Спосіб одержання модифікованого бітуму

Винахід належить до галузі дорожнього будівництва і може бути використаний для виготовлення асфальтобетонних сумішей, а також сумішей тривалого зберігання при улаштуванні дорожніх покриттів об'єктів різного функціонального призначення. Відомі способи виготовлення модифікованого бітуму (бітуму, модифікованого полімерами), які полягають у змішуванні в спеціальних установках розігрітого до заданої температури дорожнього бітуму з полімерами (синтетичні латекси, каучуки, блоксополімери типу СБС: ДСТ–30-01, ДСТ-30Р-01, Кратон Д 1101, Фінапрен 502, Европрен Сол Т 161, Калпрен 411 та інші), взятих у співвідношеннях, що визначаються показниками та умовами подальшого застосування. Але ці способи передбачають тривале змішування компонентів при високих температурах (185-200°С) внаслідок підвищення в'язкості системи за рахунок введення одного тільки полімеру, що ускладнює отримання якісного матеріалу внаслідок протікання деструктивних реакцій термомеханічного окислення як полімеру, так і бітуму. Найбільш близьким до способу, що пропонується, є спосіб отримання модифікованого бітуму який включає з'єднання термоеластопласта з в'яжучім та перемішування їх при підвищеній температурі. За прототипом термоеластопласт одержують розчиненням полімерів (ДСТ-30Р-01, ДСТ-30-01, Кратона Д 1101М, Фінапрена 411) у пластифікаторі (індустріальному мастилі марки И-40А) в спеціальних установках при температурі 200° С і потім полімерний розчин вводять в бітум (який одержаний окисленням гудрону), підігрітий до температури 140 150°С та перемішують протягом 4-6 годин (див. ТУ У В.2.7-24.1-03450778-198-2002. "Бітуми, модифіковані полімерами. Технічні умови"). Недоліком прототипу є те, що для модифікації використовують готовий бітум (який одержують окисленням гудрону), який для одержання нормальної якості, необхідно змішувати з термоеластопластом при температурі 180-200° С протягом довгого часу. Перебування переокисленого бітуму в таких умовах, завдяки дії деструктивних реакцій термомеханічного окислення, обумовлює інтенсивне його "старіння" і низькі адгезійні властивості, що зменшує строк його експлуатації (в залежності від умов експлуатації - на 5-6 років). Крім того, у прототипі використовують дорогі і дефіцитні, здебільш імпорті, полімери. В основу винаходу покладене завдання створити такий спосіб одержання модифікованого бітуму, за яким шляхом заміни інгредієнтів, які використовуються для одержання бітуму і режимів операцій, досягається виключення знаходження переокисленого бітуму довгий час при високій температурі, оскільки одержання бітуму і його модифікація поєднані в одну операцію і відбуваються одночасно, тобто виключення виникнення "старіння" бітуму з одночасним підвищенням адгезійних властивостей. Це приводить до підвищення строку його експлуатації, принаймні, на 5 - 6 років. Для вирішення завдання запропонований спосіб одержання модифікованого бітуму, який включає з'єднання термоеластопласта з в'яжучім та перемішування їх при підвищеній температурі, у якому, згідно з винаходом, як термоеластопласт використовують гумову крихту, а як в'яжуче - гудрон, причому з'єднання інгредієнтів здійснюють шляхом додавання гумової крихти у попередньо розігрітий до 200° С гудрон, формують потік, який під тиском не менш, як 0,6 МПа подають у змішувач, а змішування здійснюють з одночасним насиченням суміші киснем протягом усього часу змішування. Для даної технології найкраще підходить змішувач кавітаційного типу. В запропонованому способі високі фізико-механічні властивості модифікованого бітуму досягаються внаслідок приготування суміші з гудрону (недоокисленого бітуму) та гумової крихти, а також умовам її перемішування. Обраний для модифікації полімер (гумова крихта) при високих температурах (200-220°С) не підлягає дії деструктивних реакцій термомеханічного окислення. Запропонований спосіб не потребує використання дорогого спеціального