ХОЛОДНАЯ АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ
COLD ROAD CONCRETE MIX

Изобретение относится к области производства дорожно-строительных материалов и может быть использовано для ремонта аэродромных и дорожных покрытий.
В контексте данной заявки термин «холодная» применен в том же значении, что и в ГОСТ 9128-97 [ГОСТ 9128-97. Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные асфальтобетон. Технические условия].
Известна асфальтобетонная смесь холодной укладки «Матрекс», производства Канады, описанная в патенте РФ 2280014 [Патент РФ 2280014, опубл. 10.04.2006, стр.2]
и предназначенная для ремонта дорожных покрытий в зимних условиях. Она содержит минеральную составляющую и вяжущее (5,7% общей массы). Минеральная составляющая содержит, мас.%: щебень крупнее 2 мм - 90,6; песок 7,9 и наполнитель 1,5. Вяжущее состоит из 97,2 мас.% битума и 2,8 мас.% - добавки (как указано - не ПАВ). Экспериментально установлено, что при изготовлении смеси в российских условиях вяжущее имеет плохое сцепление с мокрой поверхностью минеральных материалов как кислых, так и основных пород. Полученная асфальтобетонная смесь смерзается в комья и плохо укладывается при отрицательных температурах, а при оттаивании выдавливается колесами транспортных средств из выбоин. Его прочностной показатель (предел прочности при сжатии при 20°С) не превышает 0,1 МПа.
Эти недостатки частично устранены в стандартных смесях, изготовляемых по ГОСТ 9128-79 марки Гх и Дх, в состав которых входит минеральная составляющая (щебень, гравий, песок), согласно регламентированному этим ГОСТом гранулометрическому составу, и органическое вяжущее - битумы нефтяные дорожные жидкие СГ (густеющие со средней скоростью) и МГ (медленногустеющие) отвечающие требованиям ГОСТ 11955-82 [ГОСТ 11955-82. Битумы нефтяные дорожные жидкие. Технические условия] в количестве 4,5-6,5 мас.%.
Эти асфальтобетонные смеси имеют лучшие показатели по сравнению со смесью «Матрекс», такие как сцепление с поверхностью, прочность при сжатии и т.д. Но из-за особенностей используемого вяжущего (высокая вязкость) и специфики производства стандартных холодных асфальтобетонных смесей приготовление ведется при относительно высоких температурах - около 100-120°С. Также получаемые смеси имеют низкую удобоукладываемость из-за консистенции материала и неудовлетворительную адгезию к материалу основания дорожного полотна, т.е. при укладке смесей требуется использование подгрунтовки. Температура укладки этих асфальтобетонных смесей ограничена +5°С, не ниже (ГОСТ 9128, п.4.2).
Задачей заявляемого изобретения является получение материала для оперативного ремонта асфальтобетонного и цементобетонного покрытия, который обладает следующим комплексом характеристик: консистенция асфальтобетонной смеси, обуславливающая хорошую удобоукладываемость и «простоту распределения» смеси по ремонтируемой поверхности; хорошая адгезия получаемого покрытия к основанию, предел прочности материала при сжатии (после прогрева) - не ниже 0,5 МПа; возможность укладки смеси при низких температурах (ниже, чем 0°С); отсутствие необходимости использования подгрунтовочных составов; снижение температуры изготовления асфальтобетонной смеси с конечной температурой смеси при выходе из смесителя не выше 40°С.
Поставленная задача решается изменением состава компонентов и количественными соотношениями ингредиентов.
Заявляемая асфальтобетонная смесь имеет в своем составе минеральный наполнитель и вяжущее на основе нефтяного битума. От прототипа она отличается тем, что в качестве минерального наполнителя используют песок из отсевов дробления породы габбро-норит или гранита и природный песок, а в состав вяжущего входит битум, бензин и/или дизельное топливо и дивинил-стирольный термоэластопласт при следующем соотношении компонентов, мас.%:
песок природный
10-18
битум дорожный
4,5-7
бензин и/или дизельное топливо
1-5
дивинил- стирольный термоэластопласт
0,01-0,3
песок из отсевов дробления гранита или
породы габбро-норит
остальное до 100%
При этом используют песок из отсевов дробления фракции 2-5 мм.
Более подробно сущность полезной модели раскрывается в приведенных ниже примерах реализации.
