RU1789534C

RU1789534C - Method of producing modified bitumen

Info

Publication number: RU1789534C
Application number: SU904814528A
Authority: RU
Inventors: Юрий Александрович Безбородов; Алексей Владимирович Бусел; Ярослав Никитич Ковалев; Анатолий Евгеньевич Козел
Original assignee: Белорусский Политехнический Институт
Priority date: 1990-04-16
Filing date: 1990-04-16
Publication date: 1993-01-23

Abstract

Использование: дорожное строительство . Битум, полученный новым способом модификации , может быть использован дл приготовлени асфальтобетонных смесей. Сущность изобретени : получение модифицированного кубовыми остатками синтетических жирных кислот битума осуществл ют постадийно. Первоначально осуществл ют окисление до битума гудрона. После ввод т кубовые остатки синтетических жирных кислот , вз тых в количестве 3-5 мас.% от битума . Полученную смесь перемешивают, использу гидродинамическую кавитацию путем понижени давлени на 0,2-0,3 МПа. Гидродинамическа кавитаци создаетс насосом-диспергатором. 2 табл.Usage: road construction. Bitumen obtained by a new modification method can be used to prepare asphalt mixes. SUMMARY OF THE INVENTION: The production of bitumen-modified synthetic bitumen fatty acid residues is carried out in stages. Initially, oxidation to tar tar is carried out. After bottoms of synthetic fatty acids are introduced, taken in an amount of 3-5 wt.% Of bitumen. The resulting mixture was stirred using hydrodynamic cavitation by lowering the pressure by 0.2-0.3 MPa. Hydrodynamic cavitation is created by a dispersant pump. 2 tab.

Description

Изобретение относитс к дорожному строительству, в частности, к выпуску битумов .собственного производства (на локальных окислительных установках в дорожных хоз йствах) дл использовани при приготовлений асфальтобетонных смесей.The invention relates to road construction, in particular to the production of bitumen of own production (at local oxidizing plants in road facilities) for use in the preparation of asphalt mixtures.

Известен способ модификации битумов путем введени малых доз каменноугольной смолы в битум.A method is known for modifying bitumen by introducing small doses of coal tar into bitumen.

Недостаток данного способа заключаетс в низкой термоокиспительной устойчивости получаемых битумов (быстрое старение, охрупчивэние) и резком ухудшении санитарно-гигиенических условий работы с такими битумами.The disadvantage of this method is the low thermo-oxidative stability of the resulting bitumen (rapid aging, embrittlement) and a sharp deterioration in the sanitary conditions of such bitumen.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату вл етс способ модификации битумов, получаемых окислением гудронов на локальных окислительных установках, путем добавлени кубовых остатков синтетических жирных кислот (КОСЖК) в гудрон перед окислением.The closest in technical essence and the achieved result is a method of modifying bitumen obtained by the oxidation of tars at local oxidizing plants by adding bottoms of synthetic fatty acids (SFA) to the tar before oxidation.

Недостаток данного способа заключаетс в том, что модифицированный таким образом битум имеет неудовлетворительные свойства при низких температурах: малую глубину проникани иглы, отсутствие . раст жимости при 0°С, высокую температуру хрупкости, а асфальтобетон, приготовленный на таком битуме, имеет низкую работоспособность при отрицательных температурах: повышенную хрупкость, малую трещиностойкость. Обусловлено это тем, что в процессе окислени больша часть КОСЖК разрушаетс , так как в их составе много легких фракций, которые переход т в газообразное состо ние при высокой температуре в реакторе и вынос тс из него вместе с потоками воздуха. Оставша с The disadvantage of this method is that the bitumen modified in this way has unsatisfactory properties at low temperatures: low depth of penetration of the needle, absence. extensibility at 0 ° С, high brittleness temperature, and asphalt concrete prepared on such bitumen has low working capacity at low temperatures: increased brittleness, low crack resistance. This is due to the fact that during the oxidation process, most of the CFCFA is destroyed, since they contain many light fractions that go into the gaseous state at high temperature in the reactor and are removed from it together with air flows. Left with

VIVI

00 О00 about

ел соate with

44

асть КОСЖК в реакторе под действием выокой температуры коксуетс .Part of the CSFA in the reactor is coked by high temperature.

