битумная эмульсия

Формула изобретения

Битумная эмульсия, содержащая битум, ПАВ типа аминов, диаминов, полиаминов и четвертичных аммониевых солей в качестве эмульгатора, соляную кислоту в качестве реагента для нейтрализации эмульгатора, воду и дополнительный компонент, отличающаяся тем, что в качестве дополнительного компонента она содержит полиалкилбензольную смолу, являющуюся побочным продуктом производства изопропилбензола, при следующем содержании компонентов, мас.%:

Битум 45-59

Эмульгатор 0,125-0,25

Реагент для нейтрализации эмульгатора 1-2

Полиалкилбензольная смола 1-15

Вода Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к битумным эмульсиям, используемым в создании дорожных покрытий.

Известна битумная эмульсия для дорожных работ, включающая битум, катионную адгезионную присадку, соляную кислоту и воду [Методические рекомендации по приготовлению и применению в дорожном строительстве катионных эмульсий. М., СоюздорНИИ, 1973, с.3-24].

Недостатками этой эмульсии являются недостаточная стабильность и сцепляемость с минеральным наполнителем и сложность регулирования скорости ее распада при одном и том же содержании эмульгатора.

Наиболее близкой предлагаемому изобретению является битумная эмульсия [патент RU №2176652, кл. 7 C 08 L 95/00, 2001], включающая битум, эмульгатор на основе ПАВ типа аминов, диаминов, полиаминов и четвертичных аммониевых солей, соляную кислоту в качестве реагента для нейтрализации эмульгатора и воду. Причем она дополнительно содержит отход процесса пиролиза углеводородного сырья - тяжелую пиролизную смолу при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Битум 20-70

Эмульгатор 0,1-5

реагент для нейтрализации эмульгатора 0,5-3

ТПС 0,4-8

вода остальное

Рецепт эмульсии позволяет регулировать скорость ее распада при одном и том же содержании эмульгатора, повышает ее стабильность и сцепляемость с минеральным наполнителем, а также способствует экономии битума.

Недостатком эмульсии является недостаточная устойчивость к процессам окислительного старения. Изменения значений глубины проникания иглы и растяжимости битума, выделенного из эмульсии, относительно значений соответствующих показателей исходного битума, использованного для приготовления эмульсии, не соответствуют требованиям ГОСТ 18659-81 на эмульсии битумные дорожные, согласно которым эти изменения не должны превышать 15%, в то время как для прототипа значения этих показателей уменьшаются на 16-19%. Указанный недостаток, по-видимому, вызван наличием в ТПС (согласно результатам анализов методами ЯМР и ИК спектроскопии)

непредельных олефиновых структур и ненасыщенных алифатических альдегидов. Указанный недостаток может привести к сокращению срока службы дорожных покрытий.

Задачей изобретения является разработка эмульсии, позволяющей повысить устойчивость битумного компонента к процессам окислительного старения при одновременном сохранении остальных преимуществ, а именно возможность регулирования скорости ее распада при одном и том же содержании эмульгатора, высокая стабильность и хорошая сцепляемость с минеральным наполнителем и экономия битума.

Поставленная задача решается разработкой битумной эмульсии, включающей битум, эмульгатор, реагент для нейтрализации эмульгатора, воду и дополнительный компонент, отличающийся тем, что в качестве дополнительного компонента она содержит побочный продукт производства изопропилбензола - полиалкилбензольную смолу при следующих соотношениях компонентов, % мас.:

Битум 45-60

Эмульгатор 0,125-0,25

Реагент для нейтрализации эмульгатора 1-2

Полиалкилбензольная смола 1-15

Вода остальное

Для приготовления эмульсии используют нефтяные дорожные битумы марок БНД 60/90 и БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90.

Физико-химические показатели полиалкилбензольной смолы (ПАБС) (продукт АО “Казаньоргсинтез”, ТУ 38.10296-83) приведены в табл.1.

В качестве эмульгатора используют ПАВ типа аминов, диаминов, полиаминов и четвертичных аммониевых солей.

В качестве реагента для нейтрализации эмульгатора используют концентрированную соляную кислоту.

Битумную эмульсию готовят по известной технологии смешением компонентов в следующей последовательности:

В смесь воды, эмульгатора, кислоты и ПАБС, нагретую при перемешивании до 70-75°С, вводят также при перемешивании предварительно разогретый до 120-125°С дорожный битум.

