ДОРОЖНОЕ ПОКРЫТИЕ Российский патент 2015 года по МПК C04B26/26 C08L95/00 C04B111/20 

Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к поверхностной обработке дорожного покрытия для создания тонких защитных слоев от негативного воздействия климатических условий (водопроницаемость, неблагоприятный температурный режим, выветривание, ультрафиолетовое излучение), загрязнения от транспорта (бензин, масла, кислоты, щелочи). Изобретение найдет применение для устройства верхних слоев покрытий автомобильных дорог, городских улиц и аэродромов.

Суть поверхностной обработки заключается в равномерном распределении органического вяжущего вещества, в состав которого входят минеральные добавки, по всей поверхности дорожного полотна. В качестве самого связующего вещества используется битум, модифицированный различными добавками из полимерных материалов (патенты РФ 60945, Е01С 7/32; 2447035, С04В 26/28; 60536, Е01С 7/32), придающий эластичность и гибкость покрытию в широком диапазоне перепада температур.

Известно применение для герметизации прочного, но уже окислившегося покрытия, смеси «Сларри» с полимермодифицированным вяжущим, где в качестве модификатора битума в основном используют латекс (uptechnologiesll.com>files/Slurry) Латекс обладает уникальными свойствами эластичности материала, при этом сохраняя прочность. Смеси «Сларри» основаны на каменном материале с максимальной величиной камня 0,8-1,5 см. При благоприятных климатических условиях укладки материала «Сларри» сцепление с существующим дорожным покрытием и затвердевание материала происходит в течение 1-4 часов. Покрытия с применением «Сларри» сопротивляются процессу старения, менее хрупки при отрицательных температурах и менее подвержены деформации при высоких температурах. Недостатки «Сларри» - небольшой срок службы, после чего происходит резкое снижение водостойкости, отслаивание и шелушение асфальтобетона, нарушение ровности дорог.

Прототип заявляемого состава, патент РФ №12447035, С04В 26/28, выбран как решающий задачу улучшения технических характеристик верхнего слоя покрытия, защищающего нижележащие слои от доступа атмосферной влаги, от старения. По составу он представляет собой органоминеральную смесь, содержащую минеральный материал: гранитный щебень, отсев дробления, минеральный порошок и вату минеральную (базальтовое волокно), цемент, битумное вяжущее (битумная эмульсия: битум, вода, катионный эмульгатор, стабилизирующая добавка).

К недостаткам прототипа можно отнести следующее - многокомпонентный состав увеличивает время его приготовления, а значит и энергоемкость процесса. Не восстанавливает разрушения под влиянием атмосферных воздействий выветренного битума. В описании говорится только о лабораторных испытаниях образцов покрытия, которые хранились на воздухе 14 дней и испытывались в комнатных условиях при температуре 18-20°C.

Все известные заявителю материалы для обработки верхнего слоя покрытия не обладают комплексным воздействием для одновременного омолаживания и практически полного восстановления битумной основы дорожного покрытия и придания герметизирующих свойств асфальтобетонному полотну.

Заявитель ставит задачу увеличения срока службы дорожного покрытия с помощью верхнего защитного слоя, предохраняющего конструкцию дорожного полотна от разрушающего воздействия транспорта и атмосферных явлений.

Технический результат - более глубокое проникновение полимеризованного битума вглубь асфальтобетона с восстановлением утраченной эластичности и гибкости битумной составляющей дорожного покрытия, с эффективной изоляцией асфальтобетона от неблагоприятного атмосферного воздействия, что существенно увеличит сроки эксплуатации дорог.

Технический результат достигается тем, что состав для поверхностной обработки асфальтобетонного покрытия, включающий битумный вяжущий материал и минеральный наполнитель, растворитель, согласно изобретению содержит в качестве битумного вяжущего материала оксидированный битум и битумно-полимерный компонент HL, при этом в качестве мелкодисперсного минерального наполнителя используют доломитовую муку, а в качестве растворителя - ксилол, при следующем содержании исходных компонентов, мас. %:

Оксидированный битум 13% Битумно-полимерный компонент HL 5% Ксилол 12% Доломитовая мука 70%

Применение оксидированного битума оправдано тем, что сырьевой битум имеет низкую теплостойкость (ниже +50°C), поэтому для производства заявляемого материала применяют окисленный битум. Процесс окисления поднимает теплостойкость битума, также у окисленного битума выше стойкость к воздействию ультрафиолета.

