СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2009 года по МПК E01C7/30 

Изобретение относится к дорожному строительству, а более конкретно к способам производства дорожных и подобных покрытий на основе сыпучего наполнителя и вяжущего материала, и может быть использовано при обустройстве стоянок и подъездов автотранспорта, детских, игровых или спортивных площадок, тротуаров, пешеходных или велосипедных дорожек.

Известен способ устройства дорожного покрытия, включающий укладку на основание нижнего слоя покрытия из нагретой шлаковой асфальтобетонной смеси, устройство промежуточного связующего слоя с последующей укладкой на него верхнего слоя покрытия из шлаковой асфальтобетонной смеси при 70-90°С, при этом устройство промежуточного связующего слоя производят укладкой на нижний слой покрытия армирующей геосетки, предварительно обработанной отходами коксохимического производства, см., пат. RU, №2144106, кл. Е01С 7/32, публикован 2000.01.10. Способ позволяет получить с момента устройства прочное и сдвигоустойчивое покрытие из шлаковых асфальтобетонов. Вместе с тем способ сложен и трудоемок в процессе его реализации, поскольку включает последовательную укладку трех слоев, каждый из которых предполагает применение индивидуальной технологии и уникальных материалов. При этом все циклы технологического процесса не могут быть в полной мере реализованы непосредственно в условиях строительной площадки.

Известен способ устройства верхнего слоя дорожного покрытия осуществляемый путем смешения минеральных компонентов, черного органического вяжущего и антигололедной добавки на основе хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов, см., пат. RU, №2053971, кл. С04В 26/26, опубликован 1996.02.10. Способ предоставляет возможность устройства верхнего слоя дорожного покрытия, которое обеспечивает предотвращение образования гололеда и снижение адгезии к поверхности покрытия, длительное противогололедное действие при сохранении заданных физико-механических свойств и снижение коррозионного и экологического воздействия на окружающую среду. Однако дорожное покрытие, производимое посредством данного способа не исключает полностью образования на нем гололеда и луж, поскольку является монолитным и непроницаемым, что существенно снижает его эксплуатационные характеристики.

Известен способ укладки дорожного покрытия, стойкого к воздействию керосина, с использованием битумной композиции, характеризующийся тем, что при укладке дорожного покрытия, подверженного частому воздействию масляных фракций нефти, используют композицию, содержащую окисленный продувкой воздухом в присутствии кислоты наполнитель, асфальтовый материал и полимер, содержащий в своем составе эпоксигруппы, см., пат. RU, №2221827, кл. Е01С 7/22, опубликован 2004.01.20. Способ позволяет повысить сопротивляемость асфальтовых композиционных материалов воздействию масляных фракций нефти. Указанный известный объект изобретения способ принят в качестве прототипа как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату аналог.

Недостатком прототипа является низкая газопроницаемость и особенно влагопроницаемость изготавливаемого с его использованием покрытия. Согласно известному способу сопротивляемость покрытия воздействию масляных фракций нефти достигается за счет его химической стойкости, а не за счет того, что агрессивные среды беспрепятственно проникают через слой покрытия, не нанося ущерба последнему. Кроме того, указанный недостаток прототипа способствует образованию на поверхности покрытия гололеда и луж, что в результате сужает область применения известного технического решения и ограничивает возможность его эффективной реализации в различных климатических условиях. Указанные недостатки прототипа не позволяют использовать его для целей предлагаемого способа.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, который выражается в обеспечении газо- и влагопроницаемости полимерно-минерального дорожного покрытия «TERRA WAY», которое обладает достаточной прочностью и при малой толщине слоя. Устройство покрытия осуществляют в один слой на практически любое основание с возможностью реализации всего цикла непосредственно в условиях строительного объекта. В конечном итоге, указанный технический результат позволяет существенно расширить область применения покрытия, в том числе и за счет простоты и доступности технологии его производства. При этом в предлагаемом способе максимально сохранены все положительные свойства прототипа.

