Полімербітумна композиція

Реферат: Винахід належить до композицій на основі бітумів та регенерації відходів полімерів та може бути використаний при будівництві верхнього шару і ремонту існуючого асфальтобетонного покриття автомобільних шляхів і аеродромів. В основу винаходу поставлена задача підвищити високотемпературну стійкість бітуму і опірність асфальтобетону колійності за достатньо низьких температур змішування полімербітумної композиції з компонентами асфальтобетону і ущільнення асфальтобетону при забезпеченні зниження енерговитрат, і як наслідок, підвищення довговічності асфальтобетону. Другою задачею винаходу є ефективна утилізація відходів полімерів. Поставлені задачі вирішують тим, що полімербітумна композиція, що складається з бітуму і полімеру, згідно з винаходом, як полімер містить вторинний поліпропілен, опромінений потоком аероіонів 100 мкА протягом 8 годин, за такого співвідношення компонентів, мас. ч.: бітум 100,0 полімер 7,0-9,0. UA 107760 C2 (12) UA 107760 C2 UA 107760 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до композицій на основі бітумів та регенерації відходів полімерів та може бути використаний при будівництві верхнього шару і ремонту існуючого асфальтобетонного покриття автомобільних шляхів і аеродромів. У наш час на дорогах спостерігається збільшення інтенсивності та вантажонапруженості дорожнього руху, а це висуває підвищені вимоги до асфальтобетону та його складових. Для продовження терміну експлуатації доріг як в'яжучі для асфальтобетонних покриттів у дорожньому будівництві використовуються полімербітумні композиції. Найчастіше в полімербітумних композиціях використовують потрійний кополімер стиролбутадієн-стирол (СБС) або кополімер етилену і вінілацетату (ЕВА) [1, 2]. Додавання цих полімерів забезпечує підвищення температуростійкості бітуму, що проявляється в підвищенні опірності асфальтобетону до виникнення колійності при експлуатації доріг за підвищених температур. Згідно до SHRP (Strategic Highway Research Program - стратегічна програма дослідження доріг), опірність асфальтобетону колійності при високих температурах експлуатації визначається рівнем температуростійкості бітуму, класом PG (Performance Grade - рівень експлуатаційних якостей) в'яжучого. Найбільш близькою по суті до винаходу є полімербітумна композиція [3]. Зазначена композиція містить 2-5 мас. ч. СБС або ЕВА на 100 мас. ч. бітуму. Недоліком зазначеної композиції є те, що вона збільшує PG бітуму (PG 58-Y) лише на 3 класи (з 58 °C до 76 °C, тобто до PG 76-Y, клас PG змінюється при нагріванні на кожні 6 °C), а температура змішування полімербітумної композиції з компонентами асфальтобетону (щебінь, мінеральний наповнювач) при цьому збільшується до 171-173 °C, а температура ущільнення асфальтобетону збільшується до 167-169 °C. Це збільшує енергозатрати і не є технологічним. В основу винаходу поставлена задача підвищити високотемпературну стійкість (клас PG) бітуму, а саме опірність асфальтобетону до колійності, і як наслідок, підвищити довговічність асфальтобетону. При цьому забезпечуються достатньо низькі температури змішування полімербітумної композиції з компонентами асфальтобетону і ущільнення асфальтобетону, що дозволяє знизити енерговитрати і рівень забруднення навколишнього середовища. Другою задачею винаходу є ефективна утилізація відходів полімерів. Поставлені задачі вирішують тим, що полімербітумна композиція, що складається із бітуму і полімеру, згідно з винаходом, як полімер містить вторинний поліпропілен, опромінений потоком аероіонів (ППвт-а) 100 мкА протягом 8 годин, за такого співвідношення компонентів, мас. ч.: бітум 100,0 полімер 7,0-9,0. Вторинний поліпропілен було отримано з відходів пакувальної плівки. Відходи ПП подрібнювали, мили, сушили і переробляли в екструдері. Розмір гранул не має принципового значення. Використовували гранули діаметром 3-4 мм. Для обробки гранул аероіонами використовували пристрій, описаний в (4). Використання вторинного полімеру в складі полімербітумних композицій і асфальтобетону є більш економічним у порівнянні з використанням первинних полімерів. Крім того, без серйозних додаткових витрат вирішується проблема забруднення навколишнього середовища відходами полімерів. Навіть використання кількох процентів вторинних полімерів у складі асфальтобетонів дозволить ефективно утилізувати тисячі тон полімерних відходів при будівництві доріг. Лабораторні дослідження полімербітумної композиції за винаходом, яка містила вторинний поліпропілен, опромінений потоком аероіонів, ППвт.