгезионных свойств к минералам кислотного и основного химико-минерального состава, замедление процесса теплового старения, снижение динамической вязкости модифицированного битума, а также снижение влагонасыщения дорожного покрытия и увеличение сцепления колес автомобиля с дорогой.

Технический результат достигается тем, что модифицированный нефтяной дорожный битум содержит битум нефтяной дорожный вязкий и модификатор, в качестве которого используют жиро-протеиновый концентрат «АШЕР», при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Битум нефтяной дорожный вязкий	99,0 – 99,2
Жиро-протеиновый концентрат «АШЕР»	0,8 – 1,0

Для улучшения адгезионных свойств битума к минералам кислотного и основного химико-минерального состава, замедления процесса теплового старения, снижения динамической вязкости, а также снижения влагонасыщения дорожного покрытия и увеличения сцепления колес автомобиля с дорогой в битум вводят жиро-протеиновый концентрат (ЖПК). Благодаря наличию в ЖПК жиров и ПАВ он хорошо смешивается с битумом до однородной массы, и способствует прочному и полному обволакиванию зерен минерального материала. Адсорбционные процессы и молекулярно-поверхностные явления, связанные с адсорбцией ПАВ, изменяют структуру пограничных слоев битума и влияют на консистенцию битумоминеральных смесей. Карбоксильные соединения закрепляются на поверхности минералов как в молекулярной, так и в ионной формах, что позволяет улучшить все эксплуатационные свойства битума.

ЖПК получают в процессе переработки растительного масла. При щелочной нейтрализации масел получают соапсток, который обрабатывают серной кислотой до рН 1,5-2,0, интенсивно перемешивают при температуре 90°С. Получают водную эмульсию, которая расслаивается на три фазы, средняя из которых является жиро-протеиновым концентратом. ЖПК имеет однородную вязкую консистенцию от светло-коричневого до темного цвета плотностью 1004-1065кг/м³, не горюч, не токсичен, не пожароопасен, массовая доля общего протеина 15-40%, массовая доля общего жира 6-12%.

Для получения модифицированного битума использовали битум нефтяной дорожный вязкий марки БНД60/90 по ГОСТ 22245-90 производства ЗАО «КНПЗ-КЭН», г. Краснодар и жиропротеиновый концентрат производства ОАО «Югмаслопродукт», г. Кропоткин Краснодарского края.

Модифицированный битум получали путем взвешивания необходимого количества битума и ЖПК в соответствии таблице 1.

Таблица 1

Состав модифицированного битума

Пример №	Содержание компонентов, мас.%
Битум БНД 60/90	ЖПК	Продукт конденсации олеиновой кислоты с диэтилетриамином
1	99,1	0,9	-
2	99,2	0,8	-
3	99,0	1,0	-
4 прототип	98,5	-	1,5

Битум подогревают до температуры 150-160^оС, а ЖПК – до 60-70°С. Разогретые компоненты соединяют и перемешивают в течение 20-30 минут.

Полученному модифицированному битуму определяют следующие показатели качества:

- сцепление с поверхностью кислых и основных пород минеральных материалов определяли по ГОСТ 12801-98, раздел 28, изм.1. Для определения сцепления модифицированного битума (МБ) с поверхностью кислых пород использовали щебень гранитный по ГОСТ 8267-93 Белореченского месторождения, пос. Дружный Краснодарского края, а с поверхностью основных пород использовали щебень Гулькевического месторождения, х. Киевка Краснодарского края;

- пенетрацию по ГОСТ 11501-78;

- температуру размягчения по ГОСТ 11508-73;

- изменение массы и температуры размягчения после прогрева по ГОСТ 18180-72 и ГОСТ 11506-73.

Реологические испытания для определения зависимости динамической вязкости от скорости сдвига и температуры проводили на реометре HAAKE MARS 111 в динамическом режиме с использованием измерительной системы «плоскость-плоскость» с диаметром плоскости и ротора 35мм, со скоростью сдвига в пределах 0-1000 с^-1, диапазона температуры расплава 135-163^оС. Рабочий зазор между плоскостями принимался в соответствии с толщиной расплавленного модифицированного битума и составил 1мм. Результаты показателей качества модифицированного битума представлены в таблице 2.

