АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО БИТУМА ДЛЯ УСТРОЙСТВА ПОКРЫТИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
BITUMINOUS CONCRETE MIXTURE ON BASIS OF MODIFIED BITUMEN FOR HIGHWAY COATING

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам и может быть использовано для устройства покрытий автомобильных дорог.
Известна асфальтобетонная смесь, предназначенная для устройства покрытий автомобильных дорог, включающая: битум (сверх 100% минеральной части) - 5,8-7,5, щебень из хвостов сухой магнитной сепарации - 60-80, отсев дробления из хвостов сухой магнитной сепарации - 8-32, минеральный порошок - 12-8, целлюлозное волокно (сверх 100% к минеральной части) - 0,3-0,5 [Патент на изобретение RU №2285679 C1, МПК С04В 26/26, опубл. 20.10.2006].
В качестве недостатков данной асфальтобетонной смеси можно выделить ограниченную номенклатуру применяемого сырья, связанную с необходимостью использования в качестве заполнителей смеси щебня и отсева дробления в виде хвостов сухой магнитной сепарации железосодержащих руд, а также недостаточно высокие показатели физико-механических характеристик, таких как прочность при сжатии при 50 и 20°С, сдвигоустойчивость по сцеплению при сдвиге при температуре 50°С, водонасыщение и водостойкость при длительном водонасыщении.
Наиболее близкой к предлагаемому решению, принятой за прототип является асфальтобетонная смесь, включающая (мас. %): шлаковый щебень фракции 5-20 мм - 31, шлаковый песок фракции 0-5 мм - 61-65, в качестве наполнителя и структурирующего компонента шлам химводоочистки ТЭЦ - 4-8 (сверх 100% минеральной части), нефтяной вязкий битум - 6,0 (сверх минеральной части), в качестве гидрофобно-пластифицирующей и структурирующей добавки кремнийорганическую жидкость ГКЖ-11 - 0,04-0,17 (сверх 100% минеральной части) [Патент на изобретение RU №2277519 С2, МПК С04В 26/26, Е01С 7/18, опубл. 10.06.2006].
Недостатками данной смеси являются высокие значения набухания и водонасыщения, а также низкие значения водостойкости и водостойкости при длительном водонасыщении.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение качества дорожного покрытия за счет улучшения физико-механических характеристик асфальтобетонной смеси на основе модифицированного битума, а именно: снижение набухания и водонасыщения, повышение водостойкости и водостойкости при длительном водонасыщении.
Это достигается тем, что асфальтобетонная смесь для устройства покрытий автомобильных дорог включает в качестве связующего модифицированное битумное вяжущее, состоящее из битума БЕД 60/90 и высококальциевой золы-уноса, в качестве заполнителя - гранитный щебень и отсев дробления, а в качестве наполнителя - известняковый минеральный порошок при следующем соотношении компонентов, мас. %:
- гранитный щебень фракции 5-20 мм - 38,7;
- отсев дробления гранитов - 46,6;
- известняковый минеральный порошок - 8,5;
- битум марки БНД 60/90 - 5,04;
- высококальциевая зола-уноса - 0,56.
Предложенный состав смеси позволяет достигнуть заявленного результата за счет того, что вводимая в разогретый битум добавка высококальциевой золы-уноса оказывает структурирующее воздействие, повышая его вязкость, что приводит к повышению физико-механических характеристик при сниженном расходе битума в составе асфальтобетонной смеси для устройства покрытий автомобильных дорог.
Роль высококальциевой золы-уноса заключается в интенсификации процессов хемосорбции в результате взаимодействия битумной пленки с поверхностью алюмосиликатного модификатора (высококальциевой золы-уноса) за счет особенностей его состава и физической адсорбции за счет структуры, что приводит к повышению физико-механических и реологических характеристик битумного вяжущего, используемого для приготовления асфальтобетонной смеси. Данное обстоятельство способствует увеличению физико-механических характеристик асфальтобетонного покрытия, а также повышению его деформативной устойчивости.
Увеличение физико-механических характеристик асфальтобетона на основе заявленного состава асфальтобетонной смеси возможно за счет малых размеров, большой удельной поверхности и особенностей строения частиц добавки в виде высококальциевой золы-уноса, позволяющей оптимизировать структуру асфальтобетона, создавая более плотную структуру асфальтобетона без пор и пустот.