Цель изобретени - улучшение свойств итума при низких температурах.The purpose of the invention is to improve the properties of itum at low temperatures.

Поставленна цель достигаетс тем, что способе модификации битумов, получаеых окислением гудронов на локальных кислительных установках, включающем обавление кубовых остатков синтетичеких жирных кислот, кубовые остатки синтеических жирных кислот, добавл ют после завершени окислени гудрона, а полученную смесь диспергируют при гидродинамической кавитации путем понижени авлени в смеси на 0,2-0,3 МПа, примем количество добавл емых кубовых остатков синтетических жирных кислот составл ет 3- 5% от массы битума.This goal is achieved in that a method for modifying bitumen obtained by oxidation of tars at local acidification plants, including adding bottoms of synthetic fatty acids, bottoms of synthetic fatty acids, is added after the completion of oxidation of the tar, and the resulting mixture is dispersed by hydrodynamic cavitation by lowering the pressure mixtures of 0.2-0.3 MPa, let us take the amount of bottoms of synthetic fatty acids added is 3-5% by weight of bitumen.

Добавление КОСЖК в битум и дисперги- рование полученной смеси при гидродинамической кавитации обеспечивает улучшение свойств битума при низких температурах: увеличение глубины проникани иглы и повышение раст жимости при 0°С, снижение температуры хрупкости, так как в таком битуме нарушена сплошность внутри его, и состоит он после диспергации из мельчайших капелек битума и КОСЖК. Капельки , соприкаса сь между собой, прит гиваютс друг к другу (но не сливаютс ), создава в зкую систему. При низких температурах это обеспечивает повышение раст жимости битума, так как капельки при действии сил раст жени измен ют шарообразную форму на продолговатую. Наличие капелек КОСЖК, которые наход тс между капельками битума и св зывают их между собой, обеспечивает снижение температуры хрупкости .модифицированного битума, так как температура хрупкости КОСЖК значительно ниже температуры хрупкости чистого битума. Этим же обсто тельством обусловлено увеличение глубины проникани иглы при низких температурах. Кроме того, наличие капельной КОСЖК в битуме улучшает адгезию битума к поверхности минеральных материалов в асфальто- бетоне, повыша коррозионную устойчивость его, так как молекул рна составл юща сила адгезии зависит в основном от размеров капель и от площади истинного контакта,Adding CFCFA to bitumen and dispersing the resulting mixture during hydrodynamic cavitation improves the properties of bitumen at low temperatures: increasing the depth of penetration of the needle and increasing elongation at 0 ° C, lowering the brittleness temperature, since the continuity inside it is broken and consists it is after dispersion from the smallest droplets of bitumen and CSFA. The droplets in contact with each other are attracted to each other (but do not merge), creating a viscous system. At low temperatures, this provides an increase in the elongation of bitumen, since droplets under the action of tensile forces change their spherical shape to oblong. The presence of CFCFA droplets which are between the droplets of bitumen and bind them together provides a reduction in the brittleness temperature of modified bitumen, since the CACFA brittle temperature is much lower than the brittle temperature of pure bitumen. The same circumstance is responsible for an increase in the penetration depth of the needle at low temperatures. In addition, the presence of droplet CFCFA in bitumen improves the adhesion of bitumen to the surface of mineral materials in asphalt concrete, increasing its corrosion resistance, since the molecular component of adhesion depends mainly on the size of the droplets and on the area of true contact.

