АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ
ASPHALT-CONCRETE MIXTURE

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам асфальтобетонной смеси, состоящей из дорожного вязкого битума и минеральных материалов, и может быть использовано при устройстве и ремонте покрытий автомобильных дорог.
Известен состав асфальтобетонной смеси, состоящий из дроблённого доменного шлака фракции 0,14-25 мм, дробленного горного песка фракции 0,14-2,5 мм, содержащего 20-30% минералов гранатов взамен песка, нефтяного вязкого битума [Патент РФ № 2380331-Прототип].
Недостатком известной асфальтобетонной смеси является то, что в составе асфальтобетонной смеси используются в качестве вяжущего материала-нефтяной вязкий битум, который, согласно требованиям действующего ГОСТ 9128-2013 ("Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов"), рекомендуется применять в мягких климатических условиях, характеризуемых средними температурами самого холодного месяца года, выше минус 10°С, т.е. эксплуатация асфальтобетонного покрытия с использованием указанного выше вяжущего, возможна только в южных регионах Российской Федерации.
Так же недостатком является использование в составе асфальтобетонной смеси дроблённого доменного шлака, в процессе дробления которого на теле зёрен шлака образуется множество мелких трещин и микропор с нарушенной внутренней структурой. При постоянных нагрузках автотранспорта, происходит разрушение каркаса и целостности асфальтобетона, что сократит срок эксплуатации не только асфальтобетонного покрытия, но и всей конструкции дорожной одежды.
Технический результат – повышение прочности асфальтобетона из заявляемой асфальтобетонной смеси.
Техническая задача – повышение прочности асфальтобетона из заявляемой асфальтобетонной смеси за счет использования в составе асфальтобетона отхода медеплавильного производства и минеральных материалов с высокой прочностью и твердостью.
Решение технической задачи асфальтобетонная смесь для дорожного строительства, содержащая шлак доменный, песок и битум нефтяной дорожный дополнительно содержит в своём составе: отход медеплавильного производства-купершлак и минеральный порошок, содержащий от 60-100% минералов граната, при следующем соотношении компонентов  мас. %: шлак доменный фракции 5-40 мм – 45,0, битум нефтяной дорожный – 5,5, купершлак - отход медеплавильного производства фракции 0,071-2,5 мм – 43,5, минеральный порошок, содержащий 60-100% минералов граната фракции 0,071-0,315 мм – 6.
Таким образом, предлагаемый состав асфальтобетонной смеси, по сравнению с составом по прототипу, за счет использования в нём отхода медеплавильного производства (купершлака) и минерального порошка содержащего от 60-100% минералов граната обеспечивает повышение прочности и водостойкости асфальтобетона, что и является новым техническим результатом заявляемого изобретения.
Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что для повышения физико-механических показателей асфальтобетона в составе приготовляемой смеси используют: отход медеплавильного производства - купершлак и минеральный порошок состоящий из минералов граната.
3
Применяемый, в составе асфальтобетонной смеси купершлак изготавливается из отходов медеплавильного производства и является высокопрочным синтетическим абразивным минеральным материалом. Купершлак имеет плотность 1,5 г/см, твердость не менее 6,0 ед. по шкале Моос, что позволяет обеспечить прочность асфальтобетона.
3
2
4
3
3
2
4
3
3
2
4
3
3
2
4
3
3
2
4
3,
3
2
4
3
3
Применяемый минеральный порошок приготавливается из минералов гранатов. В эту группу минералов входят: пироп MgAl[SiO]; гроссуляр CaAl[SiO], альмадин FeAl[SiO], спессартин MnAl[SiO], андрадин CaFe[SiO]уваровит CaСr[SiO]. Гранаты имеют высокую плотность 4,0-4,3 г/см, а также высокую твердость 7,1-8,0 ед. по шкале Моос. Кроме того, тонкий помол минерального порошка, содержащий 60-100% минералов граната, способствует заполнению микро- и макропор и капилляров доменного шлака и надежную их цементацию и тем самым повышает прочность асфальтобетонного покрытия.
Осуществление способа Для получения асфальтобетонной смеси использовали следующие соотношения компонентов, масс. %: в качестве наполнителя применялся доменный шлак фракционированный 5-40 мм (0-60%). В качестве заполнителя (песка или отсева дробления) применялся купершлак фракций 0,071-2,5 мм (30-80%), минеральный порошок фракция 0,071-0,315 мм, содержащий 60-100% минералов гранатов и в качестве вяжущего битум нефтяной дорожный.
