АКТИВИРОВАННЫЙ МИНЕРАЛЬНЫЙ ПОРОШОК ДЛЯ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
ACTIVATED MINERAL POWDER FOR ROAD CONCRETE MIX

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к составам активированных минеральных порошков, и может быть использовано при строительстве асфальтобетонных покрытий.
В связи с увеличением в настоящее время объемов дорожного строительства растет спрос на продукцию асфальтобетонных заводов и соответственно возрастает потребность в качественном минеральном порошке для асфальтобетона.
С другой стороны, остается одной из наиболее острых проблем защита окружающей среды - обезвреживание токсичных отходов производства.
При приготовлении асфальтобетонных смесей широко применяют минеральные порошки, приготовленные в соответствии с ГОСТ 16557-78.
Основными недостатками известных минеральных порошков являются их значительная битумоемкость, пористость и набухание.
Асфальтобетонные смеси, приготовленные с их применением, часто имеют недостаточную теплостойкость и водостойкость, что в значительной степени сказывается на прочностных и эксплуатационных свойствах дорожных покрытий.
Благодаря своей развитой поверхности, адсорбирующей на себя большую часть битума, качественный минеральный порошок придает асфальтобетону необходимые свойства, т.е. механическую прочность, способность к упругим и пластическим деформациям, что существенно улучшает качества дорожного покрытия, увеличивает срок его службы и дает значительную экономию при эксплуатации.
При отсутствии в регионах сырьевой базы для получения традиционных минеральных компонентов асфальтобетонных смесей актуален поиск альтернативных источников получения минерального сырья.
Известны минеральные порошки для афальтобетонов, представляющие собой золу-унос, которые являются отходами тепловых электростанций (RU 2163576, RU 2204539, RU 2001120411, 2001).
Однако дорожные покрытия на их основе характеризуются низкой прочностью.
Более близким к изобретению является активированный минеральный порошок для афальтобетонов, содержащий измельченную известковую породу и активирующую составляющую в количестве 1,5-2,0% масс., содержащую, % масс.: битум - 77-88,5, анионное поверхностно-активное вещество - 9-18, кубовый остаток дистилляции капролактама - 2,5-5,0 (RU 2112759, 1998).
Данному минеральному порошку присущ такой недостаток, как многокомпонентность, что приводит к ограничению его использования. Кроме того, использование в составе порошка кубового остатка дистилляции капролактама, не регламентированного по своему составу, приводит к получению порошка нестабильного по своим свойствам.
Задача описываемого изобретения заключается в создании качественного, технологичного активированного минерального порошка для асфальтобетонных смесей, использование которого в асфальтобетонных смесях позволяет получить асфальтобетонные покрытия, обладающие высокими эксплуатационными характеристиками.
Поставленная задача достигается созданием активированного минерального порошка для асфальтобетонных смесей, содержащего отходы полусухой очистки дымовых газов, образующихся при сжигании твердых бытовых отходов, и активирующую составляющую, включающую битум и гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость, при следующем соотношении отходов полусухой очистки дымовых газов, образующихся при сжигании твердых бытовых отходов, и активирующей составляющей, % масс.:
отходы полусухой очистки дымовых
газов, образующихся при сжигании
твердых бытовых отходов
40,00-99,00
активирующая составляющая
остальное до 100
Предпочтительно минеральный порошок содержит активирующую составляющую, содержащую гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость и битум при следующем соотношении компонентов, % масс.: гидрофобизирующая кремнийорганическая жидкость 0,1-20,00, битум - остальное, до 100.
Технический результат описываемого изобретения заключается в уменьшении количества компонентов порошка, удовлетворяющего всем требованиям ГОСТа, применяемого к указанным порошкам, использование которого в асфальтобетонных смесях позволяет получить асфальтобетонные покрытия, обладающие повышенными эксплуатационными характеристиками, в частности, такими как прочность при сжатии при различной температуре, водостойкость, долговечность.
