АСФАЛЬТОБЕТОН Российский патент 2024 года по МПК C04B26/26 C08L95/00 

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, в частности к горячим мелкозернистым асфальтобетонным смесям, и может быть использовано при строительстве автомобильных дорог, мостов, аэродромов.

Известен состав асфальтобетонной смеси (патент RU № 2156227), содержащий минеральный порошок с грубыми базальтовыми волокнами, каменные материалы и битум. Длина базальтовых волокон составляет 2-40 мм, диаметр 150-200 мкм в количестве 0,8-1,1 % от массы минеральных материалов.

Недостатком известного состава смеси является низкая однородность распределения длинных базальтовых волокон в структуре асфальтобетонной смеси, что приводит к образованию комьев в асфальтобетонной смеси и ухудшению свойств полученного асфальтобетонного покрытия.

Известен состав асфальтобетонной смеси (патент RU № 2345967), содержащий щебень, битум 4,5-7 % от массы щебня, соляровое масло 20-25 % от массы битума, жирную органическую кислоту 8-16 % от массы битума, полиэтиленполиамин 5-12 % от массы битума, наномодифицированную базальтовую микрофибру 1-3 % от массы битума, целлюлозную микрофибру 3÷5 % от массы битума.

Недостатком известного состава смеси является сложность обеспечения однородности распределения всех компонентов в структуре асфальтобетонной смеси, что приводит ухудшению свойств полученного асфальтобетонного покрытия.

Известен состав смеси для асфальтобетонного покрытия (патент на изобретение CN 1908069), включающий минеральный наполнитель на основе известняка, битум и полое или пористое полимерное волокно с особой сложной формой поперечного сечения в количестве 0,1-0,5 % от всей смеси. Полимерное волокно представлено волокном на основе сложного полиэфира, ПАН-волокном или композициями из этих волокон.

Однако формирование сложной формы поперечного сечения волокна дополнительно удорожает процесс получения асфальтобетонной смеси без заметного улучшения свойств покрытия.

Известен состав фибродобавки в асфальтобетонную смесь (патент CN 101798196), содержащий группу волокон: 15-35 % волокна на основе сложного полиэфира, 35-55 % древесного волокна, 15-35 % ПАН волокна и 15-35 % нейлонового волокна. Общее содержание армирующей добавки составляет 0,3-0,6 % от массы смеси.

Однако используемая в вышеописанном патентном документе смесь волокон содержит волокна из материалов, которые резко ограничивают температуру процесса получения асфальтобетонной смеси, так как температура их плавления или разложения гораздо ниже, чем температура приготовления большинства асфальтобетонов. В этой связи использование фибродобавки смешанного состава малоэффективно.

Наиболее близким составом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является состав для асфальтобетонной смеси (патент RU № 2465231), который содержит щебень, мелкий заполнитель, минеральный порошок, а также битумное вяжущее и армирующий волокнистый наполнитель при следующем соотношении компонентов, мас. %: щебень - 30-70, песок - 10-65, минеральный порошок - 5-40, битум - 3-15 (сверх 100 % от минерального материала), 0,1-0,15 мас. % ПАН-фибры и 0,01-0,15 мас. % углеродного волокна (сверх 100 % от массы минерального материала). В качестве углеродного волокна смесь содержит мелконарезанные углеродные волокна длиной от 3 до 40 мм и со средним диаметром 20-22 мкм из непрерывного углеродного волокна. Данный состав принят в качестве прототипа.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются – щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум и армирующий структурорегулирующий элемент.

Недостатком прототипа является слабое адгезионное взаимодействие на границе раздела волокна и битума из-за отсутствия химических связей связующего с наполнителем, что приводит к некоторому снижению прочностных характеристик асфальтобетонной смеси.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение дорожно-строительных материалов за счет получения асфальтобетона обладающего повышенной устойчивостью к пластическим деформациям при высоких температурах окружающей среды, а также утилизация отходов оптического волокна.

Поставленная задача была решена за счет того, что известный асфальтобетон, содержащий щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок битум, и армирующий структурорегулирующий элемент, согласно изобретению в качестве армирующего структурорегулирующего элемента содержит измельченное оптическое волокно до размера частиц от 0,5 до 15 мм, покрытое защитным слоем из полимерной композиции, состоящей из олигомеров эпоксидной смолы, модифицированной акрилатами и диакрилатами, причем он содержит щебень фракций 11,2-16 мм и 4-8 мм при следующем соотношении ингредиентов мас. %:

щебень фракции 11,2-16 мм 26-35 щебень фракции 4-8 мм 24-35 песок из отсевов дробления 30-45 минеральный порошок 2-4 битум 4,3-4,7 сверх 100 мас. % минеральной части оптическое волокно 0,1-1,5 сверх 100 мас. % минеральной части

