РЕМОНТНАЯ СМЕСЬ ДЛЯ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2024 года по МПК E01C7/30 E01C23/06 C04B26/02 C04B111/20 C04B111/27 

Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов, в частности к получению смеси для использования в ремонте асфальтобетонного дорожного, тротуарного покрытия и получению покрытия с улучшенными физико-механическими свойствами, а именно упрочнение асфальтобетонных покрытий за счет использования вторичного полистирола.

В результате эксплуатации асфальтобетонных дорожных покрытий на основе известной асфальтобетонной смеси происходит отслаивание полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) от щебня в результате динамических нагрузок, вызванных большегрузностью транспортных средств и высокой интенсивностью движения, а также в результате температурных нагрузок, вызванных высокими температурными перепадами, снижающими влагоустойчивость покрытия, что ведет к разрушению целостности покрытия, и как следствие, к необходимости проведения ремонтных работ.

Асфальтобетонная смесь (АБС) - рационально подобранная смесь минеральных материалов (щебня (гравия) и песка с минеральным порошком или без него) с битумом, взятых в определенных соотношениях и перемешанных в нагретом состоянии (ГОСТ 9128-2009. Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2010 г.). По состоянию вяжущего (битума) АБС делятся на горячие и холодные.

Существует достаточно большое количество полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) мастичных композиций различного химического состава, выполняющих функцию вяжущего, замещая традиционные битумы при производстве асфальтобетонных смесей, применяемых при строительстве, реконструкции, ремонте дорог, мостов и аэродромов (ГОСТ Р 52056-2003 «Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блок-сополимеров типа стирол-бутадиен-стирол. Технические условия»).

Известно полимерно-битумное вяжущее (ПБВ), включающее смесь вязкого дорожного битума с полимерами - блок-сополимерами типа стирол-бутадиен-стирол (СБС) в соответствии с ГОСТ Р 52056-2003. Полимерно-битумное вяжущее содержит блок-сополимер в количестве 2-4 мас.% и битум - остальное (Автомобильные дороги: СНиП 2.05 02-85. Приготовление и применение полимерно-битумного вяжущего. Утв. Госстроем СССР: Введ. 01.01.87. - Издание официальное). ПБВ может содержать дополнительные компоненты, например масло индустриальное (патент RU 2038360, C08L 95/00, 27.06.1995). При изготовлении ПБВ на основе вязких битумов блок-сополимер добавляют в виде раствора в углеводородных растворителях (ксилол, сольвент, керосин, жидкий битум, гудрон). Для этого блок-сополимер предварительно растворяют в углеводородных растворителях без подогрева (при использовании керосина, ксилола, сольвента) или с незначительным нагревом (при использовании дизтоплива, битума или гудронов) в течение нескольких часов, затем перемешивают с битумом при температуре 90-160°C до получения однородной массы. При изготовлении ПБВ на основе маловязких и жидких битумов блок-сополимер добавляют в виде крошки. При этом крошку блок-сополимера подают непосредственно в котлы с битумом и перемешивают до однородного состояния при максимальной рабочей температуре исходного битума. Процесс приготовления полимерно-битумного вяжущего занимает 8-20 часов.

Недостатками данного ПБВ и способа его получения являются длительность изготовления ПБВ, расслоение продукта при длительном хранении и транспортировке, в связи с чем необходимо постоянное перемешивание через каждые 3 часа, большие энергозатраты для поддержания гомогенной среды продукта при Т=160°C.

В изобретении (Патент РФ №2682614, класс МПК C08L 95/00, 13.11.2014) представлена битумно-полимерная композиция. Композиция, содержит битум, эластомер и олефиновое полимерное вспомогательное вещество, функционализованное глицидиловыми функциональными группами.

Недостатками данной композиции являются длительность ее изготовления, недостаточные температурные и механические свойства.

В работе (Патент РФ №2702434, класс МПК C04B 26/26, 24.04.2019) представлен способ производства полимерного холодного асфальта из фрезерованного старого асфальтобетона, позволяющий упростить способ изготовления холодной асфальтобетонной смеси, повысить физико-механические свойства асфальтобетонной смеси, а также асфальта, получаемого из нее. При изготовлении холодной асфальтобетонной смеси, снятый с верхней части дорожного покрытия асфальтобетон нагревают до 40-60°C, осуществляют его смешение с 0,5-5% вяжущего, включающего дизельное топливо и модификатор, где модификатор содержит дивинилстирольный термоэластопласт, масло теплоноситель АМТ-300, полиэтиленполиамин, смесь жирных кислот растительных масел, причем содержание модификатора в вяжущем составляет 5-35%.

Недостатком указанного способа является его энергоемкость, трудоемкость способа, в особенности, при выполнении работ непосредственно в месте ремонта дорожного покрытия.

