БИТУМНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ РЕМОНТА ВЛАЖНОГО АСФАЛЬТОБЕТОННОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2000 года по МПК C08L95/00 C04B26/26 E01C23/06 

Изобретение относится к материалам для ремонта дорожного покрытия, преимущественно для получения вяжущего для производства холодных органо-минеральных смесей. Может быть использовано при ремонте дорог весной и осенью.

Известен состав [1] - это битумная мастика "Битурэл", выпускаемая компанией "Гермопласт". Битурэл служит в основном для ремонта кровель. Эту мастику готовят из 2-х компонентов. Смешение осуществляют непосредственно перед нанесением на строительной площадке.

Недостатком является небольшая жизнеспособность (около 5 часов) композиции после смешения компонентов. Затвердение мастики происходит по прошествии суток (отсутствие отлипа при достаточной прочности и упругости), что тоже является недостатком.

Известен состав [2] нефтевяжущего, которое состоит из прямогонного продукта и тяжелых нефтяных остатков. При этом в качестве прямогонных продуктов используют газойлевую фракцию с началом кипения не ниже 190^oC и концом кипения 300-330^oC, а в качестве тяжелого нефтяного остатка используют продукт перегонки нефти с температурой размягчения по кольцу и шару 15,5-17,5^oC при соотношении газойлевая фракция 8-12%; продукт перегонки до 100.

К недостаткам этого нефтяного вяжущего относится использование его в горячем (+135^oC) состоянии и невозможность сцепления его с влажной поверхностью каменного материала.

Известен [3] также состав битумно-латексной мастики, состоящей из битума, солярового масла и синтетического латекса в соотношении компонентов 83:14:3,5.

Недостатком композиции является сильное расслоение: каучук, входящий в латекс, оседает на дно емкости и обладает слабой адгезией к минеральному материалу. Данный состав не способен прилипать к увлажненной поверхности.

Известен состав [4], включающий битум 65-84%, нефтяной остаток установок по подготовке нефти на месте добычи 16-35%. Нефтяной остаток имеет состав: органическая часть, содержащая фракцию, выкипающую
до 200^oC - 30%, минеральный порошок глиноземисто-карбонатного происхождения 19%, вода - 51%.

К недостаткам данного вяжущего относится обводненность нефтяного остатка, применение технологии эмульгирования и вспенивания вяжущего, дополнительный расход топлива и необходимость переоборудования АБЗ. Отсутствие в композиции катионактивных компонентов свидетельствует о том, что сцепление вяжущего с кислыми и влажными минеральными материалами затруднено.

Наиболее близкой композицией того же назначения по совокупности существенных признаков является битумная композиция для холодной регенерации дорожных одежд по заявке Франции [6], которая содержит, мас.%: битум 50-60, смесь тяжелых и легких ароматических масел из нефти 5-15, хлоргидрат алифатического полиамида 1-2 и вода 23-44. Композиция вводится в регенерируемый материал в количестве 1-3 % от массы исходного материала.

По мнению авторов заявки положительными свойствами битумной композиции является то, что она способна обеспечить в холодном виде (без нагрева) прочную связь между частицами асфальтобетона и возможность изменять при необходимости реологические свойства вяжущего в зависимости от природы и состояния регенерируемого материала. К положительным свойствам композиции авторы относят также то, что диспергирующий ее фазой является вода.

Между тем наличие воды в битумной композиции является существенным недостатком в случае ее использования для приготовления органо-минеральных смесей для заделки выбоин на покрытиях дорог. Холодные органо-минеральные смеси, содержащие воду, требуют после укладки определенное время для удаления воды и формирования материала и поэтому открывать движение транспорта сразу же после ремонта дороги нельзя.

Задачей заявляемого изобретения, которая определяет его назначение, является расширение условий использования битумной композиции, улучшение сцепления с влажным минеральным материалом как кислых, так и основных пород в процессе получения холодных органо-минеральных смесей; возможность работы в условиях сырой влажной погоды при ремонте дорог; увеличение сезона ремонтных работ (до температуры воздуха 4^oC); увеличение срока хранения битумной композиции.

