ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНАЯ АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ
CRUSHED STONE-MASTIC ASPHALT-CONCRETE MIX AND METHOD OF ITS OBTAINING

Изобретение относится к области дорожного строительства, а именно к производству щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, используемых для устройства верхних слоев покрытий автомобильных дорог и аэродромов. Известна щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь (ЩМАС) по ОДМ 218.3.001-2006 (ОДМ 218.3.001-2006 Методические рекомендации по применению полимерно-дисперсного армирования асфальтобетонов с использованием резинового термоэластопласта (РТЭП). Издание второе. Переработанное. - М.: ФГУП «Информавтодор». - 2006 - 33 с.). Для данной ЩМАС в качестве вяжущего используется битум, а в качестве стабилизирующей (битумоудерживающей) добавки используется РТЭП. Возможно дополнительное введение целлюлозных или других волокнистых стабилизирующих добавок. РТЭП согласно ТУ 5718-001-79259416-2006 представляет собой многокомпонентную композицию на основе полиолефинового полимерного носителя, содержащую дорожный битум.
Недостатком указанной ЩМАС с добавкой РТЭП является недостаточная устойчивость к расслаиванию в процессе транспортирования и загрузки-выгрузки, определяемая по показателю стекания вяжущего в соответствии с ГОСТ 31015-2002.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь (ЩМАС) по СТО 61595504-003-2010 (СТО 61595504-003-2010 «Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон с применением композиционного материала «УНИРЕМ-001». Технические условия»). Для данной ЩМАС в качестве вяжущего используется битум, а в качестве стабилизирующей (битумоудерживающей) добавки используется композиционный материал УНИРЕМ-001. УНИРЕМ-001 согласно СТО 61595504-003-2010 представляет собой композиционный материал на основе активного резинового порошка, получаемого методом высокотемпературного сдвигового измельчения. Сырьем для УНИРЕМ-001 является резиновый порошок, получаемый при утилизации изношенных автомобильных шин или отходов резино-технических изделий, а также стабилизирующая добавка, гелеобразователь, адгезив и сшивающий агент.
Недостатком указанной ЩМАС с добавкой УНИРЕМ-001 является недостаточная устойчивость к расслаиванию в процессе транспортирования и загрузки-выгрузки, определяемая по показателю стекания вяжущего в соответствии с ГОСТ 31015-2002.
Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в увеличении однородности ЩМАС и ЩМА, его длительной водостойкости и долговечности.
Технический результат достигается введением в ЩМАС волокнистой добавки и адгезионной азотсодержащей добавки. Отличие предлагаемой ЩМАС состоит в том, что смесь, включающая щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум и композиционный материал УНИРЕМ-001, дополнительно содержит волокнистую добавку и адгезионную азотсодержащую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
щебень
65,0-75,0
песок из отсевов дробления
5,0-17,0
минеральный порошок
10,0-20,0
битум
5,5-7,5
композиционный материал «УНИРЕМ-001»
0,3-0,7
волокнистая добавка
0,2-0,6
адгезионная азотсодержащая добавка
0,05-0,15,
при этом объемное соотношение композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки составляет соответственно 30-70% и 70-30%.
Введение в ЩМАС волокнистых стабилизирующих добавок позволяет получить значения показателя стекания, соответствующие требованиям ГОСТ 31015-2002, а введение адгезионной азотсодержащей добавки позволяет улучшить однородность распределения в битуме УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки, получить более однородные битумные пленки и более однородную структуру ЩМАС и ЩМА.
Под адгезионной азотсодержащей добавкой подразумевается добавка, улучшающая сцепление битума с кислыми горными породами, которая содержит катионактивные азотсодержащие ПАВ, содержащие амиды, амины, диамины, полиамины, четвертичные аммониевые соединения, амидоамины, имидазолины и их производные, а также смеси этих соединений и т.п.