В качестве исходного сырь дл получени битума на локальных окислительных установках использовалс гудрон марки СБ по ТУ 38-401582-75, вырабатываемый из западно-сибирских нефтей. Ниже приведены характеристики этого гудрона:As a raw material for producing bitumen at local oxidizing plants, SB grade tar was used in accordance with TU 38-401582-75, produced from West Siberian oils. The following are the characteristics of this tar:

Плотность при 20°С, г/см3 0,97 - 0,98Density at 20 ° С, g / cm3 0.97 - 0.98

В зкость условна , определ ема по вискозиметру с диаметром отверсти 5 мм при80°С, с 20-40The viscosity is conditional, determined by a viscometer with a hole diameter of 5 mm at 80 ° C, from 20-40

Температура вспышки не ниже, °С 190Flash point not lower, ° С 190

Минимальна температура воспламенени , °С 368The minimum ignition temperature, ° C 368

Получение битума осуществл етс на местных, локальных окислительных установках , где прин та технологи , основанна The production of bitumen is carried out at local, local oxidizing plants, where the technology based

0 на длительном окислении гудронов при температуре 250-270°С. Такие установки наход тс непосредственно в дорожных хоз йствах и выпускаютс на них главным образом битумы марок БН, качество кото5 рых ниже, чем БНД.0 for long-term oxidation of tars at a temperature of 250-270 ° C. Such plants are located directly on the road and are mainly produced on bitumen of BN grades, the quality of which is lower than BND.

Диспергирование смеси можно осуществл ть на серийно выпускаемых смесите- л х-диспергатерах (например, типа СО-186), примен емых на предпри ти х, выпускаю0 щих кровельные и гидроизол ционные материалы .Dispersion of the mixture can be carried out on commercially available x-dispersant mixers (for example, type СО-186) used in factories producing roofing and waterproofing materials.

Примен емые в дорожной отрасли битумные насосы типа ДС-ЗА(ДС-71А)(см. Асфальтобетонные и цементобетонныеBitumen pumps of the DS-ZA (DS-71A) type used in the road industry (see Asphalt concrete and cement concrete

5 заводы: Справочник./ В.И.Колышев, П.П.Костин и др. М.. Транспорт, 1982, с. 32) создают номинальное давление 0,6 МПа. Этого номинального давлени вполне достаточно , чтобы снизить давление в смеси5 factories: a Handbook. / V.I.Kolyshev, P.P. Kostin et al. M .. Transport, 1982, p. 32) create a nominal pressure of 0.6 MPa. This nominal pressure is sufficient to reduce the pressure in the mixture.

0 на 0,2-0,3 МПа с помощью насоса-дисперга- тора и осуществить гидродинамическую кавитацию и, тем самым, диспергировать смесь.0 0.2-0.3 MPa using a dispersing pump and carry out hydrodynamic cavitation and, thereby, disperse the mixture.

Предлагаемый способ модификации би5 тума реализуетс следующим образом. В емкость с нагретым битумом, полученным при окислении гудрона на локальной окислительной установке, добавл ют необходимое количество КОСЖК. затем полученнуюThe proposed method for modifying the bi5 tum is implemented as follows. In the container with heated bitumen obtained by the oxidation of tar at a local oxidizing plant, the required amount of CFCFA is added. then received

0 смесь диспергируют при гидродинамической кавитации путем уменьшени местного давлени в насосе-диспергаторе. В результате этого получают модифицированный битум с улучшенными свойствами при низких0, the mixture is dispersed under hydrodynamic cavitation by reducing the local pressure in the dispersing pump. The result is a modified bitumen with improved properties at low

5 температурах. Модифицированный битум используют дл приготовлени асфальтобетонных смесей.5 temperatures. Modified bitumen is used for the preparation of asphalt mixtures.

Примеры осуществлени способа модификации битумов, получаемых при о кисле0 нии гудронов на локальных окислительных установках.Examples of a method for modifying bitumen obtained by the oxidation of tar in local oxidizing plants.

