Изобретение относится к производству дорожно-строительных материалов, а именно к способам приготовления асфальтобетонных смесей на основе наполнителей и органических вяжущих.
Известен способ приготовления асфальтобетонной смеси, описанный в патенте RU на изобретение №2647740. Способ включает «сухое» перемешивание обезвоженных компонентов при температуре 160-190°С: щебня, песка из отсева дробления и минерального порошка. Затем в полученную подогретую смесь добавляют предварительно приготовленное стабилизированное вяжущее и осуществляют «мокрое» перемешивание до полного обволакивания стабилизированным вяжущим каменных материалов. Приготовление осуществляют в следующей последовательности: в нагретый до 160°С битум марки БНД 60/90 вводят талловое масло, дивинилстерольный термоэластопласт ДСТ-30-01 и перемешивают в течение 30 минут в лопастной мешалке. Затем добавляют эпоксидную смолу и полиэтиленполиамин, продолжают перемешивание до растворения дивинилстирольного термоэластопласта ДСТ-30-01 в битуме.
Недостатком данного способа является повышенная стоимость производства смесей, а также соблюдение для персонала безопасных условий труда при приготовлении смеси с названными составляющими компонентами вяжущего, а также при укладке асфальта на дороге.
Известен также способ приготовления асфальтобетонной смеси [патент RU №2186746 на изобретение], включающий нагрев щебенисто-песчаной смеси до 90-160°С и рассев на крупную и мелкую фракции. Разжижители - мазут, нефтяной гудрон в количестве 1,6-3% с температурой 60°С перемешивают в смесителе с крупной фракцией заполнителя 10 секунд, затем вводят вязкий нефтяной битум БНД 90/130, нагретый до 90-130°С, и перемешивают 15-20 секунд, туда же подают мелкий заполнитель и минеральный порошок, смесь перемешивают 30 секунд.
Недостатком описанного выше способа является удлиненность (затянутость) процесса за счет предварительных подготовки, подогрева и смешения одной части заполнителя с крупной фракцией с мазутом и гудроном, что удорожает производство в целом.
Известен также способ приготовления асфальтобетонной смеси, описанный в патенте RU на изобретение №2156227. Осуществляют смешивание нагретых минеральных материалов, включающих песок, щебень и минеральный порошок, с битумом и армирующим заполнителем. В качестве армирующего заполнителя вводят базальтовые волокна длиной 2-40 мм, диаметром 150 - 200 мкм, в количестве 0,8 - 1,1% от массы минеральных материалов, которые равномерно добавляют в минеральный порошок посредством ёмкости-дозатора и вводят в смеситель до начала процесса основного перемешивания.
Наиболее близким к заявляемому является способ приготовления асфальтобетонной смеси, описанный в патенте RU на изобретение №2465231. Способ включает предварительное сухое смешивание минерального порошка и армирующего волокнистого наполнителя, содержащего 0,1-0,15 мас.% полиакрилонитрильной фибры (ПАН-фибры) и 0,01-0,15 мас.% углеродного волокна (сверх 100% от массы минерального материала) в смесителе при скорости смешивания от 200 до 1500 об/мин. Затем вводят предварительно полученную смесь минерального порошка и указанного армирующего волокнистого наполнителя в перемешиваемые нагретые щебень и мелкий заполнитель с последующей подачей нагретого битумного вяжущего, преимущественно нефтяного битума марки БНД 60/90. Предварительное смешивание минерального порошка и указанного армирующего волокнистого наполнителя осуществляют при нагреве до температуры 45-120°С.
Недостатком наиболее близкого аналога является одновременное введение ПАН-фибры и минерального порошка, что в свою очередь не позволяет получить однородную смесь за счет неравномерного распределения ПАН-фибры в общем объеме смеси, и, как следствие, влияет на снижение прочности и устойчивости получаемого асфальтобетонного покрытия к воздействию статических и динамических транспортных нагрузок.
