Композиция для получения катионной битумной эмульсии для дорожного строительства

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КАТИОННОЙ БИТУМНОЙ ЭМУЛЬСИИ ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси Общество с дополнительной ответственностью Химавтодорсервис(72) Авторы Крутько Николай Павлович Опанасенко Ольга Николаевна Жигалова Оксана Леонидовна Опанасенко Илья Викторович(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси Общество с дополнительной ответственностью Химавтодорсервис(57) Композиция для получения катионной битумной эмульсии, включающая битум,эмульгатор на основе поверхностно-активных веществ типа аминов или диаминов, соляную кислоту в качестве реагента для нейтрализации эмульгатора и воду, отличающаяся тем, что содержит компоненты при следующем соотношении, мас.битум 60,0-70,0 эмульгатор 0,50-0,66 соляная кислота 0,6-0,7 вода остальное,и дополнительно содержит глицерин или глицериновую фракцию, являющуюся отходом производства метиловых эфиров жирных кислот рапсового масла, в количестве 3-7 от массы эмульгатора. Изобретение относится к области получения битумных эмульсий и может быть использовано в дорожном строительстве при устройстве поверхностных обработок дорожных одежд, для приготовления холодных складируемых эмульсионно-минеральных и гравийно-песчаных смесей, при строительстве и ремонте дорожных покрытий и т.п. Известна композиция для получения катионной битумной эмульсии для дорожного строительства, включающая битум, соляную или уксусную кислоту, эмульгатор аминного типа и воду 1. Эмульсия обладает стабильностью при хранении. Недостатком данной эмульсии является низкая сцепляемость с минеральным материалом (не более 50 покрытия поверхности). Известна композиция для получения катионной битумной эмульсии, включающая битум,эмульгатор на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ) типа аминов, диаминов или 15849 1 2012.04.30 четвертичных аммониевых солей, соляную кислоту для нейтрализации эмульгатора и воду. Дополнительно она содержит отход процесса пиролиза углеводородного сырья - тяжелую пиролизную смолу (ТПС) 2. Эмульсия обладает стабильностью при хранении и сцепляемостью с минеральным материалом, регулируемой скоростью распада. Недостатком данной эмульсии является недостаточная устойчивость к процессам окислительного старения, что связано с наличием в ТПС (согласно анализам методов ЯМР и ИК-спектроскопии) непредельных олеиновых структур и ненасыщенных алифатических альдегидов и может привести к сокращению срока службы дорожных покрытий. Кроме того, сдерживающим фактором использования ТПС является их канцерогенность в отношении окружающей среды и организма человека ввиду значительного содержания ароматических углеводородов. Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является композиция для получения катионной битумной эмульсии,содержащая битум, эмульгатор на основе ПАВ типа аминов, диаминов или четвертичных аммониевых солей, соляную кислоту в качестве реагента для нейтрализации эмульгатора,воду и дополнительный компонент - водорастворимый полимер карбоксиметилцеллюлозу(КМЦ) 3 - прототип. Битумная эмульсия обладает устойчивостью к расслоению при хранении, экологичным составом при сохранении высоких показателей сцепления вяжущего с минеральным материалом. Однако основным недостатком такой битумной эмульсии является низкое содержание вяжущего (30-40 ), что не способствует получению эмульсий с необходимыми эксплуатационными и потребительскими свойствами - высокой дисперсностью и адгезионной прочностью битумной пленки к поверхности минерального материала. Это значительно ограничивает область их применения в современных битумноэмульсионных технологиях, которые на сегодняшний день являются наиболее востребованными, - устройство поверхностной обработки и защитных слоев дорожного покрытия из литых асфальтобетонных смесей, производство гравийно-эмульсионных смесей для конструктивных слоев дорожных одежд и холодных складируемых смесей для ямочного ремонта, стабилизация и обеспыливание гравийных покрытий битумными эмульсиями. Задача, решаемая данным изобретением, заключается в получении катионной битумной эмульсии, обладающей высокой однородностью и устойчивостью при хранении, регулируемой скоростью распада при контакте с минеральными материалами и высоким показателем сцепления с минеральными материалами. Поставленная задача осуществляется следующим образом разработкой композиции для получения катионной битумной эмульсии для дорожного строительства, включающей битум, эмульгатор на основе поверхностно-активных веществ типа аминов и диаминов,соляную кислоту в качестве реагента для нейтрализации эмульгатора и воду при следующем соотношении компонентов, мас.