close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10500

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.04.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 08L 95/00
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭМУЛЬСИОННО-МИНЕРАЛЬНОЙ СМЕСИ
(21) Номер заявки: a 20030872
(22) 2003.09.18
(43) 2005.03.30
(71) Заявители: Государственное научное
учреждение "Институт общей и неорганической химии Национальной
академии наук Беларуси"; Коммунальное проектно-ремонтно-строительное унитарное предприятие
"Гомельоблдорстрой" (BY)
(72) Авторы: Опанасенко Ольга Николаевна; Крутько Николай Павлович;
Овсеенко Людмила Васильевна;
Кравченко Вадим Михайлович; Михоленко Александр Дмитриевич; Гуревич Раиса Ефимовна; Жиженский
Олег Николаевич; Дворкин Леонид
Эммануилович (BY)
(73) Патентообладатели: Государственное
научное учреждение "Институт общей
и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси";
Коммунальное проектно-ремонтностроительное унитарное предприятие "Гомельоблдорстрой" (BY)
BY 10500 C1 2008.04.30
BY (11) 10500
(13) C1
(19)
(56) WO 02/34836 A1.
Международная научно-техническая
конференция "Ресурсо- и энергосберегающие технологии в химической
промышленности и производстве
строительных материалов". Материалы докладов. Минск, 2000, с. 226-230.
Евсиков Н.И. и др. Использование
эмульсионно-минеральных смесей в
дорожном строительстве. Минск,
1989. - С. 10-21.
BY 2989 C1, 1999.
US 2898223, 1959.
US 4597799, 1986.
US 4985079, 1991.
US 4170484, 1979.
US 2498862, 1950.
US 3867162, 1975.
SU 1217832 A, 1986.
(57)
Способ получения эмульсионно-минеральной смеси, включающий приготовление битумной катионной эмульсии, содержащей пластифицированный битум и эмульгатор на
основе производных алкилдиаминов, алкиламидоимидазоаминов или четвертичных аммониевых оснований, и ее смешивание со щебнем, предварительно обработанным составом,
увеличивающим адгезию битума, отличающийся тем, что в качестве пластифицированного битума используют битум, содержащий 2-3 мас. % светлых нефтепродуктов, имеющих интервал кипения 150-250 °С, в качестве щебня - щебень фракции 2,5-10,0 мм
кубовидной формы из гранита, габбро, базальта, диабаза или диорита и в качестве состава,
увеличивающего адгезию битума, - 0,1-10,0 %-ный раствор в светлых нефтепродуктах,
имеющих интервал кипения 150-250 °С, реагентов, выбранных из производных полиаминов, диаминов и оксиэтилированных аминов, при этом компоненты берут в следующем
соотношении, вес.ч.:
щебень
100
состав, увеличивающий адгезию битума
0,40-0,77
битумная катионная эмульсия
6,5-8,5.
BY 10500 C1 2008.04.30
Изобретение относится к технологии дорожного строительства и может быть использовано на предприятиях, выпускающих битумные эмульсии и/или эмульсионно-минеральные
смеси для дорожно-строительных работ, в частности для приготовления складируемых
эмульсионно-минеральных смесей, предназначенных для среднего и ямочного ремонта
дорожных покрытий.
Известен способ получения эмульсионно-минеральных смесей, используемых в холодных технологиях дорожных работ, в котором для регулирования скорости распада битумно-латексной эмульсии в смесь вводится водный раствор стабилизатора на основе
солей четвертичных алкиламмониевых оснований с длиной углеводородного радикала
C12-C18 [1]. Однако использование данной добавки не позволяет получать складируемые
эмульсионно-минеральные смеси.
Известен также способ получения битумных катионных эмульсий и суспензий на основе этих эмульсий и гранулированных материалов [2]. Эмульсия содержит 30-80 % битума, 0,1-10 % эмульгатора, представляющего собой продукт реакции полиамина с
соединением из группы ненасыщенных эпоксидированных жирных С8-С22 кислот и их
эфиров, остальное вода (до 100 %). Для покрытия дорог эмульсия может быть смешана с
различными гранулированными материалами. Недостатком данного способа является быстрая слеживаемость полученных эмульсионно-минеральных смесей.
