Стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичного асфальтобетона Российский патент 2023 года по МПК C04B26/26 C08L95/00 

Изобретение относится к области дорожного строительства, а именно - к стабилизирующим добавкам, которые используются при приготовлении щебеночно-мастичного асфальтобетона и могут найти применение при изготовлении дорожных покрытий.

Щебёночно-мастичный асфальтобетон - разновидность асфальтобетона каркасного типа для устройства дорожного покрытия, разработанный в 1960-х годах в ФРГ. Отличается высокой деформативностью при растяжении и прочностью при сдвиге, пригоден для сильно загруженных магистралей [https://ru.wikipedia.org/wiki/Щебёночно-мастичный_асфальтобетон].

Специфика состава и структуры щебеночно-мастичного асфальтобетона предусматривает обязательное присутствие стабилизирующей добавки. Стабилизирующие добавки предназначены для введения в щебеночно-мастичный асфальтобетон на стадии приготовления с целью обеспечения устойчивости к расслаиванию смеси в пределах нормы стекания вяжущего во время предварительного хранения в накопительных бункерах и во время транспортировки к месту укладки в покрытие.

Из исследованного уровня техники заявителем выявлено изобретение по патенту РФ №2458950 «Стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси и способ ее получения». Сущностью является стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси в виде гранул, включающая органическое вяжущее и структурообразователь, отличающаяся тем, что в качестве органического вяжущего добавка содержит отход масложирового производства, выбранный из группы: жировая композиция, или госсиполовая смола, или флотогудрон, или техническая олеиновая кислота марки В, в качестве структурообразователя целлюлозное волокно и дополнительно гидроксид натрия и воду при следующем соотношении компонентов, мас. %: Целлюлозное волокно - 80-85; Указанный отход масложирового производства - 10-15; гидроксид натрия - 0,4-0,8; вода - остальное.

К основным недостаткам известной стабилизирующей добавки относится то, что при низком показателе стекания органического вяжущего (битума) снижается водостойкость, а также в результате дороговизны товарного целлюлозного волокна повышается себестоимость конечного продукта.

Из исследованного уровня техники заявителем выявлено изобретение по патенту РФ №2542010 «Стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси». Сущностью является стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси, включающая органическое вяжущее, структурообразователь и воду, отличающаяся тем, что в качестве органического вяжущего содержит парафин, структурообразователя - целлюлозно-бумажные отходы и дополнительно включает известняковый минеральный порошок при следующем соотношении компонентов, мас. %: Целлюлозно-бумажные отходы - 70-80; известниковый минеральный порошок - 8-14; парафин - 8-12; вода - остальное.

К основным недостаткам известной стабилизирующей добавки относятся высокий показатель стекания, а также низкие показатели стойкости к колеобразованию, что характеризует показатель сдвигоустойчивости.

Техническим результатом заявленного технического решения является расширение арсенала известных средств указанного назначения путем разработки стабилизирующей добавки для щебеночно-мастичного асфальтобетона, позволяющий достигнуть:

- увеличения коэффициента водостойкости при низком показателе стекания органического вяжущего,

- повышения стойкости к колеобразованию, то есть уменьшения показателя средней глубины колеи,

- снижения себестоимости в результате использование нефтяного кокса в качестве одной из главных составляющих, который, в отличие от целлюлозных волокон, стоит существенно дешевле.

Сущностью заявленного технического решения является стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичного асфальтобетона, включающая органическое вяжущее, структурообразователь, характеризующаяся тем, что в качестве органического вяжущего содержит битум нефтяной дорожный БНД 70/100, в качестве структурообразователя - целлюлозное волокно, и дополнительно содержит механоактивированный нефтяной кокс при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум нефтяной дорожный БНД 70/100 10-15 целлюлозное волокно 50-60 механоактивированный нефтяной кокс 30-40

Заявленное техническое решение иллюстрируется Фиг. 1 - Фиг. 3.

