способ изготовления битумосодержащих смесей с минеральным компонентом

Формула изобретения

1. Способ изготовления битумосодержащих порошкообразных сухих смесей с минеральным компонентом, при котором вводят воду в гидрофильный минеральный порошкообразный компонент до образования однородной тестообразной массы, диспергируют битум до образования глобул, размер которых сопоставим с размерами частиц минерального компонента, и соединяют тестообразную массу с битумом, обеспечивают равномерное распределение глобул битума по всей массе, отличающийся тем, что осуществляют осушение и дробление полученной массы до получения размера каждой из частиц порошкообразной сухой смеси сопоставимого суммарному размеру глобулы битума и окружающих ее частиц минерального компонента в один слой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют контроль полученной смеси, осуществляют отбор частиц с размером больше 300 мкм и последующее дробление этих частиц, а осушение полученной массы и дробление осуществляют одновременно, причем при получении активированных смесей допускают слипание глобул при осушении.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что битум в начале процесса, до смешения с минеральным компонентом, нагревают до состояния текучести и введение компонентов осуществляют в следующем соотношении: битум - 10-75% при минеральных составляющих соответственно от 90-25%, воду вводят в количестве 5-35% от суммарной массы битумосодержащей смеси, поверхностно активное вещество добавляют в битум или/и в воду.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что осушение осуществляют в потоке направленного холодного воздуха.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что размер глобул после диспергирования обеспечивают в диапазоне 3-150 мкм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам изготовления битумосодержащих смесей с высокой универсальностью, используемых для получения материалов дорожных и аэродромных покрытий, кровельных гидроизоляционных материалов, а также добавок в безобжиговые строительные материалы для улучшения гидроизоляционных свойств.

Известны способы изготовления сухих битумосодержащих составов, включающих минеральные компоненты [авт. свид. SU 1004515 «Способ приготовления асфальтовяжущего вещества», опубл. 15.03.83, патент RU 2182136 «Способ получения асфальтобетонной смеси», опубл. 10 мая 2002 г.]. Они характеризуются похожим составом полученного сухого конечного продукта из битумного и минерального порошкообразного компонентов. В ряде составов, кроме названных, имеется компонент в виде поверхностно активного вещества ПАВ для улучшения свойств получаемой смеси, а также материалов, получаемых на их основе для асфальтобетонных покрытий.

Однако они не предназначены для универсального использования: как для дорожных, так и кровельных и гидроизоляционных покрытий. Они предназначены только для получения горячих асфальтов и технология их дорога и неэкономична.

Известен также способ получения сухой битумосодержащей порошкообразной эмульсии с диспергированным битумом, имеющей в качестве второго и третьего компонентов полимер и ПАВ [Битумные эмульсии в дорожном строительстве: Обзорная информация. Выпуск 7. Москва, 2003, с.27. Раздел «Сухая эмульсия». С.124-126]. По словам автора: «Получить «сухую» эмульсию можно на основе эмульсии, приготовленной обычным способом, но в водную фазу которой введен специальный полимер, похожий на применяемое ПАВ и совместимый с ним, путем высушивания до получения твердых частиц - капсул. Внутри такой капсулы находятся капли жидкости, ранее растворенной в воде, - и эмульсия готова к употреблению».

Однако данный способ труден в осуществлении, поскольку затруднен выбор полимера и его специальное изготовление из вполне определенного сырья на вполне определенных предприятиях - химкомбинатах и энергоемких спецпредприятиях. Кроме того, наличие в составе ПАВ также удорожает получаемый материал. Но повышенные затраты не позволяют повысить универсальность получаемых составов. Они нерентабельны при использовании горячих асфальтов. Вяжущие материалы, получаемые на их основе, имеют низкие адгезионные свойства. Кроме того, в плане экологической безопасности они уступают всем приведенным в описании аналогам.

Известны также способы получения составов - паст с диспегированным битумом и минеральным компонентом [авт. свид. SU 93235, 1952 г. «Способ изготовления антисептической битумной пасты»; авт. свид. SU 136311, 1961 г. «Способ приготовления связующего из битумно-известковых паст и глин»; авт. свид. SU 166597, 19.11.1964 г. «Способ получения битумных паст для гидроизоляционных покрытий и для защиты стальной арматуры от коррозии в ячеистых бетонах»; авт. свид. SU 1597374, 07.10.1990 г. «Способ получения битумной эмульсионной мастики»].

