БИТУМОМИНЕРАЛЬНАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 1997 года по МПК C04B26/26 C04B111/20 E01C7/18 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при производстве асфальтобетонных смесей и строительстве дорожных покрытий.

Интенсивное дорожное строительство с устройством асфальтобетонных покрытий требует повышения качества и долговечности применяемых материалов. Возрастает потребность и в таких наполнителях, как минеральные порошки, получаемые, в основном, карбонатных пород.

Дефицит этих порошков объясняется отсутствием в ряде районов страны месторождений требуемого минерального сырья. Поэтому важное значение приобретает поиск способов применения для этой цели отходов промышленности.

Это позволит не только восполнить недостаток в традиционно используемых материалах, но и снизить стоимость дорожных работ за счет сокращения транспортных расходов на доставку сырья к месту переработки. Причем во многих регионах страны эти расходы превосходят более чем в 2 раза затраты, связанные с производством указанных материалов.

Одним из перспективных направлений является замена минеральных порошков из известняков и доломитов порошкообразными продуктами пиролиза твердых бытовых некомпостируемых отходов.

Известна битумоминеральная смесь, включающая битум, цементную пыль и минеральный заполнитель (1).

Известна также битумоминеральная смесь для дорожного покрытия, включающая битум, сланцевую золу ТЭЦ и минеральный заполнитель (2).

Недостатком указанных смесей является низкая прочность дорожного покрытия при 50^oC.

Согласно ГОСТ 9128-84 "Смеси асфальтробетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон" (стр. 18) допускается использование в некоторых менее ответственных видах асфальтобетона в качестве минеральных порошков следующих отходов: измельченных основных металлургических шлаков, золы уноса и золошлаковых смесей, пыли уноса цементных заводов.

Однако указанные порошки характеризуются высокой битумоемкостью (100 г), что ведет к неэкономичному расходу дорогостоящего битума при изготовлении асфальтобетона.

Кроме того, при введении шлаков и битум происходит фильтрация легких компонентов битума внутрь пористой структуры шлаковых частиц, что приводит к потере эластичности битумных пленок, росту и жесткости, склонности к интенсивному старению (3), и как следствие, к невысокому качеству дорожных покрытий на их основе.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является битумоминеральная смесь для дорожного строительства, включающая нефтяной битум, минеральный заполнитель и минеральный порошок (4), причем в качестве минерального порошка указанная смесь содержит продукт пиролиза некомпостируемых бытовых отходов пирокарбон, полученный при разложении бытовых отходов при 500^oC без доступа воздуха.

Указанная битумоминеральная смесь имеет следующий состав, мас.

Нефтяной битум 5,7-7,0
Продукт пиролиза некомпостуруемых бытовых отходов 3,8-13,0
Минеральный заполнитель остальное.

Указанная смесь характеризуется повышенной прочностью при 50^oC.

Состав и свойства пирокарбона, получаемого при 500^oC:
Зола, 61,9-63,0
Органические вещества, 28,0-31,2
Летучие вещества, 7,8-9,0
Оптическая плотность, ед. шкалы ФЭК 0,050-0,055
Масляное число 0,37-0,38
Плотность, г/см³ 2,30-2,40
Эффективная теплопроводность, Вт/м. град. 0,105-0,103
Эффективная температуропроводность, α • 10⁸ м²/C - 11,0-11,1
Удельная поверхность, см²/г 10500-11000
Битумоемкость, г/100 см³ 114-1130
Недостатком вышеуказанного пирокарбона является его высокая битумоемкость 114-130 г/100 см³, что приводит к большому расходу битума при приготовлении битумоминеральных смесей и ведет к неэкономичности получаемых дорожных покрытий в связи с дороговизной битумов.

В настоящее время важными новыми требованиями, предъявляемыми к асфальтобетонам на основе битумоминеральных смесей, являются такие показатели, как предел прочности на сдвиг при 50^oC (сдвигоустойчивостью), предел прочности на растяжение при расколе при 0^oC, трещиноустойчивость при 0^oC, характеризующие деформативные и пластоэластические свойства смесей.

Эти показатели содержатся в новых местных ТУ, утвержденных мэрией С. Петербурга в 1993 г. "Смеси асфальтобетонные для верхнего слоя покрытий городских дорог С. Петербурга".

Проведенными нами исследованиями установлено, что битумоминеральная смесь по прототипу не обеспечивает надежности и долговечности дорожного покрытия в связи с низкими значениями предела прочности на сдвиг при 50^oC (1,5 МПа), придела прочности на рестяжение при расколе при 0^oC (1,25 МПа) и показателя трещиноустойчивости при 0^oC (4,5 • 10^-4) (табл. 2).

Целью предлагаемого изобретения является повышение сдвигоустойчивости и трещиноустойчивости битумоминеральной смеси, используемой для получения асфальтобетона и, следовательно, его долговечности.