Указанная задача может быть достигнута при использовании битумной композиции для ремонта влажного дорожного покрытия, которая содержит жидкий (разжиженный) битум и химические добавки: катионные поверхностно-активные вещества (ПАВ) в количестве 1,5-3,0 мас.% и дополнительно ускоритель формирования 1,0-2,0 мас.%.

Жидкий битум должен быть маркий СГ 40/70 по ГОСТ 11955-82 с условной вязкостью, близкой к нижнему пределу (40 с).

В качестве катионного ПАВ могут служить кубовые амины (КА), адгезионная присадка "Дорос-АП" или катионный реагент "БИЭМ".

КА C₁₇-C₂₀ являются побочным продуктом производства аминов. Выпускаются по ТУ 113-00203795-12-93 ОАО "Азот" (г. Березники Пермской обл.) двух видов, отличающихся содержанием первичных и вторичных аминов. Представляют собой густую массу коричневого цвета.

"Дорос-АП" выпускается по ТУ 573200233452160-97 предприятием "Дорос" (г. Ярославль). Представляет собой жидкость, которую можно легко дозировать в горячий битум.

"БИЭМ" выпускается НПП "Дон-Технохим" (г. Волгодонск Ростовской обл.) по ТУ 2482-008-24157290-99. Внешний вид - густая масса темно-коричневого цвета.

В качестве ускорителя формирования композиции используется дисперсия поливинилацетатная (ПВАД) по ГОСТ 18992-80, которая представляет собой жидкость белого или слегка желтоватого цвета без комков. Имеет следующие показатели качества:
Массовая доля остаточного мономера, % - Не более 0,48
Массовая доля сухого остатка, % - Не менее 51
Условная вязкость по стандартной кружке ВМС, с - 11 - 20
Концентрация водородных ионов (pH) - 4,7 - 6,0
Результаты испытания битумных композиций, содержащих разжиженный битум с условной вязкостью 40 с и указанные выше химические добавки, приведены в таблице. Они показывают возможность применения этих добавок.

Битумную композицию готовят следующим образом. Жидкий битум с условной вязкостью по стандартному вискозиметру, близкой к 40 с, нагревают до 80-90^oC, затем добавляют катионное поверхностно-активное вещество в количестве 1,5-3,0 мас.%. Также вводят ускоритель формирования композиции в количестве 1,0-2,0 мас. %. Указанные компоненты перемешивают до полного растворения добавок в битуме, готовое вяжущее следует хранить в закрытых резервуарах, оборудованных предохранительными клапанами.

Холодную органо-минеральную смесь готовят следующим образом. Минеральные материалы (основных или кислых пород) фракции 0-10 мм в количестве 95-97 мас. % подают в мешалку и перемешивают в течение 20-30 с, после чего вводят нагретую до 60-65^oC битумную композицию в количестве 3-4 мac.% и продолжают перемешивать в течение 60-80 с до получения равномерного обволакивания битумной композицией минеральных материалов. Приготовление смеси производят без предварительной сушки и нагрева минеральных материалов. Их влажность не должна превышать 4 мас.%. В случае использования асфальтосмесительной установки сушильный агрегат не включают. Температура воздуха при приготовлении смеси должна быть не ниже 4^oC.

Готовую холодную органо-минеральную смесь можно хранить до 3-6 месяцев в штабелях, укрытых полиэтиленовой пленкой, или в полиэтиленовых мешках.

Перед заделкой выбоину на поврежденном асфальтобетонном покрытии не сушат, только убирают свободную воду. Она должна быть очищена от грязи и мусора. Дно и стенки выбоины обрабатывают битумной композицией по норме 0,2-0,3 л/м². Выбоину заполняют органо-минеральной смесью и уплотняют. Поверхность отремонтированного места до открытия движения следует присыпать тонким слоем дробленого песка. Движение открывают сразу после заделки выбоины.

Обоснование выбранных пределов количественных признаков композиции является следующее. Если для приготовления битумной композиции используют катионное поверхностно-активное вещество в количестве меньше 1,5 мас.%, то адгезия битумной композиции к минеральному материалу недостаточна.

Использование катионного ПАВ более 3 мас.% ухудшает качество битумной композиции и экономически невыгодно из-за ее удорожания.

При использовании ускорителя формирования композиции в количестве меньше 1,0 мас.% срок формирования органо-минеральной смеси удлиняется.