Введение адгезионной азотсодержащей добавки в битум изменяет растворяющую способность углеводородной дисперсионной среды битумной дисперсной системы. Молекулы и мицеллы азотсодержащих ПАВ частично адсорбируются на поверхности дисперсных битумных частиц (асфальтенов и их ассоциатов), частично находятся в углеводородной дисперсионной среде. В процессе перемешивания УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки с битумом часть молекул и мицелл азотсодержащих ПАВ, а также битумные частицы с адсорбированным слоем ПАВ будет адсорбироваться на поверхности резиновых частиц УНИРЕМ-001 и на поверхности волокон стабилизирующей (битумоудерживающей) добавки, блокируя полярные группы, что приведет к уменьшению межмолекулярного взаимодействия и облегчит распределение резиновых частиц УНИРЕМ-001 и волокон в битуме.Технический результат достигается также способом получения щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси, который включает введение в асфальтосмеситель щебня и песка из отсевов дробления с t=150-195°C и перемешивание, введение ненагретого минерального порошка и перемешивание, введение битума с t=110-165°C и перемешивание, причем после введения минерального порошка и перемешивания вводится смесь композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки в соотношении композиционный материал УНИРЕМ-001 - 30-70% по объему, волокнистая добавка - 70-30% по объему, при этом смесь УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки получается после введения их раздельно в разделенный на две части приемный бункер линии гранулированных добавок и перемешивания в процессе транспортирования по винтовому конвейеру, а в битум до его подачи в асфальтосмеситель вводится и однородно распределяется в нем адгезионная азотсодержащая добавка.
Проведены испытания ЩМАС с использованием предлагаемого соотношения компонентов и предлагаемого способа получения ЩМАС.
Для приготовления щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси ЩМАС-15 использовался гранитный щебень фр. 5-10 мм и фр. 10-15 мм, гранитный отсев от дробления горных пород, известняковый минеральный порошок. Гранулометрический состав минеральных материалов приведен в таблице 1. В качестве вяжущего использовался вязкий дорожный битум БНД 60/90 по ГОСТ 22245-90. Состав минеральной части ЩМАС-15 следующий; мас.%: щебень фр. 10-15 мм - 56, щебень фр. 5-10 мм - 18, отсев фр. 0-5 мм - 13, минеральный порошок - 13. Оптимальное количество битума в смеси составляло 6% от массы минеральной части смеси. Содержание в ЩМАС-15 добавок УНИРЕМ-001 составляло 0,62%, Viatop 66 - 0,42% от массы минеральной части, а содержание адгезионных добавок АМДОР-10, СОНДОР А и Ветфикс BE составляло 1,5% от массы битума.
Композиционный материал УНИРЕМ-001 соответствовал СТО 61595504-001-2010. Показатели свойств материала приведены в таблице 2. Гранулированная волокнистая целлюлозная добавка Viatop 66 соответствовала требованиям ГОСТ 31015-2002 и ТУ 5718-001-18268513-01. Адгезионная азотсодержащая добавка АМДОР-10 является композицией аминопроизводных различного строения и соответствовала требованиям ТУ 0257-003-35475596-96. Показатели свойств добавки приведены в таблице 3. Адгезионная азотсодержащая добавка СОНДОР А в качестве активных компонентов содержит амины, амидоамины и имидазолины и соответствовала требованиям ТУ 0257-033-00151816-2006. Показатели свойств добавки приведены в таблице 4. Адгезионная азотсодержащая добавка Ветфикс BE на основе полиаминов соответствовала требованиям компании AkzoNobel. Показатели свойств добавки приведены в таблице 5.
Таблица 1
Гранулометрический состав минеральных материалов
№ п/п
Зерновой состав (остатки на сите с отверстием, мм), в % по массе
Наименование материалов
15
10
5
2,5
1,25
0,63
0,315
0,16
0,071
менее 0,071
1
Щебень гранит.фр.10-15 мм ОАО «Гайворонский спецкарьер»
1,6
95,2
2,8
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,4
2
Щебень гранита. фр.5-10 мм ОАО «Гайворонский спецкарьер»
0,6
94,8
4,0
0,1
0,0
0,0
0,0
0,0
0,5
3
Отсев гранит. ОАО «Павловскгранит»
0,9
4,4
24,8
11,4
15,2
11,9
9,2
8,2
14,0
4
Минеральный порошок ОАО «Гурово-бетон»
0,1
0,4
9,3
12,7
77,5
Таблица 2
Показатели свойств композиционного материала УНИРЕМ-001
№ п/п
Наименование показателей
Требования по ТУ
Результаты испытаний
1
Размер частиц, мм
остаток на сите 0,9 мм, не более 2%
1
2
Индекс агломерации, баллы
не менее 8
9
3
Насыпная плотность, г/см<sup>3</sup>
0,47±0,05
0,49
4
Влажность, %
не более 8
2
Таблица 3
Показатели свойств адгезионной азотсодержащей добавки АМДОР-10
№ п/п
Наименование показателей
Требования по ТУ
Результаты испытаний
1
Внешний вид
Вязкая жидкость коричневого цвета
Вязкая жидкость коричневого цвета
2
Сцепление с минеральным материалом битума, содержащего 0,4% добавки
Не хуже контрольного образца №1
Соответствует контрольному образцу №1
3
Кислотное число, мг КОН/г добавки, не более
15
9,0
4
Массовая доля воды, не более
2,0
Отсутствует вода
5
Температура текучести, °С, не более
10
7
6
Аминное число, г HCl с массовой долей 100% на 100 г добавки, не менее
20,0
26,1
Таблица 4
Показатели свойств адгезионной азотсодержащей добавки СОНДОР А
№ п/п
Наименование показателей
Требования по ТУ
Результаты испытаний
1
Внешний вид
Маслянистая жидкость от желтого до темно-коричневого цвета
Маслянистая жидкость коричневого цвета
2
Сцепление битума с мокрым песком при содержании добавки 0,3 мас.%
по №1
по №1
3
Щелочное число, мг КОН/г, в пределах
400-600
566,29
4
Температура вспышки в открытом тигле, °С, не ниже
200
231
ЩМАС-15 была получена с использованием лабораторного смесителя, а также на асфальтосмесительной установке периодического действия с двухвальным лопастным смесителем, оборудованной линией подачи гранулированных добавок.