Задачей заявляемого изобретения является разработка способа приготовления асфальтобетонной смеси, позволяющего обеспечить повышение устойчивости асфальтобетона к внешним нагрузкам.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в способе приготовления асфальтобетонной смеси для покрытий, включающем введение фиброволокон, вначале в смеситель вводят сухие предварительно нагретые до температуры 140-180°С в соотношении %:
продолжают перемешивание в течение 30-60 секунд; затем вводят битум нефтяной дорожный вязкий одной из марок: БНД 200/300, БНД 130/200, при его температуре 110-140°С в количестве 0,2-1,8%, продолжая перемешивание в течение 15-20 секунд; после чего в смеситель, продолжая перемешивание в течение 10-15 секунд, вводят нагретый до температуры порядка 180°С минеральный порошок в количестве 4-12% от общего количества производимой смеси; завершают процесс введением нагретого до температуры 140-160°С битума нефтяного дорожного вязкого одной из марок: БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60 в количестве 3,4-11,4%, после чего перемешивают смесь в течение 20-30 секунд.
Кроме того заявляется способ, в котором в качестве фиброволокна выбирают полиакрилонитрильное волокно (ПАН-волокно) с плотностью 0,17-0,77 текс и длиной нарезки 6-18 мм.
Заявляется также способ, в котором в качестве фиброволокна выбирают базальтовое волокно с плотностью 54-240 текс и длиной нарезки 12-18 мм.
Кроме того заявляется способ, в котором фиброволокно до введения в смеситель вспушивают.
Заявляется также способ, в котором наряду с вышеописанными признаками фиброволокно вводят в смеситель методом вдувания (вдуванием).
Кроме того заявляется способ, в котором фиброволокно и минеральный порошок вводят порциями в процессе приготовления смеси.
Техническим результатом, на достижение которого направлено создание изобретения, является то, что в указанном интервале температур с учетом подобранного оптимального времени перемешивания, а также набора и количества входящих в смесь компонентов, установлено улучшение технологических параметров смеси, в том числе устойчивости к внешним нагрузкам и сдвигоустойчивости покрытий, устраиваемых из смесей.
При температуре введения вяжущего свыше 160°С проявляется термодеструкция (старение) битума. Раздельное поэтапное введение битума в смесь щебня с песком и фиброволокном, а затем введение минерального порошка и оставшегося битума в смеситель, позволяет исключить термодеструкцию и старения битума. Очевидно, что при отсутствии в разогретой смеси минерального порошка явление термодеструкции (старения) битума будет более выраженным.
Следует отметить, что образование изучаемой поверхности при производстве асфальтобетонной смеси происходит при повышенных температурах (порядка 120 – 160°С), когда битум находится в жидкотекучем состоянии и его вязкость мала. По этой причине смачивание волокон фибры битумом упрощается, а также возникает возможность образования химических связей между структурами битума и поверхностью волокна. Дальнейшее уплотнение давлением асфальтобетонной смеси при ее укладке в дорожную одежду при более низких температурах (80 – 100°С) также может усилить эти процессы.
При температурах, выше температур осуществления заявляемого способа могут образоваться комья, сгустки и происходит спекание фиброволокна с минеральным порошком. Понижение температуры смеси ниже 100°С также приводит к повторному образованию комьев и ухудшению качества полученной ранее смеси.
При производстве фибросодержащих асфальтобетонных смесей происходит «конкуренция» за битум между минеральным порошком и фиброволокном. Минеральный порошок из всех компонентов асфальтобетонной смеси имеет наибольшую удельную поверхность - порядка 90% от общего количества, поэтому обладает худшей смачиваемостью. Для решения данной проблемы в заявляемом изобретении применяют раздельное введение битума, а именно, после введения фиброволокна осуществляют смачивание компонентов смеси первый раз битумом нефтяным дорожным вязким одной из марок: БНД 200/300, БНД 130/200 до введения минерального порошка. Непосредственно после введения минерального порошка в асфальтобетонную смесь вводят вторую - большую часть вяжущего, представляющего собой более вязкий битум одной из марок: БНД 90/130, БНД 60/90 или БНД 40/60.