На Фиг. 1 представлена Таблица 1, в которой приведены физико-химические показатели использованного битума нефтяного дорожного БНД 70/100.

На Фиг. 2 представлена Таблица 2, в которой приведены физико-химические показатели использованного целлюлозного волокна.

На Фиг. 3 представлена Таблица 3, в которой приведены физические и эксплуатационные показатели щебеночно-мастичного асфальтобетона с использованием заявленной стабилизирующей добавки.

Далее заявителем приведено описание заявленного технического решения.

Далее заявителем приведена характеристика исходных материалов и оборудования.

Битум нефтяной дорожный БНД 70/100, соответствующий по своим показателям битумам дорожного назначения. Физико-химические показатели битума нефтяного дорожного БНД 70/100 по ГОСТ 33133-2014, использованного в заявленном техническом решении, представлены в Таблице 1 на Фиг. 1.

Целлюлозное волокно представляет собой волокнистый материал растительного происхождения и является основой всех натуральных и искусственных целлюлозных волокон. Натуральные целлюлозные волокна включают хлопок, лен, пеньку, джут и рами. Целлюлоза представляет собой полимерный сахарный полисахарид, состоящий из повторяющихся 1,4-8-гидроглюкозных единиц, связанных друг с другом 8-эфирными связями. Сильные межмолекулярные силы между цепями в сочетании с высокой линейностью молекулы целлюлозы объясняют кристаллическую природу целлюлозных волокон [https://textiletrend.ru/terminyi/naturalnyie-tsellyuloznyie-volokna.html]. Физико-химические показатели целлюлозного волокна по ТУ 2231-003-93647711-2009, использованного в заявленном техническом решении, представлены в Таблице 2 на Фиг. 2.

Механоактивированный нефтяной кокс - измельченный способом, приведенном в патенте заявителя RU №2754902, до 10 мкм нефтяной кокс (углерод нефтяного происхождения), который представляет собой пористую твердую неплавкую массу от темно-серого до черного цвета. Он состоит из высоко-конденсированных и высоко-ароматизированных полициклических углеводородов с небольшим содержанием водорода, а также других органических соединений. Элементный состав сырого (не прокаленного) нефтяного кокса, мас.%: C: 91-99,5; H: 0,035-4; S: 0,5-8; (N+O): 1,3-3,8; редкоземельные металлы - остальное.

В качестве нагревателя используют, например, нагреватель промышленный электрический марки БН-10001 с максимальной температурой нагрева 350°С.

В качестве химического реактора используют, например, химический реактор типа СЭрн 4,0-03-12 с электрической мешалкой.

В качестве гранулятора используют, например, гранулятор асфальтобетона ГР-1.

Получение заявленной стабилизирующей добавки для щебеночно-мастичного асфальтобетона осуществляют в целом следующим способом:

1. Битум нефтяной дорожный БНД 70/100 в количестве 10-15 мас.% подают в нагреватель, где подогревают при перемешивании до температуры 130-150°С.

2. Далее подогретый битум нефтяной дорожный БНД 70/100 подают в химический реактор с мешалкой.

3. Далее в химический реактор засыпают при перемешивании целлюлозное волокно в количестве 50-60 мас.% и механоактивированный нефтяной кокс в количестве 30-40%.

4. Далее осуществляют перемешивание полученной смеси в течение 2 часов при температуре 150°С и интенсивном перемешивании со скоростью вращения мешалки около 60 об/мин. Смесь доводят до полной однородности состава.

5. Далее полученную смесь направляют на гранулирование. Получают заявленную стабилизирующую добавку для щебеночно-мастичного асфальтобетона в гранулированном виде.

Далее приводятся примеры конкретного выполнения заявленного технического решения.

Для экспериментальной проверки заявленной стабилизирующей добавки для щебеночно-мастичного асфальтобетона были приготовлены 3 варианта состава с различным содержанием компонентов в заявленных интервалах.