Это достигается при использовании предлагаемой битумоминеральной смеси, включающей нефтяной битум, продукт пиролиза некомпостируемых бытовых отходов и минеральный заполнитель. Существенным отличием предлагаемой смеси является использование в качестве продукта пиролиза некомпостируемых бытовых отходов порошкообразного продукта пиролиза некомпостируемых бытовых отходов, получаемого разложением бытовых отходов при 550 700^oC без доступа воздуха, содержащего 7 25 мас. органических веществ (углеродного остатка) и 75 93 мас. золы, с удельной поверхностью 11500 13500 см²/г, при следующем соотношении компонентов, мас.

Нефтяной битум 5,0-7,5
Продукт пиролиза некомпостируемых бытовых отходов, содержащий 7-25 мас. органических веществ и 75-93 мас. золы, с удельной поверхностью 11500-13500 см²/г 13,0
Минеральный заполнитель остальное.

Продукт пиролиза некомпенсируемых бытовых отходов пирокарбон-твердое порошкообразное углеродистое вещество, получаемое при разложении бытовых отходов при 550-700^oC без доступа воздуха, подвергают сушке, отделению металла и диспергированию до удельной поверхности 11500-13500 см²/г.

Состав и свойства получаемого пирокарбона:
Зола, мас. 75-93
Органические вещества (углеродистый остаток), мас. 7-25
Массовая доля потерь при 105^oC, мас. 0,1-1,5
Оптическая плотность, ед. шкалы ФЭК 0,045-0,049
Масляное число 0,35-0,36
Плотность, г/см³ 2,42-2,62
Эффективная теплопроводность, Вт/м. град. 0,102-0,104
Эффективная температуропроводность, a • 10⁸/^oC - 10,7-10,9
Удельная поверхность, см²/г 11500 13500
Битумоемкость, г/100 см³ 60-75
В качестве минерального заполнителя в предлагаемой битумоминеральной смеси могут использоваться любые известные материалы, например щебень, получаемый дроблением изверженных горных пород, например гранита, размером песок природный или дробленный, отсевы продуктов дробления щебня и гравия размером зерен 0-5 мм. Возможно применение как отдельного заполнителя, так и их комбинации друг с другом.

Битумоминеральную смесь готовят путем смешивания минерального заполнителя с пирокарбоном, нагревателя их и смешивания с разогретым нефтяным битумом.

Состав битумоминеральной смеси приведен в табл. 1.

Результаты физико-механических испытаний приготовленных битумоминеральных смесей представлены в таб. 2.

Как видно из данных в табл. 2, битумоминеральная смесь предлагаемого состава (примеры 1, 2, 3) характеризуется повышенной прочностью на сдвиг при 50^oC (2,35-2,60 МПа против 1,5 МПа у прототипа), повышенной прочностью на растяжение при расколе при 0^oC (1,86-2,00 МПа 1,25 МПа у прототипа), более высоким показателем трещиноустойчивости при 0^oC (7,2-8,0 • 10^-4 против 4,5 • 10^-4 у прототипа, повышенным пределом прочности при сжатии 20^oC (5,70-5,94 МПа) против 5,00 МПа у прототипа.

Таким образом, дорожное покрытие предлагаемого состава имеет улучшенные деформационные и пластоэластические свойства по сравнению с известным (прототипом), что обеспечивает его более высокую надежность и устойчивость к воздействию транспортных средств и погодно-климатических факторов при эксплуатации.

Использование: при производстве асфальтобетонных смесей и строительстве дорожных покрытий. Сущность изобретения: битумоминеральная смесь для дорожных покрытий, содержит: нефтяной битум - 5,0-7,5%; продукт пиролиза некомпостируемых бытовых отходов, состоящих из 7-25 мас.% органических веществ и 75-93 мас.% золы с удельной поверхностью 11500-13500 см²/г - 3,8-13%; минеральный заполнитель - остальное. Использование в составе битумоминеральной смеси указанного продукта пиролиза отходов позволяет повысить предел прочности смеси на сдвиг при 50^oC (до 2,6 МПа против 1,5 МПа у прототипа), предел прочности на растяжение при расколе при 0^oC (до 2,0 МПа против 1,25 МПа у прототипа), показатель трещиноустойчивости (до 8,0 • 10^-4 против 4,5 • 10^-4 у прототипа), что обеспечивает более высокие эксплуатационные свойства предлагаемого дорожного покрытия. 2 табл.

Битумоминеральная смесь для дорожных покрытий, включающая нефтяной битум, продукт пиролиза некомпостируемых бытовых отходов и минеральный заполнитель, отличающаяся тем, что в качестве продукта пиролиза некомпостируемых бытовых отходов она содержит продукт пиролиза, состоящий из 7 25 мас. органических веществ и 75 93 мас. золы с удельной поверхностью 11500 13500 см²/г при следующем соотношении компонентов, мас.

Нефтяной битум 5,0 7,5
Продукт пиролиза некомпостируемых бытовых отходов, состоящий из 7 25 мас. органических веществ и 75 93 мас. золы с удельной поверхностью 11500 13500 см²/г 3,8 13,0
Минеральный заполнитель Остальное