Известен способ получения холодной асфальтобетонной смеси из смеси щебня, песка
из отсевов дробления и катионной битумной эмульсии путем их смешения в установке.
Смесь может храниться в штабелях до 3 месяцев, в герметичной таре - до 6 месяцев с момента производства [3]. Недостатком данной смеси является то, что для производства используется минеральный материал непрерывного зернового состава. В связи с этим
наблюдается частичная слеживаемость смеси и ухудшается ее удобоукладываемость.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения холодных битумно-минеральных смесей на основе битумной эмульсии и минерального материала непрерывного гранулометрического состава, предварительно обработанного водным
раствором гидрофобизирующего реагента [4]. Недостатком данного способа является использование при производстве битумно-минеральной смеси дополнительно специальных
пленкообразующих и коалесцирующих агентов, которые вводятся в битумную эмульсию
непосредственно перед обработкой эмульсией минерального материала, что не только усложняет технологический процесс, но и приводит к значительному удорожанию холодных
битумно-минеральных смесей. Кроме того, применение водного раствора гидрофобизирующего реагента приводит к увлажнению минерального материала, в связи с чем увеличивается их слеживаемость, а их удобоукладываемость обеспечивается только в течение
от 4 до 24 часов после приготовления. Согласно данному способу получают плотные битумно-минеральные смеси различного типа, являющиеся аналогом горячих асфальтобетонных смесей, которые укладываются непосредственно после приготовления и не
предназначены для длительного хранения и выполнения работ по ямочному ремонту в
межсезонный период.
Задачей изобретения является повышение качества и улучшение эксплуатационных
характеристик складируемых эмульсионно-минеральных смесей, таких как удобоукладываемость и низкая слеживаемость в течение длительного хранения на складах в широком
диапазоне температур.
Поставленная задача достигается тем, что перед смешиванием с катионной битумной
эмульсией узкофракционированный кубовидный минеральный материал предварительно
обрабатывают адгезионной добавкой в виде раствора в светлых нефтепродуктах.
Получаемые по предлагаемому способу складируемые эмульсионно-минеральные
смеси содержат минеральный материал соответствующего зернового состава, покрытый
битумным вяжущим. За счет применения адгезионной добавки и подбора рецептуры битумной эмульсии достигается максимально плотная упаковка минеральных зерен, а вяжущее равномерно распределено по объему в виде пленок. Полученная смесь длительное
2
BY 10500 C1 2008.04.30
время сохраняет свою консистенцию и свойства, позволяющие использовать ее без подогрева в течение нескольких месяцев.
Полученные по предлагаемому способу холодные смеси на битумных эмульсиях
имеют следующие преимущества:
допускают использование влажного каменного материала;
за счет улучшения обволакиваемости каменного материала эмульсией экономится 1030 % битума;
приготовление и укладка холодных смесей может выполняться при неблагоприятных
климатических условиях;
активность эмульсии усиливает адгезионно-когезионные свойства битума;
вязкость эмульгированного битума с понижением температуры возрастает медленнее
в отличие от обычного битума, что также улучшает его адгезионные свойства;
холодный способ упрощает технологию производства работ.
Битумные эмульсии получали на лабораторной установке "Emulbitume" (Франция).
Температура битумной фазы 130-160 °С, водной - 40-50 °С, рН = 1,8-2,5. Необходимое
значение рН создавалось добавлением соляной кислоты. Водная и битумная фазы подавались в диспергатор установки с таким расчетом, чтобы соотношение их в эмульсии составляло 30-40:60-70 соответственно.
Коллоидно-химические свойства битумных эмульсий во многом определяются видом
эмульгатора и его концентрацией. При производстве битумных эмульсий для складируемых эмульсионно-минеральных смесей рекомендуются эмульгаторы на основе производных алкилдиаминов, алкиламидоимидазоаминов, четвертичных аммониевых оснований.