При наличии химических связей (т.е. при хемосорбции) достигается наиболее прочное сцепление битума с минеральным наполнителем. Хемосорбционный процесс происходит при объединении определенных минеральных материалов (карбонатных и основных горных пород) с активными битумами, содержащими достаточное количество поверхностно-активных веществ кислого характера, способных образовывать в зоне контакта битума с минеральными материалами новые химические соединения.

Битумный полимер HL, взятый в качестве модификатора битумной составляющей в небольшом количестве (5%), является инициатором процесса полимеризации. Полимер HL изготавливают на основе светлого синтетического нефтяного битума, который является производным светлых сортов нефти, например перуанской. Состав HL представляет собой: битум, раствор полиэтилена в стироле и добавки - антиокислительные, адгезионные, гидроизоляционные.

Добавка HL способствует процессу возникновения молекулярных связей при взаимодействии вяжущего (оксидированный битум - кислая порода) и поверхности мелкодисперсного минерального вещества карбонатной породы (например, доломитовой муки), в результате чего повышаются адгезионные и диффузионные свойства покрытия. Пары полимера проникают в асфальтобетон на глубину примерно 40 мм, образуя сополимер, который восстанавливает битум.

Адгезия заявляемого материала к поверхности дороги происходит в первую очередь за счет химического соединения заявляемого материала с битумной составляющей асфальтобетонного покрытия до получения однородного материала. Система - асфальтобетон и заявляемый материал обеспечивает формирование абсолютно водонепроницаемого слоя, при этом коэффициент сцепления резинового колеса с поверхностью не уменьшается. Процесс полимеризации протекает в течение длительного времени (сутки и более), с образованием сополимера увеличивается пластичность и эластичность верхнего дорожного слоя.

В результате процесса окисления, зависящего от диффузии в битумных вяжущих, битум становится хрупким, шелушится и растрескивается. С помощью профилактических мер по нанесению на поверхность асфальтобетонных дорог предлагаемого покрытия, заполняющего имеющиеся микротрещины и предотвращающего появление новых, останавливается процесс старения, в результате повторов профилактики можно значительно увеличить сроки эксплуатации дорог.

Для приготовления предлагаемого покрытия используют:

- оксидированный битум (ГОСТ 6617-76);

- в качестве полимерного модификатора битума используется битумно-полимерный компонент HL фирмы изготовителя HALIK.Ltd. Израиль; Tamuz st. 24. P.O. Box 32, Kiryat Gat, Israel, www.halik.biz;

- в качестве минерального наполнителя - доломитовая мука ГОСТ 14050-93 класс муки -2, марка - А, группа 1. Зерновой состав, % по массе мельче 0,1 мм;

-в качестве разжижителя используют ксилол ГОСТ 9410-78.

Технологический процесс приготовления битумно-полимерной смеси осуществляется следующим образом. В смеситель насосом подается предварительно разогретый битум, затем в медленно вращающийся смеситель подается ксилол и смеситель вращается еще 20 мин, полученная смесь охлаждается и далее полученная смесь «низкой вязкости» подается в другой смеситель, куда постепенно засыпается доломитовая мука. После засыпки 50% доломитовой муки в смеситель заливается битумно-полимерный компонент HL и перемешивание смеси осуществляют 10 мин, после чего досыпается остальная часть доломитовой муки и смеситель вращается еще 60 мин. Готовый продукт представляет собой вязкую жидкость черного цвета с удельным весом 1,6 кг/дм³.

Готовый продукт получают при следующем содержании исходных компонентов, мас. %:

Оксидированный битум 13 Ксилол 12 Битумно-полимерный компонент HL 5 Доломитовая мука 70

Предлагаемый состав дорожного покрытия прост в применении и не требует предварительного подогрева или разбавления. Битумополимерная композиция наносится на сухую поверхность асфальтобетонной дороги тонким слоем методом налива или напыления с последующей растяжкой. Поскольку материал покрытия вступает в химическое взаимодействие с битумом дороги, нет необходимости специально формировать толщину слоя. Время отверждения около 60-120 минут (в зависимости от температуры окружающей среды). Материал можно наносить как на новое, так и на эксплуатируемое дорожное покрытие вне зависимости от срока его эксплуатации. Расход наносимого средства зависит от текстуры асфальтобетона, его пористости и возраста дорожного покрытия. Проведенные испытания подтвердили также, что нанесение заявляемого покрытия не изменяет коэффициент трения качения обработанных асфальтобетонных покрытий.

