Способ получения модифицирующей композиции для асфальтобетонных смесей

Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов, а именно к способам получения модифицирующих композиций для асфальтобетонных смесей при устройстве покрытий автомобильных дорог, мостов и путепроводов.

Известен способ получения структурирующей добавки для асфальтобетонной смеси («Стабилизирующая добавка для асфальтобетонной смеси на основе торфа и способ получения для нее структурообразователя», патент на изобретение РФ №2479524, МПК С04В 26/26, C08L 95/00, 2013 г.), характеризующийся тем, что составляют исходную сырьевую смесь из равных по массе частей низинного, верховного и переходного слоев торфа или один из видов торфов с исходной влажностью до 50%, удаляют крупные растительные остатки и посторонние предметы путем просеивания на грохоте с проходом решета по крупности 4...5 мм, сушат полученную массу при температуре 105…115°С до влажности 2…4%, измельчают ее, например, на молотковой дробилке, до крупности не более 2,5 мм и разделяют с помощью циклона на две фракции - средневолокнистую и пылевую с крупностью соответственно не более 2,5 мм и 0,02 мм, затем производят досушивание обеих фракций до влажности ниже 2%, а также осуществляют амидоамирование, эфироаминирование или малеинирование торфяных гуминовых кислот и оксидов пылевидной фракции измельченного торфа органическими аминами, содержащими более двух аминогрупп, эфироаминирование - гидроксилсодержащими органическими аминами, а малеинирование - малеиновым ангидридом при смешивании и термообработке, проводимой непосредственно при изготовлении добавки или в условиях горячего приготовления щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси или асфальтобетонных смесей, а в смесь средневолокнистой и пылевой фракций измельченного торфа вводят дорожный битум до 20 мас. %, нагревают полученный состав до 150°С, перемешивают, охлаждают и дробят до получения крошки.

Недостатком данного способа является необходимость применения токсичных веществ для обработки фракций торфа, а также сложность обеспечения требуемых прочностных характеристик асфальтобетонов вследствие естественной деструкции извлекаемых из торфа волокон, например, в результате их разложения.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению, является способ получения стабилизирующей добавки для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси («Стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси и способ ее получения», патент на изобретение РФ №2312116, МПК С04В 26/26, C08L 95/00, 2007 г.), принятый за прототип, включающий смешение битума и структурирующей добавки и последующее гранулирование композиции, причем в качестве структурирующей добавки берут льняную солому, которую предварительно замачивают в щелочном растворе с поверхностно-активным веществом, затем подвергают термомеханохимической активации, промывают, сушат, распушают.

Недостаток указанного способа заключается в сложности его реализации, в значительной длительности и трудоемкости процесса обработки льняной соломы, а также в необходимости применения и последующей утилизации агрессивных компонентов.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении экономичности процесса приготовления модифицирующей композиции, в его ускорении, в повышении качества асфальтобетонного покрытия, а также в повышении универсальности модифицирующей композиции к типам минеральных наполнителей асфальтобетонных смесей.

Технический результат достигается тем, что способ получения модифицирующей композиции для асфальтобетонных смесей, заключающийся в смешивании битума и структурирующей добавки и в последующем гранулировании композиции, дополнительно включает совмещение битума, нагретого до температуры 140-160°С, и структурирующей добавки, в качестве которой применяют текстильный кордный пух, с резиновой крошкой, активированной раствором каучуков в углеводородном масле, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

при этом смешивание компонентов осуществляют в высокоскоростном смесителе при линейной скорости в точке максимального диаметра его рабочих органов не менее 15 м/с в течение 15-100 секунд, а резиновую крошку получают из переработанных автомобильных шин путем механического тонкого измельчения на вальцах, где задают соотношение линейных скоростей условных точек на наружных поверхностях пары валков не менее 1:10 и устанавливают зазор между валками не более 0,05-0,1 мм, до частиц с максимальным размером не более 1,5 мм и величиной удельной геометрической площади поверхности частиц не менее 7000 см²/г, и смешивания с раствором каучуков в углеводородном масле при следующем соотношении компонентов, масс. %:

с последующим вылеживанием в течение 10-28 часов, а раствор каучуков в углеводородном масле предварительно получают в диссольвере со скоростью вращения рабочих органов 50-400 об/мин в течение 0,5-2 часов при температуре 130-150°С при следующем соотношении компонентов, масс. %:

В качестве углеводородного масла используют масло с вязкостью кинематической при 40°С не более 61-75 мм²/с, с плотностью при 20°С не более 900 кг/м3 и с температурой воспламенения не ниже 220°С. Текстильный кордный пух, получаемый при механическом измельчении автомобильных шин, включает сгруппированные случайным образом в аморфные комкообразные структуры отрезки мононитей текстильного корда автомобильных шин длиной не более 10,0 мм и диаметром не более 0,1 мм, при этом отрезки мононитей текстильного корда имеют случайную пространственную зигзагообразную форму.

Способ получения модифицирующей композиции для асфальтобетонных смесей поясняет блок-схема с условными обозначениями: вальцы 1; смеситель 2; контейнер 3, высокоскоростной смеситель 4; гранулятор 5; диссольвер 6.

