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 поліпропілен, опромінений пучком електронів з дозою 20 кГр, за такого співвідношення компонентів, мас. ч: бітум полімер 100,0 4,0-6,0. UA 108433 C2 (12) UA 108433 C2 UA 108433 C2 5 10 15 20 25 30 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 з 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. Поставлену задачу вирішують тим, що полімербітумна композиція, що складається із бітуму і полімеру, згідно з винаходом, як полімер містить вторинний поліпропілен, опромінений пучком електронів (ППвт-e), з дозою 20 кГр за такого співвідношення компонентів, мас.ч.: бітум полімер 35 40 45 50 55 100,0 4,0-6,0. 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 розміром 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 тонн полімерних відходів при будівництві доріг. Лабораторні дослідження полімербітумної композиції за винаходом, яка містила вторинний поліпропілен, опромінений пучком електронів, ПП вт-e, 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 пучком електронів має місце часткова деструкція полімерного ланцюга, знижується його молекулярна маса, в полімері виникають додаткові вільні радикали і функціональні групи. Все це робить поверхню ПП вт-е 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 1 UA 108433 C2 5 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. Приклад 1 Склад полімербітумної композиції, мас.ч.: бітум (PG 52-Y) ППвт-е 1 100,0 4,0. 1 10 15 20 25 клас високотемпературної стійкості бітуму 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-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 159-171 °C і 147-159 °C, відповідно. Як видно із таблиці вміст ППвт-е у композиції 6 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-е (див. табл. 2). 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. 161-167. - 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. – фехраль. – С. 163-166. 30 Таблиця 1 1 Рецептура складів і властивості полімербітумних композицій Склад, на 100 мас.ч. 2 Клас PG бітуму 1 Бітум (PG 52-Y) + 4 ППвт-е 76-Y Бітум (PG 52-Y) + 6 мас.ч. 2 82-Y ППвт-е 3 контроль- Бітум (PG 52-Y) + 64-Y ний 3 мас.ч. ППвт-е 4 контроль- Бітум (PG 52-Y) + 82-Y ний 7 мас.ч. ППвт-е Бітум (PG 58-Y) + 5 прототип 76-Y 5 мас.ч. СБС-Д № п/п 1 Підвищення класу PG 4 Т-ра Т-ра змішування, °C ущільнення, °C 159-165 147-152 5 165-171 154-159 2 152-159 139-145 5 187-195 170-177 3 171-173 167-169 Методики вимірювань описані в роботі [3]. Таблиця з даними, на основі яких було визначено класи PG для чистого бітуму і полімербітумної композиції з ППвт-е, наведена в таблиці 3. 2 35 2 UA 108433 C2 Таблиця 2. Фізичні властивості вихідного бітуму і полімербітумної композиції з ППвт-е Вміст ППвт-е на 100 мас.ч. бітуму, мас.ч. 0 3 4 6 7 195.5 78.5 62 48.1 46.5 38.7 45.3 57.4 69.5 91.0 Показники Пенетрація при 25 °C, 0.1 мм Температура розм'якшення, °C Таблиця 3 PG класи вихідного бітуму і полімербітумної композиції з ПП вт-е Композиція, на 100 м.ч. бітуму Бітум Бітум +3 м.ч. ППвт-е Бітум +4 м.ч. ППвт-е Бітум +6 м.ч. ППет-е Бітум +7 м.ч. ППвт-е 1 2 Температура (°С) 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 6.18 3.00 1.57 0.87 9.63 5.11 3.78 2.71 1.30 0.84 13.24 7.17 4.40 3.02 2.23 1.78 28.12 16.52 10.41 7.12 5.21 4.03 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 5 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. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 Полімербітумна композиція, що складається з бітуму і полімеру, яка відрізняється тим, що як полімер містить вторинний поліпропілен, опромінений пучком електронів з дозою 20 кГр, за такого співвідношення компонентів, мас. ч: бітум полімер 100,0 4,0-6,0. 3 UA 108433 C2 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 4