АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ
ASPHALT-CONCRETE MIXTURE

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к составам асфальтобетонной смеси на основе нефтяного вязкого битума и заполнителей, которые могут быть использованы при строительстве и ремонте автомобильных дорог, а также аэродромных покрытий.
Известна асфальтобетонная смесь, содержащая песок, битум и минеральный порошок из частично измельченного до размера не свыше 1,25 мм бывшего в употреблении асфальтобетона при содержании его в смеси от 1 до 20 мас.% (Патент №2354623 С1, дата приоритета 28.08.2007, дата публикации 10.05.2009, авторы Лупанов А.П. и др. RU).
Недостатком известной смеси является ограниченная сырьевая база в связи с тем, что в ее составе используют минеральный порошок из бывшего в употреблении асфальтобетона, измельченного в специальном электромагнитном измельчителе с предварительным фрезерованием асфальтобетона дорожной фрезой и последующим дроблением и разделением асфальтобетонной крошки на фракции при помощи дробильно-сортировочной установки, что также свидетельствует о высокой энергоемкости процесса подготовки минерального порошка.
Известна также асфальтобетонная смесь, армированная древесными волокнами и содержащая щебень, песок, битум, активный минеральный порошок при следующем соотношении компонентов, мас.%: древесные волокна 0,3-0,7; битум марки БНД 60/90 5,7-6,9; щебень, фракции 5-15 мм 37,76-45,29; отсев крупной фракции щебня с размерами частиц 0,071-5 мм 49,0-37,14; активный минеральный порошок, фракция с размерами частиц 0,071-0,315 мм 6,64-9,97 (Патент №2262491 С2, дата приоритета 03.02.2003, дата публикации 10.08.2004, авторы Телюфанова О.П. и др. RU).
Недостатком известной смеси является низкая водостойкость асфальтобетона, ограничивающая срок службы дорожного покрытия с использованием этой асфальтобетонной смеси, что связано с наличием в ее составе древесных волокон.
В качестве прототипа принята асфальтобетонная смесь, содержащая щебень, песок, минеральный порошок и битум, рационально подобранные в соответствии с требованиями стандарта (ГОСТ 9128-97 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон». - М.: МНТКС, 1998, прототип).
Недостатком прототипа следует признать низкий предел прочности и низкую водостойкость асфальтобетона на основе регламентированных стандартом смесей.
Задача, решаемая посредством предлагаемых составов асфальтобетонных смесей, состоит в расширении сырьевой базы путем использования техногенных отходов промышленного производства для получении асфальтобетона с улучшенными физико-механическими свойствами на основе новых составов смесей.
Технический результат, получаемый при реализации асфальтобетонных смесей предлагаемых составов, состоит в повышении предела прочности и водостойкости асфальтобетона.
2
3
2
3
Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата асфальтобетонная смесь, содержащая битум, щебень, природный и дробленый песок и минеральный порошок, согласно изобретению, в качестве минерального порошка содержит кеки - отходы производства цветных металлов и известняковую муку в соотношении от 1:2,3 до 1:1,5, при суммарном содержании оксидов железа и алюминия (FeO+АlО) не более 7%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: нефтяной битум 5,2-5,7; щебень 19,0-23,5; отсев дробления 47,2-52,1; песок природный 17,9-19,0; минеральный порошок (кеки+известняковая мука) 4,7-5,7.
Для осуществления изобретения производят отбор и подготовку компонентов для их перемешивания в соответствии с требованиями стандартов:
- ГОСТ 9128-97 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон». - М.: МНТКС, 1998;
- ГОСТ Р 52129-2003 «Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей». - М.: МНТКС, 2003;
- ГОСТ 12801-98 «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства». - М.: МНТКС, 1998.
Использование в качестве минерального порошка смеси кеков, являющихся отходами при производстве цветных металлов, и известняковой муки допустимо ГОСТами и обосновано следующими факторами.
Порошок кеков получают путем тонкого измельчения в мельницах просушенной пастообразной массы, образующейся в виде отходов при производстве цветных металлов. По классификации ГОСТа Р 52129-2003 его можно отнести к порошкам марки МП-2 - порошки из некарбонатных горных пород, твердых и порошкообразных отходов промышленного производства. Химический состав кеков, например, Красноярского завода цветных металлов приведен в табл.1.