В вальцах 1 производят тонкое измельчение резиновой крошки из переработанных автомобильных шин практически до состояния высокодисперсного порошка. Измельченную резиновую крошку подают в смеситель 2 непрерывного или периодического действия, где ее активируют предварительно полученным в диссольвере 6 раствором каучуков в углеводородном масле, а именно раствором насыщенного низкомолекулярного карбоцепного каучука (например, полиизобутилена) и ненасыщенного высокомолекулярного карбоцепного каучука (например, синтетического каучука изопренового СКИ-3) в углеводородном масле, в качестве которого может использоваться, например, индустриальное масло И-40А. Активированную резиновую крошку помещают, например, в контейнер 3, где она вылеживается в течение 10-28 часов при температуре наружного воздуха 15-25°С.

Полиизобутилен и СКИ-3 обеспечивают улучшение адгезионной способности битумного вяжущего к различным типам минеральных наполнителей асфальтобетонных смесей, а также повышение прочности и морозостойкости асфальтобетона.

После вылеживания активированную резиновую крошку смешивают в высокоскоростном смесителе 4 с битумом и текстильным кордным пухом. В итоге активированная резиновая крошка капсулируется битумом, т.е. приобретает свойства сродства к любым типам битумов. Полученную смесь гранулируют в грануляторе 5.

Наличие в заявляемой модифицирующей композиции для асфальтобетонных смесей (МКАБС) текстильного кордного пуха существенно повышает вязкость битумного вяжущего, а его дешевизна (≈3-5 руб./кг) положительно сказывается на эффективности производства МКАБС. Случайная пространственная зигзагообразная форма отрезков мононитей в текстильном кордном пухе, являющаяся следствием механического измельчения автомобильных шин, значительно усиливает его армирующее действие на битумное вяжущее.

При промышленном производстве МКАБС установленная мощность оборудования производительностью 400 кг/час не превышает 150 кВт.

В таблице 1 представлены результаты испытаний физико-механических свойств асфальтобетонной смеси ЩМА-10 при добавлении в битумное вяжущее 5% от массы битума МКАБС, полученной по заявляемому способу, со следующим соотношение компонентов, масс. %:

В таблице 2 представлены результаты исследования по ГОСТ 33143-2014 влияния МКАБС, полученной по заявляемому способу, с указанным выше соотношением компонентов на температуру хрупкости по Фраасу битумов БНД 60/90 и БНД 90/130.

Результаты испытаний, приведенные в таблицах 1 и 2, подтверждают тот факт, что при добавлении в асфальтобетонную смесь МКАБС, полученной по заявляемому способу, обеспечивается увеличение предела прочности при сжатии и снижение водонасыщения, а также повышение ее морозостойкости, т.е. улучшается качество асфальтобетонной смеси.

МКАБС, полученная по заявляемому способу, является универсальной композицией и может использоваться в качестве добавки к известным типам минеральных наполнителей асфальтобетонных смесей.

В таблице 3 представлены результаты исследования по ГОСТ 12801-98 влияния состава битумного вяжущего (основа - БНД 60/90) на качество сцепления битумного вяжущего с поверхностью щебня (гранит, 10-20 мм, Карелия).

В таблице 4 представлены результаты исследования по ГОСТ 12801-98 влияния состава битумного вяжущего (основа - БНД 60/90) на качество сцепления битумного вяжущего с поверхностью щебня (известняк, 10-20 мм, Киров).

В таблице 5 представлены результаты исследования по ГОСТ 12801-98 влияния состава битумного вяжущего (основа - БНД 60/90) на качество сцепления битумного вяжущего с поверхностью щебня (известняк, 10-20 мм, Хромцовский карьер, Ивановская область).

В таблице 6 представлены результаты исследования по ГОСТ 12801-98 влияния состава битумного вяжущего (основа - БНД 100/130) на качество сцепления битумного вяжущего с поверхностью щебня (гранит, 10-20 мм, Карелия).

Установлено, что применение МКАБС, полученной по заявляемому способу, увеличивает качество сцепления битумного вяжущего с поверхностью щебня как в сравнении с чистым битумом, так и в сравнении с использованием адгезионной добавки «Азол 1002» к битуму. При этом при пролежке в течение 13 суток качество сцепления битумного вяжущего, содержащего МКАБС, полученной по заявляемому способу, с поверхностью щебня возросла.

В таблице 7 представлены результаты исследования по ГОСТ 11506-73 влияния МКАБС, полученной по заявляемому способу, на температуру размягчения битумного вяжущего на основе БНД 60/90.

Установлено, что добавление МКАБС, полученной по заявляемому способу, в битумное вяжущее значительно повышает температуру его размягчения.

В таблице 8 представлены результаты исследования по ГОСТ 11503-74 влияния содержания МКАБС и на условную вязкость битумного вяжущего на основе БНД 60/90.

Установлено, что увеличение содержания текстильного кордного пуха в составе МКАБС в битумном вяжущем вызывает рост его условной вязкости и, как следствие, значительно снижает стекание битума с поверхности минеральных наполнителей в асфальтобетонных смесях.

Таким образом, учитывая невысокую энергоемкость технологического процесса приготовления модифицирующей композиции для асфальтобетонных смесей, доступность применяемых компонентов, а также простоту его реализации и малую длительность процесса, реализация предложенного способа позволяет обеспечить высокие экономичность производства, качество асфальтобетонных смесей, а также универсальность модифицирующей композиции к типам минеральных наполнителей асфальтобетонных смесей.

9