АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ
ASPHALT-CONCRETE MIX

Изобретение относится к промышленности дорожно-строительных материалов, а именно к составам смесей для изготовления асфальтобетона, который может быть использован при устройстве оснований и покрытий автомобильных дорог, аэродромов, мостов. Изобретение позволяет улучшить механические характеристики асфальтобетона, упростить технологический процесс приготовления смеси и сократить его продолжительность.
Известна асфальтобетонная смесь, содержащая стандартные компоненты: отсев дробления щебня фракции 0-5 мм, песок, минеральный порошок и нефтяной битум. При этом она содержит дополнительные компоненты: в качестве полимерной структурирующей добавки - резиновый термоэластопласт и дополнительно поверхностно-активную пластифицирующую добавку - талловый пек, которые находятся между собой при следующем соотношении, мас.%: песок 16,0-20,0; минеральный порошок 10,0-15,0; резиновый термоэластопласт 0,5-1,0; нефтяной вязкий битум 5,0-6,5; таловый пек 0,3-0,5; отсев дробления щебня - 57,0-68,2 (1. Патент РФ №2196750 «Асфальтобетонная смесь». Авт. С.К.Илиополов, В.И.Болдырев, И.В.Мардиросова и др.).
К недостаткам указанного решения следует отнести сложный технологический процесс и невысокий показатель прочности асфальтобетонных смесей со структурирующей добавкой в виде резинового термоэластопласта и галлового пека при 50°С (1,31-1,65 МПа).
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является асфальтобетонная смесь с применением активированного угольного порошка в качестве структурирующей добавки для модифицирования связующего - гудрона при производстве асфальтобетонной смеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: щебень - 83; гудрон - 7; бурый уголь - 10 (2. Буренина О.Н., Николаева Л.А., Копылов В.Е. Влияние органо-минеральных добавок на свойства связующего и асфальтобетона // Сб. тр. межд. науч. - практ. конф. «Высокие технологии, фундаментальные исследования, экономика». - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. Т.2. - С.361-365).
Асфальтобетонные смеси на основе гудрона получены путем смешения компонентов в лопастном смесителе при скорости вращения ротора 50 об/с. В предварительно нагретый при 110°С и измельченный известняковый щебень вводится связующая композиция. Технология получения связующей композиции заключается в высушивании при 110°С диспергированных бурых углей и последующем соединении с предварительно нагретым при 90°С гудроном.
К недостатку этой технологии следует отнести несоответствие требованиям ГОСТ 9128-2009 показателей механических характеристик.
Целью предлагаемого изобретения является повышение качества асфальтобетона.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве связующего предлагается использовать битум БНД 90/130, модифицированный добавкой механоактивированного сапропеля при следующем соотношении компонентов мас.%: битум - 6,3; механоактивированный уголь - 0,7; щебеночная мелкозернистая смесь - 93.
Битум нефтяной вязкий дорожный БНД 90/130 (ГОСТ 22245-90) (далее - битум) представляет собой смесь углеводородов и гетероорганических соединений и углеводородов, не выкипающую при температурах перегонки нефти. Основные составляющие: асфальтены, смолы и масла парафиновой, нафтеновой и ароматической основы имеет следующие свойства (табл.1).
Таблица 1
Технические характеристики битума БНД 90/130
Наименование показателя
Норма по ГОСТ
Пенетрация, 0,1 мм при температуре: 25°С 0°С, не менее
90-13028
Температура, °C: размягчения, не нижехрупкости, не вышевспышки, не ниже
43-17230
Дуктильность, см, не менее при температуре:25°С 0°C
654,0
Изменение температуры размягчения после прогрева, °C, не более
5
Индекс пенетрации
От -1,0 до +1,0
Однако, выбранный битум имеет недостаточную трещиностойкость, нетеплостоек, неэластичен и не обладает требуемой адгезией к поверхности минеральных материалов кислых пород (3. Гохман Л.М. Битумы, полимерно-битумные вяжущие, асфальтобетон, полимерасфальтобетон. - М.: ЗАО «ЭКОН-ИНФОРМ», 2008. - 117 с.).
С целью улучшения качества битума и адгезионной способности системы «уголь-связующее» предлагается введение в битум в качестве структурно-активной добавки активированного сапропеля.