Таблица 1
Химический состав кеков
Химический состав, мас.%
SiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fе<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
CaO
MgO
SO<sub>3</sub>
N<sub>2</sub>O
Сl
0,4-3,5
0,2-1,5
11,5-21,5
20,0-35,0
1,0-3,5
4,5-7,5
1,0-2,3
0,02-10,0
2
3
2
3
2
3
2
3
Из табл.1 видно, что кеки имеют сложный минералогический состав, но на свойства асфальтобетона оказывают влияние, в основном, оксиды железа и алюминия и свободная окись кальция. В соответствии с требованиями ГОСТа Р 52129-2003 к минеральному порошку для асфальтобетона предъявляются требования по суммарному содержанию оксида алюминия АlО и оксида железа FеО, которое для активированных минеральных порошков должно быть не более 7% и для неактивированных 1,7%, а содержание свободной активной извести (CaO) должно быть не более 3%. Согласно табл.1, химический состав кеков не соответствует требованиям ГОСТа Р 52129-2003 по содержанию оксида железа FеО и оксида алюминия АlO, а свободной CaO кеки не содержат.Зерновой состав кеков в сравнении с требованиями ГОСТа Р 52129-2003 для порошков марки МП-2 приведен в табл.2.
Таблица 2
Зерновой состав кеков
Размер сит, мм
Частные остатки, г
Частные остатки, %
Полные остатки, %
Прошло через сито, %
Требования ГОСТа для МП-2
1,25
0
0
0
100
Не менее 95
0,63
0
0
0
100
0,315
3,44
6,88
6,88
93,12
От 80 до 95
0,16
7,68
15,36
22,24
77,76
0,071
8,04
16,08
38,32
61,68
Не менее 60
Дно
30,84
61.68
100
0
Сумма
50,00
100,00
Как видно из табл.2 по зерновому составу кеки отвечают требованиям ГОСТа Р 52129-2003.
Физико-механические свойства кеков в сравнении с требованиями ГОСТа Р 52129-2003 для порошков марки МП-2 приводятся в табл.3.
Таблица 3
Физико-механические свойства кеков
Наименование показателей
Свойства
Требования ГОСТа для МП-2
Истинная плотность, г/см<sup>3</sup>
2,42
-
Средняя плотность, г/см
1,19
-
Пористость, %
50,8
Не более 40
Набухание из смеси порошка с битумом, %
2,8
Не более 3,0
Водостойкость образцов из смеси порошка с битумом
0,65
Не менее 0,7
Показатель битумоемкости, г
107,6
Не более 80
Влажность, % по массе
0,61
Не более 2,5
Содержание водорастворимых соединений, %
8,37
Не более 6
Как видно из таблицы, кеки по пористости, водостойкости, показателю битумоемкости и содержанию водорастворимых соединений не отвечает требованиям ГОСТа. Однако возможность и необходимость их применения в асфальтобетоне связана с тем, что кеки имеют тонкий зерновой состав, соответствующий требованиям ГОСТа, являются отходами производства цветной металлургии, требующими утилизации, что связано с большими затратами, и, наконец, стоимость кеков намного меньше стоимости стандартных карбонатных минеральных порошков. Применение кеков в производстве предлагаемой асфальтобетонной смеси позволит расширить сырьевую базу и утилизировать кеки, сократить расходы на производство минерального порошка, являющегося дефицитным компонентом асфальтобетона.
Для корректировки химического состава и физико-механических свойств кеков предлагается их разбавлять известняковой мукой, выпускаемой Красноярским химико-металлургическим заводом по ТУ 574-004-00196533-2009.
Количество известняковой муки и кеков можно подсчитать по формуле:
, где
исх.
2
3
2
3
m - суммарное процентное содержание в исходных кеках оксидов (FеO+АlO);
конеч.
2
3
2
3
m - конечное процентное содержание оксидов (FеO+АlO) в смеси кеков с известняковой мукой;
изв.муки
2
3
2
3
m - масса (кг, г) известняковой муки, которую необходимо добавить к кекам для получения требуемого содержания оксидов (FеO+АlO);
кеков
m - масса (кг, г) исходных кеков.
Известняковая мука по классификации ГОСТа Р 52129-2003 относится к марке МП-1 - порошки, неактивированные и активированные из осадочных (карбонатных) горных пород. В таблице №4 приводится зерновой состав известняковой муки в сравнении с требованиями ГОСТа Р 52129-2003 для порошков марки МП-1.
