Способ приготовления асфальтобетонной смеси Российский патент 2024 года по МПК E01C7/22 E01C7/26 E01C7/30 C04B26/26 

Изобретение относится к области дорожного строительства, а именно к производству дорожно-строительных материалов, и может быть использовано при строительстве и ремонте аэродромных и дорожных покрытий автомобильных дорог, стоянок и тротуаров.

Традиционный способ получения асфальтобетонных смесей заключается в разогреве минеральной части смеси, включающей крупную фракцию (щебень, песок, высевки) и мелкодисперсную фракцию (минеральный порошок), с последующим смешением материала минеральной части с разогретым битумом (Рыбьев И.А. Асфальтовые бетоны. – М.: Высшая школа, 1969). Основным недостатком этого способа является невозможность получения однородной смеси минеральной части асфальтобетона с битумом. При перемешивании минеральный порошок в силу высокой химической активности поверхности приводит к образованию достаточно прочных агрегатов, препятствующих получению однородной системы. Кроме того, мелкодисперсная фракция минеральной части потребляет до 90% вводимого в асфальтобетон битума, хотя ее массовое содержание в системе обычно не превышает 15%.

Известен способ приготовления асфальтобетонной смеси, включающий распыление минерального порошка и нагретого битума и перемешивание их с нагретыми в сушильном барабане грубодисперсными наполнителями, при этом распыление предварительно нагретого минерального порошка и битума осуществляют совместно струей горячих отработанных газов, которые отбирают из сушильного барабана (а.с. SU1758035, МПК С04В26/26, опубл. 30.08.1990). Недостатками данного способа являются сложность и высокая стоимость оборудования, большая энергоемкость, низкие коэффициент полезного действия и качество асфальтобетона.

Известен способ производства асфальтобетонной смеси, включающий фракционирование щебня или гравия, дозирование последних и песка с последующей подачей их в сушильный барабан, нагрев там до рабочей температуры и подачу в смеситель принудительного действия, в который также вводят гранулированное асфальтовяжущее вещество и перемешивают там эти компоненты между собой с получением асфальтобетонной смеси, при этом в смеситель вводят асфальтовяжущее вещество в виде гранул размером от 3 до 7 мм, которые в свою очередь состоят из смеси битума, модифицированной серы и минерального порошка при содержании модифицированной серы от 10 до 30% от массы битума и минерального порошка от 150 до 250% от массы серобитумного вяжущего вещества, предварительно полученного путем перемешивания в смесителе битума при температуре около 150°С с гранулированной модифицированной серой, которая плавится в битуме, или жидкой модифицированной серой, после чего серобитумное вяжущее вещество пропускают через гидродинамический кавитатор или обрабатывают ультразвуком и подают в другой смеситель принудительного действия, в который также вводят минеральный порошок, полученную смесь гранулируют и опудривают минеральным порошком, а затем гранулы остужают и расфасовывают в мешки (патент RU2543838, МПК E01C19/10, опубл. 10.03.2015). Способ обладает следующими недостатками: высокая энергоемкость хранения и транспортировки битума, используемого для получения гранулированного асфальтовяжущего вещества; потеря активности минерального порошка при хранении; повышенный расход битума и минерального порошка; слеживание гранулированного асфальтовяжущего вещества при длительном хранении. Кроме того, при перемешивании гранулированное асфальтовяжущее вещество может образовывать прочные агрегаты, что препятствует получению однородной смеси и увеличению прочности всего материала.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является «Щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь и способ ее получения» (патент RU2474595, МПК C08L95/00, C04B26/26, C04B24/12, C08K13/02, опубл. 10.02.2013). Способ включает введение в асфальтосмеситель щебня и песка из отсевов дробления с t=150-195°С и перемешивание, введение ненагретого минерального порошка и перемешивание, введение смеси резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки и перемешивание, введение битума с t=110-165°С и перемешивание, причем после введения минерального порошка и перемешивания вводится смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки в соотношении резиновый термоэластопласт 30-70% по объему, волокнистая целлюлозная добавка 70-30% по объему, при этом смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки получается после введения их раздельно в разделенный на две части приемный бункер линии гранулированных добавок и перемешивания в процессе транспортирования по винтовому конвейеру, а в битум до его подачи в асфальтосмеситель вводится и однородно распределяется в нем адгезионная азотсодержащая добавка. Однако недостатками данного способа производства асфальтобетонной смеси являются низкая производительность, загрязнение окружающей среды, низкое качество дорожного покрытия и ограниченный срок его службы, сложность дополнительного оборудования.

