СЫПУЧАЯ ДОБАВКА ДЛЯ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ (ВАРИАНТЫ) И АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ
BULK ADDITIVE FOR ASPHALT-CONCRETE MIXTURE (VERSIONS) AND ASPHALT-CONCRETE MIXTURE

Изобретения относятся к дорожно-строительным материалам, а именно к сыпучим добавкам для асфальтобетонной смеси и асфальтобетонной смеси, используемым при сооружении автомобильных дорог и аэродромных покрытий.
Для улучшения показателей качества асфальтобетонных смесей широко используются различные добавки - модификаторы и (или) стабилизаторы.
16
20
Известна сыпучая добавка для асфальтобетонной смеси, содержащая 28,0-38,0 мас.% битума БНД 60/90, 31,0-35,0 мас.% полиамидного волокна, 30,0-35,0 мас.% полимерно-армирующего ингредиента, содержащего отход гидроизоляции трубопроводов - АрмПЭВА, представляющего собой отход двухслойной ленты усадочного материала для изоляции труб, состоящий из слоя адгезионной активной композиции клея-расплава на основе сополимера этилена с винилацетатом и слоя радиационно-сшитого полиэтилена, обработанного электронами, с нанесенным на него термоплавким клеем, и 1,0-2,0 мас.% поверхностно-активного вещества катионного типа - КАДЭМ-ВТ, представляющего собой катионный реагент, изготовленный из кислот растительного или животного происхождения фракций C-C и полиэтиленполиамина (RU 2272795, 2006 г.).
Также в RU 2272795 описана асфальтобетонная смесь, содержащая 93,35-94,65 мас.% минеральной части, 5,0-6,0 мас.% битума и 0,35-0,65 мас.% указанной сыпучей добавки.
При изготовлении асфальтобетонной смеси с известной добавкой необходимо предварительное перемешивание этой добавки со щебнем и дробленым песком и последующее добавление минерального порошка и битума с дополнительным перемешиванием для получения однородной смеси, что усложняет технологию изготовления асфальтобетонной смеси. Кроме того, асфальтобетон, получаемый из известной асфальтобетонной смеси, имеет сравнительно низкий предел прочности при 50°C.
Задачей настоящей группы изобретений является обеспечение сыпучей добавки для асфальтобетонной смеси, позволяющей упростить технологию изготовления асфальтобетонной смеси, и повышение предела прочности при 50°C асфальтобетона, изготовленного с использованием такой добавки, и повышение его стойкости к циклическим нагрузкам, а именно стойкости к образованию колеи.
Решением задачи является сыпучая добавка для асфальтобетонной смеси, содержащая (мас.%):
термопластичный полимер
72-90
сополимер этилена, имеющий по меньшей мере
одну из следующих функциональных групп:
гидроксильную, карбоксильную, карбонильную
и эпоксидную, или полиэтилен с привитым
малеиновым ангидридом
1-28
целлюлозное волокно
0,5-20
В качестве термопластичного полимера, который может быть продуктом переработки твердых отходов, предпочтительно использовать полиэтилен как низкой, так и высокой плотности, полипропилен, полиамид, полиэтилентерефталат или полистирол.
Решением задачи также является сыпучая добавка, характеризующаяся тем, что она
получена путем переработки асептической картонной упаковки Tetra Pak (Тетра Пак) и
содержит (мас.%):
полиэтилен
75-88
сополимер этилена с метакриловой кислотой
6-15
целлюлозное волокно
2-10
измельченная алюминиевая фольга
2-20
Решением задачи также является асфальтобетонная смесь, содержащая (мас.%):
щебень фракций 5-40 мм
38-80
песок
5,0-53
минеральный порошок
3,8-20
битум
4-7,5
любая из вышеописанных сыпучих добавок
0,4-1,0
Термопластичный полимер способствует увеличению прочности асфальтобетона при 50°C и стойкости к циклическим нагрузкам, а именно стойкости к образованию колеи.
Присутствующая в сополимере этилена по меньшей мере одна из таких функциональных групп, как гидроксильная, карбоксильная, карбонильная или эпоксидная группа, или присутствующая в полиэтилене с привитым малеиновым ангидридом карбонильная группа связывается с асфальтенами битума и с термопластичным полимером, за счет чего происходит совмещение термопластичного полимера с битумом. Такое совмещение увеличивает механическую прочность асфальтобетона и его устойчивость к циклическим нагрузкам. Кроме того, такое совмещение позволяет более эффективно работать термопластичному полимеру в составе асфальтобетонной смеси, что обеспечивает более высокие показатели прочности асфальтобетона при малом количестве добавки.
2
2
2
2
2
Также важной характеристикой взаимодействия битума и минерального материала является их сцепление. Минеральный материал для приготовления асфальтобетонной смеси характеризуется различным содержанием кремнезема. По содержанию SiO породы разделены на ультраосновные - SiO в породе меньше 45%, основные - содержание SiO находится в диапазоне от 45% до 54%, средние - содержание SiO находится в диапазоне от 54 до 65% и кислые - содержание SiO больше 65%. Сцепление битума с кислыми породами значительно слабее, чем с основными.
2
Роль сополимеров этилена с наличием указанных функциональных групп или полиэтилена с привитым малеиновым ангидридом заключается в увеличении уровня сцепления между битумом и минеральным материалом (щебнем) благодаря взаимодействию указанных функциональных групп с SiO на поверхности щебня.
