ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНАЯ АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК C08L95/00 C04B26/26 C04B24/12 C08K13/02 

Изобретение относится к области дорожного строительства, а именно к производству щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, используемых для устройства верхних слоев покрытий автомобильных дорог и аэродромов.

Известна щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь по ГОСТ 31015-2002 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия» с использованием в качестве вяжущего дорожного битума, волокнистой целлюлозной добавки, а также других добавок, способных сорбировать (удерживать) битум при технологических температурах, не оказывая отрицательного воздействия на вяжущее и смеси.

Недостатком данной щебеночно-мастичной смеси является недостаточно высокая прочность при 50°С, невысокие значения коэффициента водостойкости при длительном водонасыщении.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь (ЩМАС) по ОДМ 218.3.001-2006 (ОДМ 218.3.001-2006. Методические рекомендации по применению полимерно-дисперсного армирования асфальтобетонов с использованием резинового термоэластопласта (РТЭП). Издание второе, переработанное. - М.: ФГУП «Информавтодор». - 2006. - 33 с.). Для данной ЩМАС в качестве вяжущего используется битум, а в качестве стабилизирующей (битумоудерживающей) добавки используется РТЭП. Возможно дополнительное введение целлюлозных или других волокнистых стабилизирующих добавок. РТЭП согласно ТУ 5718-001-79259416-2006 представляет собой многокомпонентную композицию на основе полиолефинового полимерного носителя, содержащую дорожный битум.

Недостатком указанной ЩМАС с добавкой РТЭП является недостаточная устойчивость к расслаиванию в процессе транспортирования и загрузки-выгрузки, определяемая по показателю отекания вяжущего в соответствии с ГОСТ 31015-2002. После введения в ЩМАС дополнительно к РТЭП волокнистых стабилизирующих добавок показатель отекания соответствует требованиям ГОСТ 31015-2002, но однородность ЩМАС, оцениваемая по коэффициенту вариации показателя предела прочности при сжатии при температуре 50°С и по значениям средней плотности становится низким, что снижает длительную водостойкость и долговечность покрытия из щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА).

Предполагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в увеличении однородности ЩМАС и ЩМА, его длительной водостойкости и долговечности.

Технический результат достигается введением в ЩМАС адгезионной азотсодержащей добавки. Отличие предлагаемой ЩМАС состоит в том, что смесь, включающая щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум и смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки, дополнительно содержит адгезионную азотсодержащую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:

щебень 65,0-75,0 песок из отсевов дробления 5,0-17,0 минеральный порошок 10,0-20,0 битум 5,5-7,5 резиновый термоэластопласт 0,2-0,6 волокнистая целлюлозная добавка 0,2-0,6 адгезионная азотсодержащая добавка 0,05-0,15,

при этом объемное соотношение резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки составляет соответственно 30-70% и 70-30%.

Введение адгезионной азотсодержащей добавки позволяет улучшить однородность распределения в битуме РТЭП и волокнистой целлюлозной добавки, получить более однородные битумные пленки и более однородную структуру ЩМАС и ЩМА.

Под адгезионной азотсодержащей добавкой подразумевается добавка, улучшающая сцепление битума с кислыми горными породами, которая имеет в своем составе катионактивные азотсодержащие поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые содержат амиды, амины, диамины, полиамины, четвертичные аммониевые соединения, амидоамины, имидазолины и их производные, а также смеси этих соединений и т.п.

Введение адгезионной азотсодержащей добавки в битум изменяет растворяющую способность углеводородной дисперсионной среды битумной дисперсной системы. Молекулы и мицеллы азотсодержащих ПАВ частично адсорбируются на поверхности дисперсных битумных частиц (асфальтенов и их ассоциатов), частично находятся в углеводородной дисперсионной среде. В процессе перемешивания РТЭП и волокнистой целлюлозной добавки с битумом часть молекул и мицелл азотсодержащих ПАВ, а также битумные частицы с адсорбированным слоем ПАВ будут адсорбироваться на поверхности надмолекулярных структур полимерных компонентов РТЭП и на поверхности волокон целлюлозной стабилизирующей (битумоудерживающей) добавки, блокируя полярные группы, что приведет к уменьшению межмолекулярного взаимодействия и облегчит распределение полимерных компонентов РТЭП и волокон в битуме.

