АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ Российский патент 2012 года по МПК C04B26/26 C08L95/00 

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к составам асфальтобетонной смеси на основе нефтяного вязкого битума и заполнителей, которые могут быть использованы при строительстве и ремонте автомобильных дорог, а также аэродромных покрытий.

Известна асфальтобетонная смесь, содержащая песок, битум и минеральный порошок из частично измельченного до размера не свыше 1,25 мм бывшего в употреблении асфальтобетона при содержании его в смеси от 1 до 20 мас.% (Патент №2354623 С1, дата приоритета 28.08.2007, дата публикации 10.05.2009, авторы Лупанов А.П. и др. RU).

Недостатком известной смеси является ограниченная сырьевая база в связи с тем, что в ее составе используют минеральный порошок из бывшего в употреблении асфальтобетона, измельченного в специальном электромагнитном измельчителе с предварительным фрезерованием асфальтобетона дорожной фрезой и последующим дроблением и разделением асфальтобетонной крошки на фракции при помощи дробильно-сортировочной установки, что также свидетельствует о высокой энергоемкости процесса подготовки минерального порошка.

Известна также асфальтобетонная смесь, армированная древесными волокнами и содержащая щебень, песок, битум, активный минеральный порошок при следующем соотношении компонентов, мас.%: древесные волокна 0,3-0,7; битум марки БНД 60/90 5,7-6,9; щебень, фракции 5-15 мм 37,76-45,29; отсев крупной фракции щебня с размерами частиц 0,071-5 мм 49,0-37,14; активный минеральный порошок, фракция с размерами частиц 0,071-0,315 мм 6,64-9,97 (Патент №2262491 С2, дата приоритета 03.02.2003, дата публикации 10.08.2004, авторы Телюфанова О.П. и др. RU).

Недостатком известной смеси является низкая водостойкость асфальтобетона, ограничивающая срок службы дорожного покрытия с использованием этой асфальтобетонной смеси, что связано с наличием в ее составе древесных волокон.

В качестве прототипа принята асфальтобетонная смесь, содержащая щебень, песок, минеральный порошок и битум, рационально подобранные в соответствии с требованиями стандарта (ГОСТ 9128-97 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон». - М.: МНТКС, 1998, прототип).

Недостатком прототипа следует признать низкий предел прочности и низкую водостойкость асфальтобетона на основе регламентированных стандартом смесей.

Задача, решаемая посредством предлагаемых составов асфальтобетонных смесей, состоит в расширении сырьевой базы путем использования техногенных отходов промышленного производства для получении асфальтобетона с улучшенными физико-механическими свойствами на основе новых составов смесей.

Технический результат, получаемый при реализации асфальтобетонных смесей предлагаемых составов, состоит в повышении предела прочности и водостойкости асфальтобетона.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата асфальтобетонная смесь, содержащая битум, щебень, природный и дробленый песок и минеральный порошок, согласно изобретению, в качестве минерального порошка содержит кеки - отходы производства цветных металлов и известняковую муку в соотношении от 1:2,3 до 1:1,5, при суммарном содержании оксидов железа и алюминия (Fe₂O₃+Аl₂О₃) не более 7%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: нефтяной битум 5,2-5,7; щебень 19,0-23,5; отсев дробления 47,2-52,1; песок природный 17,9-19,0; минеральный порошок (кеки+известняковая мука) 4,7-5,7.

Для осуществления изобретения производят отбор и подготовку компонентов для их перемешивания в соответствии с требованиями стандартов:

- ГОСТ 9128-97 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон». - М.: МНТКС, 1998;

- ГОСТ Р 52129-2003 «Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей». - М.: МНТКС, 2003;

- ГОСТ 12801-98 «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства». - М.: МНТКС, 1998.

Использование в качестве минерального порошка смеси кеков, являющихся отходами при производстве цветных металлов, и известняковой муки допустимо ГОСТами и обосновано следующими факторами.

Порошок кеков получают путем тонкого измельчения в мельницах просушенной пастообразной массы, образующейся в виде отходов при производстве цветных металлов. По классификации ГОСТа Р 52129-2003 его можно отнести к порошкам марки МП-2 - порошки из некарбонатных горных пород, твердых и порошкообразных отходов промышленного производства. Химический состав кеков, например, Красноярского завода цветных металлов приведен в табл.1.