Целлюлозное волокно используется для предотвращения отекания битума в асфальтобетонной смеси.
Сыпучая добавка по настоящему изобретению может быть получена с помощью обычных механических способов - путем перемешивания сырья в экструдере с образованием гранул или путем агломерации с образованием агломерата.
Во втором варианте сыпучая добавка по настоящему изобретению может быть получена путем переработки асептической картонной упаковки Tetra Pak (Тетра Пак) и содержать (мас.%):
полиэтилен
75-88
сополимер этилена с метакриловой кислотой
6-15
целлюлозное волокно
2-10
измельченная алюминиевая фольга
2-20
В этом случае дополнительно обеспечиваются утилизация указанной упаковки, низкая стоимость сыпучей добавки и расширение сырьевой базы для получения добавки.
В таблице 1 приведены примеры сыпучей добавки по настоящему изобретению.
В таблице 2 приведены физико-механические показатели асфальтобетона, полученного при использовании сыпучей добавки по настоящему изобретению (образцы №1-7 таблицы 1), взятой в количестве 0,5 мас. % от массы асфальтобетонной смеси, и сравнительный пример без сыпучей добавки. Асфальтобетонные смеси изготавливали с учетом ГОСТ 31015-2002 (ЩМА-15) и ГОСТ 9128-2009 (Тип А) на битуме нефтяном дорожном БНД 60/90 производства Московского НПЗ. Все ингредиенты, нагретые (за исключением сыпучей добавки) в соответствии с требованиями ГОСТ 9128-2009 или 31015-2002, подавали в смеситель в произвольном порядке с последующим перемешиванием до получения однородной смеси в течение времени, достаточного для перехода полимерных компонентов сыпучей добавки в вязкотекучее состояние. При этом битум может быть нагрет до температуры 120-190°C, минеральные ингредиенты на выходе из сушильного барабана - до 160-250°C в зависимости от заданной температуры выпускаемой асфальтобетонной смеси, а время перемешивания составляет 40-120 секунд.
Как следует из таблицы 2, асфальтобетон, изготовленный с использованием сыпучей добавки по настоящему изобретению, имеет улучшенные физико-механические показатели. Кроме того, присутствие измельченной алюминиевой фольги в добавке не влияет отрицательно на эти показатели.
В таблице 3 приведены физико-механические показатели следующих асфальтобетонов (был использован битум нефтяной дорожный БНД 60/90 производства Московского НПЗ): ЩМА-15 и Тип А без добавки, с разным содержанием образца №1 сыпучей добавки по настоящему изобретению в асфальтобетонной смеси (образец №1 в виде гранул был получен путем переработки асептической картонной упаковки Tetra Pak (Тетра Пак)) и с известной сыпучей добавкой (RU 2272795) в асфальтобетонной смеси.
Как следует из таблицы 3, предел прочности при сжатии при 50°C для асфальтобетона с сыпучей добавкой по настоящему изобретению выше, чем для асфальтобетона с сыпучей добавкой по RU 2272795.
Кроме того, для образца №1 сыпучей добавки по настоящему изобретению было проведено определение показателя сцепления. Сущность метода заключается в определении способности вязкого битума удерживаться на предварительно покрытой им поверхности минерального материала при воздействии воды. Цель определения заключалась в оценке способности сыпучей добавки (образец №1) по настоящему изобретению влиять на показатель сцепления битума и минерального материала. Определение было проведено в соответствии с методикой ГОСТ 11508-74, но в режиме бурного кипения. Суть метода заключается в том, что сначала щебень полностью покрывают битумом, потом кипятят в воде, далее оценивают, какая доля площади поверхности щебня осталась покрытой после воздействия кипящей водой.
Испытания проводили на образцах габбро-диоритового и габбро-диабазового щебня. Щебень измельчили, через металлические сита отсеяли фракцию размером от 2 до 5 мм. Кусочки с полированной поверхностью отделили. Остальное промыли дистиллированной водой и просушили при 105-110°C в течение 5 ч.
Были использованы битум марки БНД 60/90 производства Московского НПЗ и битум марки БДУС 70/100 производства Киришского НПЗ. Измеряли сцепление как с битумом без указанной сыпучей добавки, так и с битумом с такой добавкой. Сыпучую добавку добавляли в битум следующим образом:
- битум разогревали до 180°C;
- постепенно добавляли сыпучую добавку в расплавленный битум при постоянном помешивании;
- перемешивали композицию до полного растворения полимерной составляющей сыпучей добавки.
Полученные результаты имеют 4 градации от худшего до лучшего:
- «не соответствует» означает покрытие битумом менее 1/2 поверхности минерального материала после воздействия воды;
- "Контрольный образец №3" означает покрытие битумом более 1/2, но менее 3/4 поверхности минерального материала после воздействия воды;
- "Контрольный образец №2" означает покрытие битумом более 3/4 покрытия поверхности минерального материала после воздействия воды;
- "Контрольный образец №1" означает полное покрытие поверхности минерального материала после воздействия воды.
Результаты определения показателя сцепления минерального материала с битумными композициями представлены в таблице 4.
Как следует из таблицы 4, сыпучая добавка по настоящему изобретению увеличивает показатель сцепления битума со щебнем габбро-диоритовых, габбро-диабазовых и гранитных пород.