битум 60,0-70,0 эмульгатор 0,50-0,66 соляная кислота 0,6-0,7 вода остальное,и дополнительно содержит глицерин или глицериновую фракцию, являющуюся отходом производства метиловых эфиров жирных кислот рапсового масла, в количестве 3-7 от массы эмульгатора. Отличительным признаком изобретения является содержание вяжущего в битумной эмульсии, которое составляет 60-70 . Для приготовления эмульсии используют битумы нефтяные дорожные марки БНД 60/90 и БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90. В качестве эмульгатора используют ПАВ типа аминов и диаминов. В качестве дополнительного компонента использовали глицерин по ГОСТ 6824-96 или глицериновую фракцию, основные физико-химические показатели которой приведены в табл. 1. 2 15849 1 2012.04.30 В качестве реагента для нейтрализации эмульгатора используют концентрированную соляную кислоту. Примеры. 1. Для приготовления 1000 г битумной эмульсии в емкость для приготовления водной фазы, снабженную мешалкой и нагревательной рубашкой, обеспечивающей нагрев всей поверхности, наливают 395,3 г воды и нагревают ее до 40-45 С. Затем небольшими порциями добавляют 2 г (0,5 ) эмульгатора, 0,1 г глицерина (5 по отношению к массе эмульгатора), 2,6 г (0,6 ) соляной кислоты до достиженияводной фазы 2,0 и тщательно перемешивают до полного растворения компонентов. Приготовленная таким образом водная фаза эмульгируется в коллоидной мельнице с 600 г (60 ) битума,предварительно разогретого в отдельной емкости до 140-150 С. Полученную эмульсию хранят в закрытой емкости и проводят анализ через 24 часа на соответствие требованиям СТБ 1245-2007 4. Полученная битумная эмульсия обладает высокой дисперсностью (показатель однородности составляет 0,005 ), устойчивостью при хранении (показатель однородности через 7 суток - 0,003 ), коэффициент распада при контакте с минеральным материалом 160, расслаивания эмульсии не наблюдается, показатель адгезии битумного вяжущего к поверхности минерального материала - 100 . Одновременно были проведены сравнительные испытания эмульсий, полученных с использованием в качестве дополнительного компонента глицериновой фракции. 2. Для сравнения предлагаемых образцов битумной эмульсии с прототипом были приготовлены 2 образца эмульсий согласно прототипу. Остальные катионные битумные эмульсий выполнены аналогичным образом, и их физико-химические характеристики представлены в табл. 2. Экспериментальные данные показывают, что разработанные эмульсии в соответствии с заявляемыми пределами обладают высокой дисперсностью и устойчивостью при хранении, высокими показателями сцепления пленки вяжущего с минеральными материалами (до 100 покрытия поверхности). В то время как для битумных эмульсий, полученных согласно прототипу, с содержанием битума 30-45 характерны низкие показатели сцепления вяжущего с минеральным материалом (60-65 ), наблюдается расслаивание эмульсий при хранении. Заявляемые композиции также обладают регулируемой скоростью распада при контакте с минеральными материалами, что существенно расширяет область их использования в дорожном строительстве. Получение битумных эмульсий с содержанием битума менее 60 приводит к их расслоению, а введение более 70 битума приводит к получению очень вязких эмульсий, применение которых без предварительного разогрева затруднено, а также снижается устойчивость эмульсий при хранении. Использование глицерина или глицериновой фракции в количестве менее 3 и более 7 экономически нецелесообразно и не приводит к существенному изменению физико-химических характеристик битумных эмульсий. Таблица 1 Физико-химические характеристики глицериновой фракции Наименование показателей Значения Цвет коричневая жидкость 3 Плотность при 20 С, кг/м 1100 Температура застывания, С-13 Температура вспышки, С 25 Содержание глицерина не менее,62 Кинематическая вязкость при 40 С, мм 2/с 155 15849 1 2012.04.30 Таблица 2 Катионные битумные эмульсии и их физико-химические характеристики Устойчивость Однородность Однородность к расслоению Битум,Глицерин, Соляная Вода,при хранении Коэффициент Эмульгатор,по остатку на при хранении свыше 7 суток,распада сите 063,свыше 7 су ток,0,44 2,0 0,58 0,028 0,020 108 1,3 0,44 3,0 0,58 0,024 0,021 110 1,3 55 0,44 5,0 0,58 0,012 0,01 118 1,5 0,44 7,0 0,58 0,018 0,014 120 1,5 0,44 8,0 0,58 0,021 0,015 119 1,6 0,5 2,0 0,6 0,026 0,020 130 0,5 3,0 0,6 0,015 0,012 145 расслаивания 60 не наблюдает 0,5 5,0 0,6 0,005 0,003 160 ся 0,5 7,0 0,6 0,021 0,018 158 0,5 8,0 0,6 0,023 0,019 155 0,57 2,0 0,65 0,025 0,020 152 0,57 3,0 0,65 0,018 0,015 160 расслаивания 65 не наблюдает 0,57 5,0 0,65 0,006 0,004 192 ся 0,57 7,0 0,65 0,019 0,014 190 0,57 8,0 0,65 0,022 0,020 190 0,66 2,0 0,7 0,032 0,030 141 расслаивания не наблюдает 0,66 3,0 0,7 0,026 0,022 167 ся 70 0,66 5,0 0,7 0,008 0,005 180 0,66 7,0 0,7 0,048 0,041 175 0,66 8,0 0,7 0,049 0,042 178 Устойчивость Адгезия к Однородность Однородность к расслоению щебню,Битум,Глицерин, Соляная Вода,при хранении Коэффициент Эмульгатор,по остатку на при хранении Источники информации 1. А.с. СССР 1359281, МПК 0895/00,04 В 26/26. 2. Патент 2176652, МПК 70895/00 (2001). 3. Патент 2361894 1, МПК 0895/00 (2006). 4. Эмульсии битумные катионные дорожные Технические условия. СТБ 1245-2007. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.