Указанный положительный результат достигается тем, что способ производства дорожного покрытия, включающий приготовление композиции, имеющей в своем составе заполнитель и органическое вяжущее, и укладку, отличается от прототипа тем, что перед приготовлением композиции осуществляют промывку и сушку заполнителя и подогрев компонентов органического вяжущего до температуры 15-20°С, приготовление композиции осуществляют механическим смешением в определенных пропорциях заполнителя и компонентов органического вяжущего с добавлением порошкообразного загустителя, при этом смешение проводят путем последовательного добавления органического вяжущего к заполнителю до достижения полного обвалакивания всей поверхности заполнителя органическим вяжущим. Укладку дорожного покрытия осуществляют непосредственно после приготовления композиции, непрерывно при температуре не ниже 5°С, на подготовленное основание, высотой слоя не менее 25 мм, с последующим разравниванием и заглаживанием. После укладки дорожного покрытия осуществляют его выстаивание в течение около семи суток до достижения проектной прочности, а затем выполняют нарезку швов расширения.

Наиболее полно цели изобретения соответствует технология укладки дорожного покрытия на гидропроницаемое основание. Согласно способу предпочтительно осуществление нарезки швов расширения в дорожном покрытии с интервалом не менее пяти метров, шириной около 8 мм и глубиной 5-12,5 мм.

Одним из разрушительных факторов изменения окружающей среды признается такое специфическое явление, как герметизация ландшафта, обусловленное применением дорожных покрытий, обладающих герметичными свойствами. В регионах с высокой плотностью населения степень герметизации 20-60% не является редкостью, достигая в центрах городов почти 100%. Полимерно-минеральное дорожное покрытие «TERRA WAY» разработано как альтернатива другим системам дорожного покрытия в городских зонах, не являясь герметичным, оно долго служит, очень привлекательно выглядит, его производство и обслуживание не требует больших затрат. Отрицательные последствия герметизации сказываются на нарушении естественной циркуляция воды, увеличении скорости стока дождевой воды, перегрузке очистных сооружений, недостаточному пополнению запасов подземных вод, не происходит естественного испарения влаги из земли, ухудшаются газообмен, теплообмен и условия обитания подземной флоры и фауны.

Покрытие «TERRA WAY» позволяет избежать указанных последствий, поскольку оно хорошо впитывает воду, а его сопротивление на сжатие превышает 10 Н/мм². Впитывающая способность поверхности покрытия в значительной степени зависит от размера и формы зерен наполнителя и от кривой его гранулометрического состава. Подтверждена скорость впитывания покрытия при нормальных условиях один литр воды на м². С такой скоростью вода может впитываться при сильном ливне. Однако такое впитывание возможно с помощью соответствующего подготовленного гидропроницаемого основания, которое действует как буфер по аналогии с тем, как работает водосборник. Приблизительно треть осадков, выпадающих за год, скапливается под таким покрытием и снова испаряется через него в атмосферу.

Вторым важным положительным качеством покрытия «TERRA WAY» является его высокая твердость и прочность. Слой покрытия толщиной 25-100 мм пригоден для устройства пешеходных и велосипедных дорожек, тротуаров. Для поверхностей, которые подвергаются малой нагрузке, либо когда речь идет о сравнительно малых поверхностях, толщину слоя можно выбрать минимальной. Слой толщиной 30-150 мм достаточен, чтобы по нему могли передвигаться обычные транспортные средства, например, подъездные пути или парковки. Для поверхностей, которые подвергаются особой нагрузке, толщину слоя можно увеличить, однако в этом случае решающее значение будет иметь не столько величина прочности самого покрытия, сколько твердость и качество подготовки основания под ним. При заглаживании дорожного покрытия достигается уплотнение и укрепление его поверхностной зоны с одновременным обеспечением повышенной проницаемости глубоких зон. Тем самым достигается высокая прочность и капиллярная активность покрытия, предотвращается засорение глубоких зон частицами, находящимися в отводимой воде.

Технология дорожного покрытия «TERRA WAY» заключается в том, что сыпучий наполнитель склеивают 2-компонентным органическим вяжущим с добавлением порошкообразного загустителя и после затвердевавия получается долговечное, крепкое покрытие с открытыми порами. Композиция на 96±2,5% состоит из минеральных заполнителей и только на 4±1,0% - из органического вяжущего. В качестве минерального заполнителя преимущественно используют щебень из горных пород, отвечающий требованиям ГОСТ 8267, и отсевы дробления плотных горных пород, отвечающие требованиям ГОСТ 8736. Зерновой состав минерального заполнителя подбирается специализированной лабораторией любым методом, принятым в практике дорожного строительства и благоустройства, с содержанием фракций размером 2,5-4,0 мм не менее 95%. Такой равномерный гранулометрический состав минерального заполнителя способствует максимальной гидропроницаемости, за счет увеличения пустот между зернами, при обеспечении достаточной прочности дорожного покрытия. Кроме того, заполнитель должен быть промыт от пылевидных фракций и просушен для обеспечения скорейшего и полного обволакивания всей поверхности заполнителя органическим вяжущим при минимальном расходе последнего. В качестве органического вяжущего используют кремнийорганическое связующее на основе эпоксидной смолы. Кремнийорганическое связующее состоит из компонентов А и В. Компонент А представляет собой смолу эпоксидной группы, компонент В - отвердитель. Соотношение компонентов А и В при подготовке органического вяжущего составляет 2:1. Компонент А, имеющий достаточно густую консистенцию, для обеспечения приемлемой вязкости и удобства работы, рекомендуется нагревать до температуры 15-20°С. Чтобы органическое вяжущее имело однородную структуру без комков и взвесей, при его подготовке в смесь добавляют в качестве загустителя порошок типа силотикс.