Таблица 5
Показатели свойств адгезионной азотсодержащей добавки Ветфикс BE
№ п/п
Наименование показателей
Требования компании AkzoNobel
Результаты испытаний
1
Внешний вид
Коричневая вязкая жидкость
Коричневая вязкая жидкость
2
Плотность при 20°С, кг/м<sup>3</sup>
980
980
3
Точка текучести, °С
<0
-1
4
Точка вспышки, °С
>100
120
5
Общее аминное число, мг HCl/г
159-169
162
6
Кислотное число, мг КОН/г
<10
8
Пример 1. Приготовление ЩМАС-15 с использованием лабораторного смесителя производилось следующим образом. Отдозированные компоненты смеси, за исключением минерального порошка и добавок, нагревались до требуемых температур: щебень и отсев до t=175°C, битум до t=155°C. Внутренняя поверхность лабораторного смесителя прогревалась до температуры 155°С.
Для получения ЩМАС №1 щебень и отсев загружали вручную в смеситель и перемешивали, далее загружали минеральный порошок и перемешивали, вводили битум и перемешивали 30 секунд, затем вводили УНИРЕМ-001 и перемешивание продолжалось в течении 3 минут до образования однородной смеси. Общее время перемешивания составляло 4,5 минуты.
При получении ЩМАС №2 щебень и отсев загружали вручную в смеситель и перемешивали, далее загружали минеральный порошок и перемешивали, затем одновременно вводили добавки УНИРЕМ-001 и Viatop 66 и перемешивали 30 секунд, далее вводили битум и перемешивание продолжалось в течение 3 минут до образования однородной смеси. В разогретый до 155°С битум предварительно было добавлено требуемое количество добавки «АМДОР-10». Общее время перемешивания составляло 4,5 минуты. Далее ЩМАС выдерживалась перед изготовлением образцов в течение 30 минут при температуре 160°С.
Получение ЩМАС №3 производилось аналогично смеси ЩМАС №2, вместо добавки АМДОР-10 использовалась добавка СОНДОР А.
Получение ЩМАС №4 производилось аналогично смеси ЩМАС №2, вместо добавки АМДОР-10 использовалась добавка Ветфикс BE.
Образцы из ЩМАС-15 были изготовлены в соответствии с ГОСТ 12801-98. Испытания образцов проводилось по ГОСТ 12801-98 и ГОСТ 31015-2002. Результаты испытаний образцов приведены в таблице 6.
Из данных таблицы 6 следует, что стекание вяжущего для ЩМАС №1 с добавкой УНИРЕМ-001 значительно превосходит допустимые значения. Введение в эту смесь добавок Viatop 66 (ЩМАС №2, №3, №4) и азотсодержащих добавок АМДОР-10, СОНДОР А, Ветфикс BE приводит к снижению показателя стекания до допустимых пределов, увеличению водостойкости при длительном водонасыщении и позволяет повысить однородность ЩМАС.