Их объединяет похожий состав - диспегированный битум, гидрофильный минеральный порошкообразный компонент и вода. Температура используемого битума в одних случаях требует повышения до 180°С (авт. свид. SU 82135), 170°С - авт. свид. SU 1597374 в других без подогрева - авт. свид. SU №166597.

Недостатками вышеназванных способов является получение с помощью них сырого продукта, не позволяющего длительное время сохранять его годным, без расслаивания, а также наличие у конечного продукта дополнительного веса за счет нахождения в смеси воды. Это к тому же влечет дополнительные затраты на транспортные перевозки и выбор особой тары, а также специальной техники для перевозки в отличие от сухих смесей.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является авт. свид. SU 139592, приоритет 17 февраля 1960 года, опубл. БИ №13-1961 г. «Способ изготовления холодных битумных паст или эмульсий с наполнителем». Холодная битумная паста представляет собой мелкораздробленные частицы битума, равномерно распределенные в растворе этиленгликоля с водой и эмульгатором. В качестве эмульгатора применяют известь молотую и пушонку, известковое молоко и глины. Битум берут с температурой размягчения 40-70°. Изготовление смеси осуществляют в механических мешалках (оборудованных парообогревом растворомешалки) путем перемешивания нагретых до рабочей температуры компонентов. Битум нагревают до 160-170°С, тесто эмульгаторов - до 95°С и водный раствор этиленгликоля - до 95°. В начале готовят тесто эмульгатора, затем в него вводят битум и раствор этиленгликоля при непрерывном помешивании. Этиленгликоль вводят в состав для придания свойств незамерзаемости.

Недостатком наиболее близкого способа-аналога является изготовление смеси в сыром виде, не позволяющем длительное время сохранять его годным без расслаивания, а также наличие дополнительного веса за счет нахождения в смеси воды, что к тому же влечет дополнительные затраты на транспортные перевозки и выбор особой тары в отличие от сухих смесей.

Задачей изобретения является разработка технологичного способа изготовления битумосодержащих смесей с расширением диапазона и универсальности их применений для дорожно-строительных, аэродромных покрытий, кровельных гидроизоляционных покрытий, заделки швов конструкций в промышленном строительстве, для улучшения свойств безобжиговых строительных материалов и т.п.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе изготовления битумосодержащих смесей с минеральным компонентом, при котором вводят воду в гидрофильный минеральный порошкообразный компонент до образования однородной тестообразной массы, диспергируют битум до образования глобул, размер которых сопоставим с размерами частиц минерального компонента, и соединяют тестообразную массу с битумом, обеспечивают равномерное распределение глобул битума по всей массе, осуществляют осушение и дробление полученной массы до получения размера каждой из частиц порошкообразной сухой смеси сопоставимого суммарному размеру глобулы битума и окружающих ее частиц минерального компонента в один слой.

Кроме того, дополнительно осуществляют контроль полученной смеси, осуществляют отбор частиц с размером больше 300 мкм и последующее дробление этих частиц, а осушение полученной массы и дробление осуществляют одновременно, причем при получении активированных смесей не допускают слипания глобул при осушении.

Заявляется также вариант способа, в котором битум в начале процесса, до смешения с минеральным компонентом, нагревают до состояния текучести и введение компонентов осуществляют в следующем соотношении: битум - 10-75% при минеральных составляющих соответственно от 90-25%, воду вводят в количестве 5-35% от суммарной массы битумосодержащей смеси, ПАВ добавляют в битум или/и в воду.

Заявляется также вариант способа, при котором осушение осуществляют в потоке направленного холодного воздуха.

Кроме того, размер глобул после диспергирования обеспечивают в диапазоне 3-150 мкм.

Технический результат заявляемого способа изготовления битумосодержащей смеси заключается в простоте его осуществления и не требует специального высококвалифицированного персонала. При аналогичных затратах на сравниваемые способы получения смесей с данным заявляемым можно получить универсальный материал для разных применений - для покрытий, в том числе дорожных, промышленного строительства, в качестве гидроизоляционного материала. При сравнении с известными аналогичными способами заявляемый отличается повышенными параметрами по экологичности и энергосбережению при снижении затрат на транспортные перевозки, сохранении устойчивости эксплуатационных параметров при хранении за счет нахождения смеси в сухом порошкообразном виде, что к тому же облегчает условия хранения и транспортировки.