Технический результат достигается также способом получения щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси, который включает введение в асфальтосмеситель щебня и песка из отсевов дробления с t=150-195°С и перемешивание, введение ненагретого минерального порошка и перемешивание, введение смеси резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки и перемешивание, введение битума с t=110-165°C и перемешивание, причем после введения минерального порошка и перемешивания вводится смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки в соотношении резиновый термоэластопласт - 30-70% по объему, волокнистая целлюлозная добавка - 70-30% по объему, при этом смесь РТЭП и волокнистой целлюлозной добавки получается после введения их раздельно в разделенный на две части приемный бункер линии гранулированных добавок и перемешивания в процессе транспортирования по винтовому конвейеру, а в битум до его подачи в асфальтосмеситель вводится и однородно распределяется в нем адгезионная азотсодержащая добавка.

Проведены испытания ЩМАС с использованием предлагаемого соотношения компонентов и предлагаемого способа получения ЩМАС.

Для приготовления щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси ЩМАС-15 использовался гранитный щебень фр. 5-10 мм и фр. 10-15 мм, гранитный отсев от дробления горных пород, известняковый минеральный порошок. Гранулометрический состав минеральных материалов приведен в таблице 1.

Таблица 1 Гранулометрический состав минеральных материалов   Наименование материалов Зерновой состав (остатки на сите с отверстием, мм), в % по массе № п/п 15 10 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 0,071 менее 0,071 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Щебень гранит. фр. 10-15 мм ОАО «Гайворонский спецкарьер» 1,6 95,2 2,8 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,4 2 Щебень гранита. фр. 5-10 мм ОАО «Гайворонский спецкарьер»   0,6 94,8 4,0 0,1 0,0 0,0 0,0 0,0 0,5 3 Отсев гранит. ОАО «Павловскгранит»   0,9 4,4 24,8 11,4 15,2 11,9 9,2 8,2 14,0 4 Минеральный порошок ОАО «Гурово-бетон»           0,1 0,4 9,3 12,7 77,5

В качестве вяжущего использовался вязкий дорожный битум БНД 60/90 по ГОСТ 22245-90. Состав минеральной части ЩМАС-15 следующий; мас.%: щебень фр. 10-15 мм - 56, щебень фр. 5-10 мм - 18, отсев фр. 0-5 мм - 13, минеральный порошок - 13. Оптимальное количество битума в смеси составляло 6% от массы минеральной части смеси. Содержание каждой гранулированной добавки РТЭП и Viatop 66 в ЩМАС-15 составляло 0,42% от массы минеральной части, а содержание адгезионной добавки «АМДОР-10» составляло 1,5% от массы битума.

Гранулированная добавка РТЭП соответствовала требованиям ТУ 5718-001-79259416-2006, гранулированная волокнистая целлюлозная добавка Viatop 66 соответствовала требованиям ГОСТ 31015-2002 и ТУ 5718-001-18268513-01, а адгезионная азотсодержащая добавка «АМДОР-10» соответствовала требованиям ТУ 0257-003-35475596-96. Показатели свойств добавки приведены в таблице 2.

Таблица 2 Показатели свойств адгезионной азотсодержащей добавки «АМДОР-10» № п/п Наименование показателей Требования по ТУ Результаты испытаний 1 2 3 4 1 Внешний вид Вязкая жидкость коричневого цвета Вязкая жидкость коричневого цвета 2 Сцепление с минеральным материалом битума, содержащего 0,4% добавки Не хуже контрольного образца №1 Соответствует контрольному образцу №1 3 Кислотное число, мг КОН/г добавки, не более 15 9,0 4 Массовая доля воды, не более 2,0 Отсутствует вода 5 Температура текучести, °С, не более 10 7 6 Аминное число, г HCl с массовой долей 100% на 100 г добавки, не менее 20,0 26,1

ЩМАС-15 была получена с использованием лабораторного смесителя, а также на асфальтосмесительной установке периодического действия с двухвальным лопастным смесителем, оборудованной линией подачи гранулированных добавок.

Пример 1. Приготовление ЩМАС-15 с использованием лабораторного смесителя производилось следующим образом. Отдозированные компоненты смеси, за исключением минерального порошка и добавок, нагревались до требуемых температур: щебень и отсев до t=165°C, битум до t=155°C. Внутренняя поверхность лабораторного смесителя прогревалась до температуры 155°С.

Для получения ЩМАС №1 щебень и отсев загружали вручную в смеситель и перемешивали, далее загружали минеральный порошок и перемешивали, вводили добавку РТЭП и перемешивали 30 секунд, затем вводили битум и перемешивание продолжалось в течение 3 минут до образования однородной смеси. Общее время перемешивания составляло 4,5 минут.