Пример 1. Битум готов т следующим образом. В емкость объемом 50 литров заливают 40 кг нагретого до 180°С битума,Example 1. Bitumen is prepared as follows. 40 kg of bitumen heated to 180 ° C are poured into a container of 50 liters,

5 полученного при окислении гудрона- в локальной окислительной установке. Затем в емкость добавл ют 0,8 кг (2% от массы битума ) нагретых до 160°С КОСЖК. Смесь перемешивают . Затем полученную смесь пропускают через насос-диспергатор, где5 obtained from the oxidation of tar-in a local oxidizing installation. Then 0.8 kg (2% by weight of bitumen) of CFCFA heated to 160 ° C is added to the tank. The mixture is stirred. Then the resulting mixture is passed through a dispersing pump, where

подвергают ее диспергации при гидродинамической кавитации путем уменьшени местного давлени в нем на 0.25 МПа. Полученный таким образом битум испытывают по стандартным методикам дл определени показателей свойств битума. Результаты испытаний приведены в табл. 1.they are dispersed during hydrodynamic cavitation by decreasing the local pressure in it by 0.25 MPa. The bitumen thus obtained is tested according to standard procedures for determining indicators of the properties of bitumen. The test results are given in table. 1.

Примеры 2-5, Битумы готов т по примеру 1, только количество добавки КОСЖКсоставл ло 3,0; 4,0; 5,0; 6,0% от массы битума соответственно.Examples 2-5, Bitumens are prepared according to Example 1, only the amount of COGC additive was 3.0; 4.0; 5.0; 6.0% by weight of bitumen, respectively.

Примеры 6-9. Битумы готов т по примеру 3, только смесь диспергируют в насосе-диспергаторе путем снижени местного давлени в нем на 0.15; 0,20; 0,30; 0,35 МПа соответственно.Examples 6-9. Bitumens are prepared according to Example 3, only the mixture is dispersed in a dispersant pump by reducing the local pressure in it by 0.15; 0.20; 0.30; 0.35 MPa, respectively.

Пример 10. Битум готов т в соответствии с известным способом-прототипом. Дл этого в гудрон перед окислением добавл ют 25% КОСЖК от массы гудрона. После окислени битум испытывают по стандартным методикам. Результаты исследований приведены в табл. 1.Example 10. Bitumen is prepared in accordance with a known prototype method. To do this, 25% of CFCFA by weight of the tar is added to the tar before oxidation. After oxidation, bitumen is tested according to standard procedures. The research results are given in table. 1.

Кроме того битумы, полученные в примерах №№ 1-10, использовали дл приготовлени асфальтобетонных смесей, из которых формовали образцы асфальтобетона , и определ ли показатели физико-механических свойств его. Состав испытываемых асфальтобетонных смесей соответствовал составу мелкозернистого асфальтобетона типа В марки П (по ГОСТ 9128-84), с содержанием битума 6,5%, (Состав в мас.%: ПГС - 65, высевки - 30. минеральный порошок - 5, битумное в жущее сверх 100% - 6,5). Результаты испытаний приведены в табл, 2,In addition, the bitumen obtained in Examples Nos. 1-10 was used to prepare asphalt mixes from which asphalt concrete samples were molded, and its physical and mechanical properties were determined. The composition of the tested asphalt mixtures corresponded to the composition of fine-grained asphalt concrete of type B grade P (according to GOST 9128-84), with a bitumen content of 6.5%, (Composition in wt.%: ASG - 65, sowing - 30. mineral powder - 5, bitumen in living in excess of 100% - 6.5). The test results are shown in table 2,

Из табличных данных следует, что в предлагаемом способе достигаетс преимущество перед известным в случае, когда количество добавки КОСЖК составл ет 3-5% от массы битума, а понижение давлени в смеси при гидродинамической кавитации составл ет 0,2-0.3 МПа. Уменьшение колиФормула из обретени Способ получени модифицированного битума путем смешени и окислени гудрона и кубовых остатков синтетических жирных кислот, отличающийс тем, что, с целью улучшени свойств битума при низких температурах, первоначально осущестчества добавки КОСЖК менее 3% ведет к значительному уменьшению глубины проникани иглы и раст жимости битума при 0°С, а также к росту температуры хрупкости битума. Увеличение количества добавки КОСЖК более 5% не вызывает существенного увеличени глубины проникани иглы и ведет к снижению раст жимости битума при 0°С. Температура хрупкости битума ос0 таетс при этом без изменени .From the tabular data it follows that in the proposed method, an advantage is achieved over the known one in the case when the amount of CFCFA additive is 3-5% by weight of bitumen, and the pressure drop in the mixture during hydrodynamic cavitation is 0.2-0.3 MPa. Reducing the coliFormula from acquiring A method for producing modified bitumen by mixing and oxidizing tar and bottoms of synthetic fatty acids, characterized in that, in order to improve the properties of bitumen at low temperatures, initially the quality of the additive COZHK less than 3% leads to a significant reduction in the depth of penetration of the needle and growth of bitumen at 0 ° С, as well as to an increase in the temperature of brittleness of bitumen. An increase in the amount of CFCFA additive by more than 5% does not cause a significant increase in the depth of penetration of the needle and leads to a decrease in the extensibility of bitumen at 0 ° C. The brittleness temperature of bitumen remains unchanged.