Используемые отходы образуются при полусухой очистке дымовых газов сжигания твердых бытовых отходов на установке, состоящей из абсорбера и фильтра, в частности рукавного.
Используемые в составе минерального порошка отходы полусухой очистки дымовых газов, образующихся при сжигании твердых бытовых отходов (ТБО), за счет уникальных структурных свойств позволяют получить порошок, обладающий повышенной способностью заполнять пространства между инертными материалами асфальтобетона и проникать в поры указанных материалов, что приводит к улучшению эксплуатационных свойств асфальтобетонных покрытий. При этом в отличие, например, от таких отходов, как зола-унос, пылевидные фракции, указанные отходы не обладают способностью к слипанию и затвердению.
Вышеуказанные отходы полусухой очистки имеют ряд структурных особенностей, которые влияют на концентрацию активных поверхностных центров. Общее количество активных центров на поверхности отходов полусухой очистки выше, чем на поверхностях традиционных минеральных материалов, чем объясняется более высокая степень контактирования отходов газоочистки с компонентами активирующей составляющей.
При последующем введении активированного минерального порошка, имеющего описываемый изобретением состав, в асфальтобетонную смесь молекулы упомянутого состава проникают в ее структуру, взаимодействуя со свободными ненасыщенными валентностями у поверхностного слоя ионов, участвующих в построении кристаллической решетки компонентов активирующей составляющей и минералов, входящих в состав асфальтобетонной смеси. При этом видоизменяются как непосредственно компоненты активирующей составляющей, так и поверхностно-абсорбационный слой смеси. В результате происходят хемосорбционные процессы, происходящие между отходами полусухой очистки, органическими и минеральными материалами смеси.
Наличие активных адсорбционных центров обеспечивает прочные адгезионные контакты между всеми компонентами асфальтобетона, содержащего описываемый изобретением активированный минеральный порошок.
Использование в асфальтобетонных смесях указанного активированного минерального порошка способствует молекулярному изменению структуры органических составляющих в смесях, что повышает упругость асфальтобетонных покрытий, снижает их чувствительность к температурным нагрузкам и обеспечивает релаксацию возникающих в покрытиях циклических деформаций, снижает деформацию слоя как в продольном, так и в поперечном направлениях.
Такое взаимодействие компонентов позволяет получать различные типы асфальтобетонных покрытий для разных целей.
За счет влияния на деформационные процессы, возникающие в покрытиях, увеличивается продолжительность сроков эксплуатации дорожного покрытия.
Приготовление, укладку и уплотнение асфальтобетонных смесей, содержащих описываемый минеральный порошок, можно осуществлять при сниженной по сравнению с установленными нормами температуре (на 20°С).
Снижение температуры при производстве и укладке асфальтобетонных смесей:
- предотвращает ускоренное старение битума;
- позволяет увеличить сроки, дальность доставки асфальтобетонной смеси и снизить климатические ограничения при дальнейшей укладке.
Использование активированного минерального порошка, содержащего в своем составе отходы полусухой очистки дымовых газов, образующихся при сжигании твердых бытовых отходов, в асфальтобетонных смесях обеспечивает возможность приготовления асфальтобетонных покрытий с повышенными эксплуатационными характеристиками, такими как прочность, водо- и морозостойкость, сдвигоустойчивость и трещиностойкость.
В качестве гидрофобизирующей кремнийорганической жидкости возможно использовать такие жидкости, как, например, этилгидросилоксановую жидкость ГКЖ-94, этилсиликонат натрия ГКЖ-10, метилсиликонат натрия ГКЖ-11, ГКЖ-11Н, ГКЖ-11К. Используют различные марки битума, такие как, например битумы нефтяные дорожные марок БНД, например БНД 60/90, БНД 90/130 и другие.
Изобретение иллюстрируется нижеприведенными примерами, не ограничивающими использование такового.
Пример 1.
