СЫПУЧАЯ ДОБАВКА ДЛЯ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ (ВАРИАНТЫ) И АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ Российский патент 2015 года по МПК C04B26/26 C08L95/00 C04B111/20 

Изобретения относятся к дорожно-строительным материалам, а именно к сыпучим добавкам для асфальтобетонной смеси и асфальтобетонной смеси, используемым при сооружении автомобильных дорог и аэродромных покрытий.

Для улучшения показателей качества асфальтобетонных смесей широко используются различные добавки - модификаторы и (или) стабилизаторы.

Известна сыпучая добавка для асфальтобетонной смеси, содержащая 28,0-38,0 мас.% битума БНД 60/90, 31,0-35,0 мас.% полиамидного волокна, 30,0-35,0 мас.% полимерно-армирующего ингредиента, содержащего отход гидроизоляции трубопроводов - АрмПЭВА, представляющего собой отход двухслойной ленты усадочного материала для изоляции труб, состоящий из слоя адгезионной активной композиции клея-расплава на основе сополимера этилена с винилацетатом и слоя радиационно-сшитого полиэтилена, обработанного электронами, с нанесенным на него термоплавким клеем, и 1,0-2,0 мас.% поверхностно-активного вещества катионного типа - КАДЭМ-ВТ, представляющего собой катионный реагент, изготовленный из кислот растительного или животного происхождения фракций C₁₆-C₂₀ и полиэтиленполиамина (RU 2272795, 2006 г.).

Также в RU 2272795 описана асфальтобетонная смесь, содержащая 93,35-94,65 мас.% минеральной части, 5,0-6,0 мас.% битума и 0,35-0,65 мас.% указанной сыпучей добавки.

При изготовлении асфальтобетонной смеси с известной добавкой необходимо предварительное перемешивание этой добавки со щебнем и дробленым песком и последующее добавление минерального порошка и битума с дополнительным перемешиванием для получения однородной смеси, что усложняет технологию изготовления асфальтобетонной смеси. Кроме того, асфальтобетон, получаемый из известной асфальтобетонной смеси, имеет сравнительно низкий предел прочности при 50°C.

Задачей настоящей группы изобретений является обеспечение сыпучей добавки для асфальтобетонной смеси, позволяющей упростить технологию изготовления асфальтобетонной смеси, и повышение предела прочности при 50°C асфальтобетона, изготовленного с использованием такой добавки, и повышение его стойкости к циклическим нагрузкам, а именно стойкости к образованию колеи.

Решением задачи является сыпучая добавка для асфальтобетонной смеси, содержащая (мас.%):

термопластичный полимер 72-90 сополимер этилена, имеющий по меньшей мере   одну из следующих функциональных групп:   гидроксильную, карбоксильную, карбонильную   и эпоксидную, или полиэтилен с привитым   малеиновым ангидридом 1-28 целлюлозное волокно 0,5-20

В качестве термопластичного полимера, который может быть продуктом переработки твердых отходов, предпочтительно использовать полиэтилен как низкой, так и высокой плотности, полипропилен, полиамид, полиэтилентерефталат или полистирол.

Решением задачи также является сыпучая добавка, характеризующаяся тем, что она

получена путем переработки асептической картонной упаковки Tetra Pak (Тетра Пак) и

содержит (мас.%):

полиэтилен 75-88 сополимер этилена с метакриловой кислотой 6-15 целлюлозное волокно 2-10 измельченная алюминиевая фольга 2-20

Решением задачи также является асфальтобетонная смесь, содержащая (мас.%):

щебень фракций 5-40 мм 38-80 песок 5,0-53 минеральный порошок 3,8-20 битум 4-7,5 любая из вышеописанных сыпучих добавок 0,4-1,0

Термопластичный полимер способствует увеличению прочности асфальтобетона при 50°C и стойкости к циклическим нагрузкам, а именно стойкости к образованию колеи.

Присутствующая в сополимере этилена по меньшей мере одна из таких функциональных групп, как гидроксильная, карбоксильная, карбонильная или эпоксидная группа, или присутствующая в полиэтилене с привитым малеиновым ангидридом карбонильная группа связывается с асфальтенами битума и с термопластичным полимером, за счет чего происходит совмещение термопластичного полимера с битумом. Такое совмещение увеличивает механическую прочность асфальтобетона и его устойчивость к циклическим нагрузкам. Кроме того, такое совмещение позволяет более эффективно работать термопластичному полимеру в составе асфальтобетонной смеси, что обеспечивает более высокие показатели прочности асфальтобетона при малом количестве добавки.