При их использовании возможно приготовление эмульсии с необходимыми коллоиднохимическими характеристиками, в частности по вязкости и скорости распада.
Физико-химические характеристики битумного вяжущего оказывают решающее влияние на свойства битумной эмульсии и долговечность дорожного покрытия. Для изменения
структурно-реологических характеристик вяжущего при производстве складируемых
эмульсионно-минеральных смесей предусматривается пластифицирование битума.
Физико-химические свойства битумных эмульсий, полученных на базовом и пластифицированном битуме, с использованием в качестве эмульгатора диаминов приведены в
табл. 1.
Таблица 1
Физико-химические характеристики битумных эмульсий, полученных
на основе битума, пластифицированного нефтяными углеводородами
Битум
Характеристики эмульсии
Интервал
Исходный
Остаточный
кипения
Остаток
Вязнефтяной Тразм. по Пенетра- Тразм. по ПенетраИндекс
ция,
25
°С,
ция,
25
°С,
на
сите,
%
кость,
фракции, °С КиШ, °С
КиШ, °С
распада
х0,1 мм
х0,1 мм 0,63 мм 0,16 мм
°Е
Базовый битум
55,5
70
58,0
65
0,06
0,25
127
2,2
Пластифицированный битум
140-380
51,0
121
50,5
117
0,03
0,1
140
3,0
150-200
53,0
87
54,0
85
0,02
0,14
120
3,0
Из приведенных данных видно, что введение пластификаторов в исходный битум приводит к получению эмульсий, обладающих повышенной вязкостью. Однако введение тяжелых нефтяных фракций вызывает существенное изменение свойств остаточного
битума. Поэтому в качестве пластификаторов должны использоваться светлые нефтепродукты с интервалом кипения 150-250 °С.
В табл. 2 представлены результаты определения когезионной прочности вяжущего
при различных температурах, выполненного по методу ВИАЛИТ.
3
BY 10500 C1 2008.04.30
Таблица 2
Изменение когезионной прочности вяжущего, полученного из эмульсии
на базовом и пластифицированном битуме
Характеристики битума
исходный
остаточный
Пенетрация,
Тразм. по
Пенетрация,
Тразм. по
Когезия по ВИАЛИТ
25 °С, х0,1мм
КиШ, °С
25 °С, х0,1мм
КиШ, °С
+60 °С
-15 °С
Базовый битум
118
47,5
106
49
100
10
Пластифицированный битум
244
40,5
171
43,5
100
52
Примечание: эмульгатор на основе алкилдиамина и алкиламидоамина.
Приведенные данные показывают, что введение светлых нефтепродуктов в битум увеличивает когезию в остаточном вяжущем, что особенно наглядно проявляется при отрицательных температурах.
Таким образом, изменение структурно-реологических характеристик битумов путем
введения светлых нефтепродуктов дает возможность получения эмульсий с определенными физико-химическими характеристиками, необходимыми для использования ее в технологиях производства складируемых эмульсионно-минеральных смесей.
В качестве пластификатора предлагается использовать светлые нефтепродукты с интервалом кипения 150-250 °С, например нефрас марки С4 150/200 (интервал кипения 150200 °С) в количестве 2-3 %, или керосиновую фракцию.
Рецептура эмульсии для производства складируемых эмульсионно-минеральных смесей, кг/т:
битум БНД 90/130
630,5
пластификатор
19,5
HCL (плотность 1,17 г/см3)
1,5
эмульгатор на основе производных алкилдиаминов
2,0
вода
346,5.
Наличие эмульгатора в эмульсии повышает адгезионные свойства восстановленного
битума, однако для того чтобы обеспечить равномерное покрытие щебня вяжущим, необходимо введение дополнительных веществ, модифицирующих поверхность минерального
материала и способствующих активной адгезии битума.
