СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЦЕМЕНТНО-АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ И ЕЕ СОСТАВ Российский патент 2011 года по МПК E01C7/18 

Область техники

Изобретение относится к технологии приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее составу и может быть использовано для дорожного строительства.

Предшествующий уровень техники

Известен способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси (ближайший аналог - авторское свидетельство №193562, кл. E01C 7/18, публ. 13.03.1967. Бюл.7) и ее состав, включающий минеральный материал, битумную эмульсию, воду и портландцемент. В процессе приготовления цементно-асфальтобетонной смеси в заполнители вводят битумную эмульсию в количестве 7-11% свыше 100% общего веса сухих составляющих цементно-асфальтобетонной смеси, а затем в полученную смесь вводят портландцемент в количестве 7-15% от веса сухих составляющих цементно-асфальтобетонной смеси.

Недостатками известного способа приготовления и состава цементно-асфальтобетонной смеси являются: большое количество комплексного вяжущего - битумной эмульсии и портландцемента, что увеличивает себестоимость продукции; низкие физико-механические показатели, выраженные в недостаточной прочности покрытия из цементно-асфальтобетонной смеси.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения направлена на обеспечение эффективного процесса получения цементно-асфальтобетонной смеси с повышенными физико-механическими свойствами.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного способа и состава, заключается в снижении количества комплексного вяжущего; в улучшении физико-механических показателей цементно-асфальтобетонной смеси, в частности в повышении водостойкости и длительной водостойкости; в повышении сопротивляемости материала попеременному замораживанию и оттаиванию; в повышении модуля деформации и прочности.

Технический результат достигается тем, что в способе приготовления цементно-асфальтобетонной смеси, включающем смешение минерального материала с битумной эмульсией, портландцементом и водой, смешение осуществляется в две стадии: на первой стадии раздельно приготовляют черный щебень с использованием битумной эмульсии в количестве 1-5% свыше 100% от общего веса сухих составляющих, и цементно-песчаный раствор с применением портландцемента в количестве 2-14% от веса сухих составляющих и водой при водоцементном соотношении 0,2-0,5, а на второй стадии смешивают приготовленные черный щебень с цементно-песчанным раствором.

Также технический результат достигается тем, что в составе цементно-асфальтобетонной смеси, включающей минеральный материал, битумную эмульсию, воду и портландцемент, в качестве минерального материала используют щебень и песок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Щебень 40-72 Песок 26-58 Портландцемент 2-14 Битумная эмульсия (сверх 100%) 1-5 Водоцементное соотношение (без учета воды,   присутствующей в битумной эмульсии) 0,2-0,5

В составе цементно-асфальтобетонной смеси в качестве минерального материала может быть использован асфальтогранулят при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Асфальтогранулят 30-100 Щебень и песок 0-70

В составе цементно-асфальтобетонной смеси может быть использован щебень фракции 5-20 мм и песок.

Сущность технического решения, а именно способа приготовления цементно-асфальтобетонной смеси поясняется технологической схемой.

Материал, полученный из цементно-асфальтобетонной смеси, представляет собой скелет из мелких частиц минерального материала (песка), соединенных цементным вяжущим, и непрерывного кластера из битумного связующего на поверхности частиц крупного минерального заполнителя (щебня). Структурообразование в нем протекает в трех направлениях:

а) образование связей при уплотнении между частицами крупного заполнителя благодаря адсорбирующимся на них битумным слоям (после распада эмульсии);

б) образование структурных связей в цементно-песчаном растворе, который заполняет пространство между крупным заполнителем и создает объемный скелет, что повышает прочность материала, которая в меньшей мере (по сравнению с ближайшим аналогом) зависит от температуры;

в) образование структурных связей на поверхности крупного заполнителя, имеющего битумную пленку (после распада эмульсии), с цементно-песчаным раствором.

На технологической схеме представлен предлагаемый способ приготовления цементно-асфальтобетоной смеси.

В качестве минерального материала использован щебень и песок. Из технологической схемы видно, что на первой стадии раздельно друг от друга приготовляются черный щебень и цементно-песчаный раствор. Черный щебень приготовляется следующим образом: щебень из расходного бункера дозируется и поступает в первую смесительную установку, куда подается битумная эмульсия в количестве 1-5% свыше 100% от общего веса всех сухих составляющих - указанные компоненты перемешиваются. Цементно-песчанный раствор приготовляется следующим образом: песок из расходного бункера дозируется и поступает во вторую смесительную установку, куда подается портландцемент в количестве 2-14% от веса сухих составляющих и вода при водоцементном соотношении 0,2-0,5 без учета воды, присутствующей в битумной эмульсии, - указанные компоненты перемешиваются. На второй стадии предлагаемого способа приготовленный черный щебень вводится во вторую смесительную установку и перемешивается до однородной массы с приготовленным цементно-песчанным раствором. Необходимо предусмотреть, чтобы производительность второй смесительной установки была примерно в 2 раза выше, чем производительность первой смесительной установки, так как в ней происходит смешение большего количества материала (и черного щебня, и цементно-песчанного раствора). После этого приготовленная цементно-асфальтобетонная смесь должна быть доставлена на объект строительства, распределена и уплотнена. При этом все эти операции должны быть выполнены до начала момента схватывания портландцемента по ГОСТ 31108-2003.

