Спосіб одержання суміші бітум-наповнювача для дорожнього покриття

1. Спосіб одержання водної суміші бітумнаповнювача шляхом змішування емульсії бітуму "масло у воді", яка містить емульгатор, мінеральний наповнювач, додатково воду і деемульгатор, при температурі від 0 до 40 °С, який відрізняється тим, що емульсія бітуму має рН у діапазоні 1-5, а емульгатор містить сіль, отриману з полівалентної фосфорної кислоти та діаміну формули: R2 R4 2 (19) 1 3 Даний винахід стосується водної швидкотужавіючої суміші бітум-заповнювач, яка підходить для холодного укладання дорожніх покриттів на дорогах, місцях стоянок, пішохідних доріжках і подібного. Суміш бітум-заповнювач виготовляють в результаті змішування мінерального заповнювача, води, деемульгатора, який містить гідравлічний цемент, і катіонної емульсії бітуму «масло у воді», яка містить як емульгатор сіль третинного діаміну і фосфорної кислоти. На сучасному рівні техніки добре відоме отримання катіонних емульсій бітуму «масло у воді» і змішування даних емульсій з неорганічними мінеральними заповнювачами. Якщо мінеральні заповнювачі і катіонну емульсію змішати, то емульсія «зруйнується» внаслідок наявності притягання між позитивно зарядженими краплями бітуму і негативно зарядженими поверхнями заповнювача. Катіонні краплі бітуму будуть утворювати відкладення на поверхнях заповнювача та під дією сил електростатики сполучатися з заповнювачем по міжфазній поверхні між краплями бітуму і заповнювачем. Як емульгатори пропонувалися декілька солей, отриманих із кислот та амінних сполук. Часто використовують підкислені амідоаміни, імідазоліни, жирні тетрааміни та сполуки четвертинного амонію і їх суміші. Використовуваною кислотою звичайно є хлористоводнева кислота, але використовували також фосфорні кислоти і дорожнього які містять При укладанні інші кислоти, покриття звичайною практикою сьогодні є використання один або декілька кислотних атомів водню. пересувного змішувача, який за місцем роботи безперервно змішує заповнювач, воду і емульсію з отриманням водної суміші бітум-заповнювач і безперервно розподіляє водну суміш бітумзаповнювач по поверхні, що покривається дорожнім покриттям. Істотно важливо, щоб суміш мала консистенцію, яка підходить для укладання дорожнього покриття, а також, щоб відбувався швидкий розвиток когезії між бітумом, з одного боку, і заповнювачами і поверхнею, що покривається, з іншого. Таким чином, патент США 3518101 описує водну асфальтову емульсію, яка як емульгатор містить сіль багатоосновної кислоти, вибираної з групи, яка складається зі щавлевої кислоти, винної кислоти і лимонної кислоти, та діаміну, що має алкільну групу, яка містить від приблизно 12 до приблизно 22 атомів вуглецю. Аміногрупи можуть бути первинними, вторинними і/або третинними. Проте схоплювання і розвиток когезії у випадку сумішей емульсія-заповнювач, описаних у даному патенті, протікають повільно і, крім того, варіюються залежно від типів заповнювачів і розміру частинок заповнювачів. Патент США 5073297 описує суміш водна емульсія бітумзаповнювач, отриману в результаті емульгування бітуму у воді під дією конкретного катіонного емульгатора, який являє собою продукт реакції між модифікованими поліамінами та певними полікарбоновими кислотами і ангідридами. При 82545 4 отриманні емульсії бітуму використовують кислотний розчин емульгатора. Наприклад, можна додавати хлористоводневу, сірчану та фосфорну кислоти і подібні доти, поки не буде досягнуто значення показника рН, менше 7, і не буде отриманий прозорий розчин емульгатора. Час схоплювання