Таблица 4
Зерновой состав известняковой муки
Размер сит, мм
Частные остатки, г
Частные остатки, %
Полные остатки, %
Прошло через сито, %
Требования ГОСТ для МП-1
1,25
0
0
0
100
Не менее 100
0,63
0
0
0
100
0,315
0,01
0,01
0,01
99,99
Не менее 90
0,16
5,81
5,81
5,82
94,18
0,071
14,78
14,78
20,60
79,40
От 70 до 80
Дно
79,40
79,40
100,00
0
Сумма
100
100
Как видно из табл.4, известняковая мука по зерновому составу отвечает требованиям ГОСТа Р 52129-2003. Физико-механические свойства известняковой муки в сравнении с требованиями ГОСТа для порошков марки МП-1 приводятся в табл.5.
Таблица 5
Физико-механические свойства известняковой муки
Наименование показателя
Значение
Требования ГОСТ для МП-1
Пористость, %
33,21
Не более 35
Набухание образцов из смеси порошка с битумом, %
0,92
Не более 2,5
Влажность, % по массе
0,24
Не более 1,0
Истинная плотность, г/см<sup>3</sup>
2,65
-
Средняя плотность, г/см<sup>3</sup>
1,77
-
Битумоемкость, г
65
-
Как видно из табл.5, по всем физико-механическим свойствам известняковая мука отвечает требованиям ГОСТа Р 52129-2003.
В примерах использовался минеральный порошок, состоящий из кеков и известняковой муки, двух составов (мас.%):
состав №1
состав №2
кеки
30
40
известняковая мука
70
60
2
3
2
3
Составы минерального порошка подсчитаны на основании данных по химическому анализу кеков с учетом суммарного содержания в них оксидов железа и оксида алюминия (FеO+АlО) по формуле (1).
Преимущества предлагаемых асфальтобетонных смесей с применением в качестве минерального порошка кеков и известняковой муки показаны на составах мелкозернистых смесей, которые по своим гранулометрическим составам удовлетворяют требованиям ГОСТ 9128-97, предъявляемым к смесям типа «Б» марки II.
На полученном минеральном порошке готовили четыре состава асфальтобетонной смеси (табл.6). Асфальтобетонная смесь была приготовлена на Красноярском асфальтобетонном заводе ДСУ-2 (дорожно-строительного управления) «Красавтодорстроя».
Таблица 6
Составы асфальтобетонной смеси
Компоненты
Содержание составов, мас.%
1
2
3
4
Битум
5,2
5,7
5,2
5,7
Щебень
19,0
23,5
19,0
23,5
Отсев дробления
52,1
47,2
52,1
47,2
Песок природный
19,0
17,9
19,0
17,9
Минеральный порошок состава №1
4,7
5,7
Минеральный порошок состава №2
4,7
5,7
Приготовленная асфальтобетонная смесь была уложена на территории этого же асфальтобетонного завода и испытана в лаборатории ДСУ-2. Качество асфальтобетона определялось по ГОСТовским методикам (ГОСТ 12801-98 «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства», МНТКС, Москва, 1998) и сравнивалось со свойствами асфальтобетона по ГОСТ 9128-97 для III-й дорожно-климатической зоны.
Свойства указанных составов приведены в табл.7.
Таблица 7
Свойства асфальтобетонных смесей
Показатели
Предлагаемые составы
ГОСТ 9128-97
1
2
3
4
Средняя плотность асфальтобетона, г/см<sup>3</sup>
Не нормир.
2,59
2,59
2,37
2,38
Предел прочности при сжатии, МПа, при:
20°С
4,44
4,77
2,67
2,74
Не менее 2,2
50°С
1,74
1,10
1,16
1,13
Не менее 1,0
0°С
8,52
8,37
5,09
4,90
Не более 12
Коэффициент водостойкости
1,03
0,98
1,07
1,12
Не менее 0,85
Коэффициент водостойкости
при длительном
0,83
0,78
0,89
0,88
Не менее 0,75
водонасыщении
Водонасыщение, % объема
2,83
2,28
2,47
2,21
1,5-4,0
Как видно из табл.7, по пределу прочности при 20, 50, 0°С и водостойкости предлагаемые составы асфальтобетона имеют лучшие показатели, чем известные составы (по прототипу).