Таким образом, отличительные от прототипа признаки, как общие, так и частные, направлены на достижение технического результата.

Реализация способа производства дорожного покрытия «TERRA WAY» осуществляется следующим образом.

Приготовление композиции (смеси) осуществляют непосредственно на строительной площадке. Дозирование компонентов смеси производят с помощью электронных весов по массе в соотношении: 50 кг заполнителя, 1.1 кг компонента А, 0.55 кг компонента В, 0.18 л порошкообразного загустителя. В миксер объемом 300 л загружается с помощью погрузчика или вручную минеральный материал-заполнитель в количестве 175 кг. В отдельные емкости из бочек отмеряется необходимое количество компонентов А и В вяжущего вещества в соотношении 2:1 и перемешивается электродрелью с мешалкой в емкости объемом 12 литров. Для получения однородной массы в емкость также добавляют порошкообразный загуститель. Для приготовления 180.775 кг рабочей смеси необходимо смешать 3.85 кг компонента А, 1.925 кг компонента В и 0.7 л порошкообразного загустителя. Сразу после перемешивания, однородная масса вяжущего последовательно добавляется в миксер с заполнителем и перемешивается в течение примерно четырех минут. Последовательное добавление органического вяжущего в миксер с заполнителем существенно ускоряет процесс приготовления композиции в сравнении с обратной последовательностью действий. При механическом перемешивании визуально контролируют степень обволакивания (смачивания) всей поверхности заполнителя органическим вяжущим. Смесь должна быть равномерно перемешанной, в готовой смеси не должно быть частиц заполнителя, хотя бы частично непокрытых органическим вяжущим, также не допускается отекание вяжущего. Готовая смесь используется незамедлительно, так как вяжущее вступает в реакцию моментально.

При устройстве дорожного покрытия, приготовленная композиция укладывается на полностью уплотненное гидропроницаемое, например щебеночное, основание, отметка которого должна быть ниже проектной отметки покрытия на его проектную толщину в уплотненном состоянии. Основание должно быть спрофилировано для обеспечения требуемой ровности. Укладка направляющих реек для ручных или механических правил производится на готовое щебеночное основание. Для предотвращения образования дефектов покрытия укладку смеси следует производить весной и летом при температуре окружающего воздуха не ниже 5°С и отсутствии атмосферных осадков. Из миксера готовая смесь сразу после приготовления композиции погрузчиком или вручную выгружается непосредственно на подготовленное основание. Как только готовая смесь разгружена, начинают укладку дорожного покрытия, которую осуществляют непрерывно до полной выработки всего объема готовой смеси. Чем быстрее готовая смесь будет полностью уложена, тем выше будет конечное качество дорожного покрытия. Для обеспечения монолитности дорожного покрытия его укладку осуществляют в один слой высотой не менее 25 мм. Предварительное распределение и разравнивание смеси выполняется вручную. Окончательное распределение и разравнивание смеси производится телескопическим или аналогичным профилировщиком, при этом никакого дополнительного уплотнения не требуется. Затирка поверхности дорожного покрытия выполняется заглаживающей машиной с рабочим диаметром 563 мм или аналогичной заглаживающей машиной. После снятия правил и направляющих реек боковая кромка выравнивается вручную для устройства необходимого водоотвода и эстетичного внешнего вида. Готовое покрытие ограждается заградительными элементами и проводят его выстаивание. Процесс затвердевания дорожного покрытия происходит в результате химической реакции. Время затвердевания зависит от окружающей температуры, обычно оно составляет от нескольких часов до нескольких дней. Как правило, поверхностью можно пользоваться через 12-18 часов. При любых климатических условиях процесс затвердевания гарантированно завершается с достижением проектной прочности в течение семи суток, чем и определяется нормативный период выстаивания. Проектная прочность дорожного покрытия составляет:

- предел прочности при сжатии, МПа, не менее 10,0;

- предел прочности при изгибе, МПа, не менее 4,0.

