ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНАЯ АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК C04B26/26 C04B16/02 C04B24/12 

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 (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 стекания вяжущего в соответствии с ГОСТ 31015-2002.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь (ЩМАС) по СТО 61595504-003-2010 (СТО 61595504-003-2010 «Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон с применением композиционного материала «УНИРЕМ-001». Технические условия»). Для данной ЩМАС в качестве вяжущего используется битум, а в качестве стабилизирующей (битумоудерживающей) добавки используется композиционный материал УНИРЕМ-001. УНИРЕМ-001 согласно СТО 61595504-003-2010 представляет собой композиционный материал на основе активного резинового порошка, получаемого методом высокотемпературного сдвигового измельчения. Сырьем для УНИРЕМ-001 является резиновый порошок, получаемый при утилизации изношенных автомобильных шин или отходов резино-технических изделий, а также стабилизирующая добавка, гелеобразователь, адгезив и сшивающий агент.

Недостатком указанной ЩМАС с добавкой УНИРЕМ-001 является недостаточная устойчивость к расслаиванию в процессе транспортирования и загрузки-выгрузки, определяемая по показателю стекания вяжущего в соответствии с ГОСТ 31015-2002.

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

Технический результат достигается введением в ЩМАС волокнистой добавки и адгезионной азотсодержащей добавки. Отличие предлагаемой ЩМАС состоит в том, что смесь, включающая щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум и композиционный материал УНИРЕМ-001, дополнительно содержит волокнистую добавку и 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 композиционный материал «УНИРЕМ-001» 0,3-0,7 волокнистая добавка 0,2-0,6 адгезионная азотсодержащая добавка 0,05-0,15,

при этом объемное соотношение композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки составляет соответственно 30-70% и 70-30%.

Введение в ЩМАС волокнистых стабилизирующих добавок позволяет получить значения показателя стекания, соответствующие требованиям ГОСТ 31015-2002, а введение адгезионной азотсодержащей добавки позволяет улучшить однородность распределения в битуме УНИРЕМ-001 и волокнистой 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 содержит катионактивные азотсодержащие ПАВ, содержащие 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 УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки с битумом часть молекул и мицелл азотсодержащих ПАВ, а также битумные частицы с адсорбированным слоем ПАВ будет адсорбироваться на поверхности резиновых частиц УНИРЕМ-001 и на поверхности волокон стабилизирующей (битумоудерживающей) добавки, блокируя полярные группы, что приведет к уменьшению межмолекулярного взаимодействия и облегчит распределение резиновых частиц УНИРЕМ-001 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°C и перемешивание, введение ненагретого минерального порошка и перемешивание, введение битума с t=110-165°C и перемешивание, причем после введения минерального порошка и перемешивания вводится смесь композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки в соотношении композиционный материал УНИРЕМ-001 - 30-70% по объему, волокнистая добавка - 70-30% по объему, при этом смесь УНИРЕМ-001 и волокнистой 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. 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 в ЩМАС-15 добавок УНИРЕМ-001 составляло 0,62%, Viatop 66 - 0,42% от массы минеральной части, а содержание адгезионных добавок АМДОР-10, СОНДОР А и Ветфикс BE составляло 1,5% от массы битума.

Композиционный материал УНИРЕМ-001 соответствовал СТО 61595504-001-2010. Показатели свойств материала приведены в таблице 2. Гранулированная волокнистая целлюлозная добавка Viatop 66 соответствовала требованиям ГОСТ 31015-2002 и ТУ 5718-001-18268513-01. Адгезионная азотсодержащая добавка АМДОР-10 является композицией аминопроизводных различного строения и соответствовала требованиям ТУ 0257-003-35475596-96. Показатели свойств добавки приведены в таблице 3. Адгезионная азотсодержащая добавка СОНДОР А в качестве активных компонентов содержит амины, амидоамины и имидазолины и соответствовала требованиям ТУ 0257-033-00151816-2006. Показатели свойств добавки приведены в таблице 4. Адгезионная азотсодержащая добавка Ветфикс BE на основе полиаминов соответствовала требованиям компании AkzoNobel. Показатели свойств добавки приведены в таблице 5.

Таблица 1 Гранулометрический состав минеральных материалов № п/п   Зерновой состав (остатки на сите с отверстием, мм), в % по массе Наименование материалов 15 10 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 0,071 менее 0,071 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

Таблица 2 Показатели свойств композиционного материала УНИРЕМ-001 № п/п Наименование показателей Требования по ТУ Результаты испытаний 1 Размер частиц, мм остаток на сите 0,9 мм, не более 2% 1 2 Индекс агломерации, баллы не менее 8 9 3 Насыпная плотность, г/см³ 0,47±0,05 0,49 4 Влажность, % не более 8 2

Таблица 3 Показатели свойств адгезионной азотсодержащей добавки АМДОР-10 № п/п Наименование показателей Требования по ТУ Результаты испытаний 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

Таблица 4 Показатели свойств адгезионной азотсодержащей добавки СОНДОР А № п/п Наименование показателей Требования по ТУ Результаты испытаний 1 Внешний вид Маслянистая жидкость от желтого до темно-коричневого цвета Маслянистая жидкость коричневого цвета 2 Сцепление битума с мокрым песком при содержании добавки 0,3 мас.% по №1 по №1 3 Щелочное число, мг КОН/г, в пределах 400-600 566,29 4 Температура вспышки в открытом тигле, °С, не ниже 200 231

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

Таблица 5 Показатели свойств адгезионной азотсодержащей добавки Ветфикс BE № п/п Наименование показателей Требования компании AkzoNobel Результаты испытаний 1 Внешний вид Коричневая вязкая жидкость Коричневая вязкая жидкость 2 Плотность при 20°С, кг/м³ 980 980 3 Точка текучести, °С <0 -1 4 Точка вспышки, °С >100 120 5 Общее аминное число, мг HCl/г 159-169 162 6 Кислотное число, мг КОН/г <10 8

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=175°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 битум и перемешивали 30 секунд, затем вводили УНИРЕМ-001 и перемешивание продолжалось в течении 3 минут до образования однородной смеси. Общее время перемешивания составляло 4,5 минуты.

При получении ЩМАС №2 щебень и отсев загружали вручную в смеситель и перемешивали, далее загружали минеральный порошок и перемешивали, затем одновременно вводили добавки УНИРЕМ-001 и Viatop 66 и перемешивали 30 секунд, далее вводили битум и перемешивание продолжалось в течение 3 минут до образования однородной смеси. В разогретый до 155°С битум предварительно было добавлено требуемое количество добавки «АМДОР-10». Общее время перемешивания составляло 4,5 минуты. Далее ЩМАС выдерживалась перед изготовлением образцов в течение 30 минут при температуре 160°С.

Получение ЩМАС №3 производилось аналогично смеси ЩМАС №2, вместо добавки АМДОР-10 использовалась добавка СОНДОР А.

Получение ЩМАС №4 производилось аналогично смеси ЩМАС №2, вместо добавки АМДОР-10 использовалась добавка Ветфикс BE.

Образцы из ЩМАС-15 были изготовлены в соответствии с ГОСТ 12801-98. Испытания образцов проводилось по ГОСТ 12801-98 и ГОСТ 31015-2002. Результаты испытаний образцов приведены в таблице 6.

Из данных таблицы 6 следует, что стекание вяжущего для ЩМАС №1 с добавкой УНИРЕМ-001 значительно превосходит допустимые значения. Введение в эту смесь добавок Viatop 66 (ЩМАС №2, №3, №4) и азотсодержащих добавок АМДОР-10, СОНДОР А, Ветфикс BE приводит к снижению показателя стекания до допустимых пределов, увеличению водостойкости при длительном водонасыщении и позволяет повысить однородность ЩМАС.

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. Затем в смеситель подавалась отдозированная порция битума с температурой 155°С, и перемешивание продолжалось 10 секунд. УНИРЕМ-001 через приемный бункер и питатель транспортировался по винтовому конвейеру и после дозирования поступал в смеситель. Перемешивание минеральной части смеси и битума с «УНИРЕМ-001» продолжалось 30 секунд. Готовая ЩМАС №1 выгружалась из смесителя, выдерживалась при t=160°C в течение 30 минут и из нее формовались образцы по ГОСТ 12801-98, определялось стекание, водостойкость при длительном водонасыщении, однородность смеси.

Таблица 6 Показатели физико-механических свойств ЩМАС № п/п Наименование показателей Значения показателей для ЩМАС по ГОСТ 31015-2002 №1 №2 №3 №4 1 Средняя плотность, г/см² 2,43 2,48 2,47 2,48 - 2 Водонасыщение, % по объему 3,2 2,12 2,15 2,3 1,0-4,0 3 Пористость минеральной части, % 18,5 17,4 17,8 17,9 15-19 4 Остаточная пористость, % 3,8 3,4 3,5 3,4 1,5-4,5 5 Предел прочности при сжатии, МПа 3,5 3,9 3,9 4,0 не менее 2,2 при температуре 20°С           при температуре 50°С 1,39 1,25 1,30 1,29 не менее 0,65 6 С двигоустойчивость: коэффициент внутреннего трения 0,93 0,96 0,97 0,96 не менее 0,93 сцепление при сдвиге при температуре 50°С, МПа 0,35 0,36 0,36 0,36 не менее 0,18 7 Трещиностойкость - предел прочности на растяжение при расколе при температуре 0°С, МПа 4,0 4,2 4,3 4,5 2,5-6,0 8 Водостойкость при длительном водонасыщении 0,93 1,02 1,00 1,01 не менее 0,85 9 Стекание вяжущего, % по массе 1,38 0,15 0,17 0,16 не более 0,2 10 Однородность смеси: коэффициент вариации предела прочности при сжатии при температуре 50°С, МПа 0,16 0,14 0,12 0,13 не более 0,16

При получении ЩМАС №2 (см. пример 1) в асфальтосмесительной установке УНИРЕМ-001 и Viatop 66 подавались и дозировались раздельно в две секции приемного бункера линии гранулированных добавок, перемешивались в процессе транспортирования по винтовому конвейеру. После подачи в асфальтосмеситель и перемешивания щебня, песка и минерального порошка осуществлялась подача добавок УНИРЕМ-001 и Viatop 66, и перемешивание продолжалось 7 секунд. Затем в смеситель подавалась отдозированная порция битума с температурой 155°С и перемешивание продолжалось 30 секунд. Требуемое количество добавки «АМДОР-10» добавлялось предварительно в расходную битумную емкость и распределялось в битуме насосом-смесителем в течение 30 минут до однородного состояния. Готовая ЩМАС №2 выгружалась из смесителя, выдерживалась при t=160°C в течение 30 минут, и из нее формовались образцы, определялось стекание, водостойкость при длительном водонасыщении, однородность смеси.

Получение ЩМАС №3 производилось аналогично смеси ЩМАС №2, вместо добавки АМДОР-10 использовалась добавка СОНДОР А.

Получение ЩМАС №4 производилось аналогично смеси ЩМАС №2, вместо добавки АМДОР-10 использовалась добавка Ветфикс BE.

Результаты определения стекания, длительной водостойкости и однородности приведены в таблице 7. Из данных таблицы 7 следует, что стекание вяжущего для ЩМАС №1 с добавкой УНИРЕМ-001 значительно превосходит допустимые значения. Введение в эту смесь добавок Viatop 66 и азотсодержащих добавок АМДОР-10, СОНДОР А, Ветфикс BE (ЩМАС №2, №3, №4) приводит к снижению показателя стекания до допустимых пределов, увеличению водостойкости при длительном водонасыщении и позволяет повысить однородность ЩМАС.

Таблица 7 Показатели стекания, длительной водостойкости и однородности ЩМАС № п/п Наименование показателей №1 Значение показателей   для ЩМАС По ГОСТ 31015-2002 №2 №3 №4 1 2 3 4 5 6 7 1 Стекание вяжущего, % по массе 1,26 0,16 0,17 0,14 не более 0,2 2 Водостойкость при длительном водонасыщении 0,96 0,99 0,99 0,99 не менее 0,85 3 Однородность смеси: коэффициент вариации предела прочности при сжатии при температуре 50°С 0,16 0,14 0,12 0,13 Не более 0,16

Изобретение относится к производству щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, используемых для устройства верхних слоев покрытий автомобильных дорог и аэродромов. Технический результат: увеличение однородности щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси и щебеночно-мастичного асфальтобетона, его длительной водостойкости и долговечности. Щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь включает щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум и композиционный материал УНИРЕМ-001. Смесь дополнительно содержит волокнистую добавку и адгезионную азотсодержащую добавку при следующем содержании 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, композиционный материал УНИРЕМ-001 0,3-0,7, волокнистая добавка 0,2-0,6, адгезионная азотсодержащая добавка 0,05-0,15, при этом объемное соотношение композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки составляет соответственно 30-70% и 70-30%. Также описан способ получения асфальтобетонной смеси. 2 н.п. ф-лы, 7 табл.

1. Щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь, включающая щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум и композиционный материал УНИРЕМ-001, отличающаяся тем, что дополнительно содержит волокнистую добавку и адгезионную азотсодержащую добавку при следующем содержании 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 композиционный материал УНИРЕМ-001 0,3-0,7 волокнистая 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 композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки и перемешивание, введение битума с t=110-165°C и перемешивание, причем смесь композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки вводят в соотношении: композиционный материал УНИРЕМ-001 - 30-70% по объему, волокнистая добавка - 70-30% по объему, при этом смесь композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки получают 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 вводят и однородно распределяют в нем адгезионную азотсодержащую добавку.