Известна асфальтобетонная смесь (Патент РФ №2229451, МПК С04В 26/26, 27.05.2004), включающая наполнитель, состоящий из щебня и песка из отсевов дробления, битум и стабилизирующую добавку, представляющую собой хризотил-асбест фракции 2,8-5,0 четвертой группы марки А-4-30, причем битум и хризотил-асбест взяты в соотношении (7-13):1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Песок из отсевов дробления 27-38 Битум 5,2-7,0 Хризотил-асбест фракции 2,8-5,0 мм четвертой группы марки А-4-30 0,4-1,0 Щебень остальное

Недостатком известной смеси является неудовлетворительная долговечность покрытия из-за недостаточно высокой адгезии битума с поверхностью применяемого щебня, в результате чего происходят сдвиговые деформации дорожных покрытий, так как происходит отслаивание ПБВ от щебня.

Известна композиция на основе битума (Патент РФ №2152963, класс МПК C08L 95/00, C04B 26/26, 31.03.1998), в которой используется катионное поверхностно-активное вещество 1,5-3,0 мас.%; ускоритель формирования композиции 1,0-2,0 мас.%; остальное - жидкий битум. В жидкий битум, разогретый до 80-100°С, вводят добавки, готовят битумную композицию и смешивают ее с холодными минеральными материалами.

Недостатком данной композиции является то, что приготовление битумной композиции требует специальных материалов, оборудования и энергетических затрат, а укладка смеси не гарантирует надежного сцепления с ремонтируемой поверхностью.

Известна асфальтобетонная смесь, содержащая щебень, песок, битум, поверхностно-активные вещества, древесные волокна (Патент РФ 2262491, МПК C04B 26/26, 31.03.1998).

Недостаток этой смеси заключается в низкой прочности асфальтобетонной смеси и низком сроке службы дорожного покрытия из нее.

Известен материал для восстановления асфальтобетонных покрытий (Патент RU 2290419, МПК C08L 95/00, 27.12.2009), включающий битум, растворитель и органические добавки.

Недостатком данного материала является его основа - битум - вязкое органическое вещество, что снижает проникающую способность материала в целом.

Известен способ ремонта дорожного покрытия (Патент RU 2246572, E01C 7/22, 09.06.2003), включающий нанесение на поверхность поврежденного дорожного покрытия увлажненной минеральной смеси и битума, разогретого до 160-200°С, при этом компоненты подают по разным шлангам под давлением 7-10 атм для их смешения в сопло эжекционной торкрет установки, откуда полученную битумоминеральную смесь под давлением наносят на дорожное покрытие.

Недостатком известного способа является его дороговизна, обусловленная потребностью в специальном оборудовании и энергетическими затратами на разогрев битума.

Известен способ получения смеси для устройства дорожных покрытий (Патент RU 2057733, МПК C04B 26/26, 4.07.1992), включающий смешение нагретого заполнителя с минеральным порошком и модифицирующей добавкой с последующим перемешиванием с нагретым черным органическим вяжущим.

Недостатком данного способа являются высокие температуры, необходимые для внедрения модифицирующей добавки в смесь.

Известен состав асфальтобетонной смеси (А.с. №220821, класс МПК C04B 26/26, 29.07.1966), которая содержит регенерированный асфальтобетон, минеральный наполнитель и раствор полимера, в частности сополимера бутилакрилата с метакрилатом или полиакриламид.

Недостатком известной смеси можно признать непригодность ее для ремонта асфальтобетонных покрытий при отрицательной температуре.

Решение проблемы обеспечения долговечности асфальтобетонных покрытий требует значительных материальных затрат и значительных трудовых ресурсов. В связи с высокой стоимостью дорожных строительных материалов, важным направлением является использование в дорожном строительстве новых технологий, эффективных и нетрадиционных материалов, отходов и побочных продуктов промышленности. В первую очередь это внедрение вторично переработанного пластикового мусора в асфальтобетонное полотно. Вопрос использования пластиковых отходов позволит решить проблему экологического плана - освободить огромные территории, занимаемых пластиковыми отходами, предотвратить загрязнение окружающей среды.

Известен способ получения полимерасфальтобетонной смеси из фрезерованного старого асфальтобетона или горячей асфальтобетонной смеси (Патент РФ №2737926, C04B 26/26, 16.01.2020) , включающий нагрев смеси в интервале 160-180°C, и добавление 20-60% дробленых пластиковых бытовых отходов, а именно полиэтилентерефталат - ПЭТ или полипропилен – ПП, или их смеси, состоящих из фракций не более 5-10 мм.

Недостатком данного способа является его дороговизна, обусловленная потребностью в специальном оборудовании и энергетическими затратами на разогрев смеси.