а, показали, що вона має вищі показники високотемпературної опірності колійності за нижчих температур змішування полімербітумної композиції з компонентами асфальтобетону (щебінь, мінеральний наповнювач) і ущільнення асфальтобетону у порівнянні з прототипом. Відомо, що у вторинних полімерах, які були в експлуатації в умовах дії таких факторів навколишнього середовища як волога, вітер, ультрафіолетове проміння, кисень, змінюється структура поверхні, виникають вільні радикали та функціональні групи; при опроміненні поліпропілену потоком аероіонів має місце часткова деструкція полімерного ланцюга, знижується його молекулярна маса, в полімері виникають додаткові вільні радикали і функціональні групи. Все це робить поверхню ППвт-а активованою і збільшує можливість його хімічної взаємодії з бітумом, що, у свою чергу полегшує процес змішування за рахунок реакції його поверхневих радикалів і функціональних груп з ненасиченими зв'язками компонентів бітуму. Відомо, що хімічне зв'язування сприяє більш ефективному диспергуванню, хімічна компатибілізація компонентів сумішей забезпечує їх взаємну більш високу адгезію. Коли вдається досягти відсутності макрофазового розподілу і наявності мікро-, нанофазового розподілу або сумісності на молекулярному рівні забезпечується ефективна модифікація. При експлуатації доріг за підвищених температур більш висока опірність асфальтобетону 1 UA 107760 C2 колійності дозволяє підвищити довговічність дорожнього одягу. Винахід пояснюється прикладом. Приклад Склад полімербітумної композиції, мас. ч.: 5 1 бітум (PG 52-Y) ППвт-а (гранули діаметром 3-4 мм) 1клас високотемпературної стійкості бітуму 10 15 100,0 7,0. В таблиці 1 наведені рецептури складів і результати їх випробувань для прикладів, згідно з винаходом (№ 1, 2), контрольних складів (№ 3, 4) і складу за прототипом (№ 5). Використання ППвт-а забезпечує підвищення класу PG полімербітумної композиції на 4-5 класів. Нарівні з цим температури змішування полімербітумної композиції з компонентами асфальтобетону і ущільнення асфальтобетону склали 153-163 °C і 142-154 °C, відповідно. Як видно із таблиці вміст ППвт.а у композиції 9 мас. ч. не забезпечує низькі температури змішування полімербітумної композиції з компонентами асфальтобетону і ущільнення асфальтобетону. Додатково було визначено стандартні властивості чистого бітуму і полімербітумної композиції з ПП вт-а (див. табл. 2). Використання вторинного ППвт-а у більш високих концентраціях у порівнянні з первинним полімером (СБС-Д у прототипі) забезпечує більші об'єми утилізації відходів полімерів, що суттєво знижує їх навантаження на навколишнє середовище при гарантованому підвищенні якості і довговічності дорожнього одягу. 20 Таблиця 1 1 Рецептура складів і властивості полімербітумних композицій Склад, на 100 мас. ч. Т-ра Т-ра 2 Підвищення Клас PG бітуму класу PG змішування, °C ущільнення, °C Бітум (PG 52-У) + 1 76-Υ 4 153-158 142-146 7ППвт-а Бітум (PG 52-Y) + 9 2 82-Υ 5 159-163 151-154 мас. ч. ППвт-а 3 Бітум (PG 52-Υ) + 6 64-Υ 2 149-152 138-141 контрольний мас. ч. ППвт-а 4 Бітум (PG 52-Υ) + 10 82-Υ 5 170-175 169-172 контрольний мас. ч. ППвт-а 5 Бітум (PG 58-Υ) + 5 76-Υ 3 171-173 167-169 прототип мас. ч. СБС-Д 1 Методики вимірювань описані в роботі [3]. 2 Таблиця з даними, на основі яких було визначено класи PG для чистого бітуму і полімербітумної композиції з ППвт-а, наведена в таблиці 3. № п/п Таблиця 2 Фізичні властивості вихідного бітуму і полімербітумної композиції з ПП вт-а Показники Пенетрація при 25 °C, 0,1 мм Температура розм'якшення, °C Вміст ППвт-ана 100 мас. ч. бітуму, мас. ч. 0 6 7 9 10 195,5 82,2 80,9 77 74,3 38,7 48,9 50,1 58,9 62,1 Таблиця 3 PG класи вихідного бітуму і полімербітумної композиції з ПП вт-а Композиція, на 100 м. ч. бітуму 1 Температура (°С) 2 G* /sin δ (кПа) 2 Специфікація обмеження (кПа) Клас UA 107760 C2 Продовження таблиці 3 46 4,65 52 1,85 PG 52-Υ 1,00 58 0,767 52 4,41 58 3,28 Бітум + 6 м. ч. PG 64-Y 1,00 ППвт-а 64 1,52 70 0,83 52 8.33 58 5,10 64 2,98 Бітум + 7 м. ч. PG 76-Υ 1,00 ППвт-а 70 1,57 76 0,76 82 15,29 52 7,92 58 4,70 64 3,11 Бітум + 9 м. ч. PG 82-Y 1,00 ППвт-а 70 2,26 76 1,58 82 38.01 52 17,60 58 9,30 64 5,43 Бітум + 10 м. ч. PG 82-Y 1,00 ППвт-а 70 3,55 76 2,48 82 4,65 1 G* - комплексний модуль, G*=G'+iG", де G' - модуль пружності при зсуві, G" - модуль втрат, визначені з використанням динамічного реометру зсуву. 2 sin δ - фазовий кут. Бітум 5 10 15 Джерела 1. Модифицированные битумные вяжущие, специальные битумы и битумы с добавками в дорожном строительстве. PIARC-AIPCR / Пер. с франц. В.А. Золотарёва; П.А. Беспаловой; Под общей редакцией В.А. Золотарёва, В.И. Братчуна. - Харьков: Изд-во ХНАДУ, 2003-229 с. 2. Гохман Л.М. Комплексные органические вяжущие материалы на основе блоксополимеров типа СБС. -Μ.: ЗАО - 2004.-510 с. 3. Taner Qlatas, Mesude Yilmaz. Construction and Building Materials.-2013. - V. 42. - P. 161-167. - прототип. 4. Патент РФ №2115321. Бюл. №20, 1998г. Сахно В.И., Горшкова М.М., Акулин В.Н., Блинов Ю.Г., Стрельцова О.И., Солодова Е.А. // Способ получения потоков аэроионов при атмосферном давлении. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Полімербітумна композиція, що складається з бітуму і полімеру, яка відрізняється тим, що як полімер містить вторинний поліпропілен, опромінений потоком аероіонів 100 мкА протягом 8 годин, за такого співвідношення компонентів, мас. ч.: бітум 100,0 полімер 7,0-9,0. 20 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3