СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА
METHOD OF PRODUCING MACADAM-MASTIC ASPHALT CONCRETE

Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к технологии приготовления щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей для устройства верхнего слоя покрытия автомобильных дорог.Целью настоящего изобретения является разработка способа получения щебеночно-мастичного асфальтобетона с отсевами дробления известняков с улучшенными физико-механическими свойствами и снижение расхода вяжущего и себестоимости устройства покрытий с применением щебеночно-мастичных асфальтобетонов с отсевами дробления известняков (ЩМА с ОДИ) при производстве и эксплуатации. Технический результат: разработанный способ получения ЩМА с ОДИ с повышенными водостойкостью материала, значений пределов прочности при сжатии при +20 и +50°C и экологической безопасностью окружающей среды в результате утилизации отходов химической промышленности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ получения щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси с добавкой отсевов дробления известняков марки 400 (Патент РФ №2426704), согласно которому в минеральную часть к прочному щебню вводят отсевы дробления известняков марки 400.
Преимуществом указанного способа является повышение пределов прочности при сжатии ЩМА при +20 и +50°C и, соответственно, его теплоустойчивости и коэффициента водостойкости и снижение водонасыщения. Это достигается переводом вяжущего в структуре материала в связанное (ориентированное) состояние мелкими фракциями ОДИ.
Недостатком прототипа является то, что высокий показатель предела прочности при +50°C (т.е. теплоустойчивость при высоких летних температурах) образцов щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси с добавками отсевов дробления известняков марки 400 достигается при увеличенном расходе вяжущего в смеси (до 7,5%, сверх 100% от массы минеральной части).
Задачей заявляемого изобретения является разработка способа повышения качества щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей для устройства верхнего слоя покрытия автомобильных дорог, снижение расхода вяжущего в смеси, применение в составе смеси отсевов дробления малопрочных известняков, а также утилизация и нейтрализация отходов промышленного производства.
Поставленная задача решается тем, что заявляемый состав щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси с отсевами дробления известняков (ЩМА с ОДИ) приготавливается путем перемешивания между собой обезвоженных и нагретых до рабочих температур исходных материалов, а в качестве вяжущего вещества используется предварительно приготовленная однородная смесь вязкого битума с отходами химической промышленности - кубовыми остатками производства «Новантокс 8 ПФДА» (антиоксиданта, применяемого в производстве шин) в количестве 0,5…1,2 (в % по массе).
Кубовые остатки производства «Новантокса 8 ПФДА» представляют собой вязкую маслянистую жидкость темно-коричневого цвета с зеленоватым или фиолетовым оттенком следующего состава, % масс.:
новантокс 8 ПФДА - 8,6;
свободный п-аминодифениламина - 0,54;
2-этилгексановая кислота - 27,0;
К-соль 2-этилгексановой кислоты - 9,4;
смолы - остальное.
Использование кубовых остатков производства «Новантокс 8 ПФДА» в составе вяжущего улучшает сцепление битума с минеральным заполнителем, что обусловлено содержащимися в ней ароматическими аминами и смолистыми соединениями сложного состава. В своем составе отход содержит две функциональные группы противоположного характера: аминогруппу с основными свойствами и карбоксильную группу с кислотными свойствами.
Механизм действия добавки кубовых остатков производства «Новантокс 8 ПФДА» в битуме возможно представить следующим образом: при введении добавки в битум, ее молекулы адсорбируются на дисперсных частицах в битуме, (на асфальтеновых агрегатах), понижая межфазное натяжение на границе раздела фаз асфальтеновых агрегатов (дисперсная фаза) и жидкие углеводороды (дисперсионная среда). При образовании битумной пленки на поверхности минеральных зерен происходит адсорбция битумных дисперсных частиц на их поверхности. Присутствие на поверхности битумных частиц молекул добавки обуславливает значительно лучшее сцепление битумной пленки с поверхностью каменного материала и увеличивает адгезионную прочность. При смешении смолы антиоксиданта с битумом при температуре 120…140°C происходит химическое взаимодействие кубовых остатков производства «Новантокс 8 ПФДА» с высокомолекулярными соединениями битума, в результате этого достигается однородность вяжущего.
Содержание добавки кубовых остатков производства «Новантокс 8 ПФДА» в вяжущем должно составлять 0,5…1,2%, т.к. при содержании смолы выше 1,2% показатель индекса пластичности вяжущего выходит за допустимые пределы, вследствие снижения температуры размягчения по методу «Кольцо и шар». Таким образом, предлагаемые отличия сообщают заявляемому объекту новый технический эффект улучшение адгезионных свойств вяжущего за счет модификации добавкой кубовых остатков производства «Новантокс 8 ПФДА».
Заявителю неизвестно использование добавки кубовых остатков производства «Новантокс 8 ПФДА» для улучшения адгезионных свойств вяжущих асфальтобетонных смесей, что свидетельствует о соответствии заявляемого объекта критерию "изобретательский уровень".
Вяжущее для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси (ЩМАС) готовят следующим образом:
В аппарат, снабженный обогревом и мешалкой, загружают вязкий битум и кубовые остатки производства «Новантокс 8 ПФДА» в количестве 0,5…1,2% на смесь и производят перемешивание при температуре 120…140°C до получения однородной массы. Состав и свойства вяжущего, приготовленного на битуме БНД 60/90, приведены в табл.1.