В качестве прототипа выбрана асфальтобетонная смесь (Патент РФ №2262492, класс МПК C04B 26/26, 06.04.2004), содержащая известковый щебень фракции 5-20 мм, нефтяной вязкий битум, минеральный порошок из доломитовых или известковых пород, полимерную добавку в виде бывших в употреблении пластиковых бутылок, песок фракции 5 мм.

Недостатком прототипа является потребность в специальном оборудовании и энергетические затраты на разогрев смеси, а также пониженная прочность получаемой смеси.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение легкого и прочного состава для ремонта асфальтобетонного покрытия с невысокой себестоимостью за счет использования отходов полистирола в качестве вяжущего материала, повышающего эксплуатационные характеристики дорожного покрытия и увеличивающего его эксплуатационный срок.

Поставленная задача решается за счет того, что ремонтная смесь для асфальтобетонных покрытий, включающая заполнитель – щебень и вяжущее в виде отходов полимера, в качестве отходов полимера она содержит отходы полистирола, щебень фракции 5-10 мм из плотных горных пород, и дополнительно смесь содержит добавку – пигмент черный железоокисный и растворитель, содержащий, мас.%: ацетона 5, ксилола нефтяного 60, растворителя 646 35, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанный щебень фракции 5-10 мм 80 Отходы полистирола 9 Указанный растворитель 9 Пигмент черный железоокисный 2

Технический результат состоит в получении состава, пригодного для ремонта асфальтобетонных покрытий, а также в повышении долговечности и качества покрытия, в повышении морозоустойчивости и влагостойкости полученного отремонтированного участка асфальтобетонного покрытия.

Для достижения предложенного технического результата предложено использовать смесь для ремонта асфальтобетона, для приготовления которой используются следующие исходные компоненты:

1. Заполнитель (минеральный материал): щебень. Для приготовления асфальтобетонной смеси используется щебень с размером зерен 5-10 мм из плотных горных пород согласно ГОСТ 8267-93. Щебень должен удовлетворять требованиям ГОСТ 9128-97, предъявляемым к наполнителю, применяемому в асфальтобетонных смесях типа А марки 1. По форме зерен применяемый щебень должен быть кубовидным и относиться к 1-й группе. Содержание зерен пластинчатой и игловатой формы не должно превышать 15%.

2. Растворяющая смесь. Состоит из следующих растворителей:

ксилол нефтяной ГОСТ 9410-78;

растворитель 646 ГОСТ 18188-72;

ацетон технический ГОСТ 2768-84.

3. Добавка. Неорганический красящий порошок: пигмент черный железоокисный ГОСТ 19487-74.

4. Вяжущее. Полистирол (отходы). ГОСТ 20282-86. Полистирол общего назначения.

При этом используется следующее соотношении компонентов, мас.%:

Щебень фракции 5-10 мм 80 Отходы полистирола 9 Растворитель: 5% ацетона; 60% ксилола; 35% растворителя 646 9 Пигмент черный железоокисный 2

Приготовление смеси. При приготовлении смеси первоначально отходы из полистирола сортируются и измельчаются. Далее полученный измельченный полистирол промывается в ацетоне. После промывки измельченный полистирол растворяется в смеси из следующих растворителей: ацетона - 5%, ксилола - 60% и растворителя 646 - 35%.

Растворение происходит при температуре от 10 до 25 градусов в течение 48 часов.

Для придания необходимого темного цвета в раствор добавляют не более 2% пигмента черного железоокисного.

По истечению 48 часов в полученный раствор добавляют промытый и просушенный каменный щебень мелкой фракции 5-10 мм, не более 80% по массе.

Полученный состав упаковывается в герметичную тару для долговечного хранения.

Разработанная ремонтная смесь является более экономичной и экологичной, чем известные смеси на основе органических вяжущих.

Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов, в частности к смеси для использования в ремонте асфальтобетонного дорожного, тротуарного покрытия. Ремонтная смесь для асфальтобетонных покрытий включает, мас.%: щебень фракции 5-10 мм из плотных горных пород 80, отходы полистирола 9, пигмент черный железоокисный 2, растворитель 9. При этом растворитель содержит, мас.%: ацетона 5, ксилола нефтяного 60, растворителя 646 35. Технический результат – повышение морозоустойчивости, влагостойкости и долговечности покрытия.

Ремонтная смесь для асфальтобетонных покрытий, включающая заполнитель – щебень и вяжущее в виде отходов полимера, отличающаяся тем, что в качестве отходов полимера она содержит отходы полистирола, щебень фракции 5-10 мм из плотных горных пород, и дополнительно смесь содержит добавку – пигмент черный железоокисный и растворитель, содержащий, мас.%: ацетона 5, ксилола нефтяного 60, растворителя 646 35, при следующем соотношении компонентов ремонтной смеси, мас.%:

Указанный щебень фракции 5-10 мм 80 Отходы полистирола 9 Указанный растворитель 9 Пигмент черный железоокисный 2