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 поставлено задачу 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 поліетилен низького тиску, опромінений пучком електронів з дозою 20 кГр, за такого співвідношення компонентів, мас. ч.: бітум 100,0 полімер 7,0-9,0. UA 108432 C2 (12) UA 108432 C2 UA 108432 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 поставлено задачу 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. Другим завданням винаходу є ефективна утилізація відходів полімерів. Поставлені завдання вирішують тим, що полімербітумна композиція, що складається із бітуму і полімеру, згідно з винаходом, як полімер містить вторинний поліетилен низького тиску, опромінений пучком електронів (ПЕНТвт-е) з дозою 20 кГр, за такого співвідношення компонентів, мас. ч.: бітум 100,0 полімер 7,0-9,0. Вторинний поліетилен низького тиску було отримано з відходів пластикової тари для транспортування скляних пляшок. Відходи ПЕНТ подрібнювали, мили, сушили і переробляли в екструдері. Розмір гранул не має принципового значення. Використовували гранули діаметром 3-4 мм. Для обробки гранул пучком електронів 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 ПЕНТ вт-е, 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 поліетилену пучком електронів у полімері виникають додаткові вільні радикали і функціональні групи. Все це робить поверхню ПЕНТ вт-е активованою і збільшує можливість його хімічної взаємодії з бітумом у процесі 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 колійності дозволяє підвищити довговічність дорожнього одягу. Винахід пояснюється прикладом. 60 1 UA 108432 C2 Приклад 1 Склад полімербітумної композиції, мас. ч.: бітум (PG 52-Y) 1 100,0 7,0. ПЕНТвт-е 1 клас високотемпературної стійкості бітуму 5 10 15 20 25 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 ПЕНТвт.-е забезпечує підвищення класу PG полімербітумної композиції на 4-5 класів. Нарівні з цим температури змішування полімербітумної композиції з компонентами асфальтобетону і ущільнення асфальтобетону склали 166-172 °C і 153-163 °C, відповідно. Як видно із таблиці 1 вміст ПЕНТвт-е 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 ПЕНТвт-е (див. табл. 2). Використання вторинного ПЕНТ вт-е 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. Джерела інформації: 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. - М.: ЗАО . - 2004. - 510 с. 3. Taner Qlatas, Mesude Yilmaz. Construction and Building Materials. - 2013. - V. 42. - P. 161167. - прототип. 4. Сахно В.И., Вишневский И.Н., Зелинский А.Г., сахно А.В., Томчай С.П… Радиационная установка с ускорителем электронов ИЯИ НАН Украины // Атомная энергия. - 2003. - Т. 94. Вып. 2. - февраль. - С. 163-166 Таблиця 1 1 Рецептура складів і властивості полімербітумних композицій № п/п 1 2 3 контрольний 4 контрольний 5 прототип Склад, на 100 мас. ч. Т-ра Т-ра 2 Підвищення Клас PG бітуму класу PG змішування, °C ущільнення, °C Бітум (PG 52-Y) + 7 мас. 76-Y 4 166-171 153-159 ч. ПЕНТвт-е Бітум (PG 52-Y) + 9 мас. 82-Y 5 169-172 158-163 ч. ПЕНТвт-е Бітум (PG 52-Y) + 6 мас. 64-Y 2 163-169 149-155 ч. ПЕНТвт-е Бітум (PG 52-Y) + 10 82-Y 5 172-177 164-169 мас. ч. ПЕНТвт-е Бітум (PG 58-Y) + 5 мас. 76-Y 3 171-173 167-169 ч. СБС-Д 1 Методики вимірювань описані в роботі [3]. Таблиця з даними, на основі яких було визначено класи PG для чистого бітуму і полімербітумної композиції з ПЕНТвх-е, наведена в таблиці 3. 2 2 UA 108432 C2 Таблиця 2 Фізичні властивості вихідного бітуму і полімербітумних композицій з ПЕНТ вт-е Вміст ПЕНТвт-е на 100 мас. ч. бітуму, мас. ч. 0 6 7 9 10 195,5 86,7 43,7 30,0 25,4 38,7 52,7 63,7 72,1 78,6 Показники Пенетрація при 25 °C, 0,1 мм Температура розм'якшення, °C Таблиця 3 PG класи вихідного бітуму і полімербітумних композицій з ПЕНТ вт-е Композиція, на 100 м. ч. бітуму Температура (°С) Бітум Бітум + 6 м. ч. ПЕНТвт-е Бітум +7 м. ч. ПЕНТвт-е Бітум + 9 м. ч. ПЕНТвт-е Бітум +10 м. ч. ПЕНТвт-е 1 2 G* /sin δ (кПа) 46 52 58 52 58 64 70 52 58 64 70 76 82 52 58 64 70 76 82 52 58 64 70 76 82 4,65 1,85 0,767 9,02 4,46 1,88 0,98 15,00 7,46 4,17 2,77 1,31 0,84 26,97 15,22 8,77 5,03 3,38 2,87 45,16 28,34 14,52 8,41 5,61 4,11 Специфікація обмеження (кПа) Клас 1,00 PG 52-Υ 1,00 PG 64-Υ 1,00 PG 76-Υ 1,00 PG 82-Y 1,00 PG 82-Y 1 G* - комплексний модуль, G*=G'+iG", де G' - модуль пружності при зсуві, G" - модуль втрат, визначені з використанням динамічного реометра зсуву. 2 sin δ - фазовий кут. 5 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Полімербітумна композиція, що складається з бітуму і полімеру, яка відрізняється тим, що як полімер містить вторинний поліетилен низького тиску, опромінений пучком електронів з дозою 20 кГр, за такого співвідношення компонентів, мас. ч.: бітум 100,0 полімер 7,0-9,0. Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3