Способ осуществляют следующим образом: в минеральный гидрофильный порошкообразный компонент, например известняковый минеральный порошок, вводят воду до образования однородной структуры битумосодержащей смеси. Диспергируют битум до образования глобул, размер которых сопоставим с размерами частиц минерального компонента, как правило, размер глобул битума обеспечивают порядка от 3 до 150 мкм, а размер частиц минерального компонента 0,1-70 мкм и соединяют с тестообразной массой минерального компонента и воды. Причем допустимо соединять как диспергированный битум с тестообразной массой минерального компонента, так и недиспергированный. В последнем случае диспергирование битума ведут в объеме тестообразной массы. Как правило, второй вариант предпочтительнее, потому что более проще осуществим. При подсоединении битума к тестообразной массе обеспечивают равномерное распределение глобул битума по всей массе. Затем производят осушение полученной массы. Если стоит цель получать только активированные минеральные порошкообразные смеси, то осушение ведут при температурах, исключающих растекание глобул битума в целях исключения слипания частиц смеси и дробление полученной массы до получения размера каждой из частиц порошкообразной сухой смеси сопоставимого суммарному размеру глобулы битума и окружающих ее частиц минерального компонента в один слой. Например, в полученную смесь вводят силикагель или осуществляют осушение в центрифугах и перемешивают до равномерного распределения его в объеме полученной массы. После впитывания силикагелем свободной воды производят дробление смеси с, например, одновременным осушением ее в потоке направленного холодного воздуха до получения сухого порошкообразного вещества. Обычно после этого осуществляют контроль полученной смеси и отбирают частицы силикагеля. После чего осуществляют отбор частиц с размером больше 300 мкм и последующее дробление этих частиц.

На начальных операциях битум, содержание которого составляет 10-75%, нагретый, например, до температуры 160°С, вводят в тестообразную массу минерального компонента и воды и перемешивают до получения однородной смеси. Обычно размер глобул битума обеспечивают в диапазоне 3-150 мкм. В качестве добавок, улучшающих свойства битума, можно использовать поверхностно-активные вещества ПАВ [Лысихина А.И. Поверхностно-активные добавки для повышения водоустойчивости дорожных покрытий с применением битумов и дегтей. - М.: Автотрансиздат, 1959], пластификаторы, сиккативы, различные органические растворители.

Примеры, иллюстрирующие заявляемый способ получения сухой битумосодержащей смеси с минеральным компонентом.

Пример 1.

На весах осуществляют дозирование битума БНД 90/130 ГОСТ 22245-90 и минерального порошка, полученного помолом известнякового щебня марки 800 с содержанием частиц размерами менее 0,071 мм - 100% ГОСТ Р 52129-2003 в соотношении 1 к 2 по массе соответственно битума к минеральному порошку. В дозированный минеральный порошок вводят 20% воды от общей массы минерального порошка и битума и затем перемешивают. Получившуюся водную суспензию минерального порошка нагревают до температуры 50°С и вводят битум, нагретый до 160°С при непрерывном перемешивании смеси до образования однородной тестообразной структуры. Получают смесь со средним размером битумных глобул 10 мкм. В полученную смесь вводят силикагель и перемешивают для равномерного распределения силикагеля в объеме. После впитывания силикагелем свободной воды производят дробление смеси с одновременным осушением ее в потоке направленного воздуха до получения сухого порошкообразного вещества. Получившееся вещество просеивают через сито диаметром 300 мкм. При просеивании отделяют брак, частицы силикагеля, который затем высушивают и используют вновь, а крупные частицы смеси продолжают дробить до нужного размера глобул.

Для практического использования полученной сухой смеси ее будут разводить перед эксплуатацией непосредственно на месте водой и она станет эмульсией на твердом эмульгаторе. Материал готов.

Пример 2 заявляемого способа.