Активированный минеральный порошок содержит, % масс.: активирующая составляющая - 1,00, отходы полусухой очистки дымовых газов, образующихся при сжигании твердых бытовых отходов, - 99,00. При этом активирующая составляющая содержит, %масс.: битум БНД 90/130 - 80,00, гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость, в качестве которой используют этилгидросилоксановую жидкость ГКЖ-94, - 20,00.
Пример 2.
Активированный минеральный порошок содержит, % масс.: активирующая составляющая - 60,00, отходы полусухой очистки дымовых газов, образующихся при сжигании твердых бытовых отходов, - 40,00. При этом активирующая составляющая содержит, % масс.: битум БНД 60/90 - 99,9, гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость, в качестве которой используют метилсиликонат натрия ГКЖ-11, - 0,1.
Пример 3.
Активированный минеральный порошок содержит, % масс.: активирующая составляющая - 15,00, отходы полусухой очистки дымовых газов, образующихся при сжигании твердых бытовых отходов, - 85,00. При этом активирующая составляющая содержит, % масс.: битум БНД 90/130 - 50, гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость, в качестве которой используют этилсиликонат натрия ГКЖ-10, - 50.
Полученный по примерам 1-3 активированный минеральный порошок подвергают испытанию на соответствие требованиям ГОСТа Р 52129-2003. В таблице 1 приведены результаты испытаний.
Для оценки свойств асфальтобетонных покрытий, приготовленных с использованием минерального порошка по описываемому изобретению, формируют нижепредставленные составы асфальтобетонных смесей.
Состав 1
Щебень гравийный фракция 5-10 мм - 37% масс., отсев дробления щебня фракции 0-5 мм - 39,9% масс., песок природный - 14,6% масс., активированный минеральный порошок - 8,5% масс. Активированный минеральный порошок содержит, % масс.: активирующая составляющая - 15,00, отходы полусухой очистки дымовых газов, образующихся при сжигании твердых бытовых отходов, - 85,00, при этом активирующая составляющая содержит, % масс.: битум БДН 90/130 - 50,00, гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость, ГКЖ-10 - 50,00.
Состав 2
Щебень гранитный фракция 5-10 мм - 37% масс., отсев дробления щебня фракции 0-5 мм - 34% масс., песок природный - 26% масс., активированный минеральный порошок - 3% масс. Последний содержит, % масс.: активирующая составляющая - 60,00, отходы полусухой очистки дымовых газов, образующихся при сжигании твердых бытовых отходов, - 40,00, при этом активирующая составляющая содержит, % масс.: битум БДН 60/90 - 99,00, гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость, ГКЖ-11 - 0,1.
Состав 3
Щебень гранитный фракция 5-20 мм - 40% масс., отсев дробления щебня фракции 0-5 мм - 45% масс., песок природный - 13% масс., активированный минеральный порошок - 2% масс. Последний содержит, % масс.: активирующая составляющая - 1,00, отходы полусухой очистки дымовых газов, образующихся при сжигании твердых бытовых отходов, - 99,00, при этом активирующая составляющая содержит, % масс.: битум БДН 90/130 - 80,00, гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость, ГКЖ-94 - 20,00.
Результаты оценки физико-механических свойств асфальтобетонных покрытий представлены в таблице 2.
