битумно-резиновая композиция и способ ее получения

Формула изобретения

1. Битумно-резиновая композиция, включающая резиновую крошку, активный модификатор и вяжущее - битум, отличающаяся тем, что в качестве активного модификатора используют соединение из ряда парабановых кислот, которое способно генерировать при распаде химически активные частицы и изолированные газовые микровключения в композиции, а также способно регулировать процесс деструкции и сшивки частиц резины в битуме без заметной сегрегации при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Резиновая крошка 5-15

Ряд парабановых кислот и их производные 1-2

Битум Остальное

2. Мастика по п.1, отличающаяся тем, что в качестве резиновой крошки используют мелкодисперсную, с размерами частиц от 0,01 до 10 мм черную и серую резину резинотехнических изделий в соотношении от 1:1 до 3:1 соответственно.

3. Мастика по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит минеральный наполнитель в количестве не более 10% от общей массы композиции.

4. Способ получения битумно-резиновой композиции, включающий смешивание прогретого битума с резиновой крошкой с добавлением в полученную смесь активного модификатора из ряда парабановых кислот, заключающийся в том, что битум перед смешиванием с резиновой крошкой предварительно подогревают до температуры 190-205С, а резиновую крошку загружают в две стадии: сначала - резиновую крошку из амортизированных автомобильных шин или из изношенных покрышек и камер и после заданной выдержки с перемешиванием - резиновую крошку из утилизированных резинотехнических изделий, с соответствующей выдержкой во времени с перемешиванием, затем добавляют активный модификатор, генерирующий при распаде химически активные частицы, также в две стадии, с выдержкой во времени в каждой стадии до момента окончания газовыделения также при постоянном перемешивании, при этом в композиции остаются изолированные газовые микровключения.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что активный модификатор добавляют на первой стадии в количестве 2/3 от его общей массы, а на второй стадии - остальное его количество.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству композиций на основе битума для гидроизоляции кирпичных и бетонных строительных конструкций, изоляции подземных, стальных трубопроводов и др. сооружений с целью защиты их от почвенной коррозии, для кровельных покрытий, для заделки деформационных швов со щебеночным заполнением железобетонных автодорожных мостов, швов и трещин цементно- и асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог и аэродромов.

Наиболее распространенными являются композиции и изолирующие материалы на основе нефтяных битумов. Для повышения долговечности и качества этих материалов в их состав вводят различного рода добавки, позволяющие улучшить физико-механические свойства отечественных, зачастую некондиционных окисленных битумов, и улучшить их адгезионные свойства и устойчивость к старению. По комплексу параметров большими потенциальными возможностями обладают такие добавки битумов, как мелкодисперсная крошка из резин общего назначения. При этом полностью снимается проблема с сырьем и его стоимостью. Введение целевых органических добавок - пластификаторов, эмульгаторов и структурообразователей или активных модификаторов позволяет улучшить технические характеристики мастик.

Известна битумно-резиновая композиция, содержащая воду, эмульгатор, диспергатор и битум. Эмульсия стабильна при хранении, хорошо смешивается с наполнителем, например цементом. Она не склонна к сегрегации и вспенивается, если в качестве эмульгаторов применяют алифатические амины, аминированные лигнины и имидазолидины с углеводородными С₇-остатками (см. PCT/JP 96/03256, МПК⁷ С 08 L 95/00, публ. 12.06.1997г.).

Известна резинобитумная композиция, содержащая компоненты, мас.%:

Битум нефтяной окисленный с температурой размягчения 40-50^oС - 70

Резиновая крошка, приготовленная путем измельчения до 1 мм вулканизированных отходов (изношенных покрышек и ездовых камер) - 10 - 15

Модификатор - продукт окисления нефтяного битума - 20 - 50

(см. а.с. SU 1666495, МПК⁵ С 08 L 95/00, публ. 30.07.1991г.).

Известна также битумно-резиновая композиция, включающая компоненты, мас. %:

Крошка из вулканизированной резины, приготовленная из резиновых отходов и амортизированных шин - 10 - 50

Органическая и/или неорганическая добавка - 0,01 - 2,5

Дорожный или строительный битум - Остальное

В качестве органической добавки используют ароматические или гетероароматические амины или фосфины. Органическая добавка ускоряет процесс разрушения сетки поперечных сульфидных и полисульфидных связей в резине, а основные углеводородные полимерные цепи каучука сохраняются (см. патент RU 2164927, МПК⁷ С 08 L 95/00, публ. 10.04.2001 г.).

