Стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичного асфальтобетона Российский патент 2024 года по МПК C04B26/26 C08L95/00 C04B20/00 

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. Степень стекания вяжущего с поверхности минерального материала зависит от адсорбирующей способности применяемых в составе стабилизирующей добавки компонентов.

Адсорбирующая способность – свойство поверхностного слоя материала поглощать и удерживать различные растворы, с которыми материал находится в контакте [https://advertising_polygraphy.academic.ru/771/Адсорбционная_способность].

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 высокий показатель стекания органического вяжущего (битума), 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 колееобразованию, 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 устойчивости щебеночно-мастичного асфальтобетона к расслаиванию по показателю стекания вяжущего;

– повышения стойкости к колееобразованию, то есть уменьшения показателя средней глубины колеи;

– снижения себестоимости в результате использование нефтяного кокса в качестве основного компонента, который в отличие от целлюлозных волокон, стоит существенно дешевле.

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

битум нефтяной дорожный БНД 70/100 20-25 механоактивированный нефтяной кокс 75-80

Заявленное техническое решение иллюстрируется Фиг.1 – Фиг.2.

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 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.

Механоактивированный нефтяной кокс – измельченный способом, приведенном в патенте на изобретение, составленном в соавторстве с одним из заявителей RU № 2754902, до 10 мкм нефтяной кокс (углерод нефтяного происхождения), который представляет собой пористую твердую неплавкую массу от темно-серого до черного цвета, который 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.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что в составе используется механоактивированный нефтяной кокса, структура поверхности которого обладает высоко развитой шероховатой поверхностью, повышенной адсорбционной способностью и значительным количеством различных по размерам и форме пор. Высокая адсорбционная способность механоактивированного нефтяного кокса связана с его химическим составом, по причине наличия поверхностно-активных серосодержащих групп в составе нефтяных коксов.

Уменьшение образования колеи объясняется тем, что ассоциаты и структуры нефтяного кокса, которые состоят из высокомолекулярных соединений карбенов и карбоидов при взаимодействии с битумом, после механического воздействия восстанавливаются и возвращаются к первоначальному состоянию с большой скоростью, чем известные аналоги, состоящие в основном из целлюлозных волокон.

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

1. Битум нефтяной дорожный БНД 70/100 в количестве 20-25% 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 механоактивированный нефтяной кокс в количестве 75-80% мас.

4. Далее осуществляют перемешивание полученной смеси в течение 2 часов при температуре 150 ℃ 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 мас.%: битум нефтяной дорожный БНД 70/100 – 20%, механоактивированный нефтяной кокс – 80%.

Битум нефтяной дорожный БНД 70/100 в количестве, например, 20 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 механоактивированный нефтяной кокс в количестве, например, 80 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 мас.%: битум нефтяной дорожный БНД 70/100 – 23%, механоактивированный нефтяной кокс – 77%.

Битум нефтяной дорожный БНД 70/100 в количестве, например, 23 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 механоактивированный нефтяной кокс в количестве, например, 77 кг.

Далее осуществляют перемешивание полученной смеси в течение 2 часов при температуре 150 ℃ 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 мас.%: битум нефтяной дорожный БНД 70/100 – 25%, механоактивированный нефтяной кокс – 75%.

Битум нефтяной дорожный БНД 70/100 в количестве, например, 25 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 механоактивированный нефтяной кокс в количестве, например, 75 кг.

Далее осуществляют перемешивание полученной смеси в течение 2 часов при температуре 150 ℃ 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 2 на Фиг.2.

Как видно из Таблицы 2, 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 и битума нефтяного дорожного, которая обеспечивает (Таблица 2 на Фиг.2):

– значительное снижение показателя стекания вяжущего с 0,18 у аналога (патент РФ №2458950) до 0,08 при требовании ГОСТ не более 0,20,

– снижение колееобразования, то есть средней глубины колеи с 4,0 мм у традиционных щебеночно-мастичных асфальтобетонов (по данным испытательной лаборатории) до 2,35 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 вяжущего можно судить о том, что стабилизирующая добавка легко и быстро распределяется в смеси щебеночно-мастичного асфальтобетона. Предотвращение стекания вяжущего с поверхности каменного материала способствует лучшему хранению и транспортировке щебеночно-мастичного асфальтобетона, исключая 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 0,08) по сравнению с известным аналогом.

Из Таблицы 2 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. Стабилизирующая добавка включает органическое вяжущее и структурообразователь. Причем в качестве органического вяжущего содержит битум нефтяной дорожный БНД 70/100 в количестве 20-25 мас.%, а в качестве структурообразователя содержит механоактивированный нефтяной кокс в количестве 75-80 мас.%. Техническим результатом заявленного технического решения является расширение арсенала известных средств, увеличение устойчивости щебеночно-мастичного асфальтобетона к расслаиванию по показателю стекания вяжущего, повышение стойкости к колееобразованию и снижение себестоимости. 2 ил., 3 пр.

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 содержит механоактивированный нефтяной кокс при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум нефтяной дорожный БНД 70/100 20-25 механоактивированный нефтяной кокс 75-80