ГОРЯЧИЙ ПЕСЧАНИСТЫЙ АСФАЛЬТОБЕТОН НА АКТИВИРОВАННОМ КВАРЦЕВОМ ЗАПОЛНИТЕЛЕ Российский патент 1998 года по МПК C04B26/26 C04B20/10 C04B26/26 C04B18/04 

Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к составам горячих песчанистых асфальтобетонов, используемых для устройства верхних слоев дорожных и тротуарных покрытий.

Известны и получили широкое распространение песчанистые асфальтобетоны, имеющие в своем составе в качестве заполнителя кварцевый песок, в качестве наполнителя карбонатный порошок, а в качестве вяжущего нефтяной дорожный битум.

Однако известные песчанистые асфальтобетоны имеют недостатки: невысокую прочность и долговечность в покрытии вследствие слабой адгезии битума к кварцевому песку (составляющему до 75% от массы минеральной части), а также повышенный расход вяжущего по сравнению с другими видами асфальтобетона [1, 2]
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является песчанистый асфальтобетон, содержащий в качестве заполнителя кварцевый песок, активированный гашеной известью. Активация песка известью повышает адгезию битума к нему, облегчает перемешивание песка с битумом, хотя несколько увеличивает битумоемкость [3]
Однако эти асфальтобетоны имеют недостатки, которые связаны со свойствами извести, применяемой для активации. Известь имеет высокую растворимость в воде (1.65 г/л), поэтому она может вымываться с поверхности покрытия из асфальтобетона, и, хотя это длительный процесс, вызвать снижение прочности. Кроме того, гидроксид кальция, из которого состоит гашеная известь, может вступать в реакцию с кислотами и щелочами, содержащимися в сточных водах, что вызывает коррозию и также ведет к снижению долговечности и разрушению покрытия.

Целью изобретения является повышение долговечности асфальтобетона, за счет формирования более плотной структуры, и повышения эксплуатационных качеств (прочности, водостойкости и теплоустойчивости).

Поставленная цель достигается тем, что в качестве заполнителя используется кварцевый песок, активированный карбонатным шламом водоумягчения ТЭС.

Отход имеет следующий химический состав, мас.

CaO+MgO (в пересчете на CaCO₃ и MgCO₃) 87 91
Fe₂O₃ 4 5
Al₂O₃ 2 3
SiO₂ 2 5
Отличительной особенностью карбонатного шлама, образовавшегося выпадением в осадок карбоната кальция при известковании воды:
Ca(OH)₂+Ca(HCO₃)₂=2CaCO₃+2H₂O является его высокая дисперсность на молекулярном и ионном уровне (проход через сито 0,071 мм составляет 100%).

Высокодисперсный карбонатный шлам, заряженный положительно (+4,4 мВ), адсорбируясь на поверхности зерен кварца, заряженных отрицательно (-5,5 мВ), улучшает адгезию битума к нему за счет образования прочных хемосорбционных связей, улучшает условия смачивания и перемешивания в результате снижения поверхностного натяжения на границе раздела фаз. Карбонат кальция, из которого, в основном, состоит карбонатный шлам, малоактивен и плохо растворим в воде, что придает новому материалу повышенную долговечность.

Активированный заполнитель приготовляется смешиванием кварцевого песка с карбонатным шламом, имеющим влажность 50-60% и последующей сушкой при температуре 160 180^oC до остаточной влажности не более 0,5%
Песчанистый асфальтобетон готовится по следующей технологии. Активированный заполнитель, имеющий температуру 160 170^o, смешивается с минеральным наполнителем в смесительной установке принудительного действия в течение 15 с. Затем добавляется битум, разогретый до температуры 140 - 160^o, и смесь вторично перемешивается 45 с. Готовую смесь укладывают в покрытие и уплотняют по обычной технологии.