Образцы битумных эмульсий были приготовлены в соответствии со следующими примерами:

Пример 1. К смеси из 77,75 г воды, 0,25 г эмульгатора, 2 г кислоты и 2 г ПАБС, нагретой до 75°С, при постоянном перемешивании добавляют 118 г предварительно

разогретого в отдельной емкости до 125°С дорожного битума БНД 60/90 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 59, эмульгатор - 0.125, кислота - 1, ПАБС - 1, вода - 38,875.

Пример 2. К смеси из 77,75 г воды 0,25 г эмульгатора, 2 г кислоты и 6 г ПАБС, нагретой до 75°С, при постоянном перемешивании добавляют 114 г предварительно разогретого в отдельной емкости до 125°С дорожного битума БНД 60/90 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 57, эмульгатор - 0.125, кислота - 1, ПАБС - 3, вода - 38,875.

Пример 3. К смеси из 77,75 г воды 0,25 г эмульгатора, 2 г кислоты и 10 г ПАБС, нагретой до 75°С, при постоянном перемешивании добавляют 110 г предварительно разогретого в отдельной емкости до 125°С дорожного битума БНД 60/90 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 55, эмульгатор - 0.125, кислота - 1, ПАБС - 5, вода - 38,875.

Пример 4. К смеси из 77,75 г воды, 0,25 г эмульгатора, 2 г кислоты и 20 г ПАБС, нагретой до 75°С, при постоянном перемешивании добавляют 100 г предварительно разогретого в отдельной емкости до 125°С дорожного битума БНД 60/90 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 50, эмульгатор - 0.125, кислота - 1, ПАБС - 10, вода - 38,875.

Пример 5. К смеси из 77,75 г воды 0,25 г эмульгатора, 2 г кислоты и 30 г ПАБС, нагретой до 75°С, при постоянном перемешивании добавляют 90 г предварительно разогретого в отдельной емкости до 125°С дорожного битума БНД 60/90 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 45, эмульгатор - 0.125, кислота - 1, ПАБС - 15, вода - 38,875.

Пример 6. К смеси из 75,5 г воды, 0,5 г эмульгатора, 4 г кислоты и 2 г ПАБС, нагретой до 70°С, при постоянном перемешивании добавляют 118 г предварительно разогретого в отдельной емкости до 120°С дорожного битума БНД 90/130 по и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 59, эмульгатор - 0.25, кислота - 2, ПАБС - 1, вода - 37,75.

Пример 7. К смеси из 75,5 г воды, 0,5 г эмульгатора, 4 г кислоты и 6 г ПАБС, нагретой до 70°С, при постоянном перемешивании добавляют 114 г предварительно разогретого в отдельной емкости до 120°С дорожного битума БНД 90/130 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 57, эмульгатор - 0.25, кислота - 2, ПАБС - 3, вода - 37,75.

Пример 8. К смеси из 75,5 г воды, 0,5 г эмульгатора, 4 г кислоты и 10 г ПАБС, нагретой до 70°С, при постоянном перемешивании добавляют 110 г предварительно разогретого в отдельной емкости до 120°С дорожного битума БНД 90/130 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 55, эмульгатор - 0.25, кислота - 2, ПАБС - 5, вода - 37,75.

Пример 9. К смеси из 75,5 г воды, 0,5 г эмульгатора, 4 г кислоты и 20 г ПАБС, нагретой до 70°С, при постоянном перемешивании добавляют 100 г предварительно разогретого в отдельной емкости до 120°С дорожного битума БНД 90/130 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 50, эмульгатор - 0.25, кислота - 2, ПАБС - 10, вода - 37,75.

Пример 10. К смеси из 75,5 г воды, 0,5 г эмульгатора, 4 г кислоты и 30 г ПАБС, нагретой до 70°С, при постоянном перемешивании добавляют 90 г предварительно разогретого в отдельной емкости до 120°С дорожного битума БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90 и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 45, эмульгатор - 0.25, кислота - 2, ПАБС - 15, вода - 37,75.

Для сравнения предлагаемых образцов эмульсий с прототипом были приготовлены 2 образца эмульсий согласно прототипу (примеры 11-12).