Таблица 1
Показатели физико-механических свойств
Наименование показателей битумного вяжущего и единицы измерения
Треб. ГОСТ 22245 для битума БНД 60/90
Величина показателя
Исх. БНД 60/90 (без добавки)
БНД 60/90 с добавкой кубовых остатков «Новантокс 8 ПФДА», % от массы битума
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
1. Глубина проникания иглы 0,1 мм
при 25°C
61-90
73
71
74
78
81
86
89
при 0°C
Не менее 20
22
21
22
22
22
24
24
2. Растяжимость, см
при 25°C
Не менее 55
>100
>100
>100
>100
>100
>100
>100
при 0°C
Не менее 3,5
3,8
3,6
3,5
3,5
3,5
3,5
3,5
3. Температура размягчения по КиШ, °C
Не ниже 47
48,5
47,8
47,2
46,6
46,2
45,6
45,2
4. Температура хрупкости, °C
Не выше -15
-19
-21
-21
-21
-21
-21,2
-21
5. Сцепление с мрамором
выдерж.
выдерж.
выдерж.
выдерж.
выдерж.
выдерж.
выдерж.
6. Индекс пенетрации
от -1 до +1
-0,52
-0,93
-0,99
-1,02
-1,03
-1,05
-1,07
7. Однородность
одн-но
одн-но
одн-но
одн-но
одн-но
одн-но
одн-но
С предлагаемым вяжущим были приготовлены составы ЩМА с ОДИ подобранного состава по ГОСТ 31015-2003.
Состав ЩМА с ОДИ по предлагаемому решению следующий, % масс.: щебень прочных пород фр. 5…10, или 5…15, или 5…20 мм - 70,0…73,5; отсевы дробления известняков - 26,5…30,0; битум вязкий БНД 60/90 (БНД 90/130) - 5,6…6,0 (сверх 100%) и кубовые остатки производства «Новантокс 8 ПФДА» - 0,5…1,2% от массы битума.
Щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь готовится в серийно выпускаемой стационарной асфальтобетонной установке, оборудованной устройством для разогрева обезвоживания, подачи составляющих в смеситель и их перемешивания.
Точность дозирования щебня и отсевов дробления известняков должна соответствовать классу точности 2 по ГОСТ 10223 и ГОСТ 30124. Точность дозирования битума и кубовых остатков - ±1,5% по массе.
Составляющие смеси после нагрева до рабочих температур, обезвоживания и дозирования, в соответствии с рецептом, перемешиваются между собой при рабочих температурах и смесь выдается потребителю.
Приготовление щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси осуществляется следующим образом: кубовые остатки производства «Новантокс 8 ПФДА», нагретые до 50…70°C, перемешиваются с вязким битумом БНД 60/90 (или БНД 90/130) при температуре 120…140°C до получения однородной массы, а затем полученную смесь при 130…140°C объединяют при перемешивании с наполнителем, нагретым до 150…170°C и другими компонентами смеси для приготовления асфальтобетонной смеси.
Физико-механические свойства заявляемого состава ЩМА представлены в табл.2.
Таблица 2
Физико-механические свойства ЩМА на вяжущем с добавкой кубовых остатков производства «Новантокс 8 ПДФА»
№ п/п
Наименование показателей
Треб. ГОСТ 31015 для II-III ДКЗ
Количество вяжущего в смеси, %
По прототипу (вяжущее без добавки), 6,5
5,5
5,6
5,8
6,0
6,5
+0,5% смолы антиоксиданта (от массы битума)
1.
Предел прочности при сжатии при температуре, МПа 50°C
не менее 0,65
1,67
1,58
1,60
1,65
1,66
1,72
20°C
не менее 2,2
4,73
4,41
4,00
4,50
4,54
4,68
2
Водонасыщение
1,0…4,0
2,85
3,21
2,70
2,40
2,40
2,30
3
Пористость минеральной части, %
15…19
18,48
17,39
17,47
17,32
17,47
17,24
3.
Остаточная пористость, %
1,5…4,5
2,64
3,58
3,42
2,73
2,42
0,88
4.
Коэффициент водостойкости
не менее 0,85
0,87
0,82
0,86
0,93
0,90
0,90
5.
Водонасыщение, % по объему
1,0…4,0
2,10
3,21
2,70
2,40
2,40
2,30
6.
Средняя плотность, г/см<sup>3</sup>
-
2,64
2,65
2,65
2,66
2,66
2,68
Как видно из табл.2, заявляемая асфальтобетонная смесь ЩМАС с использованием кубовых остатков производства «Новантокс 8 ПФДА», по сравнению с показателями образцов прототипа, обладает более высокими физико-механическими показателями. Повышение значений коэффициента водостойкости образцов на вяжущем с использованием кубовых остатков производства «Новантокс 8 ПДФА» объясняется улучшением сцепления битума с поверхностью минеральных заполнителей ЩМА. Следовательно, асфальтобетонное покрытие с применением исследуемой добавки кубовых остатков производства «Новантокс 8 ПФДА» будет более прочным и водостойким.
При этом применение вязкого битума с добавкой кубовых остатков химического производства «Новантокс 8 ПФДА», позволяет снизить количество вяжущего на 0,7%, по сравнению с составом ЩМА с ОДИ, приготовленном по прототипу на более вязком битуме. Следовательно, достигается удешевление себестоимости приготовления смеси.