При получении ЩМАС №2 в состав ЩМАС №1 одновременно с добавкой РТЭП вводилась дополнительно добавка Viatop 66. Последовательность введения компонентов, температурный режим и время перемешивания было аналогично ЩМАС №1.

При получении ЩМАС №3 использовался состав ЩМАС №2 с изменением, а именно: в разогретый до t=155°C битум добавлялось предварительно требуемое количество добавки «АМДОР-10». Последовательность введения компонентов, температурный режим и время перемешивания были аналогичны составам ЩМАС №1 и ЩМАС №2.

Образцы из ЩМАС-15 были изготовлены в соответствии с ГОСТ 12801-98. Испытание образцов проводилось по ГОСТ 12801-98 и ГОСТ 31015-2002. Результаты испытаний образцов приведены в таблице 3.

Таблица 3 Показатели физико-механических свойств ЩМАС № п/п Наименование показателей Значения показателей для ЩМАС №1 для ЩМАС №2 для ЩМАС №3 По ОДМ 218.3.001-2006 1 2 3 4 5 6 1 Средняя плотность, г/см² 2,50 2,49 2,49 - 2 Водонасыщение, % по объему 1,87 2,84 2,70 1,0-4,0 3 Пористость минеральной части, % 16,45 16,78 16,30 15-19 4 Остаточная пористость, % 3,20 3,60 3,40 1,5-4,5 5 Предел прочности при сжатии, МПа         при температуре 20°С 3,30 3,43 3,60 не менее 2,7 при температуре 50°С 1,29 1,00 1,27 не менее 0,75 6 Сдвигоустойчивость: коэффициент внутреннего трения 0,93 0,94 0,94 не менее 0,93 сцепление при сдвиге при температуре 50°С, МПа 0,26 0,31 0,30 не менее 0,22 7 Трещиностойкость - предел прочности на растяжение при расколе при температуре 0°С, МПа 4,6 4,0 3,8 2,5-6,0 8 Водостойкость при длительном водонасыщении 0,94 0,98 1,02 не менее 0,85 9 Стекание вяжущего, % по массе 2,69 0,13 0,11 не более 0,3 10 Однородность смеси: коэффициент вариации предела прочности при сжатии при температуре 50°С, МПа 0,16 0,18 0,13 не более 0,16 11 Расхождение по значениям средней плотности 0,03 0,04 0,02 не более 0,03 г/см²

Из данных таблицы 3 следует, что стекание вяжущего для ЩМАС №1 с добавкой РТЭП значительно превосходит допустимые значения. Введение в эту смесь добавки Viatop 66 (ЩМАС №2) приводит к снижению показателя стекания до допустимых пределов и увеличению водостойкости при длительном водонасыщении. Введение в ЩМАС №2 добавки «АМДОР-10» приводит к увеличению водостойкости при длительном водонасыщении и незначительному снижению показателя стекания вяжущего. Однородность смеси ЩМАС №1 снижается при введении в нее добавки Viatop-66 (смесь ЩМАС №2). Введение добавки «АМДОР-10» позволяет повысить однородность ЩМАС №3 по сравнению со смесями ЩМАС №1 и ЩМАС №2.

Пример 2. ЩМАС №1 (см. пример 1) приготавливали в асфальтосмесительной установке, оборудованной линией подачи в смеситель гранулированных стабилизирующих добавок. Отдозированные щебеночные и песчаные фракции с температурой 165°С подавались в смеситель, туда же поступал отдозированный минеральный порошок, перемешивание продолжалось 3 секунды. РТЭП через приемный бункер и питатель транспортировался по винтовому конвейеру и после дозирования поступал в смеситель. Перемешивание минеральной части смеси с РТЭП продолжалось 7 секунд. Затем в смеситель подавалась отдозированная порция битума с температурой 155°С и перемешивание продолжалось 30 секунд. Готовая ЩМАС №1 выгружалась из смесителя и из нее формовались образцы по ГОСТ 12801-98, определялось стекание, водостойкость при длительном водонасыщении, однородность смеси.

При получении ЩМАС №2 (см. пример 1) в асфальтосмесительной установке РТЭП и Viatop 66 подавались и дозировались раздельно в две секции приемного бункера линии гранулированных добавок, перемешивались в процессе транспортирования по винтовому конвейеру. Последовательность введения компонентов, температурный режим и время перемешивания аналогично ЩМАС №1. Готовая ЩМАС №2 выгружалась из смесителя и из нее формовались образцы, определялось стекание, водостойкость при длительном водонасыщении, однородность смеси.