Таблица 2

Свойства модифицированного битума

Пример №	Показатели качества
	адгезия к минеральным материалам, балы	Пенетрация, мм при температуре,	Температура размягчения,°С	Изменение свойств после прогрева (5ч при 163°С) (тепловое старение)	Динамическая вязкость, Па при скорости сдвига
	основ-ные	кис-лые	Температура размягчения,°С	25°С	0°С	массы,%	температура размягчения,°С не более	100с^-1	1000с^-1
135°С	163°С	135°С	163°С
1	5,5	5,2	91	24	49,2	0,092	9,1	0,336	0,132	0,382	0,122
2	5,5	5,2	91	24	49,2	0,093	9,2	0,332	0,132	0,385	0,125
3	5,5	5,2	92	24	49,2	0,092	9,1	0,330	0,132	0,385	0,123
прототип	5,0	5,0	90	24	47,75	0,095	9,5	0,342	0,138	0,399	0,128

На основе модифицированного битума были приготовлены образцы асфальтовых вяжущих, состав которых приведен в таблице 3.

Таблица 3

Состав асфальта

Пример №	Содержание компонентов, %мас
Пример №	Минеральный компонент	Модифицированный битум
кислой породы	основной породы	по примеру №1	по прототипу
1	84,5	-	15,5	-
2	-	84,5	15,5	-
прототип	-	84,5	-	15,5

Образцы представляли собой цилиндры диаметром 50 мм, которые испытывали на прочность и водонасыщение по ГОСТ 12248-2010 (см. табл.№4). Кроме того, были заасфальтированы 2 участка дороги длиной 3км (асфальтовым вяжущим по примерам №1 и 2), на которых испытывали силу сцепления шин автомобиля с дорогой. Коэффициент сцепления шин с дрогой определяли по длине тормозного пути в соответствии СНиП 3.06.03-85. Результаты приведены в таблице 4.

Таблица 4

Показатели качества асфальта

Пример №	Средняя плотность г/см³	Влаго- насыщение, %	Предел прочности при сжатии, МПа при темпе- ратуре, °С	Коэффициент сцепления шины автомобиля с асфальтовым покрытием, баллы
50	0	сухим
1	1.99	3.05	4.21	11.43	0,78
2	1.98	3.11	3.99	11.42	0.78
прототип	1.99	3.62	3.65	10.25	0.72

Предложенный модифицированный битум по сравнению с известным обладает более высокими адгезионными свойствами к минеральным материалам, кислотного и основного химико-минерального состава, замедлением процесса теплового старения и снижением динамической вязкости. Кроме того, снижается влагонасыщение дорожного покрытия, приготовленного на основе предложенного модифицированного битума от 14,1 до 15,7%, возрастает предел прочности при 50°С от 9,3 до 15,3%, при 0°С от 11,4 до 11,5% и увеличивается сцепление колес автомобиля с дорогой на 8% при сухом покрытии.

Однако достижение таких показателей возможно только при использовании заявленного модификатора и соотношении компонентов (смотри сравнительные примеры в таблицах 1-4).

Модифицированный нефтяной дорожный битум, включающий битум нефтяной дорожный вязкий и модификатор, отличающийся тем, что в качестве модификатора используется жиро-протеиновый концентрат «АШЕР», при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум нефтяной дорожный вязкий	99,0-99,2
жиро-протеиновый концентрат «АШЕР»	0,8-1,0.

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам на основе битума - асфальтобетонным смесям, в частности к способу когезионного упрочнения битума. Способ осуществляют путем введения углеродных каркасных структур в битум при температуре его переработки, причем в качестве каркасной структуры применяют интеркалированный графит в количестве не менее 2,5% массы битума.

Модифицирующая добавка // 2781192

Изобретение относится к модифицирующей добавке для улучшения эксплуатационных свойств битумов и асфальтобетона, включающей смесь углеродных наноматериалов. Добавка характеризуется тем, что углеродные наноматериалы распределены в матрице нефтяного экстракта марки А и включают одностенные углеродные нанотрубки, многостенные углеродные нанотрубки, графен и углеродные нановолокна при следующем соотношении компонентов, масс.