Наиболее близким техническим решением к изобретению являются битумно-резиновая композиция и способ ее получения по а. с. SU 1289872, МПК⁴ С 08 L 95/00, публ. 15.02.1987, которая выбрана в качестве прототипа. Битумно-резиновая композиция включает компоненты, мас.%:

Смесь резиновой крошки с пластификатором - 10 - 20

Структурообразователь (или активный модификатор) - 1,2 - 12

Битум - Остальное

В качестве пластификатора используют сланцевое или антраценовое масло, или экстракт селективной очистки масел. В качестве структурообразователя используют добавку, например органическую - полиэтиленовый воск. Способ включает смешение прогретого битума с предварительно термообработанной смесью резиновой крошки с пластификатором. Термообработку смеси резиновой крошки и пластификатора проводят в две ступени: при температуре 190-220^oС в течение 0,5-1,0 часа, затем при температуре 240-260^oС в течение 0,5-4,0 часа, а смешивание с битумом осуществляют при введении структурообразователя (активного модификатора).

Технической задачей изобретения является повышение технических характеристик мастики резинобитумной композиционной - расширение температурного интервала пластичности, увеличение морозостойкости, устойчивости к циклическим деформациям при отрицательных температурах, а также улучшение виброгасящих свойств мастики, повышающих срок ее службы.

Этот технический результат достигается за счет того, что битумно-резиновая композиция включает резиновую крошку, активный модификатор и вяжущее - битум.

Согласно изобретению в качестве активного модификатора используют соединения ряда парабановых кислот и их производных, способных регулировать процесс деструкции и сшивки частиц резины в битуме без заметной сегрегации за счет генерирования химически активных частиц в составе образуемых при распаде активного модификатора изолированных газовых микровключений, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Резиновая крошка - 5 - 15

Ряд парабановых кислот и их производные - 1 - 2

Битум - Остальное

В качестве резиновой крошки используют мелкодисперсную, с размерами частиц от 0,01 до 10 мм черную и серую резину резинотехнических изделий в соотношении от 1:1 до 3:1 соответственно.

Битумно-резиновая композиция дополнительно содержит минеральный наполнитель в количестве не более 10% от общей массы композиции.

Способ получения битумно-резиновой композиции включает смешивание прогретого битума с резиновой крошкой с добавлением в полученную смесь активного модификатора.

Согласно изобретению битум перед смешиванием с резиновой крошкой предварительно подогревают до температуры 190-205^oС, а резиновую крошку загружают в две стадии: сначала черную резиновую крошку и после соответствующей выдержки серую резиновую крошку с соответствующей выдержкой во времени при постоянном перемешивании, затем добавляют активный модификатор также в две стадии с соответствующей выдержкой в каждой стадии до окончания газовыделения, также при постоянном перемешивании.

Активный модификатор при этом добавляют на первой стадии в количестве 2/3 от его общей массы, а на второй стадии - остальное его количество.

Для изготовления мастики резинобитумной композиционной используют битумы нефтяные дорожные вязкие марок БНД 40/60, БНД 60/90 или БН 60/90, отвечающие требованиям ГОСТа 22245-90, битумы нефтяные изоляционные по ГОСТу 9812-74 и/или битумы нефтяные строительные по ГОСТу 6617-76.

Резиновая крошка должна соответствовать техническим условиям ТУ 38.108035-97 "Резина дробленая марок от РД 0,01 до РД 10,0" для резинотехнических изделий, для вулканизированных отходов как изношенных автомобильных амортизированных шин, изношенных покрышек и ездовых камер и утилизированных противогазов, или специальным требованиям, установленным по согласованию с потребителем. Размеры ее частиц не должны превышать 10 мм. Нижний предел концентрации резиновой крошки обусловлен ухудшением свойств композиции, т.е. снижает температуру хрупкости, а верхний предел ограничен возрастанием вязкости исходной массы, т.е. повышает температуру размягчения и влияет на снижение пластичности. Чем ниже температура хрупкости и выше размягчения, тем шире температурный интервал пластичности, тем предпочтительнее композиция. Важной особенностью резиновой крошки, особенно шинной, является присутствие в ее составе специальных химических веществ, таких как антиоксиданты и антистарители, которые дифундируют в объем вяжущего, дополнительно стабилизируя его структуру и улучшая тем самым адгезионные свойства и устойчивость к старению полученной композиции.

Для расширения температурного интервала пластичности, увеличения морозостойкости, устойчивости к циклическим деформациям при отрицательных температурах, а также улучшения виброгасящих свойств мастики, повышающих срок ее службы, в смесь битума с резиновой крошкой добавляют активный модификатор. В качестве активного модификатора используют парабановую кислоту (2,4,5-триоксоимидазолидин, ₁R₂C₃Н₂О₃N₂), или метилпарабен (R₁=H, R₂=Me), или диметилпарабен (R₁=R₂=Me) и другие их производные. Заявляемые в изобретении пределы концентрации ряда парабановых кислот обуславливают улучшение физико-механических свойств мастики: повышают ее морозостойкость и устойчивость к циклическим деформациям при отрицательных температурах, а также повышают виброгасящие свойства, что важно для повышения ее срока службы.

В качестве минерального наполнителя используют, например, портландцемент, известь-пушенку, диатомит по ГОСТу 21235-75 и др.