При взаимодействии отходов полусухой очистки дымовых газов, образующихся при сжигании твердых бытовых отходов, и активирующей составляющей происходят вышеописанные реакции, благодаря которым молекулы отходов полусухой очистки встраиваются в кристаллические решетки активирующей составляющей, в частности битума, а в дальнейшем и компонентов асфальтобетонной смеси. При этом происходит нейтрализация токсичных компонентов. Получаемые связи очень устойчивы к разрушению и водной миграции (компоненты не вымываются водой). Поскольку активированный минеральный порошок отвечает нормам уровня токсичности, его использование в асфальтобетонной смеси приводит к тому, что уровень токсичности асфальтобетонных покрытий на их основе характеризуется значениями ниже установленных норм в соответствии с СанПиН 2.2.3.1384-03 «Гигиенические требования к организации строительного производства и строительных работ», СП 2.1.7.1386-03 - «Определение класса опасности токсичности отходов производства и потребления», МУ 2.1.674-97 «Методические указания санитарно-гигиеническая оценка стройматериалов с добавлением промотходов». Из таблицы 3 видно, что уровень опасности образцов асфальтобетонных смесей по ориентировочному водно-миграционному показателю водного (ОВМПв) и буферного (ОВМПб) экстракта ниже 4 класса (мало опасные), что позволяет активно использовать асфальтобетонную смесь в различных климатических зонах.
Приведенные в таблицах данные позволяют судить о достижении указанного технического результата. Так, из таблицы 1 следует, что активированный минеральный порошок согласно изобретению, содержащий в своем составе меньшее количество компонентов, удовлетворяет всем требованиям ГОСТа, асфальтобетонные покрытия, полученные из асфальтобетонных смесей, содержащих такой порошок, обладают высокими эксплуатационными характеристиками (табл.2), превосходящими таковые асфальтобетонных покрытий, содержащих известный активированный минеральный порошок. Так, покрытия, приготовленные из асфальтобетонных смесей, содержащих порошок состава согласно изобретению, превосходят покрытия, приготовленные из асфальтобетонных смесей, содержащих известный порошок, по прочности при сжатии, МПа при температуре 20°С - более чем на 10% отн, при температуре 50°С - более чем в три раза, по водостойкости при длительном водонасыщении - более чем на 70% отн. Расширяется также ассортимент утилизируемых отходов, что способствует повышению экологических показателей, так как утилизация описываемых отходов способствует решению одной из проблем защиты окружающей среды - обезвреживанию токсичных отходов от сжигания ТБО.
Таблица 1
Результаты испытаний минерального активированного порошка.
№
Наименование показателей
Требования ГОСТ Р 52129-2003
Примеры
1
2
3
1
Пористость, %
Не более 40
35,1
32,2
35,0
2
Набухание образцов из смеси порошка с битумом, % не более
Не более 3,0
2,3
2,0
2,2
3
Водостойкость образцов из смеси порошка с битумом, % не более
Не менее 0,7
0,8
0,7
0,72
4
Показатель битумоемкости, г
Не более 80
34,6
33,0
35,7
5
Влажность, % по массе
Не более 2,5
0,59
0,58
0,59
Таблица 2
Результаты оценки физико-механических свойств асфальтобетонных покрытий.
№
Наименование показателей
Требования ГОСТ 9128-97
Состав
1
2
3
1.
Прочность при сжатии, МПа при температуре
20°С
Не менее 2,5
5,30
5,45
5,5
50°С
Не менее 1,2
4,70
4,72
4,71
0°С
Не более 11,0
10,40
10,45
10,42
2
Водостойкость, %
Не менее 0,9
1,00
1,02
1,03
3
Водостойкость при длительном водонасыщении,
Не менее 0,85
1,88
1,89
1,86
4
Водонасыщение, % по объему
1,5-4,0
1,52
1,53
1,52
5
Сдвигоустойчивость, по коэффициенту внутреннего трения
Не менее 0,81
0,85
0,87
0,89
по сцеплению при сдвиге, МПа
Не менее 0,25
2,48
2,49
2,50
6
Трещиностойскость по пределу прочности на растяжение при 0°С, МПа
Не более 6,0 - не менее 3,5
4,40
4,40
4,40
Таблица 3.
Оценка опасности по ориентировочному водно-миграционному показателю (ОВМП)
Пример
ОВМПб
ОВМПв
Критерии класса СП 2.1.7.13866-03 не более
ОВМПв
ОВМПб
1
2,8
4,3
10
3-10
2
2,2
5,1
10
3-10
3
2,4
3,3
10
3-10