Отличительными признаками предлагаемого изобретения от заявляемого по прототипу являются: использование в качестве армирующего структурорегулирующего элемента измельченное оптическое волокно до размера частиц от 0,5 до 15 мм, покрытое защитным слоем из полимерной композиции, состоящей из олигомеров эпоксидной смолы, модифицированной акрилатами и диакрилатами; использование щебня фракций 11,2-16 мм и 4-8 мм; иное количественное соотношение используемых ингредиентов, мас. %: щебень фракции 11,2-16 мм – 26-35; щебень фракции 4-8 мм – 24-35; песок из отсевов дробления фракция 0-4 мм – 30-45; минеральный порошок – 2-4; битум БНД 60/90 – 4,3-4,7 сверх 100 мас. % минеральной части; оптическое волокно - 0,1-1,5 сверх 100 мас. % минеральной части.

В составе асфальтобетонной смеси используют частицы оптического волокна длинной от 0,5 мм до 15 мм, диаметром 0,25±0,05, в количестве 0,1-1,5% сверх 100 мас. % минеральной части, которые представляют собой стеклянные нити из композиции оксида кремния SiO₂ и оксида германия GeO₂ покрытых мягким защитным слоем из полимерной композиции (наружный слой состоит из олигомеров эпоксидной смолы, модифицированной акрилатами и диакрилатами). Наличие на стеклянных нитях покрытия позволяет обеспечить высокое сцепление битума с волокном при его размещении в асфальтобетонной смеси, которое и обеспечивает повышение механической прочности всей структуры асфальтобетона.

Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют повысить устойчивость асфальтобетона к пластическим деформациям при высоких температурах окружающей среды, обеспечив при этом соответствие асфальтобетона требованиям нормативных документов по эксплуатационным характеристикам и физико-механическим свойствам. Кроме того, это позволяет снизить техногенную нагрузку на окружающую среду за счет использования материального ресурса отходов оптического волокна, а также будет расширен арсенал средств дорожно-строительных материалов.

Для приготовления асфальтобетона используют следующий компонентный состав:

1) щебень, фракция 11,2-16 мм и 4 до 8 мм в соответствии с ГОСТ 32703-14 «Дороги автомобильные общего пользования. Щебень и гравий из горных пород. Технические требования»;

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

3) оптическое волокно длиной 5мм - 15 мм, диаметром 0,25±0,05 (сверх 100 мас. % минеральной части).

(Частицы оптического волокна представляют собой стеклянные нити из композиции оксида кремния SiO₂ и оксида германия GeO₂ покрытых мягким защитным слоем из полимерной композиции. Наружный слой состоит из олигомеров эпоксидной смолы, модифицированной акрилатами и диакрилатами);

4) битум БНД 60/90 (сверх 100 % минеральной части), в соответствии с ГОСТ 22245-90 «Битумы нефтяные дорожные. Технические условия»;

5) минеральный порошок ГОСТ 32761-2014.

Использование отходов оптического волокна в составе асфальтобетона не изменяет технологическую схему его производства. Технологический процесс получения асфальтобетонной смеси с отходов проходит следующим образом:

Предварительно измельченные оптические волокна вводят в смеситель, где перемешиваются до однородной массы с минеральными материалами асфальтобетонной смеси, разогреваются до требуемой температуры. После перемешивания и доведения температуры смеси до требуемой, в зависимости от вида производимого асфальтобетона, смешивают с битумом. Технология допускает использование штатного оборудования, применяемого на серийно выпускаемых асфальтобетонных заводах.

Технический результат подтвержден испытаниями на соответствие требованиям ГОСТ 9128-2013 «Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия», для проведения которых были использованы асфальтобетонные смеси при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Смесь 1 - щебень фракции 11,2-16 мм (28 %) и фракции 4-8 мм (24 %); песок из отсевов дробления фракция 0-4мм (45 %); минеральный порошок (3 %); битум БНД 60/90 (4,7 % сверх 100 мас. % минеральной части); оптическое волокно - 0,1% сверх 100 мас. % минеральной части.

Смесь 2 - щебень фракции 11,2-16 мм (26 %) и фракции 4-8 мм (35 %); песок из отсевов дробления фракция 0-4 мм (35 %); минеральный порошок (4 %); битум БНД 60/90 (4,6 % сверх 100 мас. % минеральной части); оптическое волокно - 0,5 % сверх 100 мас. % минеральной части.