суспензії є тривалим, і для скорочення часу схоплювання описано додавання цементу. З вищезазначених посилань очевидно, що руйнування емульсії і розвиток високої когезії між бітумом і заповнювачами істотно варіюється в мірі, що залежить від температури, а також у меншій мірі від типу і розміру частинок заповнювача, який є в суміші. Крім того, емульсії, отримані з бітуму при низькому рівні вмісту кислоти, є порівняно повільнотужавіючими і демонструють тільки повільний розвиток когезії між бітумом і заповнювачами та між бітумом і поверхнею, що покривається. Швидке схоплювання і швидкий розвиток когезії дозволяють добитися значних переваг, оскільки ділянка з укладеним дорожнім покриттям може бути відкрита для загального використання невдовзі після того, як роботи будуть завершені. Нині з'ясували, що вияв вищезазначених недоліків можна істотно зменшити в результаті використання конкретної системи емульгатора і деемульгатора. Система робить можливим отримання чудової водної емульсії бітуму і отримання водної суміші бітум-заповнювач, яка підходить для холодного укладання дорожнього покриття. Суміш демонструє швидке схоплювання і розвиток сильної когезії між бітумом і заповнювачами вже після закінчення приблизно 15 хвилин після укладання дорожнього покриття. Відповідно до винаходу водну суміш бітумзаповнювач, готову для холодного укладання дорожнього покриття, виготовляють в результаті змішування кислотної емульсії бітуму «масло у воді», яка містить емульгатор, мінеральний заповнювач, додаткову кількість води і деемульгатор, при температурі в діапазоні від 0 до 40°С, що відрізняється тим, що емульсія бітуму характеризується значенням показника рН у діапазоні від 1 до 5, переважно від 1 до 4, і тим, що емульгатор містить сіль, отриману з полівалентної фосфорної кислоти і діаміну, який описується формулою де одна або дві з груп R1, R2, R4 і R5 означають вуглеводневу групу, яка містить 6-22, переважно 8-20 атомів вуглецю, а інші групи R1, R2, R4 і R5 являють собою алкільні групи, які містять 1-4, переважно 1-2 атоми вуглецю, і/або групи, які описуються формулою -(A)SH, де А являє собою алкіленоксигрупу, що містить 2-3 атоми вуглецю, переважно етиленокси, a s являє собою число в діапазоні 1-4, переважно 1, R3 являє собою алкіленову групу, яка містить 2-4 атоми вуглецю, переважно 3 атоми вуглецю, і тим, що деемульгатор містить гідравлічний цемент. 5 Емульгатори, які описуються формулою І, демонструють хорошу емульгувальну здатність і швидкий розвиток сильної когезії між заповнювачами і бітумом тоді, коли водна емульсія бітуму руйнується під дією деемульгатора, який містить гідравлічний цемент. Міру руйнування емульсії і розвитку когезії легко можна регулювати і контролювати, використовуючи кількість добавленого гідравлічного цементу. Швидке схоплювання і розвиток сильної когезії досягається не тільки тоді, коли рівень вмісту кислоти в бітумі буде відповідати середньому або високому рівню вмісту кислоти, але також і тоді, коли рівень вмісту кислоти буде низьким, наприклад, буде знаходиться в діапазоні від 0,05 до 1мг КОН/г бітуму. Система емульгатор-деемульгатор добре підходить для використання в рухомих змішувачах, які за місцем роботи безперервно змішують заповнювач, додаткову кількість води, деемульгатор і емульсію бітуму з отриманням водної суміші бітум-заповнювач і безперервно розподіляють водну суміш бітум-заповнювач по поверхні, що покривається дорожнім покриттям. У доповнення до цього, систему емульгатордеемульгатор легко можна регулювати відповідно до існуючих