АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ Российский патент 2005 года по МПК C04B26/26 

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано для устройства верхних слоев дорожных одежд во всех климатических зонах.

При строительстве автомобильных дорог широко применяются асфальтобетонные смеси, приготовленные в соответствии с ГОСТ 9128-97, и полимерасфальтобетоны на основе блок-сополимеров бутадиена и стирола типа СБС (Воронежского завода синтетического каучука), а также многих их зарубежных аналогов ОСТ 218.010-98.

Известна асфальтобетонная смесь (а.с. №903450, Е 01 С 7/18, 1982 г.), включающая: нефтяной битум, синтетический каучук (отход бутадиен-стирольного каучука), пластификатор и минеральный наполнитель (известняковый щебень и песок). Такая смесь имеет много достоинств, присущих полимерасфальтобетонам.

Однако недостатками этой смеси является большой расход битума - до 17,6%; недостаточная прочность при сжатии при 50°С (1,61-1,62 МПа) и низкое значение водонасыщения.

Наиболее близкой к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является асфальтобетонная смесь (а.с. №2119465, кл. С 04 В 26/26, 1998 г.), включающая, мас.%:

нефтяной битум5-6,5масляный раствор синтетического высокомолекулярного полибутадиенового каучука (полимерная добавка)0,15-0,30шлам химводоочистки ТЭЦ2-4известняковый щебень фракции 5-20 мм25-35минеральный порошок (из доломитовых или известняковых пород)1-3песок фракции до 5 ммостальное

Введение полимерной добавки на основе каучуков в состав нефтяного битума и дополнительно в состав минерального материала шлама химводоочистки (вместо минерального порошка) усиливают процессы структурообразования асфальтобетона, повышая его водо- и теплоустойчивость.

Недостатком этой смеси является повышенная стоимость за счет использования дорогостоящей полимерной добавки (≈ 40 тыс. руб. за тонну), слабое сцепление битума с сухим минеральным материалом и отсутствия сцепления с влажным минеральным материалом.

Изобретение направлено на улучшение основных характеристик физико-механических свойств асфальтобетонной смеси, снижение расхода ее дорогостоящих компонентов: битума и полимерной добавки, а также уменьшения экологического ущерба за счет утилизации бытовых отходов: бывших в употреблении пластиковых бутылок из полиэтилентерефталата (ПЭТФ).

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в асфальтобетонной смеси, содержащей известняковый щебень фракции 5-20 мм, песок фракции до 5 мм, минеральный порошок (из доломитовых или известняковых пород), нефтяной вязкий битум 5-6 мас.% и полимерную добавку, в качестве последней используется вторичный полиэтилентерефталат в виде бывших в употреблении пластиковых бутылок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

известняковый щебень фр. 5-20 мм35-45нефтяной вязкий битум5,0-6,0минеральный порошок3-8указанная полимерная добавка0,1-0,25 от массы битумапесок фракции до 5 ммостальное

Введение полимерной добавки в виде вторичного полиэтилентерефталата (бывшие в употреблении пластиковые бутылки) в состав нефтяного дорожного битума придает асфальтобетонной смеси новые свойства за счет повышения адгезии битума с минеральными компонентами, т.к. полиэтилентерефталат содержит полярные сложноэфирные группы, способствующие лучшему сцеплению битума даже с влажной поверхностью минерального материала.

Это позволяет усилить процессы структурообразования асфальтобетона и улучшить основные физико-механические характеристики его свойств (см. табл.1).

Предложенная асфальтобетонная смесь получается дешевле, т.к. указанная выше полимерная добавка является бытовым отходом, а стоимость полимерной добавки у прототипа ≈40 тыс. руб. за тонну. При этом утилизируются бывшие в употреблении пластиковые бутылки из полиэтилентерефталата и снижаются расходы дорогостоящих компонентов: битума и полимерной добавки.

Характеристика исходных материалов

1. Вторичный полиэтилентерефталат, ТУ-6-05-1984-85 марки 277-73 представляет собой бывшие в употреблении пластиковые бутылки. Это термопластичный материал, температура плавления 243°С, температура размягчения 100°С, молекулярная масса 20000-40000, показатель текучести расплава 1.5-2 г/10 мин, разрушающее напряжение при разрыве 134.5 МПа, модуль упругости при растяжении 6130 МПа, нерастворим в воде и органических растворителях, растворим в фенолах и его алкильных производных.

2. Известняковый щебень фракции 5-20 мм.

В качестве известнякового щебня использован известняк месторождения "Апанасовский карьер" Ростовской области. В таблицах 2, 3 приведены химический и зерновой состав щебня и песка.

3. Песок.

В качестве песка использовался отсев дробления известнякового щебня фракции до 5 мм.

4. Вяжущее.

В качестве вяжущего использовался нефтяной дорожный битум марки БНД 90/130. В таблице 4 представлены его физико-механические показатели в сравнении с полимерно-битумным вяжущим. По физико-механическим показателям исходный битум удовлетворяет требованиям ГОСТ 22245-90.

5. Минеральный порошок.

В качестве минерального порошка используется тонкодисперсный порошок доломитовых или известняковых пород.

