вяжущее (полиэтилен-гудроновое вяжущее - пэгв) для дорожных покрытий

Формула изобретения

Вяжущее для дорожных асфальтобетонных покрытий на основе прямогонного гудрона, содержащее в мас.%:

глубокоокисленный гудрон	30-40
полиэтилен высокого давления	1,5-3,5
сера элементарная	0,15-0,45
гудрон прямогонный	до 100.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к созданию материалов, используемых при строительстве и ремонте автодорог, а именно - к вяжущим материалам для дорожного асфальтобетонного покрытия.

Известны полимерно-битумные вяжущие материалы (ПБВ) на основе блоксополимеров на основе бутадиена и стирола, которые отвечают требованиям, предъявляемым к данным материалам по эластичности, трещиностойкости, деформативности и растяжимости при низких температурах, а также теплостойкости, и на которые разработан ГОСТ Р 52056-2003.

К числу основных эксплуатационных недостатков ПБВ по ГОСТ Р 52056-2003 (помимо высокой себестоимости) следует отнести использование в качестве основы вяжущего материала битума строго определенного качества по ГОСТ 22245-90, который получают окислением гудрона, за счет чего возрастает стоимость вяжущего и снижается его уровень качества. Этот недостаток можно отнести ко всем российским полимерно-битумным вяжущим материалам на основе окисленного битума. Самым же серьезным недостатком российских ПБВ является использование дорогостоящих пластификатора (индустриального масла И-40) и полимеров-термоэластопластов, в качестве которых используют стирол-бутадиенстирольные каучуки (СБС).

Известно (Пат. РФ № 2299228, 2007) битумное вяжущее для дорожного покрытия, которое содержит, мас.%:

Битум	44,4-98
Блоксополимеры алкадиена и стирола	0,1-22,3
Масло индустриальное	1,9-33,3

Недостатком этого известного вяжущего также является необходимость использования пластификатора - индустриального масла, в качестве одного из компонентов окисленного битума марок БНД по ГОСТ 22245-90, обладающего невысокой устойчивостью к старению, а также дорогостоящего полимера - термоэластопласта - блоксополимера алкадиена и стирола.

Известна (Пат. РФ № 2327719, 2008) битумно-резиновая композиция, которая может быть использована в качестве вяжущего в дорожном строительстве. Композиция включает, в мас.%: битум - 70-80, крошку из вулканизированной резины из отработанных автомобильных шин - 15-25 и нафталиновую фракцию каменноугольной смолы - 5-10.

Недостатком этой композиции является использование окисленных битумов, о чем было сказано выше, а также использование крошки из вулканизированной резины из отработанных автомобильных шин, которая не связана никакими физическими или химическими связями с нефтяной основой, что не позволяет обеспечить кинетическую (седиментационную) устойчивость получаемого ПБВ. А это неизбежно приводит сначала к снижению, а затем и к потере ими необходимого уровня основных эксплуатационных показателей качества.

Наиболее близким вяжущим (Пат. РФ № 2397187, 2010), взятым за прототип, является полимерно-гудроновое вяжущее для дорожных покрытий, которое содержит, мас.%:

Гудрон или смесь гудронов с ВУ5 80=60-160 с	83,0-91,3
Масло индустриальное	5,0-12,0
Блоксополимер алкадиена и стирола	3,5-5,0

В данном вяжущем битум заменен на более дешевый материал с более высокой устойчивостью к старению - гудрон, однако это вяжущее имеет следующий недостаток: использование значительных количеств дорогостоящих пластификаторов (индустриальное масло) и полимера - термоэластопласта - блоксополимера алкадиена и стирола, который способен образовывать собственный структурный каркас. Кроме того, эта структура также не связана с пространственной структурой гудрона, образованной его смолистоасфальтеновыми компонентами.

Задачей предлагаемого изобретения являлась разработка вяжущего для дорожных асфальтобетонных покрытий, которое отличалось бы использованием более дешевых и доступных компонентов по сравнению с ПБВ, и по уровню своих основных эксплуатационных показателей было бы максимально приближено к значениям нормативных требований к ПБВ по ГОСТ Р 52056-2003, обеспечивающих их надежную эксплуатацию в составе асфальтобетонных смесей. Но при этом обладало бы необходимым уровнем эластичности в отличие от окисленных битумов дорожных марок по ГОСТ 22245-90, лишенных этого свойства.