В минеральный гидрофильный порошкообразный компонент, например известняковый минеральный порошок, содержание которого составляет 25-90% от суммарной массы битума и минерального компонента, вводят воду до образования однородной структуры, обычно 5-35% от суммарной массы битумосодержащей смеси. Затем диспергируют битум до образования глобул, размер которых сопоставим с размерами частиц минерального компонента аналогично примеру 1, и соединяют с тестообразной массой минерального компонента и воды, обеспечивая равномерное распределение глобул битума по всей массе. Битум, содержание которого составляет от 10 до 75, преимущественно нагретый, в этом случае до температуры 160°С, вводят в тестообразную массу и перемешивают до получения однородной смеси. В качестве добавок, улучшающих свойства битума, используют поверхностно-активные вещества ПАВ, пластификаторы, сиккативы, различные органические растворители. В качестве ПАВ применяют, например, кислоты: олеиновую, линолевую, линоленолевую. В отдельных случаях в воду вводят омыляющие составы. В качестве добавок используют пластификаторы (мягчители): касторовое масло, диоктилфталат и прочие, сиккативы, они применяются для ускорения процессов осушения, ими, главным образом, являются соли свинца, марганца, кобальта, цинка и кальция, образованные жирными кислотами (линолеаты), нафтеновыми кислотами (нафтенаты). В качестве растворителей применяют, например, сольвент, нефрас, керосин. Их применяют для изменения вязкости битумов. Причем ПАВ вводят в битум или в воду или одновременно и в воду, и в битум. Осушают массу при температурах окружающей среды без дополнительного подогрева в летний - весенний - осенний периоды. Если получают продукт в климатических условиях севера в зимний период, то лучше осуществить подогрев битума и осушение вести при повышенных температурах. Однако при нагреве нежелательно допускать изменения состояния битума и растекание его глобул. Если это и допустимо, то в случаях, если стоит цель получения сыпучих активированных минеральных порошков.

Примеры использования заявленной полученной сухой смеси.

Пример 1.

Для получения асфальта на эмульсиях с твердыми эмульгаторами по любой из технологий из ниженазванных [авт. свид. SU 883221 "Способ приготовления битумоминеральной смеси". Н.А.Горнаев, В.П.Калашников, А.Ф.Иванов. - Опубл. в Б.И., 1981, №43] или [Иванов А.Ф. Технология, структурообразование и свойства асфальтобетона с дисперсным битумом: Дисс. канд. техн. наук. - Саратов, 1986 - 172 с] типа В дозируют щебень известняковый марки 800 в количестве 31% от общей массы твердых составляющих, песок речной мелкий с модулем крупности 1,28 в количестве 55% от общей массы твердых составляющих и битумосодержащую смесь в количестве 21% (битум - 7%, минеральный порошок - 14%) от общей массы твердых составляющих. Полученную смесь по заявленному способу используют для получения асфальта на эмульсиях на твердых эмульгаторах. Дозированные компоненты перемешивают до однородного состояния, после чего в смесь вводят 15% воды от массы смеси и снова перемешивают. В итоге получается асфальтовая смесь. Асфальт, полученный из этой смеси, имеет следующие свойства:

прочность на сжатие при 20°С - 3,5 МПа;

прочность на сжатие при 50°С - 1,15 МПа;

прочность на сжатие водонасыщенного образца при 20°С - 3,4 МПа;

коэффициент водостойкости - 0,97;

объемный вес - 2,22 г/см³.

Описанная технология полученного материала на основе сухой эмульсии соответствует технологии, описанной в литературе.

Пример 2 - Получение горячего асфальта типа В.

По известным технологиям, например, [Рыбьев И. А. Асфальтовые бетоны. - М: Высшая школа, 1969] дозируют щебень известняковый марки 800 в количестве 31% от общей массы твердых составляющих, песок речной мелкий с модулем крупности 1,28 в количестве 55% от общей массы твердых составляющих и органоминеральную смесь в количестве 21% (битум - 7%, минеральный порошок - 14%) от общей массы твердых составляющих. Дозированные компоненты нагревают до температуры 190°С и перемешивают до однородного состояния. Дробление ведут обычным образом. После перемешивания получают горячую асфальтовую смесь. Асфальт, полученный из этой смеси, имеет следующие свойства: прочность на сжатие при 20°С - 4,8 МПа; прочность на сжатие при 50°С - 2,9 МПа; прочность на сжатие водонасыщенного образца при 20°С - 4,0 МПа; коэффициент водостойкости - 0,95; объемный вес - 2,37 г/см³.