Пример 2. ЩМАС №1 (см. пример 1) приготавливали в асфальтосмесительной установке, оборудованной линией подачи в смеситель гранулированных стабилизирующих добавок. Отдозированные щебеночные и песчаные фракции с температурой 165°С подавались в смеситель, туда же поступал отдозированный минеральный порошок, перемешивание продолжалось 3 секунды. Затем в смеситель подавалась отдозированная порция битума с температурой 155°С, и перемешивание продолжалось 10 секунд. УНИРЕМ-001 через приемный бункер и питатель транспортировался по винтовому конвейеру и после дозирования поступал в смеситель. Перемешивание минеральной части смеси и битума с «УНИРЕМ-001» продолжалось 30 секунд. Готовая ЩМАС №1 выгружалась из смесителя, выдерживалась при t=160°C в течение 30 минут и из нее формовались образцы по ГОСТ 12801-98, определялось стекание, водостойкость при длительном водонасыщении, однородность смеси.
Таблица 6
Показатели физико-механических свойств ЩМАС
№ п/п
Наименование показателей
Значения показателей
для ЩМАС
по ГОСТ 31015-2002
№1
№2
№3
№4
1
Средняя плотность, г/см<sup>2</sup>
2,43
2,48
2,47
2,48
-
2
Водонасыщение, % по объему
3,2
2,12
2,15
2,3
1,0-4,0
3
Пористость минеральной части, %
18,5
17,4
17,8
17,9
15-19
4
Остаточная пористость, %
3,8
3,4
3,5
3,4
1,5-4,5
5
Предел прочности при сжатии, МПа
3,5
3,9
3,9
4,0
не менее 2,2
при температуре 20°С
при температуре 50°С
1,39
1,25
1,30
1,29
не менее 0,65
6
С двигоустойчивость: коэффициент внутреннего трения
0,93
0,96
0,97
0,96
не менее 0,93
сцепление при сдвиге при температуре 50°С, МПа
0,35
0,36
0,36
0,36
не менее 0,18
7
Трещиностойкость - предел прочности на растяжение при расколе при температуре 0°С, МПа
4,0
4,2
4,3
4,5
2,5-6,0
8
Водостойкость при длительном водонасыщении
0,93
1,02
1,00
1,01
не менее 0,85
9
Стекание вяжущего, % по массе
1,38
0,15
0,17
0,16
не более 0,2
10
Однородность смеси: коэффициент вариации предела прочности при сжатии при температуре 50°С, МПа
0,16
0,14
0,12
0,13
не более 0,16
При получении ЩМАС №2 (см. пример 1) в асфальтосмесительной установке УНИРЕМ-001 и Viatop 66 подавались и дозировались раздельно в две секции приемного бункера линии гранулированных добавок, перемешивались в процессе транспортирования по винтовому конвейеру. После подачи в асфальтосмеситель и перемешивания щебня, песка и минерального порошка осуществлялась подача добавок УНИРЕМ-001 и Viatop 66, и перемешивание продолжалось 7 секунд. Затем в смеситель подавалась отдозированная порция битума с температурой 155°С и перемешивание продолжалось 30 секунд. Требуемое количество добавки «АМДОР-10» добавлялось предварительно в расходную битумную емкость и распределялось в битуме насосом-смесителем в течение 30 минут до однородного состояния. Готовая ЩМАС №2 выгружалась из смесителя, выдерживалась при t=160°C в течение 30 минут, и из нее формовались образцы, определялось стекание, водостойкость при длительном водонасыщении, однородность смеси.
Получение ЩМАС №3 производилось аналогично смеси ЩМАС №2, вместо добавки АМДОР-10 использовалась добавка СОНДОР А.
Получение ЩМАС №4 производилось аналогично смеси ЩМАС №2, вместо добавки АМДОР-10 использовалась добавка Ветфикс BE.
Результаты определения стекания, длительной водостойкости и однородности приведены в таблице 7. Из данных таблицы 7 следует, что стекание вяжущего для ЩМАС №1 с добавкой УНИРЕМ-001 значительно превосходит допустимые значения. Введение в эту смесь добавок Viatop 66 и азотсодержащих добавок АМДОР-10, СОНДОР А, Ветфикс BE (ЩМАС №2, №3, №4) приводит к снижению показателя стекания до допустимых пределов, увеличению водостойкости при длительном водонасыщении и позволяет повысить однородность ЩМАС.
Таблица 7
Показатели стекания, длительной водостойкости и однородности ЩМАС
№ п/п
Наименование показателей
№1
Значение показателей
для ЩМАС
По ГОСТ 31015-2002
№2
№3
№4
1
2
3
4
5
6
7
1
Стекание вяжущего, % по массе
1,26
0,16
0,17
0,14
не более 0,2
2
Водостойкость при длительном водонасыщении
0,96
0,99
0,99
0,99
не менее 0,85
3
Однородность смеси: коэффициент вариации предела прочности при сжатии при температуре 50°С
0,16
0,14
0,12
0,13
Не более 0,16