Увеличение содержания ускорителя формирования композиции более 2,0 мас.% приводит к схватыванию смеси, что мешает ее длительному складированию.

При температуре приготовления битумной композиции ниже 80^oC ухудшается растворение катионных ПАВ в битуме. Нагревать битумную композицию более 90^oC экономически нецелесообразно.

Пределы расхода битумной композиции в процессе приготовления органо-минеральной смеси обуславливаются следующим: при использовании вяжущего менее 3,0 мac.% происходит неполное обволакивание вяжущим минерального материала, что приводит к ухудшению физико-технических показателей асфальтобетона. А при содержании вяжущего более 5,0 мас.% в асфальтобетонной смеси наблюдается избыток вяжущего, что приводит к снижению прочности материала.

Асфальтобетонную смесь на основе битумной композиции используют для ямочного ремонта дорог с асфальтобетонным покрытием. Для ямочного ремонта используют мелкозернистую смесь, где минеральная составляющая не должна превышать 10 мм.

Отличием предлагаемого изобретения от ближайшего аналога является: введение в жидкий битум с катионным ПАВ в количестве 1,5-3,0 мас.% дополнительно ускорителя формирования композиции в количестве 1,0-2,0 мас.%.

Заявляемое изобретение соответствует условию новизны, так как из уровня техники не известно техническое решение того же назначения с заявляемой совокупностью существенных признаков.

Предложенная битумная композиция позволяет использовать при приготовлении холодных органо-минеральных смесей минеральный материал как кислых, так и основных пород.

Введение катионного ПАВ обеспечивает хорошую адгезию битумной композиции с влажным минеральным материалом (его влажность не должна превышать 4 мас.%) в составе органо-минеральной смеси. Этим также обеспечивается сцепление указанной смеси с влажной ремонтируемой поверхностью.

Добавление ускорителя формирования композиции позволяет ускорить формирование холодной органо-минеральной смеси, что дает возможность открыть движение сразу после ремонта.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. При приготовлении битумной композиции для ремонта влажного дорожного покрытия используют жидкий битум марки СГ 40/70 и добавки. При отсутствии указанной марки битума можно использовать разжиженный вязкий дорожный битум марок БНД 60/90 или БНД 90/130. В качестве разжижителя используется зимнее дизельное топливо или керосин для технических целей. Ниже приведен пример использования этой технологии.

Соотношение битума и разжижителя устанавливалось предварительно в лаборатории. Количество разжижителя - керосина для технических целей для получения жидкого битума с условной вязкостью 40 с из исходного битума марки БНД 60/90 с пенетрацией 67 ед. составляло 22% от массы битума. Разжиженный битум готовили в битумном котле. Котел был заполнен на 0,7 объема обезвоженным вязким битумом, температура которого должна быть 90^oC. В битум при постоянном перемешивании вводили небольшими порциями разжижитель. Перемешивание осуществлялось циркуляцией битумным насосом до получения однородного материала. Добавками служили катионное поверхностно-активное вещество - кубовые амины 2 мас.%, а в качестве ускорителя формирования композиции использовали поливинилацетатную дисперсию (ПВАД) 1%. Добавки вводили в битум в процессе его разжижения.

Полученная битумная композиция была использована для приготовления холодной органо-минеральной смеси.

В качестве минеральных материалов использовали щебень известняковый фракции 5-10 мм марки 1000 и песок дробленый из отсевов дробления гранитных пород.

Для приготовления смеси минеральные материалы без сушки и нагрева в количестве 96 мас.% подавали в мешалку асфальтосмесительной установки Д-597А и перемешивали в течение 30 с, после чего в мешалку вводили нагретую до 60^oC битумную композицию в количестве 4 мас.% и продолжали перемешивать в течение 80 c. Получаемая смесь характеризовалась равномерным распределением всех его компонентов и полным обволакиванием вяжущим поверхности минеральных частиц.