При приготовлении складируемых эмульсионно-минеральных смесей нами предлагается использовать адгезионную добавку на основе производных диаминов, оксиэтилированных алкилпропилендиаминов, полиаминов для модификации поверхности раздела
битум - минеральный материал в виде раствора в светлых нефтепродуктах. Использование
адгезионной добавки улучшает условия приготовления и степень обволакиваемости битумом
зерен минерального материала, снижает слеживаемость смеси и улучшает ее удобоукладываемость. В качестве минерального материала рекомендуется использовать фракционированный щебень из прочных изверженных, осадочных или метаморфических горных
пород, в частности граниты, диариты, габбро, базальты, диабазы и др.
Эмульсионно-минеральные смеси получали путем предварительного смешения дозированных количеств щебня с адгезионной добавкой и последующего смешения с битумной
эмульсией до полного и равномерного объединения всех компонентов. Перемешивание
считали законченным, если все зерна минерального материала равномерно покрыты вяжущим и в готовой смеси не наблюдалось его отдельных сгустков.
Результаты подбора компонентов складируемой эмульсионно-минеральной смеси
приведены в табл. 3.
4
BY 10500 C1 2008.04.30
Таблица 3
Подбор компонентов эмульсионно-минеральной смеси для ямочного ремонта.
Щебень гранитный 5-7,5 мм (100 вес. ч.)
Адгезионная добавка (5 %-ный Битумная
№
Примечание
раствор в нефрасе С4 150/200) эмульсия
1
10
Неполное покрытие поверхности щебня
2
0,2
10
Неполное покрытие поверхности щебня
3
0,3
10
Избыток эмульсии
4
0,4
9
Небольшой избыток эмульсии
5
0,4
8
Хорошее покрытие
6
0,4
7,5
Хорошее покрытие
7
0,4
7
Хорошее покрытие
8
0,5
7
Хорошее покрытие
9
0,5
8
Хорошее покрытие
Определено сцепление битумной пленки с поверхностью щебня при кипячении смеси
в дистиллированной воде в течение 5 минут. Установлено, что адгезия битума для образца
№ 1 составляет 75 % и увеличивается для образца № 6 до 90-100 %, № 7 и 8 - 85-90 %, т.е.
оптимальное содержание битумной эмульсии и адгезионной добавки для данного минерального материала составляет 7,5 и 0,4 вес.ч. соответственно.
Определение физико-механических свойств асфальтобетона, приготовленного из
эмульсионно-минеральной смеси, проводили в соответствии с СТБ 1115-98 и определяли
следующие характеристики:
R20, Rв20 - пределы прочности асфальтобетона при сжатии соответственно сухих и
водонасыщенных образцов при 20 °С, МПа;
Rв.д.20 - предел прочности асфальтобетона при сжатии водонасыщенных образцов при
длительном водонасыщении при 20 °С, МПа;
Кв - коэффициент водостойкости асфальтобетона;
Кв.д. - коэффициент водостойкости асфальтобетона при длительном водонасыщении;
слеживаемость.
Формование образцов производилось в одиночных формах комбинированным методом: вибрированием с пригрузом 0,03 МПа с доуплотнением - прессованием под давлением 20 МПа в соответствии с п. 5.3 СТБ 1115-98.
Уплотнение образцов из холодных смесей, испытываемых на слеживаемость, осуществляли в специальных цилиндрических формах диаметром 71,4 мм с двумя вкладышами
в соответствии с 5.4 СТБ 1115-98.
Для исследования физико-механических характеристик были приготовлены эмульсионно-минеральные смеси по следующим рецептурам (табл. 4). Битумная эмульсия и адгезионная добавка в виде 5 %-ного раствора в нефрасе вводились сверх 100 % минеральной
части смеси.