Смесь 3 - щебень фракции 11,2-16 мм (30 %) и фракции 4-8 мм (30 %); песок из отсевов дробления фракция 0-4 мм (37 %); минеральный порошок (3 %); битум БНД 60/90 (4,5 % сверх 100 мас. % минеральной части); оптическое волокно – 1% сверх 100 мас. % минеральной части.

Смесь 4 - щебень фракции 11,2-16 мм (35 %) и фракции 4-8 мм (33 %); песок из отсевов дробления фракция 0-4 мм (30 %); минеральный порошок (2 %); битум БНД 60/90 (4,3 % сверх 100 мас. % минеральной части); оптическое волокно – 1,5 % сверх 100 мас. % минеральной части.

Составы смесей и результаты их испытаний приведены в таблице:

ПОКАЗАТЕЛИ Требования ГОСТ 9128-2013 Смесь 1 Смесь 2 Смесь 3 Смесь 4 Пористость минеральной части по объему, % 14,0–19,0 14,5 15,2 15,5 15,9 Остаточная пористость по объему, % 2,5–5,0 4,0 4,3 4,4 4,5 Водонасыщение, по объему, % 1,5–4,0 1,5 1,9 1,7 1,8 Предел прочности при сжатии, МПа - при температуре 20 °С, не менее 2,5 3,96 4,10 4,23 4,30 - при температуре 50 °С, не менее 1,0 1,82 1,89 1,92 2,12 - при температуре 0 ^оС, не более 11,0 9,16 8,97 8,88 8,98 Коэффициент водостойкости, не менее 0,90 0,97 1,00 0,99 0,97 Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении, не менее 0,85 0,96 0,95 0,94 0,94 Сдвигоустойчивость по:
- коэффициенту внутреннего трения, не менее 0,87 0,92 0,96 0,97 0,97 - сцеплению при сдвиге при температуре 50 °С, МПа, не менее 0,25 0,42 0,60 0,68 0,70 Трещиностойкость, при расколе при 0 ^оС, МПа 2,5-6,0 4,14 4,37 4,43 4,48 Средняя плотность, г/см³ - 2,54 2,53 2,52 2,51

Таким образом, создана горячая мелкозернистая асфальтобетонная смесь с добавлением измельченных отходов оптического волокна выполняющих роль структурорегулирующего элемента в составе асфальтобетона, обладающая улучшенными показателями сдвигоустойчивости при высоких температурах окружающей среды, что позволяет расширить номенклатуру материалов, используемых в дорожно-строительной отрасли, понизить стоимость асфальтобетона, а также снизить техногенную нагрузку на окружающую среду за счет использования материального ресурса отходов оптического волокна.

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, в частности к составам смесей для изготовления асфальтобетонов, и может быть использовано при строительстве автомобильных дорог, мостов, аэродромов. Асфальтобетон содержит щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум и армирующий структурорегулирующий элемент. Причем он в качестве армирующего структурорегулирующего элемента содержит измельченное оптическое волокно до размера частиц от 0,5 до 15 мм, покрытое защитным слоем из полимерной композиции, состоящей из олигомеров эпоксидной смолы, модифицированной акрилатами и диакрилатами, при этом он содержит щебень фракций 11,2-16 мм и 4-8 мм при следующем соотношении компонентов, мас. %: щебень фракции 11,2-16 мм – 26-35, щебень фракции 4-8 мм – 24-35, песок из отсевов дробления – 30-45, минеральный порошок – 2-4, битум в количестве 4,3-4,7 сверх 100 мас. % минеральной части и оптическое волокно в количестве 0,1-1,5 сверх 100 мас. % минеральной части. Техническим результатом заявленного изобретения является расширение дорожно-строительных материалов за счет получения асфальтобетона, обладающего повышенной устойчивостью к пластическим деформациям при высоких температурах окружающей среды, а также утилизация отходов оптического волокна. 1 табл., 4 пр.

Асфальтобетон, содержащий щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум и армирующий структурорегулирующий элемент, отличающийся тем, что он в качестве армирующего структурорегулирующего элемента содержит измельченное оптическое волокно до размера частиц от 0,5 до 15 мм, покрытое защитным слоем из полимерной композиции, состоящей из олигомеров эпоксидной смолы, модифицированной акрилатами и диакрилатами, причем он содержит щебень фракций 11,2-16 мм и 4-8 мм при следующем соотношении компонентов, мас. %:

щебень фракции 11,2-16 мм 26-35 щебень фракции 4-8 мм 24-35 песок из отсевов дробления 30-45 минеральный порошок 2-4 битум 4,3-4,7 сверх 100 мас. % минеральной части оптическое волокно 0,1- 0,1-1,5 сверх 100 мас. % минеральной части