вяжущее (полиэтилен-гудроновое вяжущее с резиновой крошкой - пэгв-р) для дорожных покрытий

Формула изобретения

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

глубокоокисленный гудрон	30-40
полиэтилен высокого давления	1,5-3,5
резиновая крошка	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 блок-сополимеров 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
Блок-сополимеры алкадиена и стирола	0,1-22,3
Масло индустриальное	1,9-3 3,3

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 - блок-сополимера алкадиена и стирола.

Известна (Пат. РФ № 2327719, 2008) битумно-резиновая композиция, которая может быть использована в качестве вяжущего в дорожном строительстве. Композиция включает, 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 и затем и к потере ими необходимого уровня основных эксплуатационных показателей качества.

Наиболее близким вяжущим, взятым за прототип, является полимерно-гудроновое вяжущее для дорожных покрытий, которое содержит, мас.%:

Гудрон или смесь гудронов с ВУ580=60-160 с	83,0-91,3
Масло индустриальное	5,0-12,0
Блок-сополимер алкадиена и стирола	3,5-5,0

(Пат. РФ № 2397187, 2010).

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 - блок-сополимера алкадиена и стирола, который способен образовывать собственный структурный каркас. Кроме того, эта структура также не связана с пространственной структурой гудрона, образованной его смолисто-асфальтеновыми компонентами.

Задачей предлагаемого изобретения являлась разработка вяжущего для дорожных 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 асфальтобетонных дорожных покрытий на основе прямогонного гудрона, содержащее, в мас.%:

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

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

- прямогонный гудрон с условной вязкостью при температуре 80°С и с диаметром отверстия 5 мм - ВУ580=60-160 с. 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 пенетрации;

- 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;

- резиновая крошка от переработанных автопокрышек, фракция 0÷0,63 мм. В девулканизированном виде сохраняет в своем составе реакционноспособные серные связи, а также соответствующие активаторы и ускорители вулканизации, которые необходимы для прививки молекул полимера к ненасыщенным компонентам прямогонного гудрона. Рациональная утилизация отработанных автопокрышек также является одной из приоритетных задач российской экологии;

- 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 ПЭВД является термопластом и не обладает эластичностью как у термоэластопласта типа СБС, в предложенной композиции происходит прививка молекул полиэтилена с ненасыщенными связями к ненасыщенным связям прямогонного гудрона, структура которого обладает эластичностью, через серные связи элементарной серы и оставшиеся серные мостики в девулканизированной резиновой крошке. При этом получают композиции, которые имеют несколько более низкий уровень пластичности по сравнению с ПБВ по ГОСТ Р 52056-2003, но уже обладающие эластичностью.

ПЭГВ-Р для строительства и ремонта дорожных покрытий готовят с использованием стандартного оборудования путем последовательного смешения примерно равных объемов прямогонного гудрона с девулканизированной при ~200°С в течение 1,0÷1,5 часов резиновой крошкой и с растворенной в нем при 140-160°С в течение 1,0÷1,5 часов элементарной серой, а затем с полиэтиленом при 160-180°С в течение 1,5-2,0 часов и далее - с глубокоокисленным гудроном. Процесс смешения проводят путем подачи дозировочными насосами компонентов в обогреваемые стационарные смесители.

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 ПЭГВ-Р 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-Р (обеспеченные асфальтеновыми структурами прямогонного гудрона с привитыми молекулами 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 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 52056-2.

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