В отличие от известных поверхностных обработок на битумных эмульсиях, которые создают герметизирующее покрытие, просто лежащее на поверхности, предлагаемый состав химически соединяется с битумом, образуя с ним одно целое в асфальтобетоне, а значит сжимается и расширяется в той же степени, что и весь асфальтобетон.

Подтверждение этому показали испытания заявляемого покрытия, которые были проведены на участке 1974-1983 км автомагистрали Чита-Хабаровск.

В таблице 1 приведены физико-механические показатели асфальтобетона, в таблице 2 - показатели измерений коэффициента сцепления прибором (ППК-МАДИ-ВНИИБД).

Из таблицы 1 следует, что плотность асфальтобетона с поверхностной обработкой предлагаемым составом увеличена до 1,5% и водонасыщение снижено до нормативных значений.

Из таблицы 2 следует, что сцепление резиновых шин с дорожным покрытием, обработанным предлагаемым составом, несколько выше, чем на обычном асфальтовом покрытии. Нанесенные слои заявляемого состава дорожного покрытия могут эксплуатироваться в атмосферных условиях в диапазоне температур окружающей среды от +50°C до -40°C, без ограничений во влажности во всех регионах РФ. При этом диапазон допустимого температурного воздействия на слой дорожного покрытия - от +75°C до -40°C.

Испытания образцов асфальтобетона, обработанного предлагаемым составом дорожного покрытия, проводились лабораторией кафедры «Строительные материалы и изделия» Хабаровского государственного технического университета (таблицы 3-4). Характеристика испытуемых проб: 1. Асфальтобетонная вырубка (25×23×4,5)см из покрытия, обработанного заявляемым составом методом налива с последующейрастяжкой; 2. Асфальтобетонная вырубка (21×20×4,5)см из необработанного асфальтобетона. Характеристика асфальтобетона: тип Б, марка 1.

Из таблицы 3 следует, что на основании результатов испытаний и требований ГОСТ 9128-97 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон», асфальтобетон, обработанный заявляемой битумополимерной композицией, по качественным показателям свойств соответствует требованиям стандарта. Величина водонасыщения снизилась на 28-30%, увеличилась водостойкость асфальтобетона, повысился предел прочности при сдвиге в 1,2 раза.

Таблица 4 показывает определение прочности при сжатии образцов, R, МПа, определялся при температурах (50+-2)°C в водонасыщенном состоянии и вычислялся по формуле

где Р - разрушающая нагрузка, кгс;

F - площадь поперечного сечения образца, равная 40 см².

Из таблицы 4 следует, что на основании результатов испытаний и требований ГОСТ 12801-98 «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства» асфальтобетон, обработанный заявляемым покрытием, по качественным показателям свойств соответствует требованиям стандарта. Прочность обработанного асфальтобетона при сжатии увеличивается.

Изобретение относится к дорожному строительству. Технический результат - более глубокое проникновение полимеризованного битума вглубь асфальтобетона с восстановлением утраченной эластичности и гибкости битумной составляющей дорожного покрытия, с эффективной изоляцией асфальтобетона от неблагоприятного атмосферного воздействия. Дорожное покрытие для поверхностной обработки асфальтобетона, включающее битумный вяжущий материал, мелкодисперсный минеральный наполнитель, растворитель, в качестве битумного вяжущего материала содержит оксидированный битум и битумно-полимерный компонент HL, в качестве растворителя - ксилол, в качестве минерального наполнителя - доломитовую муку, при следующем содержании исходных компонентов, мас. %: оксидированный битум 13, битумно-полимерный компонент HL 5, ксилол 12, доломитовая мука 70. 4 табл.

Дорожное покрытие для поверхностной обработки асфальтобетона, включающее битумный вяжущий материал, мелкодисперсный минеральный наполнитель, растворитель, отличающееся тем, что в качестве битумного вяжущего материала используют оксидированный битум и битумно-полимерный компонент HL, в качестве растворителя - ксилол, в качестве минерального наполнителя - доломитовую муку при следующем содержании исходных компонентов, мас. %:
Оксидированный битум 13 Битумно-полимерный компонент HL 5 Ксилол 12 Доломитовая мука 70