МОДИФИКАТОР АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ
ASPHALT MIX MODIFIER

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам и может быть использовано при устройстве покрытий автомобильных дорог, мостов, аэродромов во всех климатических зонах. Изобретение касается улучшения качественных показателей асфальтобетонной смеси путем введения в нее модификатора в качестве структурирующей добавки.
Известны асфальтобетонные смеси, содержащие песок, минеральный порошок, щебень, нефтяной битум и стабилизирующие или структурирующие добавки (ГОСТ 31015-2002, патент РФ №2196750).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является асфальтобетонная смесь по патенту РФ 2196750, включающая песок, минеральный порошок, полимерную структурирующую добавку и нефтяной битум, отличающаяся тем, что содержит нефтяной вязкий битум, в качестве полимерной структурирующей добавки содержит резиновый термоэластопласт и дополнительно поверхностно-активную пластифицирующую добавку - талловый пек и отсев дробления щебня фракции 0-5 мм, при следующем соотношении компонентов, 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
Талловый пек - 0,3-0,5
Отсев дробления щебня фракции 0-5 мм - 57,0-68,2.
Структурирующая добавка в патенте РФ №2196750 принята в качестве прототипа.
Недостатком известного решения является относительно невысокий показатель прочности асфальтобетонных смесей со структурирующей добавкой в виде резинового термоэластопласта и галлового пека при 50°C (1,31-1,65 МПа), характеризующий теплоустойчивость и сдвигоустойчивость смесей, что особенно важно для южных регионов страны. Также недостатком является нетехнологичность приготовления смесей из-за необходимости предварительно модифицировать битум таловым пеком.
Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение температурной чувствительности и повышение усталостной долговечности при увеличении водостойкости, морозостойкости, устойчивости к воздействию водно-солевых растворов, прочности в водонасыщенном состоянии и при +50°C (табл.2), снижение вязкости и повышение пластичности при отрицательных температурах, а также возможность изготовления асфальтобетонной смеси с предлагаемым модификатором без изменения стандартной технологии производства асфальтобетонных смесей. Кроме того, техническим результатом является простота использования предлагаемого модификатора при изготовлении асфальтобетонных смесей, что, в конечном итоге, приводит к уменьшению себестоимости дорожного покрытия.
Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в отличие от известного решения в качестве структурирующей добавки асфальтобетонной смеси используется как эластифицирующая составляющая вулканизированный неполярный каучук в виде резиновой крошки (в основном из отработанных шин), а структурирование битумного вяжущего достигается композитом модифицирующих компонентов, в который входят:
- метасиликат кальция игольчатой структуры - упрочняющий и структурообразующий компонент;
- смола эпоксидная - сшивающий агент;
- нитрозоаминное соединение - гелеобразователь;
- фенольную смолу и/или канифоль - адгезив.
Содержание модифицирующих компонентов определено эмпирическим путем на основе существующих знаний по асфальтовому вяжущему в асфальтобетонах и химическому взаимодействию битума с минеральными компонентами асфальтобетонов и вулканизованной резины. Оптимизация количества компонентов проверялась на основе анализа опытных подборов составов асфальтобетонов по изменению их прочности, трещиностойкости, водостойкости и удобоукладываемости.
Соотношение компонентов заявляемого модификатора представлено в табл.1.
Заявляемый модификатор может изготавливаться в виде сухой смеси и поставляться на предприятия, изготавливающие асфальтобетонную смесь в дозированной упаковке. При изготовлении асфальтобетонной смеси модификатор вводится в виде сухого или мокрого порошка.
Асфальтобетонная смесь изготавливается известными способами в смесительных установках, оборудованных смесителями принудительного перемешивания периодического или непрерывного действия. Модификатор вводится непосредственно в смеситель, во время или следом за введением битума. Минимальное время перемешивания основной части асфальтобетонной смеси с данным композитом составляет 25 секунд. Время смешивания устанавливается в соответствии с техническими характеристиками имеющейся смесительной установки и при необходимости уточняется при опытном замесе. Модификатор не требует подогрева перед подачей в смеситель.
Предлагаемый модификатор позволяет получить качественно новый состав асфальтобетонной композиции, в которой каучук является химически и физически связанным с остальными компонентами всей композиции, без предварительной деградации путем нагревания в битуме при высоких температурах, а также заметно улучшить реологические и эксплуатационные характеристики асфальтобетонов:
- в части снижения температурной чувствительности и повышения усталостной долговечности, при увеличении водостойкости, морозостойкости, устойчивости к воздействию водно-солевых растворов, прочности в водонасыщенном состоянии и при +50°C (табл.2);
- в части снижения вязкости и повышения пластичности при отрицательных температурах (табл.3).
При этом сохраняются все известные преимущества резино-асфальтовых покрытий, а именно увеличение срока службы, снижение колейности, снижение шума при движении автотранспорта, снижение тормозного пути, снижение толщины водной пленки и улучшение скатываемости воды, снижение всех видов трещинообразования и т.п.
В отличие от прототипа технология приготовления модификатора заключается в простом смешении компонентов в заявляемых пропорциях.
Табл.1
Функция (назначение)
Тип материала
Содержание в % по массе от общего состава модификатора
упрочняющий и структурообразующий компонент
метасиликат кальция игольчатой структуры
24
сшивающий агент
смола эпоксидная
2
гелеобразователь
нитрозоаминное соединение
1
адгезив
фенольная смола и/или канифоль
4
эластифицирующий компонент
вулканизированный неполярный каучук в виде резиновой крошки
69
Табл.2
Показатели
Предлагаемая композиция
Контрольная смесь, подпадающая под требования ГОСТ
Известная согласно патенту RU 2196750
Усталостная долговечность при -18°C (количество циклов до разрушения)
8255
1042
-
Усталостная долговечность при +20°C (количество циклов до разрушения)
25284
18718
-
Предел прочности при сжатии при 20°C, МПа
5,1
3,9
4,37-5,87
Предел прочности при сжатии при 50°C, МПа
3,8
1,3
1,31-1,65
Коэффициент морозостойкости
0,78
0,68
-
Коэффициент устойчивости к воздействию водно-солевых растворов Кв-с
0,75
0,69
-
Водостойкость, Кв
0,97
0,85
0,85-0,99
Прочность при сжатии в водонасыщенном состоянии, 20°C, МПа
5,0
3,8
-
Водостойкость при длительном водонасыщении, Кдл
0,97
0,85
+14%
Табл. 3
№№ п/п состава
Температура, °C
Нагрузка Q, кг
Вязкость, η пуаз
Степень пластичности, P
Модуль упругости, E (кг/с<sup>2</sup>)
Модуль упругости E (МПа)
Известная смесь по ГОСТ (контрольная)
+20
2,553
2,17Е+11
0,370
24297,89
2429,79
-18
17,700
1,05Е+12
0,332
29472,40
2947,24
Предлагаемая
+20
2,050
1,22Е+11
0,384
22645,85
2264,60
-18
14,55
5,42E+11
0,351
27029,00
2702,90