умов, наприклад, температурою, з метою оптимізації часу змішування і рівня та міцності когезії для водної суміші бітумзаповнювач. Прийнятними діамінами, що описуються формулою І, є ті, у яких щонайменше одна група є метильною групою і щонайменше одна група є гідроксіетильною, тобто, іншими словами, групою, що описується формулою (A)SH, де А являє собою етиленоксигрупу, a s дорівнює 1. Співвідношення між середньою кількістю метильних груп і середньою кількістю етиленоксигруп переважно знаходиться в діапазоні від 1:6 до 3:1. Іншими прийнятними діамінами є сполуки, що описуються формулою І, де всі інші групи є метильними групами, і сполуки, де всі інші групи є групами, що описуються формулою (A)SH, де А являє собою алкиленоксигрупу, яка містить 2-3 атоми вуглецю, a s являє собою число в діапазоні 1-4. Переважно А являє собою етиленоксигрупу, a s дорівнює 1. Крім того, вигідно використовувати суміші сполук, де інші групи є тільки метильними групами, і сполук, де інші групи є тільки групами, що описуються формулою (A)SH, де А і s мають вищезгадані значення. У таких сумішах масове співвідношення між сполуками, які містять тільки метильні групи, і сполуками, які містять тільки групи (A)SH, звичайно знаходиться в діапазоні від 1:10 до 10:1. Як це не дивно, але також було продемонстровано і те, що в результаті варіювання співвідношення між кількістю метильних груп і етиленоксигруп можна додатково регулювати когезію і час змішування. Велика кількість метильних груп скорочує час змішування і прискорює розвиток високої когезії, у той час як присутність етиленоксигруп поліпшує перероблювання бітуму і суміші бітум-заповнювач. Дані властивості різних діамінів, що описуються формулою І, вигідно використовувати з метою 82545 6 адаптування емульгатора до рівня вмісту кислоти в бітумі та до температури під час укладання дорожнього покриття. Відповідно до винаходу гідравлічним цементом можуть бути звичайний портландцемент, низькотермічний портландцемент, білийпортландцемент, швидкотужавіючий портландцемент, або їх суміші. У прийнятному випадку гідравлічний цемент містить 75-100% (мас.) звичайного портландцементу або білого портландцементу. Гідравлічний цемент також можна комбінувати з 025% (мас.) сульфату алюмінію, похідного галунів, вапна або гіпсу, або їх сумішей. Дані добавки подовжують час змішування, що може бути сприятливим тоді, коли укладання дорожнього покриття проводять є неорганічний матеріал, який Заповнювачем при високих температурах. звичайно містить неорганічний матеріал зі щільнопідібраним гранулометричним складом, такий як доменний шлак, і мінерали, наприклад, графіт, вапняк і доломіт. Розподіл частинок за розмірами у прийнятному випадку включає як дрібні, так і більші частинки. Типовий заповнювач характеризується розподілом частинок за розмірами, при якому вся кількість заповнювача проходить через сито в інтервалі від сита 4 меш до сита 10 меш, у той час як фракція в розмірі 1520% (мас.) заповнювача проходить через сито в інтервалі від сита 40 меш до сита 200 меш згідно з описом у документі ASTM С 136. Прийнятними типами бітуму, призначеного для використання в даному винаході, є ті, які звичайно застосовують при укладанні дорожнього покриття і в методиках з використанням емульсійної суміші холодного укладання, емульгованої гідроізоляційної бітумної мастики, тонкошарових покриттів і подібного, і які включають нижченаведене, але не обмежуються тільки ним' ті, які мають марку АС у діапазоні від АС-15 до АС35, а також ті, які модифікували з використанням полімерів, таких