асфальтобетонная смесь

Формула изобретения

Асфальтобетонная смесь, включающая минеральный наполнитель и модифицированное битумное вяжущее, представляющее собой смесь битума с азотсодержащей добавкой, отличающаяся тем, что модифицированное битумное вяжущее в качестве азотсодержащей добавки содержит продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции С₆-С₂₀ при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) соответственно в количестве 0,5-2,0 мас.% при следующем соотношении компонентов асфальтобетонной смеси, мас.%:

модифицированное битумное вяжущее	4,53-7,60
минеральный наполнитель	остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к составам асфальтобетонных смесей и может быть использовано для устройства покрытий и оснований автомобильных дорог, аэродромов, городских улиц и площадей, а также при их ремонте.

Известна асфальтобетонная смесь, содержащая мас.%: нефтяной вязкий битум 5,2-6,0, триэтаноламин 0,1-0,2, регранулят полимерного этилен-пропилена 0,5-1,0 и минеральный наполнитель - остальное (RU 2149848 С1, кл. С04В 26/26, С08L 95/00, 27.05.2000).

Недостатком известной смеси является то, что входящая в ее состав полимерная добавка подвержена старению, что ускоряет процесс старения битума и приводит к преждевременному разрушению асфальтобетонного покрытия.

Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является асфальтобетонная смесь, включающая минеральный наполнитель и модифицированное битумное вяжущее, представляющее собой смесь нефтяного вязкого битума с 1,5-3,0 мас.% добавки, полученной путем конденсации высших жирных кислот или их кубовых остатков с техническим триэтаноламином в соотношении 4-7:1, при следующем соотношении компонентов, мас.%: модифицированное битумное вяжущее 5,66-7,40, минеральный наполнитель - остальное. При этом технический триэтаноламин имеет состав, мас.%: моноэтаноламин 2-10, диэтаноламин 20-60, триэтаноламин 30-60 (RU 2047578 С1, кл. С04В 26/26, С08L 95/00, 10.11.1995).

Недостатком данной асфальтобетонной смеси является относительно низкие показатели стойкости к воздействию плесневых грибов, сдвигоустойчивости и трещиностойкости полученного покрытия. Кроме того, входящий в нее модифицированный битум подвержен достаточно быстрому процессу старения, о чем свидетельствуют изменения его массы и температуры размягчения после прогрева.

Техническим результатом изобретения является повышение физико-механических свойств и грибостойкости полученного асфальтобетонного покрытия.

Данный результат достигается тем, что асфальтобетонная смесь, включающая минеральный наполнитель и модифицированное битумное вяжущее, представляющее собой смесь битума с азотсодержащей добавкой, модифицированное битумное вяжущее в качестве азотсодержащей добавки содержит продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции С₆-С₂₀ при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) соответственно в количестве 0,5-2,0 мас.%, при следующем соотношении компонентов асфальтобетонной смеси, мас.%:

Модифицированное битумное вяжущее	4,53-7,60
Минеральный наполнитель	остальное

Отличительной особенностью предложенной смеси является то, что введение в нее битума, модифицированного продуктом взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции С₆-С₂₀ при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) в количестве 0,5-2,0 мас.%, позволяет повысить биостойкость дорожного покрытия, сдвигоустойчивость и трещиностойкость. Проведенные исследования показали, что продукт взаимодействия замедляет процесс старения битума, а также повышает его адгезию к каменным материалам.

Введение модифицированного битума менее 4,53 мас.% не позволяет получить асфальтобетонное покрытие с высокими физико-механическими и водоотталкивающими свойствами, введение его более 7,60 мас.% ведет к перерасходу битума.

Проведение процесса взаимодействия борной кислоты с диэтаноламином и смесью жирных кислот растительных масел фракции С₆-С₂₀ (далее - продукт взаимодействия) при других мольных соотношениях реагентов, кроме заявленных, не позволяет получить продукт, растворимый в битуме.

Введение продукта взаимодействия менее 0,5 мас.% не дает возможности получить покрытие с высокой стойкостью к старению и грибостойкостью. Введение его более 2,0 мас.% нецелесообразно, так как дальнейшего повышения указанных свойств не происходит.

Жирные кислоты выделяют из растительных масел (подсолнечного, кокосового, льняного, соевого и т.д.) путем расщепления триглицеридов, например, омылением масла щелочью с последующей обработкой образовавшегося мыла минеральной кислотой для выделения смеси кислот фракции С₆-С₂₀ (Сырье и полупродукты для лакокрасочных материалов: Справочное пособие / Под ред. М.М.Гольдберга. - М.: Химия, 1978. - С.230, 234).