Приведенные выше составы (табл. 1) испытывали по методикам ГОСТ 12801-84 "Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Методы испытаний". Физико-механические свойства песчанистого асфальтобетона оценивались по следующим показателям:
предел прочности на сжатие при 20^oC;
предел прочности на сжатие при 50^oC;
предел прочности на сжатие при 0^oC;
предел прочности водонасыщенных образцов;
водонасыщение;
набухание;
коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении.

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Составы 2 и 3 отличаются от прототипа (состав 1) улучшенными свойствами за счет отсутствия растворимых соединений, высокой адгезии битума к заполнителю и формирования более плотной структуры асфальтобетона. Замена карбонатного шлама известью (состав 1) не обеспечивает надежной адгезии битума к поверхности песка и формирования плотной структуры асфальтобетона и характеризуется повышением водонасыщением, набуханием и размягчением образцов. Увеличение количества шлама свыше оптимального (состав 4) приводит к появлению свободного карбонатного микронаполнителя, который не адсорбируется на поверхности зерен песка, а способствует их раздвижке.

Оптимальный результат, отвечающий поставленной цели, получен на составах 2 и 3. Из анализа результатов следует:
прочность на сжатие при 20^oC увеличилась в 1,13 и 1,23 раза соответственно 2 и 3 составов по сравнению с составом 1;
прочность на сжатие при 50^oC увеличилась в 1,13 и 1,5 раза;
прочность на сжатие при 0^oC увеличилась в 1,43 и 1,71 раза;
прочность на сжатие водонасыщенных образцов увеличилась в 1,15 и 1,31 раза;
коэффициент водостойкости вырос в 1,01 и 1,1 раза;
водонасыщение снизилось в 1,98 и 2,64 раза;
набухание уменьшилось в 1,82 и 2,31 раза соответственно.

Таким оразом, проведенный поиск по научно-техническим и патентным источникам информации и выбранный из перечня аналогов прототип позволили выявить отличительные признаки в заявляемом техническом решении, следовательно, заявляемый горячий песчанистый асфальтобетон на активированном кварцевом заполнителе удовлетворяет критерию изобретения "новизна".

В обнаруженной информации отсутствуют сведения об указанном техническом результате и из нее не выявляется влияние отличительных признаков на достижение технического результата, следовательно, данное техническое решение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень".

Критерий изобретения "промышленная применимость" подтверждается тем, что использование данного асфальтобетона позволяет значительно повысить долговечность покрытия, снизить расход вяжущего, оптимизировать условия приготовления асфальтобетонной смеси.

Использование: изобретение относится к строительству, а именно к составам горячих песчанистых асфальтобетонов, используемых для устройства верхних слоев дорожного покрытия. Целью изобретения является повышение водостойкости и долговечности асфальтобетона с улучшением других эксплуатационных характеристик, а также снижение температуры приготовления и себестоимости песчанистого асфальтобетона. Это достигается тем, что кварцевый песок обрабатывается карбонатным шламом (с влажностью 50 - 60%) с последующей сушкой при температуре 160 - 180^oC. Приготовление горячего песчанистого асфальтобетона на данном заполнителе при следующем соотношении компонентов, мас.%: кварцевый песок 70, карбонатный наполнитель 30, битум марки БНД 60/90 (от массы минеральной смеси) 9, карбонатный шлам (от массы песка) 5 - 10, позволяет получить песчанистый асфальтобетон повышенной водостойкости, долговечности и прочности. Асфальтобетонная смесь на данном заполнителе потребует меньшего количества вяжущего, меньшей температуры и времени приготовления. Кроме того, внедрение предлагаемого песчанистого асфальтобетона на активированном кварцевом заполнителе позволяет найти широкое применение многотоннажному отходу промышленности, при отсутствии каких-либо затрат. 2 табл.

Горячий песчанистый асфальтовый бетон на активированном кварцевом заполнителе, отличающийся тем, что он содержит в качестве активатора кварцевого песка карбонатный шлам водоумягчения ТЭС в количестве 5 10% от массы песка.