БИТУМОПЕСЧАНАЯ МАСТИКА ДЛЯ ТОНКИХ СЛОЕВ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2002 года по МПК C04B26/26 C04B111/20 C08L95/00 

Изобретение относится к строительству и ремонту автомобильных дорог и может быть использовано для устройства защитных слоев дорожных покрытий.

Срок службы слоев дорожных покрытий в основном зависит от качества подбора состава смеси, от свойства асфальтового вяжущего, работающего совместно с минеральным составом.

Известна смесь для устройства слоя песчано-резино-битумных смесей (ВСН 38-90. Технические условия по устройству дорожных покрытий с шероховатой поверхностью. М. : Трансстрой, 1990. С. 19-20), включающая минеральный материал (песок или высевки), крупностью до 5 мм, минеральный порошок, дробленую резину и битум. Смесь отличается повышенными требованиями к прочности при сжатии при температуре 50^oС (1,3 - 1,5 МПа), но отличается несколько повышенным водонасыщением 2,0 - 3,0%, что малопригодно для создания защитных слоев покрытий (особенно для закупорочных слоев), способных противостоять действию воды.

Известны защитные тонкослойные слои, например битумные шламы, литые эмульсионно-минеральные смеси (ЛЭМС) и т.п. Эти смеси отличаются повышенными фрикционными свойствами, но обладают невысокими значениями прочности при 50^oС, что особенно важно для южных регионов. Предел прочности при 50^oС у них не превышает 0,8 МПа (Горелышева Л.А. Органоминеральные смеси в дорожном строительстве // Автомобильные дороги, М.: ОИ 3-2000,с.26-27).

Наиболее близкой [Королев И.В. Тонкие слои покрытий из битумопесчаных мастик для ремонта дорог // Автомобильные дороги, М.: 1993, 2 с. 14 - 16] к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является битумопесчаная мастика, содержащая вязкий битум, минеральный порошок, минеральный напольнитель фракции и полимерную гранулированную добавку.

Однако смесь указанного состава характеризуется недостаточно высокой прочностью при сжатии при 50^oС (1,10 МПа) и большим расходом вяжущего - 13 %.

Задача настоящего изобретения - повысить прочностные показатели (прочностью при сжатии при 50^oС), снизить водонасыщение битумопесчаной мастики и обеспечить утилизацию отхода производства - отработанных формовочных смесей.

Сущность изобретения заключается в том, что битумопесчаная мастика для тонких слоев покрытий, включающая минеральный наполнитtль фракции 0-5 мм, минеральный порошок, полимерную гранулированную добавку и нефтяной вязкий битум в качестве связующего, при этом она содержит в качестве минерального наполнитнля отсев дробления щебня фракции 0-5 мм,в качестве полимерной добавки - резиновый термоэластопласт и дополнительно - структурирующую активную добавку - отработанную формовочную смесь литейных производств, при следующем соотношении компонентов,мас.%:
Минеральный порошок - 12,0-18,0
Нефтяной вязкий битум - 8,0-12,0
Отработанная формовочная смесь литейных производств - 14,0-16,0
Резиновый термоэластопласт - 0,4-0,6
Введение резинового термоэластопласта способствует структурированию и повышению деформативных свойств битумопесчаной мастики, участвуя в создании структуры смеси, проявляя свойства полимерного наполнителя и дисперсного заполнителя, активно работающего в минеральном материале.

Резиновый термоэластопласт (РТЭП) в сочетании с отработанными формовочными смесями литейных производств способствует созданию прочной коагуляционной структуры битумопесчаной композиции, обладающей пластическими свойствами. Органичное соединение указанных компонентов в единое целое с битумом обусловлено родством природы компонентов - вяжущего к полимердисперсной добавке РТЭП и поверхностно-активной добавке ОФС.

Положительный эффект применения РТЭП в сочетании с отработанными формовочными смесями литейных производств достигается за счет того, что РТЭП, содержащий в своем составе полимерную составляющую и дисперсные частицы наполнителя, способен образовывать с битумом полимерно-битумное вяжущее, обеспечивающее битумопесчаной мастике высокие прочностные показатели, водо- и теплоустойчивость. Дисперсные частицы гранул РТЭП (серо- и карбонатсодержащие) совместно с активными зернами ОФС выступают в роли активных структурообразующих центров, влияя на свойства макромикроструктуры битумопесчаной мастики в широком диапазоне температур.

Анализ известных технических решений показал, что применение в битумопесчаных мастиках некоторых полимерных добавок известно. Однако их применение не обеспечивает смесям такие свойства, которые они проявляют в заявленном решении в сочетании с активными, покрытыми коллоидными оболочками из связующих композиций зернами отработанных формовочных смесей, а именно повышение водо- и теплоустойчивости и их сопротивление к воздействию динамических нагрузок. Таким образом, данный состав компонентов придает битумопесчаной мастике для тонких защитных слоев покрытий новые свойства.

Характеристика исходных материалов:
1. Отсев дробления щебня
В качестве отсева дробления использовался отсев щебня (фракция 0-5 мм). В таблице 1 приведен зерновой состав этой фракции.