Таблица 4
Рецептуры эмульсионно-минеральных смесей
№
Фракционный состав
Остаточный битум из
Адгезионная добавка, %
п/п
щебня, мм
эмульсии, %
1
4-5
0,40
2,0
2
4-5
0,77
2,6
3
4-5
0,55
3,1
4
4-5
0,40
4,0
5
4-5
0,20
5,0
6
4-5
0
6,3
7
5-7,5
0,68
5,0
8
5-10
0,60
4,7
9
2,5-5
0,77
4,0
5
BY 10500 C1 2008.04.30
Прочностные характеристики и коэффициенты водостойкости асфальтобетона, приготовленного из эмульсионно-минеральной смеси по приведенным рецептурам, представлены в табл. 5.
Таблица 5
Влияние состава эмульсионно-минеральных смесей
на прочностные характеристики асфальтобетона
Предел прочности при сжатии, МПа
Коэффициент водостойкости
Состав
R20
Rв20
Rв.д.20
Кв
Кв.д.
1
0,25
0,20
0
0,80
0
2
0,28
0,22
0,10
0,80
0,25
3
0,35
0,29
0,11
0,83
0,31
4
0,58
0,49
0,45
0,84
0,77
5
0,52
1,44
0,32
0,85
0,61
6
0,55
0,47
0,23
0,85
0,41
7
0,47
0,39
0,24
0,83
0,68
8
0,44
0,32
0,22
0,84
0,65
9
0,66
0,55
0,33
0,84
0,77
Из приведенных данных видно, что составы полученных холодных асфальтобетонов,
приготовленных на минеральном материале фракций 5-7,5; 5-10; 2,5-5 мм с использованием адгезионной добавки, характеризуются высокими значениями коэффициента водостойкости, в том числе и при длительном водонасыщении, превышающими требования
СТБ 1115-98. При малом содержании битума (составы № 1-3) коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении недостаточен. Это же наблюдается и в отсутствии
адгезионной добавки (состав № 6) в рецептуре смеси даже при высоком содержании битума (6,3 %).
Влияние содержания вяжущего в эмульсионно-минеральной смеси, приготовленной
на щебне фракции 5-7,5 мм, на ее слеживаемость приведено в табл. 6.
Таблица 6
Влияние содержания вяжущего в смеси
на слеживаемость эмульсионно-минеральной смеси
Содержание вяжущего, %
Слеживаемость, количество ударов
Фракционированный гранитный щебень 5-7,5 мм
2
2
3
4
4
5
5
8
6
9
7
10
Щебень непрерывного зернового состава 0-10 мм [4]
6,2
>10
Из приведенных данных видно, что оптимальные характеристики достигаются при содержании вяжущего 4-5 %. Введение дополнительного количества вяжущего приводит к
увеличению слеживаемости смеси.
Эмульсионно-минеральная смесь непрерывного зернового состава, приготовленная в
соответствии с требованиями [4], является неудобоукладываемой, так как ее слеживаемость значительно превышает нормируемые показатели.
Таким образом, существует оптимум изученных физико-механических свойств эмульсионно-минеральной смеси: прочности, водонасыщения и слеживаемости, определяемый
содержанием битума, выделенного из эмульсии, адгезионной добавки, а также фракционным составом используемого минерального заполнителя.
6
BY 10500 C1 2008.04.30
На основании проведенных исследований было установлено, что оптимальные физико-механические свойства эмульсионно-минеральных смесей и холодного асфальтобетона
на их основе достигаются при использовании для их производства фракционированного
кубовидного гранитного щебня фракции 5-7,5 мм, адгезионной добавки, модифицирующей поверхность минерального материала, на основе оксиэтилированных алкилэтилендиаминов в виде раствора в светлых нефтепродуктах (нефрас марки С4 150/200
Новополоцкого нефтеперерабатывающего завода) и битумной эмульсии, приготовленной
на битуме, пластифицированном нефрасом марки С4 150/200.
Пример приготовления эмульсионно-минеральной смеси.
Рецептура складируемой эмульсионно-минеральной смеси
Щебень фракции 5-7,5 мм
100 вес. ч.
Адгезионная добавка на основе производных алкилпропилендиаминов
(5 %-ный раствор в нефрасе)
0,4 вес.ч.