обладнання, і може бути впроваджений на будь-якому асфальтобетонному виробництві без суттєвого переобладнання. Спосіб реалізують таким чином. Зневоднений нафтовий гудрон подається по системі бітумопроводів в окислювальну установку, розігрівається до температури окислення з одночасним завантаженням в установку гумової крихти в кількості від 5 до 30%, в залежності від потрібної глибини проникнення голки (пенетрації) при 25°С та нижньої межи температури розм'якшення бітуму, заданої технічними умовами. На даному етапі технологічного процесу відбувається доокислення нафтового гудрону до необхідних параметрів і набрякання гумової крихти. Після закінчення цього процесу вказана суміш за допомогою насосів, змішуючись, надходить до робочої камери кавітаційного пристрою у вигляді швидкісного потоку з тиском у 0,60,7МПа, що забезпечує енергію, необхідну для збудження процесу кавітації. Потрапляючи до робочої камери кавітаційного пристрою, до якої одночасно з цим подають кисень, потік рідини за допомогою завихрювачів, жорстко закріплених у середині його корпусу, отримує додатковий енергетичний імпульс і набуває турбулентного характеру, створюючи пульсуючу суперкаверну, в зоні замикання якої генерується поле кавітаційних мікробульбашок кисню, які, падаючи в зону нормального тиску, руйнуються з утворенням надшвидкісних мікрострумочків. Ці струмочки, стискаючись з твердою поверхнею, генерують значний ударний тиск, під дією якого відбувається ефективна розшивка полімеру в бітумному середовищі, обумовлюючі високий адгезійний ефект, а також отримання високоякісної гомогенної полімербітумної суміші. Зберігання та використання отриманого полімербітумного в'яжучого аналогічно полімербітумним в'яжучим, виготовленим на основі інших полімерів. Дослідження фізико-механічних характеристик запропонованого полімербітумного в'яжучого здійснювали на дослідних зразках. Технологічні властивості дослідних полімербітумних в'яжучих визначались за діючими стандартами. Результати випробувань наведені в таблиці Таблиця Найменування показників Запропонований спосіб Прототип 1 1. Однорідність 2. Глибина проникнення голки (пенетрація), м.10 (0,1мм): при 25°С при 0°С, не менше 3. Температура розм'якшення за кільцем і кулею, °С, не менше 4. Розтяжність (дуктильність), м.10 (см), не менше при 25°С при 0°С 5. Еластичність при 25 °С, %, не менше 6. Температура крихкості, °С, не нижче 7. Температура спалаху, °С не нижче 8. Зміна властивостей після прогрівання: 8.1. зміна температури розм'якшення, °С, не більше 8.2. залишкова пенетрація при 25°С,%, не менше 9. Зчеплення: з мінеральним матеріалом, не менше 10. Розшарування при зберіганні: 10.1. різниця температур розм'якшення, °С, не більше 10.2. різниця пенетрацій при 25°С, 11. Інтервал пластичності, °С, не менше 12. Індекс пенетрації (БМТЕ 60/90-52) (БМТЕ 60/90-52) 2 3 4 5 Немає згустків та частинок нерозчиненого полімеру 79 29 77 26 75 28 72 27 65 26 64 22 52 55 59,5 61,5 63,5 68 40 10,0 60,5 -19 230 38 10,2 63,0 -20 230 36 10,3 65,5 -22 230 34 10,6 66,5 -23 230 31 10,8 68,0 -24 230 35 10 67 -23 230 4,0 4,5 4,5 5,0 5,0 4,0 80 79 78 74 68 69 5 бал 5 бал 5 бал 5 бал 5 бал 3 бал (або (або (або (або (або (або 75%) 100%) 100%) 100%) 100%) 100%) 1,5 15 71 +1,7 1,5 15 75 +1,9 2 20 81,5 +2,0 3 22 84,5 +2,1 3 23 87,5 +2,3 2,5 21 81,0 +1,8 Результати випробувань, які наведені в таблиці, показали, що полімербітумне в'яжуче, виготовлене запропонованим способом, у порівнянні з прототипом має наступні переваги: воно має більшу глибину проникнення голки (пенетрацію) при 25°С, та при 0°С, що зумовлено використанням гудрону і резинової крихти, а також воно характеризується 100% зчепленням з мінеральним матеріалом, що на 25% вище, ніж у прототипу. Такі високі показники зчеплення обумовлюються адгезійні властивостями модифікованого бітуму. Крім того, суттєво поліпшуються всі показники асфальтобетонних сумішей, як технологічні, так і експлуатаційні.