Физико-механические свойства смеси следующие:
Предел прочности при сжатии при температуре 20^oC, МПа:
до прогрева - 1,13
после прогрева - 1,38
Коэффициент водостойкости: до прогрева - 0,69
после прогрева - 0,81
Набухание, % по объему - 0,46
Водонасыщение, % по объему - 5,2
Слеживаемость смеси, число ударов - 10
Плотность образцов, г/см³ - 2,37
Смесь в количестве 5 т была использована для ремонта асфальтобетонного покрытия на федеральной дороге Воронеж - Ростов- на-Дону поздней осенью 1997 года [7]. Заделка выбоин была произведена при температуре воздуха +5^oC в дождливую погоду. После 1,5 лет эксплуатации отремонтированные места на дороге не подверглись существенной деформации и находятся в удовлетворительном состоянии.

Приготовление холодных асфальтобетонных смесей на битумной композиции можно производить в асфальтосмесительных установках ДС 117-2К, Дс-158, Д-597А и других, так и в бетоносмесительных установках принудительного действия СБ-145-2, СБ-135, СБ-151 и других. В случае использования асфальтосмесительных установок сушильный агрегат не включают.

Доказательством соответствия заявляемого изобретения требованиям промышленной применимости может быть следующее.

Заявленная битумная композиция может быть использована весной и осенью при ремонте влажного покрытия, при этом его сушка не требуется. Возможность реализации предлагаемого изобретения подтверждена сведениями раздела заявки, подтверждающими осуществимость изобретения.

Заявляемое изобретение при его осуществлении обеспечивает достижение цели, заключающейся в расширении условий использования предлагаемой битумной композиции, улучшении сцепления с влажным минеральным материалом как кислых, так и основных пород в процессе получения холодных органо-минеральных смесей; возможность работы в условиях сырой, влажной погоды при ремонте дорог; удлинение сезона ремонтных работ.

Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует требованию промышленной применимости.

Источники информации
1. Техническая информация Ярославского филиала фирмы Гермопласт -"Битурэл".

2. Патент РФ N 2052477, МПК С 08 L 95/00 "нефтяное вяжущее". Худякова T. C. и др.

3. С. Н. Попченко. "Холодная асфальтовая гидроизоляция". - Л.: Стройиздат, 1977, с. 43.

4. Патент РФ N 2052476, МПК С 08 L 95/00, С 04 В 26/26 "Вяжущее" Романов С.И.

5. Заявка Франции N 2606801, МПК E 01 С 23/00, опубл. 20.05.1988.

6. Зимний ямочный ремонт. //Автомобильные дороги, N 4, 1998, с. 47.

Битумная композиция используется при ремонте дорожного покрытия весной и осенью в условиях влажной холодной погоды. Битумная композиция содержит, мас. %: катионное поверхностно-активное вещество - 1,5-3,0; ускоритель формирования композиции - 1,0-2,0; жидкий битум - остальное. В жидкий битум, нагретый до 80-100°С, вводят добавки: катионное поверхностно-активное вещество и ускоритель формирования композиции. Указанные компоненты перемешивают до полного растворения добавок. Условная вязкость композиции по стандартному вискозиметру с отверстием 5 мм при 60°С составляет 35-40 с. Готовую битумную композицию в количестве 3-5 мас.% смешивают с холодными минеральными материалами кислых или основных пород в количестве 95-97 мас.% до полного обволакивания композицией поверхности минерального материала. Готовую органо-минеральную смесь можно хранить в штабелях, укрытых полиэтиленовой пленкой, до 4 месяцев. Перед заделкой выбоины ее не сушат, а лишь удаляют свободную воду, очищают от грязи и мусора. Движение открывают сразу после заделки выбоины. Технический результат: битумная композиция позволяет расширить сезон дорожных ремонтных работ до температуры воздуха 4°С, улучшает сцепление с влажным минеральным материалом (до 4-5%) как кислых, так и основных пород, возможность проведения ремонтных работ без дополнительного осушения покрытия. Готовая композиция может храниться в закрытых резервуарах в течение 5 месяцев. 1 табл.

Битумная композиция для ремонта влажного дорожного покрытия, включающая битум и химическую добавку, отличающаяся тем, что в качестве химической добавки используют катионное поверхностно-активное вещество и дополнительно ускоритель формирования композиции - поливинилацетатную дисперсию, а битум используют жидкий при следующем соотношении компонентов мас.%:
Катионное ПАВ - 1,5 - 3,0
Ускоритель формирования композиции - 1,0 - 2,0
Битум жидкий - Остальное