як співполімери SBS (стиролбутадієн-стирол) і EVA (етилен-вініл ацетат). Водна суміш бітум-заповнювач, що відповідає винаходу, звичайно містить 100 масових частин заповнювача, 6-20, переважно 8-15 масових частин бітуму, 0,1-3, переважно 0,2-2,5 масової частини солі, отриманої з полівалентної фосфорної кислоти і діаміну, що описується формулою І, і 0,1-2, переважно 0,2-1,5 масової частини гідравлічного цементу. Водну суміш бітум-заповнювач можна отримати в результаті змішування суміші, яка містить мінеральний заповнювач, 5-35% води при розрахунку на масу заповнювача і 0,1-2,0, переважно 0,2-1,5% (мас.) гідравлічного цементу при розрахунку на масу заповнювача, разом із 1040% катіонної кислотної емульсії бітуму «масло у воді» при розрахунку на масу заповнювача. Згадана емульсія бітуму звичайно містить 50-70% (мас.) бітуму, 0,4-20, переважно 2-14% (мас.) солі, отриманої з полівалентної фосфорної кислоти і діаміну, що описується формулою І, і 21-43%, переважно 25-40% (мас.) води. Загальна кількість води в суміші бітум-заповнювач звичайно 7 82545 знаходиться в діапазоні від 12 до 25% (мас.) при розрахунку на кількість заповнювача. У суміші бітум-заповнювач і в емульсії бітуму також можуть бути наявними інші компоненти. Таким чином, емульсія бітуму може містити інші емульгатори, які є неіонними або катіонними поверхнево-активними речовинами, які мають щонайменше одну вуглеводневу групу, що містить 6-22 атоми вуглецю, переважно 8-22 атоми вуглецю, такі як похідні амідів, етиленоксивмісні похідні амідів, підкислені амідоаміни, етиленоксивмісні амідоаміни, імідазоліни, тетрааміни і сполуки четвертинного амонію та їхні суміші. Конкретними прикладами інших емульгаторів є солі, отримані з кислот, у відповідному випадку полівалентних кислот, таких як полівалентна фосфорна кислота, і похідного імідазоліну, що описується формулою де R являє собою алкільну групу, що містить 5-21, переважно 7-19 атомів вуглецю, а п являє собою число в діапазоні 0-3; або похідного амідоаміну, що описується формулою де одна або дві з груп R1, R2, R3 і R4 являють собою ацильну групу, що містить 6-22, переважно 8-20 атомів вуглецю, а інші групи R1, R2, R3 і R4 являють собою нижчі алкільні групи, що містять 14 атоми вуглецю, переважно метил, гідроксіетил, гідроксипропіл або водень, а n являє собою число в діапазоні від 1 до 4, за тієї умови, що щонайменше один атом азоту є частиною аміногрупи. Суміш бітум-заповнювач також може містити додаткове органічне зв'язуюче, наприклад, латекс, вибраний із групи, яка складається з SBR (бутадієн-стирольного каучуку), поліхлоропрену і натурального латексу та їхніх сумішей. Латекс можна вводити в емульсію бітуму, або безпосередньо в суміш. Може виявитися необхідним використання катіонних або неіонних марок латексу, сумісних із емульсією, що добре відомо на сучасному рівні техніки складання композицій емульсій. Латексне зв'язуюче може надавати затверділій суміші бажані властивості, в тому числі, поліпшену довговічність. Суміш бітум 8 заповнювач також може містити інші компоненти, такі як волокна і пігменти. Приклад Декілька водних сумішей бітум-заповнювач отримували в результаті змішування а) 15 масових частин водної емульсії бітуму «масло у воді», яка містить 9,75 масових частин бітуму, 0,53 масової частини латексу, якщо такий взагалі був присутнім, та емульгатор відповідно до таблиці 1, b) 100 масових частин заповнювача у вигляді граніту з підбором складу заповнювача відповідно до документа ASTM С 136, с) 9 масових частин води і d) звичайного портландцементу відповідно