Способ повышения прочности асфальтогранулобетона и уменьшения усталостных повреждений в нём Российский патент 2024 года по МПК E01C7/18 

Настоящее изобретение относится к строительной области и может быть использовано при повторном применении старого асфальтобетона.

Известен способ холодной регенерации асфальтобетонных слоев дорожных одежд (Бахрах Г.С. Регенерация покрытий и дорожных одежд нежесткого типа//Наука и техника в дор. отрасли. - 1998. - №3. С. 18-21.) часто с захватом несвязного материала из нижележащего слоя. Согласно этому способу проводят рыхление асфальтобетонных слоев дорожных одежд фрезерованием, введение в измельченный материал – асфальтобетонный гранулят (АГ) – вяжущего и воды, перемешивание компонентов, распределение смеси и ее уплотнение.

Реализация способа позволяет после регенерации получить слой основания из материала, названного асфальтогранулобетоном (АГБ), недостатком которого является малая прочность. Это связано с тем, что АГБ имеет высокую пористость из-за незначительного содержания в измельченном материале мелких фракций.

Известна регенерируемая асфальтобетонная смесь и способ ее приготовления (патент RU 2164900, опубл. 10.04.2001), включающая перемешивание нагретых щебня и песка с холодным дробленым асфальтобетоном и нагретым битумом, в смесь дополнительно вводят холодный минеральный порошок, щебень и песок нагревают до температуры 210-280°С, а битум нагревают до рабочей температуры, перемешивание осуществляют в течение 3-7 с, полученную смесь выдерживают в бункере-термосе не менее 2 минут и окончательно перемешивают до полной однородности.

Недостатками данного способа являются большое количество технологических операций и дополнительные энергозатраты, связанные с нагревом минеральных материалов, битума, с необходимостью выдерживания и дополнительного перемешивания регенерированного асфальтобетона в специальных смесительных установках, что значительно снижает производительность вышеуказанной технологии и увеличивает себестоимость готовой продукции.

Наиболее близким к разработанному способу можно признать способ повышения плотности и прочности асфальтогранулобетона (патент RU 2745507, опубл. 25.03.2021). Согласно этому способу проводят дробление асфальтогранулята с последующим фракционированием результатов дробления, отбирают необходимые фракции и смешивают отобранные фракции с вяжущим, водой и водным раствором пластификатора, при этом используют фракции дробленного асфальтогранулята не свыше 20 мм, в качестве вяжущего цемент марки не ниже 500, а в качестве пластификатора используют добавку «Оптима-ЖБИ-С».

Недостатком этого способа является его не технологичность (много вспомогательных операций), он слишком продолжителен и энергозатратен.

Технический результат предлагаемого способа заключается в увеличение срока службы оснований из АГБ смесей за счет эффекта уменьшения образования усталостных повреждений.

Указанный эффект достигается добавкой в асфальтовый гранулят медленнотвердеющего вяжущего, полученного из белитового шлама, совместно с портланндцементом. В результате такого укрепления АГБ смеси цемент обеспечивает начальную прочность, а добавка белитового шлама создает эффект медленного набора прочности на протяжении длительного периода времени. За счет длительного набора прочности происходит компенсация усталостных процессов и залечивание дефектов структуры АГБ путем закрытия пазов микротрещин при воздействии транспорта с дальнейшим схватыванием медленнотвердеющего вяжущего.

В некоторых вариантах реализации способа содержание вяжущего в смеси составляет от 5 до 15 % от массы смеси. Соотношение белитового шлама и портландцемента в вяжущем 95 и 5 %, 90 и 10%, 85 и 15 % соответственно.

Асфальтобетонный гранулят – это материал, получаемый при фрезеровании асфальтобетонных покрытий. В процессе переработки и повторного использования (холодной регенерации) асфальтового гранулята получают асфальтогранулобетонные (АГБ) смеси путем его измельчения, добавления каменных или вяжущих (цемент, битум, битумная эмульсия) материалов и воды. При последующей укладке и уплотнении АГБ смесей получается покрытие из асфальтогранулобетона (АГБ).