2. Отработанная формовочная смесь литейных производств (ОФС) относится к крупнотоннажным массовым отходам промышленности, вывозимым в отвалы вокруг крупных производств. В настоящей работе использовались отработанные формовочные смеси завода Ростсельмаш (цех стального литья).

ОФС представляют собой мелкие кварцевые пески (модуль крупности 1,55-1,65). Их можно отнести ко II классу песков - мелкие, насыпная плотность ОФС составляет 1,23 г/см³.

Примесь глины и тяжелого суглинка в ОФС составляет 2-4 %. Частицы глины и других связующих веществ (органического и неорганического характера) и ПАВ в процессе литейного производства под воздействием высокой температуры хорошо спекаются. Их физические свойства улучшаются, уменьшается набухание при увлажнении. Зерна мелких кварцевых частичек ОФС покрываются коллоидными оболочками из связующих композиций и ПАВ образующимися при температурном воздействии.

На заводе Ростсельмаш в качестве связующих веществ используют силикат натрия и жировые гудроны, получаемые из животного жира технического соломата, а также при дистилляции жирных кислот соапстоков. Состав их, как правило, постоянен.

3. Минеральный порошок
Минеральный порошок из основных пород по всем показателям соответствует требованиям ГОСТ 16557-78. В таблице 1 приведен его зерновой состав.

4. Вяжущее
В качестве вяжущего использовался битум нефтяной вязкий БНД 60/90. В таблице 2 представлены его физико-механические показатели.

По физико-механическим показателям битум удовлетворяет требованиям ГОСТ 22245-90 к битумам нефтяным вязким марки БНД 60/90.

5. Резиновый термоэластопласт
РТЭП представляет собой гранулы черного цвета с характерным запахом резины и геометрическими размерами 3-4 мм. ИК-спектр гранул имеет вид характерный для резины, наполненной карбонатом кальция и серой. На рентгенограмме четко просматриваются линии карбоната кальция и серы. В целом РТЭП соответствует требованиям ТУ 38-105590-85 и может быть идентифицирован как резиновая крошка из вулканических отходов, наполненная карбонатом кальция и серы.

Имеется гигиеническое заключение 61.РЦ.3.570.П 947.6.00 от 27.06.2000 г. на допущение резинового термоэластопласта к производству, поставке, реализации, использованию на территории Российской Федерации.

Пример. Для экспериментальной проверки заявляемого состава были подготовлены 5 вариантов составов смесей ингредиентов. В качестве материалов использовались вышеописанные материалы. Образцы изготавливались следующим образом: в предварительно нагретые до температуры 190 -200^oС материалы: в отсев дробления щебня фракции 0-5 мм, отработанную формовочную смесь вводилась добавка PТЭП. Смесь тщательно перемешивалась в лабораторной мешалке 1-2 мин. Затем вводился минеральный порошок, смесь вновь перемешивали 1-2 мин, после чего подавался битум БНД 60/90 и все перемешивалось до образования однородной смеси. Далее из смеси готовились образцы диаметром 70,1 мм под давлением 10 МПа. Результаты сравнительных испытаний сведены в таблицу 3.

Из данных таблицы 3 следует, что битумопесчаная мастика для тонких защитных слоев покрытий предлагаемого состава повышает физико-механические показатели мастики: , водостойкость и обеспечивает утилизацию отхода производства - отработанных формовочных смесей литейных производств.

Изобретение относится к строительству и ремонту автомобильных дорог и может быть использовано для устройства тонких слоев покрытий во всех климатических зонах. Технический результат - повышение прочностных показателей и коэффициента водостойкости получаемой смеси, а также утилизация отработанных формовочных смесей литейных производств. Битумопесчаная мастика для тонких слоев покрытий включает, мас.%: минеральный наполнитель - отсев дробления щебня фр. 0-5 мм - 53,4-65,6; минеральный порошок - 12,0 -18,0; полимерная гранулированная добавка - резиновый термоэластопласт - 0,4-0,6; нефтяной вязкий битум в качестве связующего - 8,0-12,0 и минеральный наполнитель - отработанная формовочная смесь литейных производств - 14,0 -16,0. 3 табл.

Битумопесчаная мастика для тонких слоев покрытий, включающая минеральный наполнитель фракции 0-5 мм, минеральный порошок, полимерную гранулированную добавку и нефтяной вязкий битум в качестве связующего, отличающаяся тем, что она содержит в качестве минерального наполнителя отсев дробления щебня фракции 0-5 мм, в качестве полимерной добавки - резиновый термоэластопласт, дополнительно - структурирующую активную добавку - отработанную формовочную смесь литейных производств при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Отсев дробления щебня, фракция 0-5 мм - 53,4 - 65,6
Минеральный порошок - 12,0 - 18,0
Нефтяной вязкий битум - 8,0 - 12,0
Отработанная формовочная смесь литейных производств - 14,0 - 16,0
Резиновый термоэластопласт - 0,4 - 0,6