Состав цементно-асфальтобетонной смеси, приготавливаемой вышеописанным способом, включает в себя минеральный материал, битумную эмульсию, воду и портландцемент, при этом в качестве минерального материала используют щебень и песок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Щебень 40-72 Песок 26-58 Портландцемент 2-14 Битумная эмульсия (сверх 100%) 1-5 Водоцементное соотношение (без учета   воды, присутствующей в битумной эмульсии) 0,2-0,5

С целью утилизации ранее использованного дорожного покрытия в качестве минерального материала может быть использован асфальтогранулят, щебень и песок при следующем соотношении, мас.%:

Асфальтогранулят 30-100 Щебень и песок 0-70

Асфальтогранулят - вторичное сырье, получаемое при переработке ранее использованного дорожного покрытия.

Для получения цементно-асфальтобетонной смеси, используемой в качестве верхних слоев дорожного покрытия, желательно использовать щебень фракции 5-20 мм и песок.

Для экспериментальной проверки способа приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состава были подготовлены пять составов цементно-асфальтобетонной смеси (см. таблицу №1); сравнение проводили с ранее указанным ближайшим аналогом (см. авторское свидетельство №193562), состав которого взяли в пределах, указанных в его описании, при этом в качестве заполнителя или минерального зернистого материала, указанного в ближайшем аналоге, была взята смесь щебня и песка.

Таблица 1 Наименование компонента Количество, % по массе Ближайший аналог Состав 1 Состав 2 Состав 3 Состав 4 Состав 5 1 2 3 4 5 6 7 Щебень фракции 5-20 мм 67 40 48 48 48 72 Песок 58 41,5 38 38 26 Минеральный порошок 18 0 0 0 0 0 Портландцемент 15 2 10,5 14 14 2 Битумная эмульсия, сверх 100% 11 1 2,5 1 5 5 Водоцементное соотношение (без учета воды, присутствующей в битумной эмульсии) 0,0 0,5 0,35 0,5 0,2 0,2

Физико-механические свойства определяли на цилиндрических образцах диаметром 71 мм, получаемых уплотнением смеси в стальной форме под давлением 40 МПа, и на образцах-балочках размером 100×100×400 мм. Формы и методика изготовления образцов соответствуют ГОСТ 12801-98. Изготовленные образцы выдерживались 26 суток в камере воздушно-влажного хранения, а затем 2 суток в воде - с погружением образцов в воду на 1/3 высоты в первые сутки и полным погружением во вторые сутки. После этого образцы испытывали на сжатие при различных температурах и на растяжение при изгибе по методикам ГОСТ 12801-98. Коэффициент водостойкости и длительной водостойкости цементно-асфальтобетона определяли на образцах после твердения в течение 28 суток в нормальных для цементобетона условиях по методике ГОСТ 12801-98.

Сравнительные физико-механические свойства материалов, полученных в результате испытаний, представлены в таблице 2.

Таблица 2 Показатели Ближайший аналог Состав 1 Состав 2 Состав 3 Состав 4 Состав 5 1 2 3 4 5 6 7 Предел прочности при сжатии, t=0°C, t=20°C, t=50°C, МПа:             R⁰ _сж 12,31 3,7 13,62 14,5 12,7 9,8 R²⁰ _сж 5,65 3,15 10,94 12,9 9,1 3,5 R⁵⁰ _сж 1,52 2,91 8,23 9,72 7,6 2,63 Предел прочности на растяжении при изгибе R₂₀, МПа 1,24 2,35 3,81 3,84 2,95 2,29 Средняя плотность, кг/м³ 2430 2340 2390 2410 2420 2390 Модуль деформации, МПа 290 340 960 1150 790 320 Коэффициент водостойкости 0,91 0,92 0,97 0,98 0,95 0,94 Коэффициент длительной водостойкости 0,78 1,01 1,03 1,04 1,01 0,95 Уменьшение прочности при попеременном замораживании и оттаивании за 50 циклов, % 14,51 12,23 8,34 7,85 9,15 12,1

С целью утилизации ранее использованного дорожного покрытия в состав цементно-асфальтобетонной смеси в качестве минерального материала может быть дополнительно введен асфальтогранулят. Полученные составы смесей отражены в таблице 3, а физико-механические свойства, полученные в результате испытаний этих материалов, представлены в таблице 4.