Пример 1. Получение стабилизирующей добавки для щебеночно-мастичного асфальтобетона со следующим содержанием компонентов: битум нефтяной дорожный БНД 70/100 - 10%, целлюлозное волокно - 60%, механоактивированный нефтяной кокс - 30%.

Битум нефтяной дорожный БНД 70/100 в количестве, например, 10 кг подают в нагреватель, где предварительно подогревают при перемешивании до температуры, например, 130°С.

Далее подогретый до температуры 130°С битум нефтяной дорожный подают в химический реактор при перемешивании.

Далее в химический реактор засыпают при перемешивании целлюлозное волокно в количестве, например, 60 кг и механоактивированный нефтяной кокс в количестве, например, 30 кг.

Далее осуществляют перемешивание полученной смеси в течение 2 часов при температуре 150°С и интенсивном перемешивании со скоростью вращения мешалки около 60 об/мин. Смесь доводят до полной однородности состава.

Далее полученную смесь направляют на гранулирование в гранулятор.

Получают заявленную стабилизирующую добавку для щебеночно-мастичного асфальтобетона в гранулированном виде.

Пример 2. Получение стабилизирующей добавки для щебеночно-мастичного асфальтобетона со следующим содержанием компонентов: битум нефтяной дорожный БНД 70/100 - 15%, целлюлозное волокно - 45%, механоактивированный нефтяной кокс - 40%.

Битум нефтяной дорожный БНД 70/100 в количестве, например, 15 кг подают в нагреватель, где предварительно подогревают при перемешивании до температуры, например, 140°С.

Далее подогретый до температуры 140°С битум нефтяной дорожный подают в химический реактор при перемешивании.

Далее в химический реактор засыпают при перемешивании целлюлозное волокно в количестве, например, 45 кг и механоактивированный нефтяной кокс в количестве, например, 40 кг.

Далее осуществляют перемешивание полученной смеси в течение 2 часов при температуре 150°С и интенсивном перемешивании со скоростью вращения мешалки около 60 об/мин. Смесь доводят до полной однородности состава.

Далее полученную смесь направляют на гранулирование в гранулятор.

Получают заявленную стабилизирующую добавку для щебеночно-мастичного асфальтобетона в гранулированном виде.

Пример 3. Получение стабилизирующей добавки для щебеночно-мастичного асфальтобетона со следующим содержанием компонентов: битум нефтяной дорожный БНД 70/100 - 13%, целлюлозное волокно - 50%, механоактивированный нефтяной кокс - 37%.

Битум нефтяной дорожный БНД 70/100 в количестве, например, 13 кг подают в нагреватель, где предварительно подогревают при перемешивании до температуры, например, 150°С.

Далее подогретый до температуры 150°С битум нефтяной дорожный подают в химический реактор при перемешивании.

Далее в химический реактор засыпают при перемешивании целлюлозное волокно в количестве, например, 50 кг и механоактивированный нефтяной кокс в количестве, например, 37 кг.

Далее осуществляют перемешивание полученной смеси в течение 2 часов при температуре 150°С и интенсивном перемешивании со скоростью вращения мешалки около 60 об/мин. Смесь доводят до полной однородности состава.

Далее полученную смесь направляют на гранулирование в гранулятор.

Получают заявленную стабилизирующую добавку для щебеночно-мастичного асфальтобетона в гранулированном виде.

Заявленная стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичного асфальтобетона была испытана в составе щебеночно-мастичного асфальтобетона в соответствии с ГОСТ Р 58406.1-2020 «Дороги автомобильные общего пользования. Смеси щебеночно-мастичные асфальтобетонные и асфальтобетон» в аккредитованной испытательной лаборатории дорожной организации.

Результаты физико-механических показателей представлены в Таблице 3 на Фиг. 3.