Способ получения блок-сополимерной композиции и асфальтовой композиции, содержащей полученную таким образом блок-сополимерную композицию // 2779797

Настоящее изобретение относится к способу получения блок-сополимерной композиции для применения в качестве модификатора асфальта и асфальтовой композиции, включающей полученную таким образом блок-сополимерную композицию. Данный способ включает: добавление ароматического винильного мономера и соединения формулы (1) M-X-R1R2 к углеводородному растворителю и перемешивание с получением первого смешанного раствора; добавление инициатора полимеризации к первому смешанному раствору и проведение полимеризации с получением второго смешанного раствора; добавление сопряженного диенового мономера ко второму смешанному раствору и проведение полимеризации с получением третьего смешанного раствора; добавление связующего агента к третьему смешанному раствору для проведения реакции связывания.

Асфальтобетонная смесь // 2778885

Изобретение относится к производству дорожных покрытий, в частности к асфальтобетонным смесям, используемым для устройства покрытий при строительстве автомобильных дорог, аэродромов, спортивных площадок во всех климатических зонах. Асфальтобетонная смесь содержит вяжущее на битумной основе и минеральную часть, представленную щебнем M1200 фракции 5-20 мм, мелким песком, минеральным порошком МП-1, при этом смесь дополнительно содержит отход дробления керамогранита фракции 0-5 мм и адгезионную добавку Bitaden10 при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум 3,48-5,17, адгезионная добавка Bitaden 10 в количестве 0,01-0,02, щебень 37,1, минеральный порошок 7,6, песок 4,8 и отход дробления керамогранита 45,32-47.

Способ получения универсального битумно-полимерного состава // 2777892

Изобретение относится к области ремонта дорожных покрытий и бетонных конструкций и предназначено для заделки швов и трещин в асфальтобетонных и цементобетонных покрытиях, в частности к способу получения битумно-полимерного состава. Способ включает совмещение бутадиен-нитрильного каучука в количестве 12-16 мас.ч.

Гранулированная модифицирующая добавка для асфальтобетона // 2777821

Изобретение относится к области строительного производства в автодорожной отрасли и может быть применено при изготовлении асфальтобетона, в том числе с использованием нанотехнологий. Гранулированная модифицирующая добавка включает модифицирующую смесь и связующее.

Асфальтобетонная смесь // 2777276

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано для устройства верхних слоев дорожных одежд, покрытий тротуаров, мостовых переходов. Технический результат заключается в улучшении основных физико-механических свойств асфальтобетона, увеличении температурного интервала работоспособности битумного вяжущего, а также снижении экологического ущерба за счет утилизации бытовых отходов.

Битумно-полимерная герметизирующая композиция // 2776055

Изобретение относится к составам битумно-полимерных материалов, предназначенных для герметизации деформационных швов цементобетонных и асфальтобетонных покрытий аэродромов. Битумно-полимерная герметизирующая композиция включает нефтяной битум, полимер, пластификатор и комплекс целевых модифицирующих добавок.

Асфальтовая композиция, содержащая термореактивные соединения // 2770600

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).

Битумные композиции и способы их получения // 2769779

Изобретение по существу относится к битумным композициям и способам их получения. Композиция содержит: базовый битум в количестве от около 91 до около 96 мас.% в расчете на общую массу указанной композиции, выбранный из классов эффективности PG 58-28, PG 64-22, PG 52-34 и их комбинаций; неэпоксидированное масло, выбранное из полугудронов, кукурузного масла и их комбинаций в количестве от около 2,5 до около 6 мас.% в расчете на общую массу указанной композиции для повышения устойчивости к термическому растрескиванию; и по меньшей мере один полиолефин в общем количестве от около 1,2 до около 3 мас.% в расчете на общую массу указанной композиции для повышения устойчивости к деформации.

Полимерная композиция // 2784245

Изобретение относится к полимерному материаловедению и может быть использовано для изготовления резиновых уплотнительных изделий. Полимерная композиция включает каучук бутадиен-нитрильный парафинатный марки БНКС-18А(АН), каучук изопреновый марки СКИ-3, сера техническая, тетраметилтиурамдисульфид, N,N'-дитиодиморфолин, N-циклогексил-2-бензтиазолил-сульфенамид, оксид цинка, фенил-β-нафтиламин, углерод технический П803, углерод технический Y354, олигоэфиракрилат ТГМ-3, дибутилсебацинат, кислота стеариновая, диоксид кремния, N-изопропил-N'-фенил-п-фенилендиамин.