Пример 11. В 49.7 г дорожного битума (по ГОСТ 22245-90), нагретого до температуры 110°С, добавляют при перемешивании 0.3 г катионоактивного эмульгатора. Водную фазу готовят следующим образом: в 48.5 г воды добавляют при перемешивании 0.5 г безводной тяжелой пиролизной смолы (ТПС) и 1 г соляной кислоты, затем нагревают при перемешивании до 85°С, затем добавляют смесь битума с эмульгатором, имеющую температуру 110°С и перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас.): битум - 49.7, эмульгатор - 0.3, кислота - 1, ТПС - 0.5, вода - 48,5.

Пример 12. В 49.7 г дорожного битума (по ГОСТ 22245-90), нагретого до температуры 110°С, добавляют при перемешивании 0.3 г катионоактивного эмульгатора и 2 г безводной ТПС. Водную фазу готовят следующим образом: в 47 г воды добавляют 1 г соляной кислоты, тщательно перемешивают, нагревают этот раствор до температуры 85°С, затем добавляют нагретую до 110°С смесь битума, эмульгатора и тяжелой пиролизной смолы. Перемешивают до полной однородности.

Состав полученной эмульсии следующий (% мас,): битум - 49.7, эмульгатор - 0.3, кислота - 1, ТПС - 2, вода - 47.

Физико-механические свойства эмульсий, приготовленных согласно примерам №1-№12, приведены в табл.2, согласно которой предлагаемая эмульсия превосходит прототип по устойчивости к окислительному старению. Изменение глубины проникания иглы и растяжимости битума, выделенного из предлагаемой эмульсии, составляет 7-11% от значения данного показателя для исходного битума, против 16-19% для прототипа. По остальным показателям предлагаемая эмульсия не уступает прототипу.

Таблица 1 Физико-химические свойства полиалкилбензольной смолы АО “Казаньоргсинтез” (ТУ 38.10296-83).
Показатели	Значения
Плотность, кг/м3	990
Молекулярная масса, у.е.	250
Содержание серы, % масс.	0,04
Вязкость кинематическая, мм2/с	14,8
- при 50°С
- при 100°С	5,6
Температура застывания, °С	-12,0
Содержание ароматических углеводородов, % масс.	66,5
в том числе:
- диалкилзамещенных	12,5
- полиалкилзамещенных	54,0
Высокомолекулярный остаток, % масс.	24,5
Фракционный состав:
Начало кипения, °С	170-180
Выкипает, % масс.:
до 300°С	20,65
до 370°С	75,35
до 440°С	87,0
остаток выше 440°С	13,0
Таблица 2 - Эксплуатационные характеристики битумных эмульсий
Состав и свойства битумных эмульсий	Предлагаемые образцы (по №№ примеров)	Образцы по прототипу (по №№ примеров)
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Содержание компонентов в эмульсии, % масс.:
битума	59	57	55	50	45	59	57	55	50	45	49,7	49,7
эмульгатора	0,125	0,125	0,125	0,125	0,125	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25
ПАБС	1	3	5	10	15	1	3	5	10	15	-	-
ТПС	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0,5	3
реагент для нейтрализации эмульгатора	1	1	1	1	1	2	2	2	2	2	1	1
воды	37,875	37,875	37,875	37,875	37,875	37,75	37,75	37,75	37,75	37,75	48,5	47
Скорость распада при смешивании с кварцевым песком, г песка /100 г эмульсии	185	175	155	130	100	550	470	400	200	105	100	185
Изменение глубины проникания иглы для битума, выделенного из эмульсии, по сравнению с исходным битумом, %	7	9	9	10	11	9	9	10	10	10	17	19
Уменьшение растяжимости для битума, выделенного из эмульсии, по сравнению с исходным битумом, %	9	9,5	10	10	10,5	8	9,5	9,5	10,5	11	16	18
Продолжение таблицы 2
Состав и свойства битумных эмульсий	Предлагаемые образцы (по №№ примеров)	Образцы по прототипу (по №№ примеров)
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Сцепляемость с минеральными материалами, % площади	98	96	100	97	96	98	92	96	100	99	97	100
Вязкость условная при 20°С через сточное отверстие 3 мм, сек	22	24	26	28	31	33	39	42	56	50	23	24
Устойчивость при хранении по остатку битума на сите 0.14 мм, %
через 7 суток	0,1	0,1	0,1	0,08	0,09	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,08
через 30 суток	0,15	0,2	0,18	0,1	0,15	0,2	0,2	0,1	0,18	0,19	0,2	0,1