Уменьшение величины понижени давлени в смеси при гидродинамической кавитации ниже 0,2 МПа ведет к уменьшению глубины проникани иглы и раст жимостиA decrease in the pressure drop in the mixture during hydrodynamic cavitation below 0.2 MPa leads to a decrease in the depth of penetration of the needle and elongation

5 битума при 0°С, а также к росту температуры хрупкости битума. Увеличение величины понижени давлени в смеси при гидродинамической кавитации выше 0,3 МПа не вызывает существенного изменени свойств5 bitumen at 0 ° C, as well as an increase in the temperature of fragility of bitumen. An increase in the pressure drop in the mixture during hydrodynamic cavitation above 0.3 MPa does not cause a significant change in the properties

0 битума при низких температурах.0 bitumen at low temperatures.

Показатели физико-механических свойств асфальтобетонов приготовленных с использованием битумов, полученных по изобретению, превосход т аналогичные по5 казатели свойств асфальтобетона, приготовленного на битуме, полученном по известному способу. Так, например, предел прочности при сжатии при температуре 0°С у таких асфальтобетонов ниже на 6,0 МПа,The physical and mechanical properties of asphalt concrete prepared using bitumen obtained according to the invention are superior to those of 5 properties of asphalt concrete prepared on bitumen obtained by a known method. So, for example, the compressive strength at a temperature of 0 ° C for such asphalt concrete is 6.0 MPa lower,

0 что говорит о хорошей пластичности таких асфальтобетонов при низких температурах. Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщенииу них выше в 1,37 раза, что указывает на хорошую коррозионную0 which indicates a good ductility of such asphalt concrete at low temperatures. The water resistance coefficient during prolonged water saturation is 1.37 times higher, which indicates good corrosion

5 устойчивость таких асфальтобетонов. Кроме того, у таких асфальтобетонов (с в жущим по изобретению) отношение предела прочности при сжатии при 20°С к пределу прочности при сжатии при температуре 50°С5 stability of such asphalt concrete. In addition, for such asphalt concrete (with cement according to the invention), the ratio of the compressive strength at 20 ° C to the compressive strength at 50 ° C

0 (Раз) близко к отношению предела прочности при сжатии при 20°С (P20/Pso 1,7 и Ро/Р20 2,16), что говорит о хорошей рабо- тоспосовмости асфальтобетона в широком диапазоне температур,0 (times) is close to the ratio of the compressive strength at 20 ° С (P20 / Pso 1.7 and Ро / Р20 2.16), which indicates good performance of asphalt concrete in a wide temperature range,

55

вл ют окисление гудрона, после чего ввод т кубовые остатки синтетических жирных кислот , вз тые в количестве 3-5% от массы гудрона , и полученную смесь перемешивают, использу гидродинамическую кавитацию, путем понижени давлени в смеси на 0,2- 0,3 МПа.the oxidation of tar is carried out, after which distillation residues of synthetic fatty acids taken in an amount of 3-5% by weight of tar are introduced and the resulting mixture is mixed using hydrodynamic cavitation by lowering the pressure in the mixture by 0.2-0.3 MPa .

Показатели свойств битумаBitumen Properties

Показатели физико-мехзничесгих свойств асфальтобетоновIndicators of physical and mechanical properties of asphalt concrete

Таблица 2table 2