Асфальтобетонная смесь, содержащая заполнитель из отходов металлургического производства и битумное вяжущее марки PG
ASPHALT CONCRETE MIX CONTAINING A FILLER MADE OF METALLURGICAL WASTE AND A PG-GRADE BITUMEN BINDER

Изобретение относится к области производства дорожно-строительных материалов, а именно к составу для асфальтобетонной смеси, и может быть использовано в дорожном и аэродромном строительстве, а также при ремонте дорожных покрытий городских улиц и дорог в I-III климатической зоне и континентальных условиях Сибири и Дальнего Востока.
Известна асфальтобетонная смесь, содержащая в своем составе щебень, песок из горных пород, минеральный порошок и битум, рационально подобранные в соответствии с требованиями ГОСТ 9128-2013 (ГОСТ 9128-2009).
Основным недостатком асфальтобетонных смесей, запроектированных по ГОСТ 9128-2013 (ГОСТ 9128-2009), является однократное одноосное нагружение образцов до разрушения. Такое отсутствие движения в сторону моделирования реальных условий эксплуатации имеет множественные негативные последствия в виде ухудшения показателей тепло- и трещиностойкости асфальтобетона (уплотненной асфальтобетонной смеси), снижению эксплуатационных характеристик, а также к сокращению межремонтного срока службы асфальтобетонного покрытия.
Также известна асфальтобетонная смесь (Патент РФ №2591938 C08J 11/00, С04В 26/26, C08L 95/00, 2016), содержащая щебень, шлаковый песок и модифицированное серой вяжущее (мас. % 0,45-2,4 сверх 100% от минеральной части), а также асфальтобетонная смесь (патент РФ №2697468 С04В 26/26, Е01С 7/22, C08L 95/00, 2019), включающая в свой состав отработанную формовочную смесь (мас. % 5-20 от минеральной части).
Недостатками вышеуказанных изобретений, являются соответствие их состава и физико-механических свойств требованиям «устаревшего» ГОСТ 9128-2013 (ГОСТ 9128-2009), а также содержание вяжущего, не учитывающее реальные условия эксплуатации в дорожном покрытии.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является асфальтобетонная смесь, соответствующая марке SP-16Л по ГОСТ Ρ 58401.1-2019 (прототип), включающая щебень, песок из горных пород, минеральный порошок и битум марки PG, запроектированная по системе объемно-функционального проектирования «Superpave».
Однако данная асфальтобетонная смесь, несмотря на принципиально новую для России методологию ее проектирования и повышенную по сравнению с ГОСТ 9128-2013 (ГОСТ 9128-2009) эксплуатационную надежность, не решает вопросы ее применения в дорожных покрытиях в условиях необеспеченного стока поверхностных вод, а также проблему адгезионных связей между минеральным заполнителем и вяжущим. Существенным недостатком таких смесей является их высокая себестоимость производства.
Задачей заявляемого изобретения является создание асфальтобетона (уплотненной асфальтобетонной смеси) дорожных покрытий с улучшенными эксплуатационными характеристиками, достаточными для восприятия повторяющихся динамических нагрузок от транспортных средств и температурных колебаний окружающей среды, а также позволяющего расширить номенклатуру строительных материалов.
Поставленная задача решается тем, что асфальтобетонная смесь, включающая битумное вяжущее марки PG не ниже PG 52-40 по ГОСТ Ρ 58400.1-2019, согласно изобретению содержит в своем составе в качестве заполнителя отходы металлургического производства при следующем соотношении компонентов, мас. % (битум сверх 100%):
- щебень шлаковый фр. 8-16 мм - 35,4-42,4;
- щебень шлаковый фр. 4-8 мм - 18,2-25,2;
- песок шлаковый фр. 0-4 мм - 37,4-41,4;
- битумное вяжущее марки не ниже PG 52-40 - 3,9-4,5.
Отличительным существенным признаком заявляемого изобретения является полное замещение в минеральном остове (составе) асфальтобетонной смеси традиционного заполнителя отходами металлургического производства, что значительно снижает себестоимость ее приготовления на асфальтобетонном заводе.
Химический состав основных элементов сталеплавильных шлаков, мас. %, представлен в таблице 1.
Повышенное содержание в структуре сталеплавильных шлаков СаО обуславливает их лучшее сцепление (адгезию) с битумом.
2
Также следует отметить, что благодаря основным свойствам сталеплавильного шлака (CaO/SiCO=1,6…1,8), в условиях повышенной влажности (участки длительно стоящих поверхностных вод с необеспеченным стоком) образуется коагуляционно-кристаллизационная микроструктура, которая способствует проявлению у асфальтобетона (уплотненной асфальтобетонной смеси) повышенной прочности в водонасыщенном состоянии, что также обеспечивает его долговечность.
Крупный заполнитель минерального остова асфальтобетонной смеси представлен отвальным мартеновским сталеплавильным шлаком, предварительно разделенным (механизировано) на фракции 8-16 мм и 4-8 мм, мелкий заполнитель - конвертерным сталеплавильным шлаком фракции 4-8 мм Новокузнецкого металлургического комбината (г. Новокузнецк, Кемеровская область) или других металлургических комбинатов, шлаки которых имеют схожий химический и фазовый состав.
Для производства асфальтобетонной смеси не требуется изменять традиционную технологию ее приготовления на асфальтобетонном заводе. Ее готовят следующим образом. Отвальный мартеновский сталеплавильный шлак подвергают предварительной сортировке с разделением его на шлаковый щебень фракций 8-16 мм и 4-8 мм. Конвертерный шлак сортировке не подвергают. Предварительно перемешивают смесь фракций до однородного состава. Далее полученную смесь сушат в сушильном барабане асфальтосмесительной установки до постоянной массы при температуре 170-180°С. После нагрева шлакового щебня в смесителе к нему добавляют нагретый битум, и перемешивают полученную смесь в течение 45-60 с (в зависимости от объема замеса и влажности заполнителя) при температуре 136-151°С. Температура асфальтобетонной смеси на выходе из смесителя (бункера-накопителя) должна составлять 140°С-150°С.
Пример. Для приготовления асфальтобетонной смеси используют состав при следующем соотношении компонентов, мас. % (таблица 2):
Гранулометрический состав минеральной части асфальтобетонной смеси представлен на фиг. 1.
Проектные характеристики асфальтобетонной смеси приведены в таблице №3.
Уплотнение образцов цилиндрической формы диаметром 150 мм осуществлялось на вращательном уплотнителе - гираторе. Число оборотов и размер образцов соответствует ГОСТ Ρ 58401.3-2019, ГОСТ Ρ 58401.13-2019 (см. фиг. 2).
Из результатов испытаний, приведенных в таблице №4, следует, что использование заявляемого изобретения позволяет повысить эксплуатационные характеристики асфальтобетона (уплотненной асфальтобетонной смеси) в неблагоприятных условиях эксплуатации; а также расширить область использования отходов металлургических производств, обеспечить их утилизацию, улучшая экологическую ситуацию; снизить себестоимость асфальтобетонных смесей.