Пример приготовления асфальтобетонной смеси
Характеристика компонентов:
Основными исходными материалами для получения асфальтобетонной смеси являлись: битум марки БНД 60/90 Московского нефтеперерабатывающего завода, модифицированный высококальциевой золой-уноса Назаровской ТЭС (табл. 1, 2); гранитный щебень (ОАО «Павловскгранит»); отсев дробления гранитов (ОАО «Павловскгранит»); известняковый минеральный порошок (ООО «Стромис»).
Для получения модифицированного битумного вяжущего основными исходными материалами являлись высококальциевая зола-уноса (табл. 1 и 2) и битум марки БНД 60/90.
Асфальтобетонную смесь в лабораторных условиях получали следующим образом. Дозировали битум в количестве 0,5 кг, разогревали до температуры 160°С, дозировали 0,03 кг высококальциевой золы-уноса, затем добавляли в емкость к битуму и смешивали с помощью лопастной мешалки в течение 5 минут. Дозированные крупный и мелкий заполнитель (гранитный щебень - 4,27 кг и отсев дробления гранитов - 4,9 кг) загружали в асфальтобетоносмесительную установку и разогревали до постоянной температуры 120°С, затем вводили известняковый минеральный порошок (0,9 кг) и подготовленный модифицированный битум и перемешивали до получения однородной смеси в течение 10 минут.
Подбор рационального состава асфальтобетонной смеси для устройства покрытий автомобильных дорог производился по результатам испытаний пробных составов асфальтобетонных смесей с использованием различного количества модифицированного битума, так было определено оптимальное количество связующего в составе асфальтобетонной смеси, которое обеспечивает ей максимальные физико-механические характеристики. Подбор состава минеральной части производился с помощью программного обеспечения. Испытания образцов асфальтобетона из полученной асфальтобетонной смеси проводили по стандартным методикам в соответствии с требованиями нормативных документов.
Примеры реализации составов предложенной асфальтобетонной смеси и ее основные характеристики представлены в таблице 3.
Таким образом, в результате анализа полученных результатов установлено существенное влияние модифицированного битумного вяжущего на свойства асфальтобетона на его основе, так асфальтобетон на основе битума, модифицированного высококальциевой золой-уноса, характеризуется сниженными показателями набухания и водонасыщения, повышенными показателями водостойкости и водостойкости при длительном водонасыщении.
Введение малого количества добавки в вяжущее способствует снижению физико-механических характеристик асфальтобетона. Так, при введении высококальциевой золы-уноса в битум в количестве 5% от массы вяжущего (состав №1) асфальтобетон на его основе имеет гораздо более низкие физико-механические характеристики в сравнении с составом без использования добавки высококальциевой золы-уноса. При низком содержании добавки высококальциевой золы-уноса в битуме не происходит должного структурирующего эффекта, который позволил бы значительно повысить физико-механические характеристики асфальтобетона на его основе.
Введение добавки высококальциевой золы-уноса в битум в количестве 20% от массы вяжущего (состав №4) приводит к значительному загущению системы вяжущего, что в свою очередь препятствует равномерному его распределению на минеральной части (щебень, песок, минеральный порошок) асфальтобетонной смеси, вследствие чего снижаются физико-механические характеристики асфальтобетона.
Анализ физико-механических характеристик образцов асфальтобетона из асфальтобетонной смеси на основе битума, модифицированного высококальциевой золой-уноса, свидетельствует о влиянии добавки, приводящей к оптимизации структуры вяжущего и асфальтобетона в целом, что способствует формированию более плотной структуры асфальтобетона.
Таким образом, представленное техническое решение в виде состава асфальтобетонной смеси на основе модифицированного битума для устройства покрытий автомобильных дорог с использованием в качестве модифицирующей добавки высококальциевой золы-уноса позволяет получить асфальтобетонную смесь со сдвигоустойчивостью при сдвиге при температуре 50°С 0,86; водостойкостью 0,98; водонасыщением 0,95%; набуханием 0,002 и водостойкостью при длительном водонасыщении 1,01.
Применение битумного вяжущего, модифицированного высококальциевой золой-уноса, в составе асфальтобетонной смеси способствует снижению стоимости асфальтобетонного покрытия за счет снижения расхода битума при прочих равных условиях.
Получаемая асфальтобетонная смесь для устройства покрытий автомобильных дорог характеризуется высокими физико-механическими характеристиками при сниженном содержании битума в составе смеси.