Результат интеллектуальной деятельности: ВЯЖУЩЕЕ (ПОЛИЭТИЛЕН-ГУДРОНОВОЕ ВЯЖУЩЕЕ - ПЭГВ) ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ

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.%:

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.%:

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.%:

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.