Реализация заявляемого изобретения позволит решить такие задачи как снижение стоимости асфальтобетона, обеспечив при этом соответствие асфальтобетона требованиям нормативных документов по эксплуатационным характеристикам и физико-механическим свойствам. Кроме того, позволит снизить техногенную нагрузку на окружающую среду за счет снижения потребления энергетических ресурсов, идущих на производство асфальтобетонной смеси.

Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение однородности асфальтобетонной смеси при использовании в ее составе полимерных частиц.

Технический результат достигается за счет того, что способ приготовления асфальтобетонной смеси включает фракционирование, дозирование, смешивание, нагрев и перемешивание при заданной температуре щебня или гравия, песка, минерального порошка, добавок в виде полимеров и битума, при этом, согласно изобретению, частицы полимерных добавок вводят на этапе смешивания с крупным минеральным заполнителем и песком, и перемешивают при температуре 130-170°С, а после этого вводят минеральный порошок и битум, разогретые до 130-165°С, и перемешивают.

Отличительной особенностью технологии является введение полимерных добавок (например, полиэтилена низкого давления (ПНД), резинового термоэластопласта, волокнистой целлюлозы и др.) в состав асфальтобетонной смеси на этапе сухого смешивания с щебнем, что позволяет достигнуть равномерного распределения частиц полимера между минеральными компонентами асфальтобетонной смеси за меньшее время.

Осуществление изобретения иллюстрируют таблицы 1 и 2.

В таблице 1 представлены результаты оценки однородности асфальтобетонной смеси.

В таблице 2 представлены показатели асфальтобетона, полученного при осуществлении изобретения.

Изобретение осуществляется следующим образом.

При отработке технологии смешивания были рассмотрены несколько режимов, при этом для оценки влияния процедуры смешивания на технологический процесс производства асфальтобетонной смеси с добавлением ПНД анализировали разброс значений физико-механических показателей полученных асфальтобетонных образцов. Разброс показателей при одном и том же содержании ПНД в смеси указывал на обеспечение однородности получаемой асфальтобетонной смеси в условиях промышленного производства. Увеличение разброса показателя говорило о сложности обеспечения стабильных результатов показателей асфальтобетонной смеси вне лаборатории.

В результате проведенных экспериментов была получена оптимальная технология приготовления асфальтобетонной смеси.

Компонентный состав смеси:

- щебень, фракция 11,2-16 мм или 4-8 мм в соответствии с ГОСТ 32703-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Щебень и гравий из горных пород. Технические требования»;

- песок из отсевов дробления, фракция от 0 до 4 мм в соответствии с ГОСТ 32730-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Песок дробленный. Технические требования»;

- ПНД, крупность отдельных частиц не более 45 мм;

- битум БНД 70/100 (сверх 100% минеральной части) в соответствии с ГОСТ 22245-1990 «Битумы нефтяные дорожные. Технические условия»;

- минеральный порошок в соответствии с ГОСТ 32761-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Порошок минеральный. Технические требования».

Последовательность приготовления:

- фракционирование и дозирование щебня или гравия;

- дозирование песка (отсев дробления) и измельченного ПНД;

- подача минеральных компонентов и ПНД в сушильный барабан, в котором осуществляют смешивание и нагрев до температуры 130-170°С (сухое смешивание);

- подача в смеситель принудительного действия, в который также вводят минеральный порошок и битум, разогретые до 130-165°С;

- перемешивание в течение 3-5 мин.

Согласно ГОСТ 12801-1998 «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний» для оценки однородности асфальтобетонной смеси использовали метод, который заключается в статистической обработке значений показателей свойств смеси в выборке из лабораторного журнала проведения испытаний и оценке ее однородности по коэффициенту вариации показателя предела прочности при сжатии при температуре 50°С для горячих смесей. Дополнительно были проанализированы: дисперсия (средний квадрат отклонений), которая учитывает разность между индивидуальным результатом и среднеарифметическим значением по группе измерений; коэффициент осцилляции – соотношение размаха вариации (разницы между максимальным и минимальным значениями) к средней; коэффициент вариации – относительное стандартное отклонение, стандартная мера дисперсии распределения вероятностей или частотного распределения. Полученные данные (таблица 1) подтверждают заявляемый технический результат – асфальтобетонная смесь, полученная при осуществлении изобретения, имеет высокую степень однородности.