Также важной характеристикой взаимодействия битума и минерального материала является их сцепление. Минеральный материал для приготовления асфальтобетонной смеси характеризуется различным содержанием кремнезема. По содержанию SiO₂ породы разделены на ультраосновные - SiO₂ в породе меньше 45%, основные - содержание SiO₂ находится в диапазоне от 45% до 54%, средние - содержание SiO₂ находится в диапазоне от 54 до 65% и кислые - содержание SiO₂ больше 65%. Сцепление битума с кислыми породами значительно слабее, чем с основными.

Роль сополимеров этилена с наличием указанных функциональных групп или полиэтилена с привитым малеиновым ангидридом заключается в увеличении уровня сцепления между битумом и минеральным материалом (щебнем) благодаря взаимодействию указанных функциональных групп с SiO₂ на поверхности щебня.

Целлюлозное волокно используется для предотвращения отекания битума в асфальтобетонной смеси.

Сыпучая добавка по настоящему изобретению может быть получена с помощью обычных механических способов - путем перемешивания сырья в экструдере с образованием гранул или путем агломерации с образованием агломерата.

Во втором варианте сыпучая добавка по настоящему изобретению может быть получена путем переработки асептической картонной упаковки Tetra Pak (Тетра Пак) и содержать (мас.%):

полиэтилен 75-88 сополимер этилена с метакриловой кислотой 6-15 целлюлозное волокно 2-10 измельченная алюминиевая фольга 2-20

В этом случае дополнительно обеспечиваются утилизация указанной упаковки, низкая стоимость сыпучей добавки и расширение сырьевой базы для получения добавки.

В таблице 1 приведены примеры сыпучей добавки по настоящему изобретению.

В таблице 2 приведены физико-механические показатели асфальтобетона, полученного при использовании сыпучей добавки по настоящему изобретению (образцы №1-7 таблицы 1), взятой в количестве 0,5 мас. % от массы асфальтобетонной смеси, и сравнительный пример без сыпучей добавки. Асфальтобетонные смеси изготавливали с учетом ГОСТ 31015-2002 (ЩМА-15) и ГОСТ 9128-2009 (Тип А) на битуме нефтяном дорожном БНД 60/90 производства Московского НПЗ. Все ингредиенты, нагретые (за исключением сыпучей добавки) в соответствии с требованиями ГОСТ 9128-2009 или 31015-2002, подавали в смеситель в произвольном порядке с последующим перемешиванием до получения однородной смеси в течение времени, достаточного для перехода полимерных компонентов сыпучей добавки в вязкотекучее состояние. При этом битум может быть нагрет до температуры 120-190°C, минеральные ингредиенты на выходе из сушильного барабана - до 160-250°C в зависимости от заданной температуры выпускаемой асфальтобетонной смеси, а время перемешивания составляет 40-120 секунд.

Как следует из таблицы 2, асфальтобетон, изготовленный с использованием сыпучей добавки по настоящему изобретению, имеет улучшенные физико-механические показатели. Кроме того, присутствие измельченной алюминиевой фольги в добавке не влияет отрицательно на эти показатели.

В таблице 3 приведены физико-механические показатели следующих асфальтобетонов (был использован битум нефтяной дорожный БНД 60/90 производства Московского НПЗ): ЩМА-15 и Тип А без добавки, с разным содержанием образца №1 сыпучей добавки по настоящему изобретению в асфальтобетонной смеси (образец №1 в виде гранул был получен путем переработки асептической картонной упаковки Tetra Pak (Тетра Пак)) и с известной сыпучей добавкой (RU 2272795) в асфальтобетонной смеси.

Как следует из таблицы 3, предел прочности при сжатии при 50°C для асфальтобетона с сыпучей добавкой по настоящему изобретению выше, чем для асфальтобетона с сыпучей добавкой по RU 2272795.

Кроме того, для образца №1 сыпучей добавки по настоящему изобретению было проведено определение показателя сцепления. Сущность метода заключается в определении способности вязкого битума удерживаться на предварительно покрытой им поверхности минерального материала при воздействии воды. Цель определения заключалась в оценке способности сыпучей добавки (образец №1) по настоящему изобретению влиять на показатель сцепления битума и минерального материала. Определение было проведено в соответствии с методикой ГОСТ 11508-74, но в режиме бурного кипения. Суть метода заключается в том, что сначала щебень полностью покрывают битумом, потом кипятят в воде, далее оценивают, какая доля площади поверхности щебня осталась покрытой после воздействия кипящей водой.