Кроме того введение в смесь фиброэлементов, как описано выше, позволяет добиться их равномерного распределения – дисперсии в смеси и получить композиционный материал с более высокими физико-механическими показателями, такими как сдвигоустойчивость, водостойкость, трещиностойкость и предел прочности в готовом конструктивном элементе - слое асфальта. Эффективность способа введения предварительно обработанного волокна в смесь, например, смеси с парой - ПАН-волокна и базальтовой фиброй в качестве компонентов смеси для улучшения показателей физико-механических свойств асфальтобетона в покрытиях автомобильных дорог Заявителем экспериментально доказана.
С увеличением длины нарезки фиброволокна в смеси путаются его нити, провоцируя неоднородности, особенно это проявляется при длине нарезки свыше 18 мм для базальтового волокна и для ПАН-волокна, при которых смесь приобретает форму кома (сгустка), что, в свою очередь, вызывает проблему при перемешивании и укладке в производственных условиях. При длине нарезки базальтового волокна менее 12 мм и ПАН-волокна менее 6 мм возникает проблема с разделением фиброволокон на отдельные нити в процессе вспушивания.
Осуществление способа показано с привлечением примеров по компонентам, проверок конкретных качественных показателей асфальтобетонных смесей, изготовленных в соответствии с заявляемым изобретением.
В работающий смеситель вносили сухие, предварительно нагретые до температуры 140-180°С щебень и песок. Нагрев этих компонентов осуществляли со скоростью 10-12°С в минуту. Затем в смеситель добавляли фиброволокно. Соотношение введенных компонентов следующее:
В течение 30-60 секунд выполняли «сухое» перемешивание вышеназванных компонентов, после чего в смесь вводили битум нефтяной дорожный вязкий при его температуре 110-140°С в количестве 0,2-1,8%. До введения минерального порошка вводили битум одной из имеющихся в наличии марок: БНД 200/300 (ГОСТ 22245-90) или БНД 130/200 (ГОСТ 33133-2014). Перемешивание продолжали в течение 15-20 секунд. Продолжая перемешивание в течение 10-15 секунд, в смеситель вводили минеральный порошок при его температуре 10-180°С в количестве 4-12% от общего количества производимой смеси. Завершали способ введением нагретого до температуры 140-160°С битума нефтяного дорожного вязкого в количестве 3,4-11,4%. В качестве последнего добавляли битум одной из имеющихся в наличии марок: БНД 90/130, БНД 60/90 или БНД 40/60 (ГОСТ 22245-90). Готовую смесь перемешивали в течение 20-30 секунд.
Рекомендовано введение фиброволокна и минерального порошка в смеситель порциями для ускорения процесса перемешивания с получением однородной смеси.
Фиброволокно вводили в смеситель преимущественно вдуванием. Для обеспечения максимальной дисперсии (степени однородности распределения) волокон в объёме асфальтобетонной смеси предварительно распушивали фиброволокно, находящееся в ровингах, до отдельных волокон. В качестве фиброволокна вводили, например, базальтовое волокно с плотностью 54-240 текс и длиной нарезки 12-18 мм или полиакрилонитрильное волокно с плотностью 0,17-0,77 текс и длиной нарезки 6-18 мм.
Вводили в асфальтобетонную смесь в качестве фиброволокна – совместно базальтовое волокно и полиакрилонитрильное волокна при следующем соотношении компонентов от общего количества введенного фиброволокна, %:
Из фибросодержащей асфальтобетонной смеси, приготовленной в соответствии с заявляемым способом, по методике ГОСТ 12801-98 изготавливали образцы для лабораторных испытаний. Полученные Заявителем результаты лабораторных испытаний физико-механических показателей образцов асфальтобетона приведены в Таблице в сравнении с образцами, полученными при введении битума в один прием, всей навеской.
Таблица
6
Коэффициент внутреннего трения, tgφ
Сцепление при сдвиге, Cл
МПа
0,45
0,56
На основании данных экспериментального исследования эффективности заявляемого способа поэтапное введение битума дорожного вязкого обеспечивает более эффективное смачивание им компонентов асфальтобетонной смеси, что способствует улучшению физико-механических показателей асфальтобетонного покрытия.