Как видно из Таблицы 3, все показатели полученного щебеночно-мастичного асфальтобетона с использованием заявленной стабилизирующей добавки с заявленными компонентами и в заявленных интервалах соотношений компонентов удовлетворяют требованиям ГОСТ Р 58406.1-2020 «Дороги автомобильные общего пользования. Смеси щебеночно-мастичные асфальтобетонные и асфальтобетон», что подтверждает достижение заявленного технического результата.

Основываясь на описанном выше, можно сделать вывод, что заявителем достигнут заявленный технический результат, а именно - расширен арсенал известных средств указанного назначения путем получения стабилизирующей добавки для щебеночно-мастичного асфальтобетона с высокими эксплуатационными показателями на основе механоактивированного нефтяного кокса, битума нефтяного дорожного и целлюлозного волокна, которая обеспечивает (Таблица 3 на Фиг. 3):

- значительное снижение показателя стекания вяжущего с 0,18 у аналога (патент РФ №2458950) до 0,13 при требовании ГОСТ не более 0,20,

- повышение коэффициента водостойкости с 0,88 у традиционных щебеночно-мастичных асфальтобетонов (по данным испытательной лаборатории) до 0,98 при требовании ГОСТ не менее 0,85°С,

- снижение колеобразования, то есть средней глубины колеи с 4,0 мм у традиционных щебеночно-мастичных асфальтобетонов (по данным испытательной лаборатории) до 3,72 мм при требовании ГОСТ не более 4,0,

- снижение себестоимости в результате дешевизны нефтяного кокса (например, 6,0 тыс. руб./тн [https://promportal.su/goods/15369627/koks-neftyanoy.htm]) по сравнению с целлюлозным волокном (например, 99,25-235 тыс. руб./тн [https://www.mineral-nsk.ru/goods/173190794-volokno_tsellyuloznoye_abrocel]), что позволяет осуществлять значительную экономию дорогостоящего материала и значительно удешевлять производство щебеночно-мастичного асфальтобетона.

По полученным результатам показателя стекания можно судить о том, что стабилизирующая добавка легко и быстро распределяется в смеси щебеночно-мастичного асфальтобетона, предотвращая стекание органического вяжущего с поверхности каменного материала, что способствует лучшему хранению и транспортировке щебеночно-мастичного асфальтобетона, предотвращая его расслаивание.

Механоактивированный нефтяной кокс обладает высоким структурирующим действием в составе битумного вяжущего, поэтому содержания нефтяного кокса способствует снижению стекания вяжущего в смеси (от 0,18 до 0,13) по сравнению с известным аналогом.

Из Таблицы 3 видно, что использование заявленной стабилизирующей добавки позволяет получить на их основе щебеночно-мастичный асфальтобетон с оптимальным сочетанием физических и эксплуатационных характеристик.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна», предъявляемому к изобретениям, так как при определении уровня техники не выявлено техническое решение, которому присущи признаки, идентичные (то есть совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) совокупности признаков, перечисленных в формуле изобретения, включая характеристику назначения.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям, так как может быть изготовлено с использованием известных материалов, комплектующих изделий, стандартных технических устройств и оборудования.

Изобретение относится к области дорожного строительства, а именно к стабилизирующим добавкам, которые используются при приготовлении щебеночно-мастичного асфальтобетона и могут найти применение при изготовлении дорожных покрытий. Технический результат заключается в повышении физико-механических и эксплуатационных характеристик, расширении арсенала средств. Стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичного асфальтобетона включает, мас.%: битум нефтяной дорожный БНД 70/100 10-15, целлюлозное волокно 50-60, механоактивированный нефтяной кокс 30-40. 3 ил.

Стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичного асфальтобетона, включающая органическое вяжущее, структурообразователь, отличающаяся тем, что в качестве органического вяжущего содержит битум нефтяной дорожный БНД 70/100, в качестве структурообразователя – целлюлозное волокно, и дополнительно включает механоактивированный нефтяной кокс при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум нефтяной дорожный БНД 70/100 10-15 целлюлозное волокно 50-60 механоактивированный нефтяной кокс 30-40