Таблица 1 Химический состав кеков Химический состав, мас.% SiO₂ Al₂O₃ Fе₂О₃ CaO MgO SO₃ N₂O Сl 0,4-3,5 0,2-1,5 11,5-21,5 20,0-35,0 1,0-3,5 4,5-7,5 1,0-2,3 0,02-10,0

Из табл.1 видно, что кеки имеют сложный минералогический состав, но на свойства асфальтобетона оказывают влияние, в основном, оксиды железа и алюминия и свободная окись кальция. В соответствии с требованиями ГОСТа Р 52129-2003 к минеральному порошку для асфальтобетона предъявляются требования по суммарному содержанию оксида алюминия Аl₂О₃ и оксида железа Fе₂О₃, которое для активированных минеральных порошков должно быть не более 7% и для неактивированных 1,7%, а содержание свободной активной извести (CaO) должно быть не более 3%. Согласно табл.1, химический состав кеков не соответствует требованиям ГОСТа Р 52129-2003 по содержанию оксида железа Fе₂О₃ и оксида алюминия Аl₂O₃, а свободной CaO кеки не содержат.Зерновой состав кеков в сравнении с требованиями ГОСТа Р 52129-2003 для порошков марки МП-2 приведен в табл.2.

Таблица 2 Зерновой состав кеков Размер сит, мм Частные остатки, г Частные остатки, % Полные остатки, % Прошло через сито, % Требования ГОСТа для МП-2 1,25 0 0 0 100 Не менее 95             0,63 0 0 0 100               0,315 3,44 6,88 6,88 93,12 От 80 до 95             0,16 7,68 15,36 22,24 77,76               0,071 8,04 16,08 38,32 61,68 Не менее 60             Дно 30,84 61.68 100 0               Сумма 50,00 100,00                  

Как видно из табл.2 по зерновому составу кеки отвечают требованиям ГОСТа Р 52129-2003.

Физико-механические свойства кеков в сравнении с требованиями ГОСТа Р 52129-2003 для порошков марки МП-2 приводятся в табл.3.

Таблица 3 Физико-механические свойства кеков Наименование показателей Свойства Требования ГОСТа для МП-2 Истинная плотность, г/см³ 2,42 -       Средняя плотность, г/см 1,19 -       Пористость, % 50,8 Не более 40       Набухание из смеси порошка с битумом, % 2,8 Не более 3,0         Водостойкость образцов из смеси порошка с битумом 0,65 Не менее 0,7         Показатель битумоемкости, г 107,6 Не более 80             Влажность, % по массе 0,61 Не более 2,5             Содержание водорастворимых соединений, % 8,37 Не более 6

Как видно из таблицы, кеки по пористости, водостойкости, показателю битумоемкости и содержанию водорастворимых соединений не отвечает требованиям ГОСТа. Однако возможность и необходимость их применения в асфальтобетоне связана с тем, что кеки имеют тонкий зерновой состав, соответствующий требованиям ГОСТа, являются отходами производства цветной металлургии, требующими утилизации, что связано с большими затратами, и, наконец, стоимость кеков намного меньше стоимости стандартных карбонатных минеральных порошков. Применение кеков в производстве предлагаемой асфальтобетонной смеси позволит расширить сырьевую базу и утилизировать кеки, сократить расходы на производство минерального порошка, являющегося дефицитным компонентом асфальтобетона.

Для корректировки химического состава и физико-механических свойств кеков предлагается их разбавлять известняковой мукой, выпускаемой Красноярским химико-металлургическим заводом по ТУ 574-004-00196533-2009.

Количество известняковой муки и кеков можно подсчитать по формуле:

, где

m_исх. - суммарное процентное содержание в исходных кеках оксидов (Fе₂O₃+Аl₂O₃);

m_конеч. - конечное процентное содержание оксидов (Fе₂O₃+Аl₂O₃) в смеси кеков с известняковой мукой;

m_{изв.муки} - масса (кг, г) известняковой муки, которую необходимо добавить к кекам для получения требуемого содержания оксидов (Fе₂O₃+Аl₂O₃);

m_кеков - масса (кг, г) исходных кеков.

Известняковая мука по классификации ГОСТа Р 52129-2003 относится к марке МП-1 - порошки, неактивированные и активированные из осадочных (карбонатных) горных пород. В таблице №4 приводится зерновой состав известняковой муки в сравнении с требованиями ГОСТа Р 52129-2003 для порошков марки МП-1.

Таблица 4 Зерновой состав известняковой муки Размер сит, мм Частные остатки, г Частные остатки, % Полные остатки, % Прошло через сито, % Требования ГОСТ для МП-1 1,25 0 0 0 100 Не менее 100             0,63 0 0 0 100               0,315 0,01 0,01 0,01 99,99 Не менее 90             0,16 5,81 5,81 5,82 94,18               0,071 14,78 14,78 20,60 79,40 От 70 до 80             Дно 79,40 79,40 100,00 0               Сумма 100 100                  

Как видно из табл.4, известняковая мука по зерновому составу отвечает требованиям ГОСТа Р 52129-2003. Физико-механические свойства известняковой муки в сравнении с требованиями ГОСТа для порошков марки МП-1 приводятся в табл.5.