Для фибросодержащего асфальтобетонного покрытия показатель прочности при сжатии соответственно при 50°С увеличивается на 56 %, трещиностойкость - на 13%, сдвигоустойчивости по коэффициенту внутреннего трения увеличивается на 11%, а сцепление при сдвиге - на 24%.
Для осуществления заявляемого способа использовался щебень гранитный Потаповского карьера Ростовской области и известняковый щебень Жигулёвского карьера Самарской области. Применяли щебень фракций от 5 мм до 10 мм, св. 10 мм до 15 мм, св. 15 мм до 20 мм.
Кроме того использовали речной песок производства ОАО «Саратовское речное транспортное предприятие» с модулем крупности 1,20, класс II.
В качестве органического вяжущего применяли битумы Саратовского нефтеперерабатывающего завода.
Для обработки фиброволокна применяли разработанный в Поволжском учебно-исследовательском центре «ВОЛГОДОРТРАНС» ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А.» опытный образец установки для производства композиционных фибросодержащих асфальтобетонных смесей, которая позволяет подготовить волокнистые материалы (базальтовая, полиакрилонитрильная и др. виды фиброволокна) для введения их в состав асфальтобетонных смесей с целью армирования, увеличения показателей физико-механических свойств и долговечности дорожных покрытий. В состав установки входят специально разработанные устройство для вспушивания (расщепления) фиброволокна и устройство для его вдувания в смеситель асфальтобетонного завода.
Изобретение относится к производству дорожно-строительных материалов. В способе приготовления асфальтобетонной смеси для покрытий, включающем введение фиброволокон, в смеситель вводят сухие, предварительно нагретые до температуры 140-180°С в соотношении %: щебень 20-20, фиброволокно одного из видов: базальтовое, полиакрилонитрильное, смесь базальтового и полиакрилонитрильного волокон при их соотношении от их общей массы, %: иакрилонитрильное волокно 60-95, базальтовое волокно 5-40, песок - остальное, продолжают перемешивание в течение 30-60 секунд, затем вводят битум нефтяной дорожный вязкий одной из марок: БНД 200/300, БНД 130/200, при его температуре 110-140°С в количестве 0,2-1,8%, продолжая перемешивание в течение 15-20 секунд; после чего в смеситель, продолжая перемешивание в течение 10-15 секунд, вводят нагретый до температуры порядка 180°С минеральный порошок в количестве 4-12% от общего количества производимой смеси; завершают процесс введением нагретого до температуры 140-160°С битума нефтяного дорожного вязкого одной из марок: БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60 в количестве 3,4-11,4%, после чего перемешивают смесь в течение 20-30 секунд. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. Технический результат - улучшение технологических параметров смеси, в том числе устойчивости к внешним нагрузкам и сдвигоустойчивости покрытий, устраиваемых из смесей. 5 з.п. ф-лы, 1 табл.
1. Способ приготовления асфальтобетонной смеси для покрытий, включающий введение фиброволокон, характеризующийся тем, что в смеситель вводят сухие предварительно нагретые до температуры 140-180°С в соотношении %:
продолжают перемешивание в течение 30-60 секунд; затем вводят битум нефтяной дорожный вязкий одной из марок: БНД 200/300, БНД 130/200, при его температуре 110-140°С в количестве 0,2-1,8%, продолжая перемешивание в течение 15-20 секунд; после чего в смеситель, продолжая перемешивание в течение 10-15 секунд, вводят нагретый до температуры порядка 180°С минеральный порошок в количестве 4-12% от общего количества производимой смеси; завершают процесс введением нагретого до температуры 140-160°С битума нефтяного дорожного вязкого одной из марок: БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60 в количестве 3,4-11,4%, после чего перемешивают смесь в течение 20-30 секунд.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вводят базальтовое волокно с плотностью 54-240 текс и длиной нарезки 12-18 мм.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вводят полиакрилонитрильное волокно с плотностью 0,17-0,77 текс и длиной нарезки 6-18 мм.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что фиброволокно до введения в смеситель вспушивают.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что фиброволокно вводят в смеситель вдуванием.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что фиброволокно и минеральный порошок вводят порциями в процессе приготовления смеси.
| АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ И СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ | 2011 |
|
RU2465231C1 |