При синтезе используют борную кислоту, соответствующую ГОСТ 18704-78, диэтаноламин - ТУ 6-09-2652-91.

Способ получения продукта взаимодействия заключается в следующем.

В реактор, снабженный мешалкой, насадкой Дина-Старка, обратным холодильником и термометром, загружают смесь жирных кислот растительных масел фракции С ₆-С₂₀ и диэтаноламин (ДЭА). Реакционную массу нагревают при перемешивании до 90-100°С, после чего вводят борную кислоту и поднимают температуру реакционной смеси до 180-200°С, выдерживая ее при этой температуре в течение 2,0-2,5 ч до образования однородной массы с аминным числом не менее 40 мг HCI/г.

Мольное соотношение борная кислота:диэтаноламин:смесь жирных кислот составляет 1:3:(0,5-2,5).

Полученный продукт представляет собой маслянистую вязкую жидкость коричневого цвета. Он растворим в минеральных маслах, битуме, органических растворителях и имеет следующие характеристики.

Кинематическая вязкость при 100°С, сСт - не более 65,0.

Аминное число, мг HCI/ г - не менее 40.

Содержание воды, % - не более 0,5.

Зольность, % - отсутствие.

Температура вспышки в открытом тигле, °С - не ниже 230.

В качестве битума используют нефтяные дорожные битумы по ГОСТ 22245-90.

В качестве минерального наполнителя применяют известные минеральные материалы, обычно используемые в асфальтобетонных смесях.

Характеристика использованных минеральных компонентов.

1. Щебень (ГОСТ 8267-93).

В качестве щебня использовали фракцию 5-20 мм щебня Аланасовского карьера Ростовской области.

2. Песок.

В качестве песка использован песок из отсевов дробления горных пород при производстве щебня и песок природный мытый фракции 0-5 мм по (ГОСТ 8736-93).

3. Щебеночно-песчаная смесь.

Использована готовая щебеночно-песчаная смесь фракции 0-10 мм по (ГОСТ 25607-2009).

4. Минеральный порошок.

В качестве минерального порошка вводили активированный минеральный порошок по ГОСТ Р 52129-2003.

Асфальтобетонную смесь готовили следующим образом.

Битум, разогретый до 130-150°С, смешивали с продуктом взаимодействия в количестве 0,5-2,0% от массы битума и выдерживали при этой температуре в течение 20-30 мин при непрерывном перемешивании. Полученное модифицированное вяжущее совмещали с минеральными материалами, предварительно подогретыми до 140-160°С, полученную смесь тщательно перемешивали.

Конкретные составы битумов с предложенной добавкой представлены в табл.1, показатели их качества - в табл.2. Примеры 4 и 5 являются контрольными.

Для сравнительного анализа показателей качества был получен битум БНК 90/130, модифицированный 2,0 мас.% добавки, полученной путем конденсации в течение 6 ч при 140°С высших жирных кислот с техническим триэтаноламином, взятых в соотношении 7:1 (прототип), с которым были приготовлены аналогичные асфальтобетонные смеси.

Пенетрацию модифицированных битумов определяли по ГОСТ 11501-78, температуру размягчения по кольцу и шару - по ГОСТ 11506-73, изменение массы после прогрева - по ГОСТ 18180-72.

Оценку адгезионной способности модифицированного битума к щебню проводили по следующей методике.

Отдельные частицы щебня размерами не менее 10 мм высушивали до постоянного веса при температуре 105°С. Затем каждую частицу щебня привязывали на тонкую проволоку, нагревали в термостате в течение 1 ч при температуре 140-160°С и погружали на 15 с в чашку с вяжущим, нагретым до этой же температуры. Извлеченные из вяжущего частицы подвешивали на штативе для стекания избытка вяжущего, после этого их охлаждали при температуре 20°С не менее 15 мин. Затем обработанные частицы щебня опускали в стакан с медленно кипящей дистиллированной водой на 30 мин и определяли силу сцепления вяжущего по шкале, приведенной в табл.3.

Составы предложенных асфальтобетонных смесей представлены в табл.4, показатели качества асфальтобетонов типа Б марки II в сравнении с асфальтобетоном по прототипу - в табл.5. Примеры 10 и 11 являются контрольными.