ЩМАС №3 (см. пример №1) в асфальтосмесительной установке приготавливалась также, как ЩМАС №2 с изменением, а именно: в расходную битумную емкость добавлялось предварительно требуемое количество добавки «АМДОР-10» и распределялось в битуме насосом-смесителем в течение 30 минут до однородного состояния. Последовательность введения компонентов, температурный режим и время перемешивания были аналогичны приготовлению составов ЩМАС №1 и №2. Готовая ЩМАС №3 выгружалась из смесителя, и из нее формовались образцы по ГОСТ 12801-98, определялось стекание, водостойкость при длительном водонасыщении, однородность смеси.

Результаты определения стекания, длительной водостойкости и однородности приведены в таблице 4.

Таблица 4 Показатели стекания, длительной водостойкости и однородности ЩМАС № п/п Наименование показателей Значение показателей для ЩМАС №1 для ЩМАС №2 для ЩМАС №3 по ОДМ 218.3.001-2006 1 2 3 4 5 6 1 Стекание вяжущего, % по массе 1,94 0,15 0,13 не более 0,3 2 Водостойкость при длительном водонасыщении 0,96 0,99 1,1 не менее 0,85 3 Однородность смеси: коэффициент вариации предела прочности при сжатии при температуре 50°С 0,16 0,19 0,14 не более 0,16 4 Расхождение по значениям средней плотности 0,03 0,04 0,01 не более 0,03 г/см³

Из данных таблицы 4 следует, что стекание вяжущего для ЩМАС №1 с добавкой РТЭП значительно превосходит допустимые значения. Введение в эту смесь добавки Viatop 66 (ЩМАС №2) приводит к снижению показателя стекания до допустимых пределов и увеличению водостойкости при длительном водонасыщении. Введение в ЩМАС №2 добавки «АМДОР-10» приводит к увеличению водостойкости при длительном водонасыщении, стекание вяжущего незначительно снижается. Однородность смеси ЩМАС №1 снижается при введении в нее добавки Viatop 66 (смесь ЩМАС №2). Введение добавки «АМДОР-10» позволяет повысить однородность ЩМАС №3 по сравнению со смесями ЩМАС №1 и ЩМАС №2.

Изобретение относится к производству щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, используемых для устройства верхних слоев покрытий автомобильных дорог и аэродромов. Смесь включает щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум, смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки, адгезионную азотсодержащую добавку. Соотношение компонентов следующее, мас.%: щебень - 65,0-75,0, песок из отсевов дробления - 5,0-17,0, минеральный порошок - 10,0-20,0, битум - 5,5-7,5, резиновый термоэластопласт - 0,2-0,6, волокнистая целлюлозная добавка - 0,2-0,6, адгезионная добавка - 0,05-0,15. Объемное соотношение резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки составляет соответственно 30-70% и 70-30%. При получении асфальтобетонной смеси в асфальтосмеситель вводят и перемешивают щебень, песок из отсевов дробления и минеральный порошок. Далее вводят смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки. Затем вводят битум. Причем смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки получают перемешиванием в процессе транспортирования по винтовому конвейеру. Адгезионную добавку вводят в битум до его подачи в асфальтосмеситель. В результате достигается увеличение однородности щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси и щебеночно-мастичного асфальтобетона, его длительной водостойкости и долговечности. 2 н.п. ф-лы, 4 табл., 3 пр.

1. Щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь, включающая щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум и смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки, отличающаяся тем, что дополнительно содержит адгезионную азотсодержащую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
щебень 65,0-75,0 песок из отсевов дробления 5,0-17,0 минеральный порошок 10,0-20,0 битум 5,5-7,5 резиновый термоэластопласт 0,2-0,6 волокнистая целлюлозная добавка 0,2-0,6 адгезионная азотсодержащая добавка 0,05-0,15,

2. Способ получения щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси по п.1, включающий введение в асфальтосмеситель щебня и песка из отсевов дробления с t=150-195°C и перемешивание, введение ненагретого минерального порошка и перемешивание, введение смеси резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки и перемешивание, введение битума с t=110-165°C и перемешивание, причем после введения минерального порошка и перемешивания вводится смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки в соотношении резиновый термоэластопласт 30-70% по объему, волокнистая целлюлозная добавка 70-30% по объему, при этом смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки получается после введения их раздельно в разделенный на две части приемный бункер линии гранулированных добавок и перемешивания в процессе транспортирования по винтовому конвейеру, а в битум до его подачи в асфальтосмеситель вводится и однородно распределяется в нем адгезионная азотсодержащая добавка.