Асфальтобетонную смесь получают следующим образом: в смеситель засыпают предварительно отдозированный песок и щебень, перемешивание осуществляют при температуре 180-200°С. В нагретую смесь песка и щебня засыпают холодный минеральный порошок, перемешивая, дозированно вводят нагретый жидкий битум. Продолжительность перемешивания в смесителе до получения готовой смеси составляет 60-90 сек. Приготовленную асфальтобетонную смесь нормировано по массе засыпают в цилиндрические формы и изготавливают из неё образцы. Испытания полученных образцов производят согласно требованиям действующих нормативных документов (ГОСТ 12801-93, ГОСТ 9123-2013).
Примеры конкретного исполнения
Для сравнения физико-механических свойств заявляемой асфальтобетонной смеси изготовили несколько составов,  из которых наилучшие физико-механические свойства при испытаниях показали три состава асфальтобетонной смеси.
Кроме того, асфальтобетон, приготовленный по заявляемому составу асфальтобетонной смеси, был испытан согласно предъявляемым требованиям ГОСТ 9128-2013: пределы прочности при температурах +50°С, +20°С, 0°С, водонасыщение, сдвигоустойчивость коэффициента внутреннего трения, сдвигоустойчивость сцепления при сдвиге, трещиностойкость по пределу прочности на растяжение. При этом асфальтобетон приготовленный по заявляемому составу асфальтобетонной смеси соответствовал требованиям действующих нормативных документов ГОСТ 9128-2013.
Результаты испытаний приведены в таблицах 1 и 2. В таблице 1 приведены исследуемые составы асфальтобетонной смеси.
Таблица составов асфальтобетонных смесей.
Таблица 1
СоставАсфальтобетона
ОпытныйОбразец
Содержание компонентов, мас.%
Песокгорныйдроблёный
Шлакдоменный
Битум нефтянойдорожный
Купершлак
Минеральныйпорошокиз минераловграната
Попрототипу
1
55
40
5
2
49,5
45
5,5
3
44
50
6
Заявляемый
1
40
5
50
5
2
45
5,5
43,5
6
3
50
6
37
7
Сравнительные характеристики физико-механических свойств заявляемой асфальтобетонной смеси и смеси по прототипу приведены в таблице 2.
Физико-механические свойства:  пределы прочности, водонасыщение, сдвигоустойчивость коэффициента внутреннего трения, сдвигоустойчивость сцепления при сдвиге, трещиностойкость по пределу прочности на растяжение образцов из заявляемой асфальтобетонной смеси определяли при различных температурах: +50°С, +20°С, и 0°С.
Таблица 2
№
Наименование показателей
Состав асфальтобетона, примеры
по ГОСТ9128-2013
попрототипу
изпредлагаемой смеси
1
2
3
1
2
3
1
Прочность при 20°С, R<sub>20</sub> Мпа не менее, (кг/см<sup>3</sup>)
2,2(22)
2,5(25)
2,65(26,5)
2,8(28)
3,67(36,7)
3,75(37,5)
4,08(40,8)
2
Прочность при 50°С, R<sub>50</sub> Мпа не менее
1,2
2,39
2,61
2,8
3
Прочность при 0°С, R<sub>0</sub> Мпа не более
11,0
9,2
8,7
8,3
4
Водонасыщение
1,5-4,0
1,82
1,7
1,55
5
Коэффициент водостойкости, не менее
0,9
0,95
0,95
0,95
0,96
1,0
1,0
6
Коэффициент водостойкости придлительном водонасыщении
0,85
0,87
0,92
0,94
7
Остаточная пористость, %
2,5-5,0
2,5
2,5
2,0
2,58
2,56
2,5
8
Расход битума, % по массе
5,0-6,5
5
5,5
6
5
5,5
6
9
Морозостойкость
В ГОСТене регламентируются
0,97
1,0
1,0
В ГОСТене регламентируются
10
Сдвигоустойчивость:-коэффициент внутреннего трения, не менее-сцепление при сдвиге при температуре 50°С, не менее
0,810,37
0,890,3
0,910,4
0,930,42
11
Трещиностойкость по пределу прочности на растяжение при расколе при температуре 0°С
3,5-6,0
5,03
4,6
4,2
20
По полученным опытным путем результатам, видно, что из трех испытываемых составов асфальтобетонной смеси, второй состав (пример №2), по сравнению с составом по прототипу, превышает показатель прочности R на 71%, а показатель водостойкости на 5%.
Анализ показателей заявляемой асфальтобетонной смеси и показателей по прототипу сравнивали с данными по ГОСТу 9128-2013, по приведенным в таблице 2 экспериментальным данным, видно, что заявляемый состав асфальтобетонной смеси (пример №2) позволяет повысить прочность асфальтобетона на 71% и увеличить показатель водостойкости на 5%, тем самым увеличив срок эксплуатации дорожного покрытия.