Сапропели - донные отложения озер, сложные органо-минеральные комплексы веществ, формирующиеся в результате биологических, микробиологических и механических процессов из остатков растительных и животных организмов и привносимых в водоемы органических и минеральных примесей (4. Кирейчева Л.В., Хохлова О.Б. Сапропели: состав, свойства, применение. - М.: Рома, 1998. - 124 с.). Предпосылкой использования дисперсного органо-минерального материала в качестве модифицирующей добавки для битума, помимо обширной сырьевой базы и дешевизны, явились его специфические свойства, обусловленные его повышенной удельной поверхностью, развитой поровой структурой, а также высокими адсорбционными характеристиками (5. Николаева Л.А. Брикетирование бурого угля с использованием модифицированного гудрона //Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук: 25.00.13. - Иркутск, 2011. - 135 с.).
Изучение текстурных характеристик сапропелей показывает, что активированный сапропель характеризуется меньшим размером частиц, повышенной удельной геометрической поверхностью, а также увеличенным количеством пор, о чем можно судить по увеличению удельного объема пор, по сравнению с неактивированным сапропелем (табл. 2).
Таблица 2
Текстурные характеристики сапропелей
Показатели
Неактивированный сапропель
Активированный сапропель
Удельный объем пор, см<sup>3</sup>/г
0,002
0,012
Удельная геометрическая поверхность, м<sup>2</sup>/г
2,704
5,440
Исследования дисперсности наполнителей показывают, что если размер отдельных частиц сапропелей до активации составляет >180 мкм, то после обработки в планетарной мельнице он снижается на два порядка. Таким образом, исследования показали, что механоактивация приводит к усилению адсорбционных свойств и увеличению дисперсности сапропелей.
3
Известняковый щебень (далее - щебень) - это осадочная горная порода, состоящая главным образом из карбоната кальция (кальцита), имеющего химическую формулу СаСО (6. Копылов В.Е., Николаева Л.А. Повышение качества асфальтобетона за счет использования модифицированного нефтяного вяжущего // Сб. тр. Всеросс. науч. - пр. конф. «Живые системы и конструкционные материалы в условиях криолитозоны». - Якутск: Изд-во СВФУ, 2011. - С.304-307).
Состав для асфальтобетонной смеси готовят следующим образом.
Асфальтобетонная смесь включает в качестве минерального материала известняковый щебень фракции 0-5 мм, в качестве связующего - битум марки БНД 90/130 и содержит в качестве структурирующей добавки активированный сапропель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Известняковый щебень фракции 0-5 мм - 93
Нефтяной вязкий битум - 6,3
Активированный сапропель - 0,7.
Сапропель перед смешением с битумом (нефтяным связующим) высушивается при 110°С для удаления части остаточной воды и подвергается механической активации на планетарной мельнице с частотой вращения водила 630 об/мин и барабана 1290 об/мин в течение двух минут для диспергирования и повышения адсорбционной способности. В предварительно нагретый при 110°С и измельченный известняковый щебень (размер фракции 0-5 мм) вводится приготовленная связующая композиция, и смесь перемешивается при заявляемых отношениях при температуре 140-150°С до образования однородной смеси.
Приготовление предлагаемой асфальтобетонной смеси не требует дополнительных устройств и приспособлений. Смесь легко получается смешением входящих в ее состав ингредиентов на стандартном оборудовании, имеющемся на асфальтобетонных заводах.
Исследуемые цилиндрические образцы диаметром 50,5 мм и высотой 50,5 мм испытывали на прочность при сжатии согласно ГОСТ 9128-2009. Результаты сравнительных испытаний сведены в табл.3. Как следует из сопоставительного анализа механических характеристик асфальтобетона, прочность при сжатии образцов предложенного состава выше примерно в 1,5-3 раза, по сравнению с асфальтобетонными смесями известных составов и прототипа. Полученный асфальтобетон обладает улучшенным комплексом прочностных свойств.
Таблица 3
Прочностные характеристики асфальтобетонов
№
Состав
σ<sub>сж</sub>, МПа
0°С
20°С
50°С
1
Щебень 93 мас.% + битум 7 мас.%
13,5
1,8
2,0
2
Щебень 83 мас.% + гудрон 7 мас.% + уголь10 мас.% (прототип)
7,8
1,6
0,8
3
Щебень 93 мас.% + битум 6,3 мас.% + акт. сапропель 0,7 мас.%
10,8
2,9
1,3
4
ГОСТ 9128-2009
9,0
2,5
1,0