Технология и требования к АГБ смесям и АГБ содержатся в ГОСТ Р 59118.1-2020 и ОДМ 218.6.1.005-2021. Асфальтогранулобетон с добавлением с минерального вяжущего АГБС-М должен отвечать следующим требованиям:

– прочность при непрямом растяжении в проектном возрасте 7 суток при t=20°С – не менее 0,30 МПа;

– прочность при непрямом растяжении в проектном возрасте 7 суток при t=40°С – не менее 0,25 МПа.

Повышение значений данных показателей можно достичь путем приготовления АГБ смеси с добавлением вяжущего, содержащего белитовый шлам и цемент.

Для подтверждения возможности получения технического результата при осуществлении предложенного способа готовили АГБ смеси трех составов: А (вяжущее: шлам – 95%, цемент – 5%), В (вяжущее: шлам – 90%, цемент – 10%), С (вяжущее: шлам – 85%, цемент – 15%) (табл.1-3).

Таблица 1 – Состав асфальтогранулобетонной смеси А

Дозировка вяжущего в смеси, % Предел прочности при непрямом растяжении S в проектном возрасте 7 суток, МПа при t=20 при t=40 15 0,42 0,33 10 0,21 0,21 5 0,11 0,10

Таблица 2 – Состав асфальтогранулобетонной смеси В

Дозировка вяжущего в смеси, % Предел прочности при непрямом растяжении S в проектном возрасте 7 суток, МПа при t=20 при t=40 15 0,46 0,42 10 0,39 0,27 5 0,29 0,21

Таблица 3 – Состав асфальтогранулобетонной смеси С

Дозировка вяжущего в смеси, % Предел прочности при непрямом растяжении S в проектном возрасте 7 суток, МПа при t=20 при t=40 15 0,68 0,46 10 0,57 0,36 5 0,37 0,26

В результате обработки запроектированных составов смесей с различным содержанием шлама и цемента в составе вяжущего выбран наилучший состав по физико-механическим характеристикам.

Изготавливали цилиндрические образцы диаметром (101,6±0,1) мм и высотой (63,5±2,5) мм с использованием установки Маршалла. Изготовленные образцы, отформованные из АГБС-М, помещают в камеру с нормальными условиями твердения: с температурой (20 ± 2) °С и относительной влажностью воздуха (95 ± 5) %.

После достижения образцами проектного возраста (7 суток), часть образцов (не менее 3) выдерживается при температуре 20°С в помещении лаборатории в течение не менее 6 ч, другая часть образцов помещалась в сушильный шкаф при температуре 40± 2°С в течение не менее 4 ч. После термостатирования, перед испытанием образцов, производились измерения их геометрических размеров. Затем образцы были раздавлены с использованием нагрузочных пластин, фиксируя максимальную нагрузку P при сжатии каждого образца и продолжая нагружение до полного разрушения образца на две части. Предел прочности при непрямом растяжении определяют на прессе при заданной постоянной скорости движения плиты пресса (50±1) мм/мин.

Изобретение относится к строительной области и может быть использовано при повторном применении старого асфальтобетона. Техническая проблема, решаемая с использованием разработанного способа, состоит в увеличении срока службы оснований из асфальтогранулобетонных смесей за счет эффекта уменьшения образования усталостных повреждений. Способ повышения прочности асфальтогранулобетона и уменьшения образования усталостных повреждений в нём включает смешивание асфальтового гранулята с цементом. При этом в асфальтовый гранулят вводят вяжущее в количестве 5-15 мас.%, состоящее из белитового шлама и портландцемента в соотношении 85 и 15% от массы вяжущего. 3 табл.

Способ повышения прочности асфальтогранулобетона и уменьшения образования усталостных повреждений в нём, включающий смешивание асфальтового гранулята с цементом, отличающийся тем, что в асфальтовый гранулят вводят вяжущее в количестве 5-15 мас.%, состоящее из белитового шлама и портландцемента в соотношении 85 и 15% от массы вяжущего.