до таблиці 1. Емульгаторами, які використовували при отриманні, були нижченаведені. Емульгатор А Сіль, отримана з триметилпропілендіамінового похідного талового жиру і ортофосфорної кислоти. Емульгатор В Сіль, отримана з три(гідроксіетил)олеїлпропілендіаміну і ортофосфорної кислоти. Емульгатор С Сіль, отримана з хлористоводневої кислоти і продукту реакції між 50% (мас.) жирних кислот талового масла і 50% (мас.) тетраетиленпентаміну. Емульгатор D 50% (мас.) солі, отриманої з ортофосфорної кислоти і продукту реакції між однаковими кількостями жирних кислот талового масла і тетраетиленпентаміну, і 50% (мас.) солі, отриманої з ортофосфорної кислоти та продукту реакції між рівними кількостями жирних кислот талового масла і 3-(диметиламіно) пропіламіну. Значення показника рН в емульсій, які містять емульгатори А, В і D, доводили до значень показника рН, наведених у таблиці 1, з використанням ортофосфорних кислот, у той час як значення показника рН в емульсій, що містять тільки емульгатор С, регулювали з використанням хлористоводневої кислоти. При отриманні час змішування реєстрували згідно з документом International Slurry Surfacing Association; Design Technical Bulletins, TB-113 Trial Mix Procedure for Slurry Seal Systems. Безпосередньо після змішування поверхню покривали водними сумішами бітум-заповнювач при різних температурах, використовуючи лабораторну машину для нанесення асфальтових покриттів. Величини когезії, кг-с, для кожного випадку нанесення покриття визначали згідно з документом Design Technical Bulletins, TB-139, Test Method for Classify Emulsified Asphalt Aggregate Mixture System by modified Cohesion Tester Measurement of Set and Cure Characteristics. Отримані результати продемонстровані в таблиці 2. Таблиця 1 Композиція водних сумішей бітум-заповнювач Номер суміші 1 І II 1 Тип 2 С D А/С Емульгатор Масові частини 3 1,5 1,0 0,6/0,4 Латекс Тип бітуму рН Цемент, масові частини 4 Так Так Так 5 LA LA LA 6 2,0 3,0 3,0 7 0,5 0,5 0,5 9 2 А/В 82545 0,6/0,6 10 НА 3,0 1,0 11 82545 12 Продовження таблиці 1 1 3 4 5 6 7 8 2 А/В А/В А А В В 3 0,5/0,5 1,0/1,0 1,2 1,2 0,88 1,25 4 5 НА НА LA LA LA LA 6 2,5 2,5 1,5 3,5 2,5 2,5 7 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 LA = низький рівень вмісту кислоти (кислотне число дорівнює 0,4мг КОН/г бітуму). НА = високий рівень вмісту кислоти (кислотне число дорівнює 4,0мг КОН/г бітуму). Таблиця 2 Час змішування і величини когезії для сумішей при різних температурах Номер суміші Темп. °С Час змішування, сек І 20 10 20 35 10 20 35 10 21 29 10 21 21 13 22 22 22 22 150 240 180 40 160 120 90 315 105 90 240 90 210 300 175 110 110 180 II 1 2 3 4 5 6 7 8 Величина когезії, кг-с 15хв 30хв 60хв 90хв NT NT NT 7 NT 12 15 18 NT 14 17 20 18 20 22 22 16 18 24 NT 18 20 23 NT 20 24 NT NT 21 23 NT NT 22 24 NT NT 21 23 NT NT 21 24 NT NT 22 24 NT NT 22 24 NT NT 22 24 NT NT 22 24 NT NT 22 23 NT NT NT 22 24 NT NT 22 24 NT NT = випробування не проводили Водні суміші бітум-заповнювач повинні характеризуватися часом змішування, який перевищує 60 секунд, у відповідному випадку перевищує 90 секунд, і демонструвати швидкий розвиток високої величини когезії, яка у відповідному випадку дорівнює 23кг-с або більше. Комп’ютерна верстка А. Рябко З випробування безумовно зрозуміло, що суміші 18, які відповідають винаходу, задовольняють даним намірам. У зіставленні з сумішами 1-8 для порівняльних сумішей І і II в загальному випадку потрібно набагато більш тривалий час для розвитку високої когезії. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601