Для решения поставленной задачи предлагается вяжущее для дорожных асфальтобетонных покрытий на основе прямогонного гудрона, содержащее в мас.%:

Глубокоокисленный гудрон	30-40
Полиэтилен ПЭВД	1,5-3,5
Сера элементарная	0,15-0,45
Прямогонный гудрон	до 100

Состав и назначение компонентов, образующих заявляемое вяжущее (полиэтилен-гудроновое вяжущее - ПЭГВ) для дорожных покрытий:

- прямогонный гудрон с условной вязкостью при температуре 80°С и с диаметром отверстия 5 мм - ВУ₅ ⁸⁰=60-160 c. Является кубовым остатком вакуумной перегонки мазутов и отличается от окисленных битумов и гудронов наличием компонентов с ненасыщенными углеродными связями, позволяющими проводить процесс прививки к ним молекул полимера с образованием устойчивой структуры модифицированного вяжущего. Кроме того, использование в качестве нефтяной основы такого маловязкого, по сравнению с окисленными дорожными битумами, компонента как прямогонный гудрон позволяет отказаться от использования для растворения полимера дорогостоящих пластификаторов;

- глубокоокисленный гудрон (битум нефтяной строительный марки БН 90/10 по ГОСТ 6617-90). Необходим для придания композиции прочностных свойств, т.е. необходимого уровня пенетраци;

- элементарная сера, в качестве которой используют серу техническую газовую комовую по ГОСТ 127.1-93, является вулканизирующим агентом в композиции. Использование в композиции элементарной серы позволяет, кроме того, квалифицированно решать проблему ее утилизации, которая чрезвычайно актуальна с экологической точки зрения;

- полиэтилен, который является термопластом, т.е. не обладает эластичностью. В композиции используют полиэтилен высокого давления ПЭВД по ГОСТ 16337-77. Является существенно более дешевым и доступным полимером по сравнению с термоэластопластами.

Несмотря на то, что полиэтилен ПЭВД является термопластом и не обладает эластичностью как термоэластопласт типа СБС, в предложенной композиции за счет прививки молекул полиэтилена через серные связи к ненасыщенным связям прямогонного гудрона, структура которого обладает эластичностью, происходит образование нефтеполимерной устойчивой эластичной структуры. Образующиеся привитые структуры придают вяжущим несколько более низкий уровень пластичности по сравнению с ПБВ по ГОСТ Р 52056-2003, но уже, в отличие от окисленных битумов дорожных марок, обладают эластичностью.

ПЭГВ для строительства и ремонта дорожных асфальтобетонных покрытий готовят с использованием стандартного оборудования путем смешения подаваемых дозировочными насосами компонентов в течение 2,5-3,5 часов в обогреваемых резервуарах при температурах 140-180°С путем циркуляции и использования стационарных обогреваемых смесителей.

Для иллюстрации заявляемого технического решения было подготовлено 8 образцов композиций различного состава. Состав этих образцов вяжущего представлен в таблице 1.

В таблице 2 приведены сопоставительные данные о показателях качества исследуемых композиций и о требованиях к полимерно-битумным вяжущим (ПБВ) ГОСТ Р 52056-2003.

Из данных таблицы 2 следует, что разработанные образцы вяжущего на основе смесей прямогонного и глубокоокисленного гудронов соответствуют требованиям стандарта к полимерно-битумным вяжущим по всем основным показателям прочности (значения пенетрации и температуры размягчения) и низкотемпературных характеристик (значения температуры хрупкости, пенетрации и растяжимости при 0°С). Более низкие (по сравнению с ПБВ) значения уровня эластичности ПЭГВ (обеспеченные асфальтеновыми структурами прямогонного гудрона? привитыми к молекулам полиэтилена) позволяют рекомендовать их для широкого использования в дорожном строительстве вместо не имеющих эластических свойств и, следовательно, менее долговечных дорожных марок окисленных битумов. Аналогичные результаты были получены и для образцов № № 7 и 8.

Таким образом, заявленная композиция, благодаря сочетанию предлагаемых компонентов в определенных соотношениях, позволяет получить вяжущее для дорожных покрытий, обладающее как высокими прочностными свойствами, так и достаточной эластичностью. При этом не используют дорогостоящие пластификаторы и применяют более дешевые и доступные компоненты. Это позволяет расширить ассортимент вяжущих материалов для дорожно-строительных работ, соответствующих уровню основных нормативных требований к ПБВ по ГОСТ Р 52056-2003.

Таблица 1
Состав композиций вяжущего ПЭГВ
Наименование компонента	Содержание компонентов (в мас.%) в образцах №
	1	2	3	4	5	6	7	8
Глубокоокисленный гудрон (битум БН 90/10)	40,0	40,0	40,0	30,0	30,0	30,0	30,0	30,0
Полиэтилен ПЭВД	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	1.5	3.5
Сера элементарная	0,15	0,30	0,45	0,15	0,3	0,45	0,15	0,45
Гудрон прямогонный	До 100	До 100	До 100	До 100	До 100	До 100	До 100	До 100