В процессе затвердевания поверхность дорожного покрытия дает усадку. Для снятия усадочных внутренних напряжений и предотвращения разрывов поверхности покрытия в нем необходимо делать нарезку швов расширения в местах предполагаемых разрывов с интервалом не менее пяти метров друг от друга. Нарезку швов расширения следует делать как можно раньше, поэтому на седьмые сутки выполняют работы по нарезке поперечных швов расширения шириной около 8 мм и глубиной 5-12,5 мм, специальным нарезчиком, фрезой или диском. Заполнение швов расширения в покрытии производят мастикой, приготовленной на основе битума из расчета 30 кг на 100 метров шва или песком.

Мероприятия по уходу за покрытием в весенне-летний период включают очистку от пыли и грязи и выполняются проливом водой из шланга или струей воды под давлением. Для уборки снега с покрытия в осенне-зимний период применяют самоходные снегоуборщики на колесном ходу или ручной инструмент. Для борьбы со льдом допускается применение антигололедных реагентов. Ремонт мелких дефектов или разрушений дорожного покрытия «TERRA WAY» (трещин, сколов) может быть осуществлен по технологии заполнения швов расширения мастикой на основе битума. Ремонт крупных разрушений (местных выбоин, проседаний) осуществляется по технологии производства дорожного покрытия, при этом специальной подготовки места разрушения не требуется.

Дорожное покрытие согласно настоящему способу может быть с успехом использовано при устройстве дорожек и площадок в саду и парке, пешеходных и велодорожек, детских и спортивных площадок, школьных дворов, стоянок машин, парковок, дворовых и межквартальных проездов, дорожек для беговых лыж и катания на роликовых коньках и т.п.

Возможность реализации способа подтверждается следующим примером.

Было изготовлено покрытие «TERRA WAY», общая площадь которого составила 100 м². Устройство покрытия производилось в парковой зоне на полностью уплотненное щебеночное основание, при этом минимальная толщина слоя, измеренная специальной линейкой, составила 25 мм. Для изготовления указанного объема покрытия было израсходовано:

- 5000 кг мытого щебня из горных пород по ГОСТ 8267, гранулометрический состав 2,5-7,5 мм - 100%, содержание пылевидных и глинистых частиц по массе 0%;

- кремнийорганическое связующее с содержанием эпоксидной смолы TW Binder (компонент А) 110 кг, отвердителя TW Binder (компонент В) 55 кг, порошка загустителя «Штельмиттель» 18 литров.

Кремнийорганическое связующее может состоять из компонентов А и В. Компонент А представляет собой смолу эпоксидной группы на основе жидкой смолы бисфенол-А - продукт реакции (50-100%) и жидкой смолы бисфенол-F - Эпоксихарц (10-25%) с добавлением оксиран моно-С12-14-алкилоксиметил (2,5-10%). Компонент В отвердитель эпоксидной смолы на основе алифатических полиаминов содержит бензиловый спирт (25-50%), 3аминометил-3,5,5-триметилциклогексиламин (25-50%), м-фенилебис (10-25%), нонилфенол (2,5-10%). В качестве загустителя при приготовлении композиции в нее добавляют порошкообразный загуститель типа силотикс.

Перемешивание композиции производилось в миксере VINDERUP ZWANGSMISCHER ТЕ 300 с компьютеризованной системой взвешивания в течение четырех минут. Приготовление и укладка смеси производилась летом при температуре окружающего воздуха 23°С, поэтому подогрев компонентов органического вяжущего не производился. Время укладки каждого замеса не превышало 30 минут. Предварительное распределение и разравнивание смеси на основании выполнялось вручную. Окончательное распределение и разравнивание смеси производилось телескопическим профилировщиком фирмы «Probst» TAS-uni 450. Затирка поверхности выполнялась заглаживающей машиной «Weber MT» модель RG 55. Ровность поверхности контролировалась в соответствии со СНиП 3.06.03-85. Готовое покрытие выстивалось в течение семи суток, после чего была выполнена нарезка поперечных швов расширения глубиной 10 мм с интервалом 5 метров нарезчиком швов «Хускварна 371 К». Заполнение швов выполнено песком.