Образцы асфальтобетона, полученные при осуществлении изобретения, были испытаны на соответствие требованиям ГОСТ 9128-2013 «Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия». Полученные данные (таблица 2) подтверждают соответствие показателей асфальтобетона, полученного при осуществлении изобретения, установленным нормативам.

Таким образом, разработанный способ приготовления асфальтобетонной смеси позволяет обеспечить качество асфальтобетонной смеси за счет обеспечения однородности распределения ПНД в структуре асфальтобетона, сокращение времени и затрачиваемой энергии на ее приготовление за счет введения ПНД на этапе сухого смешивания минеральных компонентов. Введение ПНД на этом этапе приготовления асфальтобетонной смеси позволяет быстрее достичь однородности распределения ПНД в структуре асфальтобетона.

Таблица 1

Показатели вариации Пористость минеральной части, % Предел прочности при 50°С, МПа Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении Сдвигоустойчи вость по сцеплению при 50°С, МПа Максимум 20,1 2,28 0,94 0,64 Минимум 18,9 2,16 0,9 0,55 Размах вариации 1,2 0,12 0,04 0,09 Среднее линейное отклонение 0,384 0,038 0,0112 0,0272 Дисперсия по генеральной совокупности 0,19 1,25 0,0002 0,0010 Дисперсия по выборке 0,242 0,0024 0,0002 0,0012 Среднеквадратичное отклонение по генеральной совокупности 0,44 0,04 0,01 0,03 Среднеквадратичное отклонение по выборке 0,49 0,05 0,02 0,04 Коэффициент вариации 3% 2% 2% 6% Коэффициент осцилляции 6% 5% 4% 15%

Таблица 2

Показатель Требования ГОСТ
9128-2013 Допустимое расхождение между наибольшим и наименьшим значением
(ГОСТ 12801-98) Асфальтобетон, полученный при осуществлении изобретения Пористость минеральной части по объему, % 14,0 – 19,0 3% 19,5 Предел прочности при сжатии, МПа - при температуре 20°С, > 2,5 10% 5,48 - при температуре 50°С, > 1,0 10% 2,26 - при температуре 0°С, < 11,0 10% 9,46 Коэффициент водостойкости, > 0,90 - 1,00 Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении, > 0,85 10% 0,93 Сдвигоустойчивость по:
- коэффициенту внутреннего трения, > 0,87 - 0,93 - сцеплению при сдвиге при температуре 50°С, МПа > 0,25 - 0,60 Трещиностойкость по пределу прочности на растяжение при расколе при 0°С, МПа 2,5-6,0 - 2,91 Средняя плотность, г/см³ - 3% 2,45

Изобретение относится к области дорожного строительства, а именно к производству дорожно-строительных материалов, и может быть использовано при строительстве и ремонте аэродромных и дорожных покрытий автомобильных дорог, стоянок и тротуаров. Способ приготовления асфальтобетонной смеси включает дозирование, нагрев и перемешивание крупного минерального заполнителя в виде щебня или гравия, песка из отсевов дробления, минерального порошка, добавок в виде полимера и битума. При этом на этапе смешивания с крупным минеральным заполнителем и песком сначала вводят полимерную добавку, в качестве которой используют частицы полиэтилена низкого давления. Осуществляют их перемешивание при температуре 130-170°С. После чего вводят минеральный порошок и битум, разогретые до 130-165°С. Технический результат – увеличение однородности асфальтобетонной смеси, сокращение времени и затрачиваемой энергии на ее приготовление. 2 табл.

Способ приготовления асфальтобетонной смеси, включающий дозирование, нагрев и перемешивание крупного минерального заполнителя в виде щебня или гравия, песка из отсевов дробления, минерального порошка, добавок в виде полимера и битума, отличающийся тем, что в качестве полимерной добавки используют частицы полиэтилена низкого давления, которые вводят на этапе смешивания с крупным минеральным заполнителем и песком, и перемешивают при температуре 130-170°C, после этого вводят минеральный порошок и битум, разогретые до 130-165°C, и перемешивают.