Битумная эмульсия
7,5 вес.ч.
По данной рецептуре была изготовлена экспериментальная партия складируемой
эмульсионно-минеральной смеси и проведены ее испытания. В качестве исходных материалов применялись:
узкофракционированный кубовидный щебень фракции 4-6,3 мм, приготовленный
дроблением гранитного щебня (Микашевичи) на хозрасчетном производственном участке
(ХПУ) "Центр" ПРСО "Минскоблдорстрой";
битумная эмульсия, выпущенная на пилотной установке "Emulbitume" РНТЦ "Химия
в строительстве" ИОНХ НАН Беларуси с синтезированным эмульгатором № 1 на основе
солей четвертичных аммониевых оснований;
адгезионная добавка на основе оксиэтилированных алкилэтилендиаминов.
Рецептура битумной эмульсии для приготовления складируемой ЭМС
Водная фаза
Расход, кг/т эмульсии
Эмульгатор № 1
10
3
HCl (плотность 1,17 г/см )
0,95
Вода
389,05
Битумная фаза
Битум БД 90/130
582,0
Пластификатор
18,0
Примечание: в качестве пластификатора использован нефрас марки С4 150/200 Новополоцкого нефтеперерабатывающего завода.
Условия приготовления и коллоидно-химические характеристики битумной эмульсии
представлены в табл. 7.
Таблица 7
Условия приготовления и характеристики битумной эмульсии,
полученной с использованием эмульгатора на основе солей
четвертичных аммониевых оснований
Условия приготовления
Расход эмульгатора, кг/т
Расход НСl (d = l,17 г/см3), кг/т
рН водной фазы
Температура водн. фазы, °С
Температура битумной фазы, °С
10,0
0,95
2,08
40
156
Характеристики эмульсии
Содержание водной фазы, %
Остаток на сите, %:
0,63 мм
0,16 мм
Индекс распада
Псевдовязкость, град. Энглера
Адгезия, %
7
40
0,02
0,04
75
5,5
90
BY 10500 C1 2008.04.30
Эмульсионно-минеральную смесь готовили путем предварительного смешения дозированных количеств щебня с адгезионной добавкой и последующего смешения с битумной эмульсией до полного и равномерного объединения всех компонентов. После
приготовления смесь складировалась в полиэтиленовых мешках для проведения дальнейших испытаний.
Результаты определения физико-механических показателей экспериментальной партии эмульсионно-минеральных смесей для ямочного ремонта представлены в табл. 8.
Таблица 8
Физико-механические характеристики экспериментальной партии
эмульсионно-минеральной смеси
Наименование показателей
Средняя плотность асфальтобетона, г/см3
Предел прочности при сжатии после прогрева при 20 °С, МПа
Набухание, % по объему
Коэффициент водостойкости после прогрева, не менее
Слеживаемость, по числу ударов
Норма по нормативным документам
Результаты
РД 0219.1.09 для смесей,
испытаний СТБ 1033-96 используемых при температуре от +5 до -5 °С
2,25
-
-
1,3
-
1,3
0
не более 1,2
0,674
-
0,6
8
не более 10
-
Из данных табл. 8 видно, что экспериментальная партия складируемой эмульсионноминеральной смеси соответствует требованиям СТБ 1033-96 для холодного асфальтобетона, приготавливаемого с использованием жидких битумов, по показателям: набухание и
слеживаемость и РД 0219.1.09 по показателям: предел прочности при сжатии при 20 °С и
коэффициент водостойкости. После 7 суток вызревания без упаковки смесь не слеживается и сохраняет удобоукладываемость.
Источники информации:
1. Р. Chazal, J.P. Serfass. Холодные покрытия, ноу-хау и изобретения//RGRA № 629,
апрель, 1986.
2. 3аявка Франции № 2577566, МПК C 09D 3/24, 1986.
3. РД 0219.1.09-99. Дорожные технологии на основе катионных битумных эмульсий.
4. WO 02/34836 А1.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
140 Кб
Теги
by10500, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа