АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ Российский патент 2014 года по МПК C08L95/00 C09D195/00 C04B26/26 C09D1/10 

Изобретение относится к промышленности дорожно-строительных материалов, а именно к составам смесей для изготовления асфальтобетона, который может быть использован при устройстве оснований и покрытий автомобильных дорог, аэродромов, мостов. Изобретение позволяет улучшить механические характеристики асфальтобетона, упростить технологический процесс приготовления смеси и сократить его продолжительность.

Известна асфальтобетонная смесь, содержащая стандартные компоненты: отсев дробления щебня фракции 0-5 мм, песок, минеральный порошок и нефтяной битум. При этом она содержит дополнительные компоненты: в качестве полимерной структурирующей добавки - резиновый термоэластопласт и дополнительно поверхностно-активную пластифицирующую добавку - талловый пек, которые находятся между собой при следующем соотношении, мас.%: песок 16,0-20,0; минеральный порошок 10,0-15,0; резиновый термоэластопласт 0,5-1,0; нефтяной вязкий битум 5,0-6,5; таловый пек 0,3-0,5; отсев дробления щебня - 57,0-68,2 (1. Патент РФ №2196750 «Асфальтобетонная смесь». Авт. С.К.Илиополов, В.И.Болдырев, И.В.Мардиросова и др.).

К недостаткам указанного решения следует отнести сложный технологический процесс и невысокий показатель прочности асфальтобетонных смесей со структурирующей добавкой в виде резинового термоэластопласта и галлового пека при 50°С (1,31-1,65 МПа).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является асфальтобетонная смесь с применением активированного угольного порошка в качестве структурирующей добавки для модифицирования связующего - гудрона при производстве асфальтобетонной смеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: щебень - 83; гудрон - 7; бурый уголь - 10 (2. Буренина О.Н., Николаева Л.А., Копылов В.Е. Влияние органо-минеральных добавок на свойства связующего и асфальтобетона // Сб. тр. межд. науч. - практ. конф. «Высокие технологии, фундаментальные исследования, экономика». - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. Т.2. - С.361-365).

Асфальтобетонные смеси на основе гудрона получены путем смешения компонентов в лопастном смесителе при скорости вращения ротора 50 об/с. В предварительно нагретый при 110°С и измельченный известняковый щебень вводится связующая композиция. Технология получения связующей композиции заключается в высушивании при 110°С диспергированных бурых углей и последующем соединении с предварительно нагретым при 90°С гудроном.

К недостатку этой технологии следует отнести несоответствие требованиям ГОСТ 9128-2009 показателей механических характеристик.

Целью предлагаемого изобретения является повышение качества асфальтобетона.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве связующего предлагается использовать битум БНД 90/130, модифицированный добавкой механоактивированного сапропеля при следующем соотношении компонентов мас.%: битум - 6,3; механоактивированный уголь - 0,7; щебеночная мелкозернистая смесь - 93.

Битум нефтяной вязкий дорожный БНД 90/130 (ГОСТ 22245-90) (далее - битум) представляет собой смесь углеводородов и гетероорганических соединений и углеводородов, не выкипающую при температурах перегонки нефти. Основные составляющие: асфальтены, смолы и масла парафиновой, нафтеновой и ароматической основы имеет следующие свойства (табл.1).

Таблица 1 Технические характеристики битума БНД 90/130 Наименование показателя Норма по ГОСТ Пенетрация, 0,1 мм при температуре: 25°С
0°С, не менее 90-130
28 Температура, °C: размягчения, не ниже
хрупкости, не выше
вспышки, не ниже 43
-17
230 Дуктильность, см, не менее при температуре:25°С
0°C 65
4,0 Изменение температуры размягчения после прогрева, °C, не более 5 Индекс пенетрации От -1,0 до +1,0

Однако, выбранный битум имеет недостаточную трещиностойкость, нетеплостоек, неэластичен и не обладает требуемой адгезией к поверхности минеральных материалов кислых пород (3. Гохман Л.М. Битумы, полимерно-битумные вяжущие, асфальтобетон, полимерасфальтобетон. - М.: ЗАО «ЭКОН-ИНФОРМ», 2008. - 117 с.).

С целью улучшения качества битума и адгезионной способности системы «уголь-связующее» предлагается введение в битум в качестве структурно-активной добавки активированного сапропеля.

Сапропели - донные отложения озер, сложные органо-минеральные комплексы веществ, формирующиеся в результате биологических, микробиологических и механических процессов из остатков растительных и животных организмов и привносимых в водоемы органических и минеральных примесей (4. Кирейчева Л.В., Хохлова О.Б. Сапропели: состав, свойства, применение. - М.: Рома, 1998. - 124 с.). Предпосылкой использования дисперсного органо-минерального материала в качестве модифицирующей добавки для битума, помимо обширной сырьевой базы и дешевизны, явились его специфические свойства, обусловленные его повышенной удельной поверхностью, развитой поровой структурой, а также высокими адсорбционными характеристиками (5. Николаева Л.А. Брикетирование бурого угля с использованием модифицированного гудрона //Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук: 25.00.13. - Иркутск, 2011. - 135 с.).

Изучение текстурных характеристик сапропелей показывает, что активированный сапропель характеризуется меньшим размером частиц, повышенной удельной геометрической поверхностью, а также увеличенным количеством пор, о чем можно судить по увеличению удельного объема пор, по сравнению с неактивированным сапропелем (табл. 2).

Таблица 2 Текстурные характеристики сапропелей Показатели Неактивированный сапропель Активированный сапропель Удельный объем пор, см³/г 0,002 0,012 Удельная геометрическая поверхность, м²/г 2,704 5,440

Исследования дисперсности наполнителей показывают, что если размер отдельных частиц сапропелей до активации составляет >180 мкм, то после обработки в планетарной мельнице он снижается на два порядка. Таким образом, исследования показали, что механоактивация приводит к усилению адсорбционных свойств и увеличению дисперсности сапропелей.

Известняковый щебень (далее - щебень) - это осадочная горная порода, состоящая главным образом из карбоната кальция (кальцита), имеющего химическую формулу СаСО₃ (6. Копылов В.Е., Николаева Л.А. Повышение качества асфальтобетона за счет использования модифицированного нефтяного вяжущего // Сб. тр. Всеросс. науч. - пр. конф. «Живые системы и конструкционные материалы в условиях криолитозоны». - Якутск: Изд-во СВФУ, 2011. - С.304-307).

Состав для асфальтобетонной смеси готовят следующим образом.

Асфальтобетонная смесь включает в качестве минерального материала известняковый щебень фракции 0-5 мм, в качестве связующего - битум марки БНД 90/130 и содержит в качестве структурирующей добавки активированный сапропель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Известняковый щебень фракции 0-5 мм - 93

Нефтяной вязкий битум - 6,3

Активированный сапропель - 0,7.

Сапропель перед смешением с битумом (нефтяным связующим) высушивается при 110°С для удаления части остаточной воды и подвергается механической активации на планетарной мельнице с частотой вращения водила 630 об/мин и барабана 1290 об/мин в течение двух минут для диспергирования и повышения адсорбционной способности. В предварительно нагретый при 110°С и измельченный известняковый щебень (размер фракции 0-5 мм) вводится приготовленная связующая композиция, и смесь перемешивается при заявляемых отношениях при температуре 140-150°С до образования однородной смеси.

Приготовление предлагаемой асфальтобетонной смеси не требует дополнительных устройств и приспособлений. Смесь легко получается смешением входящих в ее состав ингредиентов на стандартном оборудовании, имеющемся на асфальтобетонных заводах.

Исследуемые цилиндрические образцы диаметром 50,5 мм и высотой 50,5 мм испытывали на прочность при сжатии согласно ГОСТ 9128-2009. Результаты сравнительных испытаний сведены в табл.3. Как следует из сопоставительного анализа механических характеристик асфальтобетона, прочность при сжатии образцов предложенного состава выше примерно в 1,5-3 раза, по сравнению с асфальтобетонными смесями известных составов и прототипа. Полученный асфальтобетон обладает улучшенным комплексом прочностных свойств.

Таблица 3 Прочностные характеристики асфальтобетонов № Состав σ_сж, МПа 0°С 20°С 50°С 1 Щебень 93 мас.% + битум 7 мас.% 13,5 1,8 2,0 2 Щебень 83 мас.% + гудрон 7 мас.% + уголь10 мас.% (прототип) 7,8 1,6 0,8 3 Щебень 93 мас.% + битум 6,3 мас.% + акт. сапропель 0,7 мас.% 10,8 2,9 1,3 4 ГОСТ 9128-2009 9,0 2,5 1,0

Изобретение относится к промышленности дорожно-строительных материалов, а именно к составам смесей для изготовления асфальтобетона, который может быть использован при устройстве оснований и покрытий автомобильных дорог, аэродромов, мостов. Асфальтобетонная смесь включает в качестве минерального материала известняковый щебень фракции 0-5 мм, в качестве связующего битум марки БНД 90/130, а в качестве структурирующей добавки механоактивированный сапропель. Соотношение компонентов следующее, мас.%: известняковый щебень фракции 0-5 мм - 93, нефтяной вязкий битум - 6,3, механоактивированный сапропель - 0,7. Полученный асфальтобетон обладает улучшенным комплексом прочностных свойств. 3 табл.

Асфальтобетонная смесь, включающая в качестве минерального материала известняковый щебень фракции 0-5 мм, отличающаяся тем, что она содержит в качестве связующего битум марки БНД 90/130, а в качестве структурирующей добавки механоактивированный сапропель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
известняковый щебень фракции 0-5 мм - 93
нефтяной вязкий битум - 6,3
активированный сапропель - 0,7.