Таблица 3 Наименование компонента Количество, % по массе Состав 1 Состав 2 Состав 3 Состав 4 Состав 5 Состав 6 1 2 3 4 5 6 7 Щебень фракции 5-20 мм 39,2 0,0 35,0 0,0 36,2 0,0 Песок 29,4 0,0 25 0,0 26,5 0,0 Асфальтогранулят фракции 0-20 мм 29,4 98,0 26 86 26,8 89,5 Портландцемент 2,0 2,0 14 14 10,5 10,5 Битумная эмульсия, сверх 100% 1,0 5,0 1,0 5,0 2,5 2,5 Водоцементное соотношение (без учета воды, присутствующей в битумной эмульсии) 0,5 0,2 0,5 0,2 0,35 0,35

Таблица 4 Показатели Состав 1 Состав 2 Состав 3 Состав 4 Состав 5 Состав 6 1 2 3 4 5 6 7 Предел прочности при сжатии, t=0°C, t=20°C, t=50°C, МПа:             R⁰ _сж 3,5 3,4 12,22 11,85 12,4 12,2 R²⁰ _сж 3,1 3,0 9,84 7,19 8,71 8,4 R⁵⁰ _сж 2,72 2,61 7,13 4,72 7,26 6,86 Предел прочности на растяжении при изгибе R₂₀, МПа 2,31 2,25 3,65 3,21 2,73 2,52 Средняя плотность, кг/м³ 2320 2330 2370 2380 2410 2400 Модуль деформации, МПа 320 330 930 1150 760 750 Коэффициент водостойкости 0,91 0,92 0,95 0,98 0,94 0,93 Коэффициент длительной водостойкости 1,01 0,97 1,03 1,01 1,01 1,01 Уменьшение прочности при попеременном замораживании и оттаивании за 50 циклов, % 13,15 13,23 8,74 8,85 9,76 10,05

Использование предложенного состава и способа приготовления цементно-асфальтобетонной смеси обеспечивает по сравнению с существующими способами и составами, в частности с ближайшим аналогом, следующие преимущества: уменьшено количество комплексного вяжущего; повысились водостойкость и длительная водостойкость, сопротивляемость материала попеременному замораживанию и оттаиванию; увеличились модуль деформации, прочность на растяжение при изгибе и прочность материала при высоких эксплуатационных температурах, в частности при температуре 50°C прочность образцов цементно-асфальтобетона по сравнению с ближайшим аналогом возросла до 2,61-9,72 МПа. Модуль деформации полученного дорожного покрытия занимает промежуточное значение между асфальтобетоном и цементобетоном. Его деформативность выше деформативности цементобетона более чем в 10 раз, поэтому толщины слоев заявленного дорожного покрытия могут значительно уменьшиться, что снизит материалоемкость и финансовые затраты.

Предлагаемый способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав являются простыми по исполнению, технологичными, позволяют утилизировать ранее использованное дорожное покрытие и получить дорожное покрытие повышенной прочности и долговечности со значительным экономическим эффектом.

Изобретение относится к технологии приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее составу и может быть использовано для дорожного строительства. В способе приготовления цементно-асфальтобетонной смеси в качестве минерального материала использован щебень и песок, а смешение осуществляется в две стадии: на первой стадии раздельно друг от друга приготовляют черный щебень и цементно-песчаный раствор, при этом черный щебень приготовляют посредством перемешивания щебня с битумной эмульсией, а цементно-песчаный раствор приготовляют посредством смешивания песка, портландцемента и воды, а на второй стадии смешивают приготовленные черный щебень с цементно-песчаным раствором и получают смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%: щебень 40-72, песок 26-58, портландцемент 2-14, битумная эмульсия (сверх 100%) 1-5, водоцементное соотношение (без учета воды, присутствующей в битумной эмульсии) 0,2-0,5. Охарактеризован состав цементно-асфальтобетонной смеси. Технический результат: снижение количества комплексного вяжущего при улучшении физико-механических показателей получаемого материала: повышение водостойкости и длительной водостойкости, сопротивляемости попеременному замораживанию и оттаиванию, повышение модуля деформации и прочности. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл.

1. Способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси, включающий смешение минерального материала с битумной эмульсией, портландцементом и водой, отличающийся тем, что в качестве минерального материала использован щебень и песок, а смешение осуществляется в две стадии: на первой стадии раздельно друг от друга приготовляют черный щебень и цементно-песчаный раствор, при этом черный щебень приготовляют посредством перемешивания щебня с битумной эмульсией, а цементно-песчаный раствор приготовляют посредством смешивания песка, портландцемента и воды, а на второй стадии смешивают приготовленные черный щебень с цементно-песчаным раствором и получают смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
щебень 40-72 песок 26-58 портландцемент 2-14 битумная эмульсия (сверх 100%) 1-5 водоцементное соотношение (без учета   0,2-0,5 воды, присутствующей в битумной эмульсии)

2. Состав цементно-асфальтобетонной смеси, приготавливаемый двухстадийным способом и включающий щебень, песок, битумную эмульсию, воду и портландцемент, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
щебень 40-72 песок 26-58 портландцемент 2-14 битумная эмульсия (сверх 100%) 1-5 водоцементное соотношение (без учета   0,2-0,5 воды, присутствующей в битумной эмульсии)

3. Состав цементно-асфальтобетонной смеси по п.2, отличающийся тем, что используют щебень фракции 5-20 мм и песок.