Пример. Для экспериментальной проверки заявленного состава были подготовлены 6 вариантов смесей, приготовленных из вышеперечисленных ингредиентов. Образцы изготавливались следующим образом: в предварительно нагретые материалы до 160°С (известняковый щебень, песок и минеральный порошок) вводился битум с добавкой вторичного полиэтилентерефталата. Смесь перемешивалась в лабораторной мешалке 5 минут при температуре 140-160°С до образования однородного состава. Затем из нее готовились образцы диаметром 70,1 мм под давлением 40 МПа. Одна из смесей изготавливалась на битуме БНД 90/130 без добавки полиэтилентерефталата, остальные пять - с различным ее процентным содержанием (0,05; 0,10; 0,20; 0,25; 0,30). Из проведенных сравнительных испытаний и анализа полученных результатов установили, что асфальтобетонная смесь предлагаемого состава обладает более лучшими физико-механическими свойствами по сравнению со смесью, приготовленной на битуме без добавки, но близка по своим свойствам к смеси прототипа.

Наилучшие показатели предлагаемой асфальтобетонной смеси наблюдались при введении вторичного полиэтилентерефталата в пределах от 0,10 до 0,25% от массы битума. Причем оптимальное значение составило 0,20%.

Результаты сравнительного анализа сведены в таблицу 1.

Следовательно, основным преимуществом предлагаемой асфальтобетонной смеси является повышение ее качества за счет улучшения сцепления вяжущего с минеральными компонентами, повышение водо- и теплостойкости, а как следствие, повышение сопротивления к воздействию динамических нагрузок.

Таблица 1Физико-механические свойства асфальтобетона типа Б марки II четвертой климатической зоны и полимерасфальтобетонов прототипа и выполненного из предлагаемой смеси№п/пНаименование
показателейАсфальт
обетон ГОСТ
9128-97Факт. тип с битумом БНД
90/130ПолимерасфальтобетонИз пред-лагаемой смесиПрототип1Прочность при 20°С R₂₀, МПа не менее2,54,14,754,172Прочность при 50°С R₅₀, МПа не менее1,31,712,502,493Прочность при 0°С R₀, МПа не более1312,114,07,98-8,294Водонасыщение1,5-4,02,61,601,15-2,965Коэффициент водостойкости не менее0,850,940,980,97-0,996Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении0,750,70,800,957Остаточная пористость, %3-72,72,5 8Пористость минерального остова, % не более1915,814,3 9Плотность 2,452,42,3110Расход битума 5,35,205-6,5

Таблица 2Химический состав известнякового щебнямассовое содержание, %ПППSiO₂R₂О₃Fe₂O₃Al₂О₃+TiO₂CaOMgOSO₃46,851,681,630,591,0447,052,550,24

Таблица 3Зерновые составы минеральных материаловНаименование материалаМассовая доля, % зерен минерального материала мельче, мм20151052,51,250,630,3150,140,07Известняковый щебень92,481,869,612,01,51,41,31,21,11,0Песок---10087,666,247,330,417,410,4Минеральный порошок из доломитовой породы-----10099,599,179,420,1

Таблица 4Физико-механические свойства битума и полимерно-битумного вяжущего (ПБВ) с использованием вторичного полиэтилентерефталата.№
п/пНаименование показателяБитумПБВГОСТ
222245-90Факт БНД
90/130ОСТ
218.010-98Факт оптим. Образец1Глубина проникания иглы 0,1 мм при 25°С,91-130120не менее 9096при 0°Сне менее 2830не менее 40992Растяжимость (см) при 25°С,не менее 6570не менее 30100при 0°С,не менее 4,07,2не менее 157,83Температура размягчения, °Сне ниже 4346не ниже 51484Испытания на сцепление с мраморомне норм.не выдер. (удовл.)Выдерж. по контрольн. образцуОтлично5Температура хрупкости по Фраасу, °Сне выше
-17-19,5не выше 25-22,56Температура вспышки, °Сне ниже 230273не ниже 220>2707Однородность-однородноВыдерживает через 40 мин приготовл.Однородно

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано для устройства верхних слоев дорожных одежд во всех климатических зонах. Технический результат: усиление процессов структурообразования асфальтобетона и повышение его водо- и теплоустойчивости. Асфальтобетонная смесь для дорожного строительства, содержащая известняковый щебень фракции 5-20 мм, песок фракции до 5 мм, минеральный порошок, нефтяной вязкий битум и полимерную добавку, содержит в качестве полимерной добавки вторичный полиэтилентерефталат в виде б/у пластиковых бутылок, при следующем соотношении компонентов, мас.%: известняковый щебень фракции 5-20 мм - 35-45; нефтяной вязкий битум - 5,0-5,5; минеральный порошок из доломитовых или известняковых пород - 3-8; указанная полимерная добавка - 0,1-0,25 от массы битума; песок фракции до 5 мм - остальное. 4 табл.

Асфальтобетонная смесь для дорожного строительства, содержащая известняковый щебень фракции 5-20 мм, песок фракции до 5 мм, минеральный порошок, нефтяной вязкий битум и полимерную добавку, отличающаяся тем, что в качестве полимерной добавки используется вторичный полиэтилентерефталат в виде б/у пластиковых бутылок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

известняковый щебень фракции 5-20 мм35-45нефтяной вязкий битум5,0-5,5минеральный порошок из доломитовых или известняковых пород3-8указанная полимерная добавка0,1-0,25 от массы битумапесок фракции до 5 ммостальное