Испытания проводили на образцах габбро-диоритового и габбро-диабазового щебня. Щебень измельчили, через металлические сита отсеяли фракцию размером от 2 до 5 мм. Кусочки с полированной поверхностью отделили. Остальное промыли дистиллированной водой и просушили при 105-110°C в течение 5 ч.

Были использованы битум марки БНД 60/90 производства Московского НПЗ и битум марки БДУС 70/100 производства Киришского НПЗ. Измеряли сцепление как с битумом без указанной сыпучей добавки, так и с битумом с такой добавкой. Сыпучую добавку добавляли в битум следующим образом:

- битум разогревали до 180°C;

- постепенно добавляли сыпучую добавку в расплавленный битум при постоянном помешивании;

- перемешивали композицию до полного растворения полимерной составляющей сыпучей добавки.

Полученные результаты имеют 4 градации от худшего до лучшего:

- «не соответствует» означает покрытие битумом менее 1/2 поверхности минерального материала после воздействия воды;

- "Контрольный образец №3" означает покрытие битумом более 1/2, но менее 3/4 поверхности минерального материала после воздействия воды;

- "Контрольный образец №2" означает покрытие битумом более 3/4 покрытия поверхности минерального материала после воздействия воды;

- "Контрольный образец №1" означает полное покрытие поверхности минерального материала после воздействия воды.

Результаты определения показателя сцепления минерального материала с битумными композициями представлены в таблице 4.

Как следует из таблицы 4, сыпучая добавка по настоящему изобретению увеличивает показатель сцепления битума со щебнем габбро-диоритовых, габбро-диабазовых и гранитных пород.

Изобретения относятся к дорожно-строительным материалам. Сыпучая добавка для асфальтобетонной смеси, содержащая (мас. %): термопластичный полимер 71-90, сополимер этилена, имеющий по меньшей мере одну из следующих функциональных групп: гидроксильную, карбоксильную, карбонильную и эпоксидную 1-28, целлюлозное волокно 0,5-20. Сыпучая добавка для асфальтобетонной смеси, характеризующаяся тем, что она получена путем переработки асептической картонной упаковки Tetra Рак (Тетра Пак) и содержит (мас. %): полиэтилен 75-88, сополимер этилена с метакриловой кислотой 6-15, целлюлозное волокно 2-10, измельченная алюминиевая фольга 2-20. Асфальтобетонная смесь, содержащая (мас. %): щебень фракций 5-40 мм 38-80, песок 5,0-53, минеральный порошок 3,8-20, битум 4,0-7,5, указанная выше сыпучая добавка 0,4-1,0. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. Технический результат - упрощение технологии, повышение прочности при 50°С, повышение стойкости к циклическим нагрузкам. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Сыпучая добавка для асфальтобетонной смеси, содержащая (мас. %):
термопластичный полимер 71-90 сополимер этилена, имеющий по меньшей мере   одну из следующих функциональных групп:   гидроксильную, карбоксильную, карбонильную и эпоксидную 1-28 целлюлозное волокно 0,5-20

2. Сыпучая добавка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве сополимера этилена с карбонильной группой выбран полиэтилен с привитым малеиновым ангидридом.

3. Сыпучая добавка по п. 1, отличающаяся тем, что термопластичный полимер является продуктом переработки твердых отходов.

4. Сыпучая добавка по п. 1 или 3, отличающаяся тем, что в качестве термопластичного полимера выбран полимер из следующей группы: полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокой плотности, полипропилен, полиамид, полиэтилентерефталат, полистирол.

5. Сыпучая добавка для асфальтобетонной смеси, характеризующаяся тем, что она получена путем переработки асептической картонной упаковки Tetra Рак (Тетра Пак) и содержит (мас. %):
полиэтилен 75-88 сополимер этилена с метакриловой кислотой 6-15 целлюлозное волокно 2-10 измельченная алюминиевая фольга 2-20

6. Асфальтобетонная смесь, содержащая (мас. %):
щебень фракций 5-40 мм 38-80 песок 5,0-53 минеральный порошок 3,8-20 битум 4,0-7,5 сыпучая добавка по любому из пп. 1-3 или по п.4 0,4-1,0