Для изготовления смеси используют следующие компоненты:
1. минеральный наполнитель: песок из отсева дробления гранита или породы габбро-норит, фракция 2-5 мм,
2. песок природный намывной,
3. битум - битум дорожный БНД 60/90 или БДУС 70/100 (ГОСТ 22245, ТУ 0256-096-00151807-97),
4. бензин автомобильный, например, АИ 92,
5. автомобильное дизельное топливо,
6. полимер - дивинил-стирольный термоэластопласт типа SBS (блок-сополимер дивинила и стирола), например, Кратон Д-1101 фирмы «Shell» и дивинил-стирольный термоэластопласт (ДСТ-30-01) производства ОАО Воронежсинтезкаучук). Примером конкретной реализации может служить холодная асфальтобетонная смесь, поэтапно приготовленная в соответствии с заданными соотношениями
На первом этапе растворяли полимер в бензине и/или дизельном топливе при температуре 25°С, затем подогретый до температуры около 80°С битум вводили приготовленный раствор полимера и перемешивали 3-5 минут в специальном мини-смесителе.
На втором этапе готовили минеральную смесь путем смешивания в бетоносмесителе отмеренных количеств песка из отсева дробления гранита или породы габбро-норит и природного песка, предварительно подогретых до температуры 35-40°С.
После этого приготовленное на первом этапе вяжущее вводили в смесь минеральных компонентов и перемешивали до однородного состояния в течение 5-8 минут. Получившуюся смесь упаковывали в герметичные емкости. Смесь (после прогрева) обладает прочностью при сжатии ~0,8 МПа, удовлетворительной удобоукладываемостью и адгезией к основанию.
Смесь укладывают следующим образом: выравнивают края ремонтируемого участка асфальтобетонного или цементобетонного покрытия с помощью фрезы, очищают яму от пыли, снега и избыточной влаги, укладывают ремонтный материал в необходимом количестве, учитывая его уплотняемость, равномерно распределяют по площади ямы; используют виброплиту или трамбовку для уплотнения материала.
Испытания показали, что сразу после утрамбовки можно открывать движение транспорта. После движения транспорта следов на уложенном материале не остается. Смесь можно укладывать при низких температурах, в том числе - ниже нуля.
Испытания также показали, что сходные характеристики были получены при частичной замене компонентов на их эквиваленты - например, замена гранита на габбро-норит, или при использовании другого указанного дорожного битума, или при полной замене дизельного топлива на автомобильный бензин. В приведенной ниже Таблице представлены примеры полученных составов и их свойств в сравнении с аналогом и прототипом.
Таблица
Состав, мас.%
Наименование смеси / П.п. примеров
Минеральный наполнитель
Битум
Бензин
Дизельное топливо
Поли-мер
Свойства, характеристики
Песок из отсевов дробления
Песок природный
1
2
3
4
5
6
7
8
1. Матрекс
85,4
8,9
5,7 (с добав-ками)
-
-
-
Прочность 0,1 МПа. Смерзается в комья, плохо укладывается при отрицательных температурах
2. Смесь по ГОСТ 9128
94
6
-
-
-
Прочность после прогрева 1,5 МПа. Изготовление при 100-120°С, плохая адгезия к поверхности, неудобства при ручной укладке из-за консистенции продукта (жесткий)
Новая смесь
1
2
3
4
5
6
7
8
3
77,8 гранит
14
5
2
1
0,2
Прочность 0,5 МПа. Изготовление при 35°С, высокая удобоукладываемость, материал легко распределяется по поверхности ремонтируемого участка.
4
80,45 гранит
12
4,5
2,5
0,5
0,05
Свойства см. п.3, небольшие различия в консистенции, скорости отверждения
5
75,4 (габбро -норит)
16
5,5
2
1
0,1
Свойства см. п.3
6
72,2 гранит
18
6
1,5
2
0,3
Свойства см. п.3
7
79,2 гранит
10
7
3
0,5
0,3
Свойства см. п.3
8
75,8 гранит
15
7,5
0,5
1
0,2
Высокая температура изготовления 70°С, требует использования подгрунтовки при укладке
9
80 гранит
12
4
3.5
0.1
0,4
Высокая температура изготовления 50°С, низкая начальная прочность 0,3 МПа долго набирает прочность, быстро разрушается после укладки
10
65,8 гранит
25
7,5
0,5
1
0,2
Температура изготовления 70°С требует использования подгрунтовки при укладке, низкая стойкость - выкрашивание песка
11
87,8 гранит
4
6
1
1
0,2
Низкое качество, высокая пористость, вызывающая разрушение материала
Как видно из приведенных в Таблице примеров, заявленная смесь обеспечивает получение материала для оперативного ремонта асфальтобетонного и цементобетонного покрытия, который обладает хорошей удобоукладываемостью, хорошей адгезией получаемого покрытия к основанию. Предел прочности получаемого покрытия при сжатии составляет не ниже 0,5 МПа. Смесь можно укладывать при минусовых температурах без использования подгрунтовочных составов. Заявленные процентные соотношения являются оптимальными. Изменение соотношений за заявленные пределы приводит к нарушению сбалансированности свойств - повышается температура изготовления, снижается адгезия, ухудшается технологичность укладывания.