АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ Российский патент 1995 года по МПК C04B26/26 

Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов и может быть использовано при устройстве покрытий автомобильных дорог II-IV категорий в IV-V климатических зонах.

При строительстве автомобильных дорог широко применяются асфальтобетонные смеси, приготовленные в соответствии с ГОСТ 9128-84.

Основной недостаток известных асфальтобетонных смесей невысокая тепло- и сдвигоустойчивость, что в большой степени оказывается на деформативных и прочностных свойствах дорожных покрытий, которыми в основном определяется работоспособность покрытия.

Известна асфальтобетонная смесь, представляющая собой смесь минерального наполнителя, шлакового минерального порошка и битума [1]
Асфальтобетонные смеси, приготовленные с использованием указанных материалов, отличаются хорошим показателем коэффициента водостойкости К_{водост.} 0,97.

Недостаток этой смеси низкая теплоустойчивость. Предел прочности при сжатии при температуре 50^оС (К_сж 50^оС) составляет всего 1,45 МПа. По требованиям ГОСТ 9128-84 этот показатель должен быть не менее 1,60 МПа. Низкое значение К_сж 50^оС приводит к снижению показателей сдвигоустойчивости покрытия и не обеспечивает требуемую его работоспособность.

Наиболее близкой к предложенному изобретению по технической сущности является горячая мелкозернистая асфальтобетонная смесь [2] включающая битум и минеральную часть, составленную из известнякового материала при следующем соотношении компонентов, мас.

Известняк-ракушечник: Фракция 0-5 мм 60-65 Фракция 5-15 мм 27-32 Битум вязкий 7-8
Недостатки указанной смеси низкий коэффициент водостойкости и показатель прочности при 50^оС, повышенная способность к водонасыщению и старению и как следствие увеличенный расход органических вяжущих по сравнению с потребностью таких же вяжущих для битумоминеральных смесей, приготавливаемых со стандартными минеральными материалами.

Недостатки смесей из пористых материалов вытекают из того, что при взаимодействии органического вяжущего битума с поверхностью известняков-ракушечников, являющихся высокопористым материалом, происходит расслоение структуры битумов. Внутрь минеральных материалов по порам избирательно проникают молекулы масел и смол частично, а в поверхностном слое концентрируются молекулы и агрегаты асфальтенов. Образующийся на поверхности пористого минерального материала слой битумной пленки, состоящей в основном из асфальтенов, становится более жестким, а, следовательно, более хрупким, что ускоряет процесс старения асфальтобетонных покрытий. Поэтому в практике дорожного строительства при использовании пористых материалов, обработанных битумами, увеличивают количество органического вяжущего, что влечет за собой снижение показателя прочности при 50^оС.

Цель изобретения повышение водостойкости и показателя прочности при 50^оС асфальтобетонных смесей и снижение дефицитных органических вяжущих битумов.

Поставленная цель достигается тем, что асфальтобетонная смесь, содержащая в качестве минерального материала отходы распиловки известняков-ракушечников и связующего битума, содержит дополнительно в качестве активатора минерального материала высушенный кремнегель отход сернокислой переработки природных фосфоритов, при получении фосфорной кислоты и концентрированных фосфатных удобрений и в качестве гидрофобизатора пористого материала основных пород вторичный отгон жирового гудрона (отхода масложирового производства), при следующем соотношении компонентов, мас.

Отход распиловки известняка-ракушечника, Фракция 0-5 мм 60,0-65,0 Фракция 5-15 мм 27,9-29,85 Высушенный крем- негель отход сер- нокислой перера- ботки природных фосфоритов при по- лучении фосфорной кислоты и концентри- рованных фосфатных удобрений 1,5-3,5 Вторичный отгон жирового гудрона 0,10-0,15 Битум 5,5-6,5
Введение добавки кремнегеля (отход переработки фосфоритов) способствует образованию более плотной структуры асфальтобетона, с частично замкнутыми порами за счет новообразований, имеющих место в поверхностном слое пористого известняка-ракушечника при взаимодействии с кремнегелем. Образующиеся при этом нерастворимые фториды и алюмосиликаты кальция на поверхности известняка-ракушечника, увеличивая его прочность, будут способствовать повышению водостойкости асфальтобетонной смеси, снижению расслоения структуры битума и уменьшению проникновения масел и смол внутрь минерального материала. Поверхностная пленка битума становится более пластичной, замедляя процессы старения смеси.

Вторичный отгон жирового гудрона, являясь гидрофобизатором, замеряет старение битумного вяжущего, способствуя более медленному окислению масел и смол в асфальтобетоне, продлевая тем самым срок его службы.

Использование кремнегеля (отход переработки фосфоритов) и вторичного отгона жирового гудрона позволяет сократить расход битумного вяжущего на 10-15% что способствует увеличению теплоустойчивости и сдвигоустойчивости смеси.

Отходы распиловки известняков-ракушечников образуются в карьерах при распиловке известняково-ракушечниковой породы на стеновые блоки. При этом образуется до 40% отходов.

Химический состав и физико-механические показатели средних проб отходов распиловки известняков-ракушечников приведены в табл.1-3.