Конкретные примеры составов битумно-резиновой композиции, маc.%:

1. Резиновая крошка - из амортизированных автомобильных шин (черная) - 9,8

Резиновая крошка - из утилизированных резинотехнических изделий (серая) - 5

Парабановая кислота - 2

Битум нефтяной дорожный вязкий, например, марки БНД 60/90 - 83,2

2. Резиновая крошка - изношенные покрышки (черная) - 5,6

Резиновая крошка - утилизированные противогазы (серая) - 2

Метилпарабен - 1

Минеральный наполнитель - 10

Битум дорожный улучшенный, например, БДУ 70/100 - 81,4

3. Резиновая крошка - изношенные ездовые камеры (черная) -

Резиновая крошка - резинотехнические изделия (серая) - 2

Диметилпарабен - 1,6

Битум дорожный, например БНД 60/120 - 93,4

С целью повышения эксплуатационных характеристик в процессе изготовления битумно-резиновой композиции исходные инградиенты из вяжущего - битума и резиновой крошки обрабатывают химическим реагентом - активным модификатором, а именно, органической добавкой из ряда парабановой кислоты и ее производных, обеспечивающих генерирование химически активных частиц в составе образуемых при распаде активного модификатора изолированных газовых микровключений. Условия изготовления битумно-резиновой композиции обеспечивают образование тонких пленок битума вокруг частиц резины и газовых микровключений. При этом взаимодействие химически активных частиц, генерируемых в газовой фазе, с битумом и резиновой крошкой протекает на большой площади контакта, что обеспечивает высокую эффективность обработки. В результате этого взаимодействия происходит химическая сшивка битума и резиной крошки с образованием фрагментарных пространственных структур, которые усиленно влияют на свойства мастики резинобитумной за счет формирования тонких пленок битума вокруг частиц твердого и газообразного компонентов резиновой крошки.

Технологический процесс изготовления битумно-резиновой композиции производится с использованием стандартного оборудования. Например, используют установку для варки битума типа "Планета" с обогреваемым реактором, например, емкостью 1,25 м³, циркуляционный шестеренчатый насос, механическую лопастную мешалку с регулируемым числом оборотов, узлы загрузки и выгрузки и устройство для разлива горячей битумно-резиновой композиции в тару.

Способ получения битумно-резиновой композиции осуществляется следующим образом: сначала битум, например, 0,85 т, предварительно прогретый при температуре 190-205^oС, перекачивают в обогреваемый реактор. При заданной скорости перемешивания, например 20 оборотов мин^-1, постепенно засыпают резиновую крошку (черную) (см. пример 1) в количестве 0,10 т, затем мешалкой и насосом перемешивают и добиваются равномерного распределения резиновой крошки по объему. После этого дают выдержку по времени для набухания и деструкции резиновой крошки. После чего постепенно добавляют резиновую крошку (серую) другого состава в количестве 0,05 т, также постепенно перемешивают до равномерного распределения ее по объему и дают выдержку по времени. После этого добавляют активный модификатор в количестве 2/3 от его общей массы, например, (в данном примере - в количестве 0,006 т), равномерно распределяют ее по объему вяжущего и выдерживают до окончания газовыделения. После окончания газовыделения добавляют остальное количество активного модификатора, т.е. 1/3 оставшейся массы парабановой кислоты (в данном примере в количестве 0,004 т), равномерно распределяют по объему вяжущего, также выдерживают до окончания процесса газовыделения.

Технологический процесс изготовления битумно-резиновой композиции заканчивается после отделения прореагировавшей газовой фазы. Готовый материал разливают после понижения температуры полученной композиции на 20-30^oС. Готовый материал не содержит открытых пор и существенных по размерам газовых включений. Мастика должна быть однородной, без посторонних включений и не иметь частиц резиновой крошки, не покрытых битумом, и соответствовать нормам по ГОСТу 12.1.004-91.

У полученных композиций определяют температуру размягчения по "К и Ш" и температуру хрупкости, а по их разности рассчитывают интервал пластичности.

Показатели контрольного испытания одной пробы композиции от каждого из трех разных выше приведенных примеров мастики резинобитумной композиционной сведены в таблицу.

При анализе показателей видно, что физико-механические показатели предложенной битумно-резиновой композиции выше показателей прототипа, вследствие высоких механических характеристик и эластичности, что обеспечивает более высокую долговечность швов и покрытий, поскольку обладает способностью распределять по объему мастики напряжения отрыва, возникающие на границе раздела мастики и минерального материала (бетона, асфальтобетона) при эксплуатации в условиях отрицательных и близких к нулю температур и при резких колебаниях температур. Швы и покрытия на основе такой композиции обладают более высокими виброгасящими свойствами, что также важно для увеличения срока службы дорожных и аэродромных покрытий и мостовых швов. Перечисленные выше эффекты достигнуты без увеличения стоимости материала в сравнении с прототипом и аналогами.