Асфальтобетоны испытывали по ГОСТ 12801-98 на соответствие показателям физико-механических свойств ГОСТ 9128-2009.

Стойкость к воздействию плесневых грибов оценивали по ГОСТ 9.049-91 метод 1. Шкала оценки грибостойкости по методу 1 представлена в табл.6.

Использование предложенной асфальтобетонной смеси позволяет получать биостойкие дорожные покрытия с высокими физико-механическими и водоотталкивающими свойствами.

Таблица 1.
Компоненты	Состав модифицированного вяжущего по примерам, мас.%
1	2	3	4	5
Продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и смеси жирных кислот растительных масел фракции С6-С20 в мольном соотношении 1:3:0,5	0,5			0,3
Продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и смеси жирных кислот растительных масел фракции С6-С20 в мольном соотношении 1:3:1,5		1,25			2,5
Продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и смеси жирных кислот растительных масел фракции С6-С20 в мольном соотношении 1:3:2,5			2,0
Битум
БНД 60/90	99,5		98,0	99,7
БНД90/130		98,75			97,5

Таблица 2.
Показатель	Значение показателя по примерам	Прототип
1	2	3	4	5
Глубина проникания иглы при 25°С, 0,1 мм	75	102	78	74	103	100
Температура размягчения по кольцу и шару, °С	50	55	52	49	57	50
Изменение температуры размягчения после прогрева, °С	0,5	0,5	0,5	1	0,5	4
Изменение массы после прогрева, %	0,07	0,05	0,03	0,1	0,05	0,5
Адгезия к минеральным материалам, баллы	5	5	5	4	5	4

Таблица 3.
Оценка сцепления битума со щебнем, баллы	Характеристика поверхности минеральных частиц, обработанных вяжущим, при оценке смачивания до кипячения, а сцепления - после кипячения
5 (отличное)	Вся поверхность минеральных частиц равномерно покрыта вяжущим, т.е. пленка вяжущего полностью сохраняется
4 (хорошее)	Вся поверхность минеральных частиц покрыта вяжущим, но вяжущее распределено по толщине неравномерно
3 (удовлетворительное)	Отдельные участки поверхности минеральных частиц не покрыты вяжущим, т.е. пленка вяжущего смещается водой. Наблюдается обнажение отдельных участков на поверхности частиц (не менее 50%)
2 (плохое)	Поверхность минеральных частиц обнажена на более, чем 50%

Таблица 4.
Компоненты	Состав асфальтобетонной смеси по примерам, мас.%
6	7	8	9	10	11
Щебень фракции 5-20 мм	40,00	15,00	25,00	-	40,00	-
Щебеночно-песочная смесь фракции 0-10 мм	-	50,00	-	-	-	-
Песок из отсевов дробления	30,00	-	50,00	70,00	30,00	70,00
Песок природный мытый фракции 0-5 мм	25,47	25,00	15,00	20,00	25,6	19,00
Минеральный порошок активированный	-	3,93	3,43	2,4	-	3,3
Модифицированное вяжущее:
по примеру 1	4,53	6,07	-	-	4,4	-
по примеру 2	-	-	6,57	-	-	-
по примеру 3	-	-	-	7,60	-	7,7

Таблица 5.
Показатель	Значение показателя по примерам	Прототип
6	7	8	9	10	11
Предел прочности при сжатии, МПа, при температуре
50°С	1,16	1,20	1,22	1,25	1,10	1,25	1,14
20°С	3,25	3,30	3,35	3,40	3,23	3,21	3,14
0°С	10,0	9,8	9,7	9,5	10,1	9,5	10,1
Коэффициент водостойкости	1,07	1,08	1,09	1,10	0,99	1,11	1,07
Сдвигоустойчивость по коэффициенту внутреннего трения	1,2	1,4	1,5	1,6	1,0	1,6	1,0
Трещиностойкость по пределу прочности на растяжение при расколе при температуре 0°С и скорости деформирования 50 мм/мин, МПа	5,0	5,3	5,4	5,6	4,6	5,6	4,5
Грибостойкость, баллы	1	1	1	1	2	1	3

Таблица 6.
Метод	Степень развития плесневых грибов	Оценка материала
ГОСТ 9.049	ИСО 846
1	0		Материал не является питательней средой (нейтрален или фунгистатичен)
	1, 2		Материал содержит питательные вещества, которые обеспечивают незначительное развитие грибов
	3, 4, 5		Материал содержит достаточное количество питательных веществ, благоприятствующих развитию грибов