Физико-механические показатели характеризуют отходы распиловки как пористые материалы с пределом прочности при сжатии кубика с ребром 5 см до 10 МПа. По зерновому составу фракция 0-5 мм на 50% состоит из частиц менее 0,315 мм, в том числе частиц менее 0,071 мм содержится до 30%
Кремнегель является отходом сернокислой переработки природных фосфоритов (апатитов) при получении фосфорной кислоты, фосфата аммония и других концентрированных фосфатных удобрений. В настоящей работе использовался кремнегель Невинномысского химического комбината "Азот".

Содержание воды в использованном кремнегеле составило 27% кремнефтористоводородной кислоты 0,7 08% удельная поверхность сухого материала 15000 см²/г (табл.4). Через сито 0,071 мм проходит 86,0% материала.

Химический состав средней пробы высушенного кремнегеля представлен в табл.5, а физико-механические свойства в табл.6.

Вторичный отгон жирового гудрона отход производства на масложирокомбинатах при дистилляции жировых кислот содержит жиры, глицирин, полимеры и т.п. Температура плавления (размягчения) около 60^оС, температура горения (воспламенения) 280-300^оС, число омыления 211 мг КОН/г, кислотное число 3,57 мг КОН/г, содержание жирных кислот 86,4% Нормативных документов на этот отход не имеется.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая асфальтобетонная смесь отличается введением новых компонентов, а именно кремнегеля отход переработки фосфоритов и вторичного отгона жировых гудронов. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Анализ известных технических решений показал, что применение в составе асфальтобетонных смесей некоторых гидрофобизаторов и активаторов известны. Однако их применение в смесях в сочетании с пористыми известняками-ракушечниками не обеспечивает смесям такие свойства, которые они проявляют в заявленном решении, а именно, значительное увеличение коэффициента водостойкости и теплоустойчивости и как следствие повышение долговечности покрытия при меньшем расходе органического вяжущего. Таким образом, данный состав компонентов придает асфальтобетонной смеси новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

Для экспериментальной проверки заявляемого состава были подготовлены 5 вариантов составов смесей ингредиентов, из которых состав 3 является оптимальным (табл.7).

В качестве минерального материала использовали отходы распиловки известняка-ракушечника, в качестве вяжущего битум БНД 60/90, в качестве ПАВ гидрофобизатора вторичный отгон жирового гудрона и в качестве активатора высушенный кремнегель отход сернокислотной переработки природных фосфоритов при получении фосфорной кислоты и концентрированных фосфатных удобрений.

Смеси получали следующим образом. Сначала в мешалку принудительного действия подавали известняк-ракушечник фракции 5-15 мм, после чего вводился битум (предварительно приготовленный с добавками отхода вторичного жирового гудрона) в количестве 40-45% от общей его массы на замес. Смесь перемешивали в течение 20 с. Затем в мешалку подавали известняк-ракушечник фракции 0-5 мм, высушенный кремнегель и остальное количество битума с добавкой вторичного отгона жирового гудрона. Перемешивание смеси производилось в течение 45 с. Образцы из асфальтобетонной смеси формовали и испытывали по ГОСТ 12801-84. Результаты сравнительных испытаний сведены в табл.7.

Из табл. 7 следует, что асфальтобетонная смесь предлагаемого состава обладает по сравнению с прототипом, значительно более высоким коэффициентом водостойкости К_{водост.} 0,90-0,95, более высокими значениями К_сж 50^оС 3,78-4,16 МПа, т.е. более высокой теплоустойчивостью.

Использование предлагаемого изобретения позволит:
повысить качество асфальтобетонных покрытий за счет повышения коэффициента водостойкости и показателя сопротивления сжатию при повышенных температурах, что особенно важно для южных районов IV и V климатических зон;
расширить сырьвую базу минеральных материалов за счет использования отходов распиловки известняков-ракушечни- ков и других отходов производства;
способствовать охране окружающей среды от отходов производства.

Использование: при устройстве покрытий автомобильных дорог. Сущность изобретения:асфальтобетонная смесь содержит, мас.%: отход распиловки известняков-ракушечников фракции менее 5 мм 60,0 - 65,0%, фракции 5 - 15 мм 27,9 - 29,85, вторичный отгон жирового гудрона 0,10 - 0,15, высушенный кремнегель - отход сернокислотной переработки природных фосфористов при получении фосфорной кислоты и концентрированных фосфатных удобрений 1,5 - 3,5, битум 5,5 - 6,5. Предел прочности при сжатии: при 20°С 4,86 - 5,52 МПа, при 50°С 3,78 - 4,16 МПа, коэффициент водостойкости 0,90 - 0,97. 7 табл.

АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ, включающая отходы распиловки известняков-ракушечников фракции менее 5 мм и фракции 5-15 мм, анионное поверхностно-активное вещество и битум, отличающаяся тем, что содержит в качестве анионного поверхностно-активного вещества вторичный отгон жирового гудрона и дополнительно высушенный кремнегель-отход сернокислотной переработки природных фосфоритов при получении фосфорной кислоты и концентрированных фосфатных удобрений при следующем соотношении компонентов, мас.

Отходы распиловки известняков-ракушечников:
Фракции менее 5 мм 60,0 65,0
Фракции 5-15 мм 27,9 29,85
Вторичный отгон жирового гудрона 0,10 0,15
Указанный высушенный кремнегель 1,5 3,5
Битум 5,5 6,5