По результатам испытаний были определены физико-механические свойства изготовленного покрытия:

- средняя плотность, кг/м³, 1650;

- предел прочности при сжатии, в возрасте 7 сут., МПа, 11,0;

- предел прочности при изгибе, в возрасте 7 сут., МПа, 4,3;

- морозостойкость (в солях), F, циклов, 200;

- водостойкость 0,97;

- истираемость, г/см², 0,8;

- пористось, %, 35;

- фильтрация, мл/м², 1200.

Средняя плотность определялась на образцах-кубах с ребром 100 мм по ГОСТ 12730.1, предел прочности определялся на образцах 40×40×160 мм по ГОСТ 310.4.

Описанный выше конкретный пример реализации способа приведен только с целью пояснения изобретения. Специалисты в данной области могут улучшить его и (или) осуществить альтернативные варианты в пределах сущности данного изобретения, отраженной в его описании.

Достоинством изобретения является его газо- и влагопроницаемость, прочность, низкое сопротивление качению, но высокое трение, пониженная шумность при перемещении по нему, широкие возможности для планировки и дизайна, технологичность и сравнительно невысокая стоимость, длительный срок службы, низкая теплопроводность, устойчивость к излучению, механическому и химическому воздействию.

Таким образом, способ производства дорожного покрытия «TERRA WAY», характеризующийся описанной совокупностью существенных признаков, обладает рядом существенных преимуществ в сравнении с прототипом, является новым, промышленно применимым и обладает изобретательским уровнем.

Изобретение относится к способам устройства дорожных и подобных покрытий на основе сыпучего наполнителя и вяжущего материала и может быть использовано при обустройстве стоянок и подъездов автотранспорта, детских, игровых или спортивных площадок, тротуаров, пешеходных или велосипедных дорожек. Технический результат: обеспечение газо- и влагопроницаемости полимерно-минерального дорожного покрытия, обладающего достаточной прочностью при малой толщине слоя. Способ производства дорожного покрытия, включающий приготовление композиции, имеющей в своем составе заполнитель и органическое вяжущее, и ее укладку. В качестве органического вяжущего используют двухкомпонентное кремнийорганическое связующее на основе эпоксидной смолы. Перед приготовлением композиции осуществляют промывку и сушку заполнителя и подогрев компонентов органического вяжущего до температуры 15-20°С. Приготовление композиции осуществляют механическим смешением в определенных пропорциях заполнителя и компонентов органического вяжущего с добавлением порошкообразного загустителя, при этом смешение проводят путем последовательного добавления органического вяжущего к заполнителю до достижения полного обволакивания всей поверхности заполнителя органическим вяжущим. Укладку дорожного покрытия осуществляют непосредственно после приготовления композиции, непрерывно при температуре не ниже 5°С, на подготовленное основание, высотой слоя не менее 25 мм, с последующим разравниванием и заглаживанием, а после укладки дорожного покрытия осуществляют его выстаивание в течение около семи суток до достижения проектной прочности, а затем выполняют нарезку швов расширения. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ производства дорожного покрытия, включающий приготовление композиции, имеющей в своем составе заполнитель и органическое вяжущее, и укладку, отличающийся тем, что в качестве органического вяжущего используют двухкомпонентное кремнийорганическое связующее на основе эпоксидной смолы, перед приготовлением композиции осуществляют промывку и сушку заполнителя и подогрев компонентов органического вяжущего до температуры 15-20°С, приготовление композиции осуществляют механическим смешением в определенных пропорциях заполнителя и компонентов органического вяжущего с добавлением порошкообразного загустителя, при этом смешение проводят путем последовательного добавления органического вяжущего к заполнителю до достижения полного обволакивания всей поверхности заполнителя органическим вяжущим, укладку дорожного покрытия осуществляют непосредственно после приготовления композиции, непрерывно при температуре не ниже 5°С, на подготовленное основание, высотой слоя не менее 25 мм, с последующим разравниванием и заглаживанием, а после укладки дорожного покрытия осуществляют его выстаивание в течение около семи суток до достижения проектной прочности, а затем выполняют нарезку швов расширения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что укладку дорожного покрытия осуществляют на гидропроницаемое основание.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что нарезку швов расширения в дорожном покрытии осуществляют с интервалом не менее 5 м, шириной около 8 мм и глубиной 5-12,5 мм.