Таблица 5 Физико-механические свойства известняковой муки Наименование показателя Значение Требования ГОСТ для МП-1 Пористость, % 33,21 Не более 35       Набухание образцов из смеси порошка с битумом, %     0,92 Не более 2,5       Влажность, % по массе 0,24 Не более 1,0       Истинная плотность, г/см³ 2,65 -             Средняя плотность, г/см³ 1,77 -     Битумоемкость, г 65 -      

Как видно из табл.5, по всем физико-механическим свойствам известняковая мука отвечает требованиям ГОСТа Р 52129-2003.

В примерах использовался минеральный порошок, состоящий из кеков и известняковой муки, двух составов (мас.%):

  состав №1 состав №2 кеки 30 40 известняковая мука 70 60

Составы минерального порошка подсчитаны на основании данных по химическому анализу кеков с учетом суммарного содержания в них оксидов железа и оксида алюминия (Fе₂O₃+Аl₂О₃) по формуле (1).

Преимущества предлагаемых асфальтобетонных смесей с применением в качестве минерального порошка кеков и известняковой муки показаны на составах мелкозернистых смесей, которые по своим гранулометрическим составам удовлетворяют требованиям ГОСТ 9128-97, предъявляемым к смесям типа «Б» марки II.

На полученном минеральном порошке готовили четыре состава асфальтобетонной смеси (табл.6). Асфальтобетонная смесь была приготовлена на Красноярском асфальтобетонном заводе ДСУ-2 (дорожно-строительного управления) «Красавтодорстроя».

Таблица 6 Составы асфальтобетонной смеси Компоненты Содержание составов, мас.% 1 2 3 4 Битум 5,2 5,7 5,2 5,7 Щебень 19,0 23,5 19,0 23,5 Отсев дробления 52,1 47,2 52,1 47,2 Песок природный 19,0 17,9 19,0 17,9 Минеральный порошок состава №1 4,7 5,7     Минеральный порошок состава №2     4,7 5,7

Приготовленная асфальтобетонная смесь была уложена на территории этого же асфальтобетонного завода и испытана в лаборатории ДСУ-2. Качество асфальтобетона определялось по ГОСТовским методикам (ГОСТ 12801-98 «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства», МНТКС, Москва, 1998) и сравнивалось со свойствами асфальтобетона по ГОСТ 9128-97 для III-й дорожно-климатической зоны.

Свойства указанных составов приведены в табл.7.

Таблица 7 Свойства асфальтобетонных смесей Показатели Предлагаемые составы ГОСТ 9128-97 1 2 3 4 Средняя плотность асфальтобетона, г/см³         Не нормир. 2,59 2,59 2,37 2,38   Предел прочности при сжатии, МПа, при:                     20°С 4,44 4,77 2,67 2,74 Не менее 2,2 50°С 1,74 1,10 1,16 1,13 Не менее 1,0 0°С 8,52 8,37 5,09 4,90 Не более 12             Коэффициент водостойкости 1,03 0,98 1,07 1,12 Не менее 0,85 Коэффициент водостойкости           при длительном 0,83 0,78 0,89 0,88 Не менее 0,75 водонасыщении           Водонасыщение, % объема 2,83 2,28 2,47 2,21 1,5-4,0

Как видно из табл.7, по пределу прочности при 20, 50, 0°С и водостойкости предлагаемые составы асфальтобетона имеют лучшие показатели, чем известные составы (по прототипу).

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к составам асфальтобетонной смеси на основе нефтяного вязкого битума и заполнителей, которые могут быть использованы при строительстве и ремонте автомобильных дорог, а также аэродромных покрытий. Технический результат: улучшение физико-механических свойств асфальтобетона на основе новых составов смесей. Асфальтобетонная смесь содержит битум, щебень, природный и дробленый песок и минеральный порошок, в качестве которого она содержит кеки - отходы производства цветных металлов и известняковую муку в соотношении от 1:2,3 до 1:1,5, при суммарном содержании оксидов железа и алюминия (Fе₂О₃+Аl₂О₃) не более 7%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: нефтяной битум - 5,2-5,7, щебень - 19,0-23,5, отсев дробления - 47,2-52,1, песок природный - 17,9-19,0, минеральный порошок - 4,7-5,7. 7 табл.

Асфальтобетонная смесь, содержащая битум, щебень, природный и дробленый песок и минеральный порошок, отличающаяся тем, что в качестве минерального порошка содержит кеки - отходы производства цветных металлов и известняковую муку в соотношении от 1:2,3 до 1:1,5 при суммарном содержании оксидов железа и алюминия (Fе₂О₃+Аl₂О₃) не более 7% при следующем соотношении компонентов, мас.%:
нефтяной битум 5,2-5,7 щебень 19,0-23,5 отсев дробления 47,2-52,1 песок природный 17,9-19,0 минеральный порошок   (кеки + известняковая мука) 4,7-5,7