АСФАЛЬТОБЕТОН, СОДЕРЖАЩИЙ МЕХАНОАКТИВИРОВАННУЮ РЕЗИНОВУЮ КРОШКУ
ASPHALTIC CONCRETE, CONTAINING MECHANICALLY ACTIVATED RUBBER CRUMB

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано для устройства верхних слоев дорожных одежд во всех климатических зонах.
Известна «Асфальтобетонная смесь» по описанию изобретения к патенту РФ №2303576, МПК С04 26/26 (2006.01), опубликовано 27.03.2007 г. в Бюл. №9 (1).
Данная асфальтобетонная смесь включает, мас.%: песок 10,0-22,0, минеральный порошок 8,0-11,0, отсев дробления щебня - фракция 0-5 мм 64,5-72,0, вязкий нефтяной битум 4,7-5,5, резиновый модификатор 0,8-1,5. Резиновый модификатор включает резиновую крошку (РК), поверхностно-активное вещество (ПАВ) - КАДЭМ-ВТ, полимерную добавку СЭВИЛЕНД (ПД), шлам химводоочистки ТЭЦ (ШХТ) и нефтяной гудрон (НГ), в котором соотношение РК:ПАВ:ПД:ШХТ:НГ составляет, мас.% от 26:2:12:12:48 до 39:1:8:8:44.
Технический результат по замыслу заявителей заключается в повышении прочностных показателей асфальтобетона при высоких значениях коэффициента водостойкости, а также утилизации отходов шинной резины.
Однако в данной композиции асфальтобетона доля резиновой крошки от общей массы асфальтобетона составляет лишь 0,26-0,5%. Кроме этого здесь используется резиновая крошка не механоактивированная, а размер ее фракций конкретно не обозначен. Кроме того, полимерные добавки в этой композиции асфальтобетона не позволяют значительно повысить физико-механические свойства дорожного асфальтобетона.
Известен также асфальтобетон, содержащий шинную резиновую крошку крупностью до 1,2 мм и содержанием в общей массе асфальтобетона 1-1,5%. См. автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук автора Ахмед Гамал Махмоуд Морси под названием «Исследование свойств асфальтобетона с добавкой измельченной шинной резины», Москва, Московский государственный автомобильно-дорожный институт, 2005 г., 22 с. (2).
В данной разработке предусмотрен «сухой» способ введения резиновой крошки. В работе отмечается, что по своей природе резиновая крошка обладает высокой устойчивостью к воде и солевым растворам. Ее введение способствует повышению устойчивости асфальтобетонной смеси к старению под воздействием факторов окружающей среды, ультрафиолетового излучения, значительному снижению водопоглощения, увеличению водостойкости.
Частицы резины способствуют повышению в асфальтобетоне доли закрытой пористости, а это значит, что добавление резиновой крошки может улучшать коррозионную устойчивость асфальтобетона. Данный асфальтобетон включает в состав 44% щебня, 41% песка, 14% минерального порошка, 1% резиновой крошки крупностью 1,2 мм и 5,5-6% битума.
Вместе с тем необходимо отметить, что даже при самом мелком измельчении резиновой крошки, например, до размера 1 мм и менее, крошка не растворяется в битуме, а находится в нем в виде частично набухшей дисперсии (3). Она не образует однородной эластичной структурной сетки в объеме вяжущего, так как вулканизированный каучук распределен не в виде макромолекул между мицеллами битума, а в виде крупных агрегатов или «центров эластичности», мало влияющих на упругость и эластичность вяжущего.
Однако более полного проявления свойств резины можно достичь путем деструкции ее структуры, то есть разрывом вулканизирующих связей и получением исходного каучука в виде развернутых, несвязанных друг с другом отдельных молекул. Затем, после распределения каучука на молекулярном уровне в среде вяжущего, повторно сшить его вулканизацией.
Эта задача решается путем механоактивации шинной резины в дезинтеграторах-измельчителях, описанной в книге (4).
Механоактивированная резиновая крошка имеет следующие показатели и свойства:
- при относительно низких энергозатратах образуются тонкодисперсные порошки, в которых фракции со средним диаметром 0,1-0,2 мм составляют 60-70%;
- форма частиц резиновой крошки обеспечивает хорошую текучесть таких порошков;
- в результате дезинтеграции происходит так называемая активация частиц, включающая ряд эффектов: образование статического заряда, влияющего на упаковку молекул при вторичной переработке; образование активных свободных радикалов; образование ювенальной поверхности макрочастиц, улучшающей их когезию.
Целью при создании предлагаемого изобретения является разработка состава асфальтобетона, содержащего механоактивированную резиновую крошку, обладающего повышенными показателями по сравнению с известными асфальтобетонами, в том числе и по ГОСТ 9128-97.
Указанная цель и технический результат реализуются следующим образом. Предлагаемый асфальтобетон, как и известный, включает в свой состав щебень, песок, минеральный порошок, вязкий нефтяной битум, а вместо резиновой крошки крупностью 1,2 мм включает смесь механоактивированной резиновой крошки и песка, обработанную совместно в дезинтеграторе, при этом масса резиновой крошки в смеси составляет, по меньшей мере, 1% и относится к массе песка, по меньшей мере, как 1:2.
При этом размер фракций механоактивированной резиновой крошки составляет от 0,071 мм до 0,100 мм.
В качестве аналога предлагаемому асфальтобетону можно принять асфальтобетон по источнику научно-технической информации (2).
В качестве примера реализации предлагаемого асфальтобетона был приготовлен асфальтобетон типа Б, отвечающий требованиям ГОСТ 9128-97.
Состав компонентов был подобран в следующем соотношении, мас.%:
щебень
42,0-43,0
песок
35,0-36,0
минеральный порошок
12,8-13,2
вязкий нефтяной битум
5,5-6,0
механоактивированная резиновая крошка
1,0
механоактивированный песок
2,0
В качестве резиновой крошки, использованной в составе предлагаемой композиции асфальтобетона, применяли отходы производства автопокрышек Омского шинного завода.
Резиновая крошка крупностью 1-2 мм смешивалась с песком в соотношении 1:2 по массе и проходила механоактивацию в дезинтеграторе. Не позднее трех часов после измельчения эта смесь использовалась для приготовления асфальтобетона. Размер фракций резиновой крошки составлял от 0,071 мм до 0,100 мм.
Изготовление и последующее испытание образцов асфальтобетона выполнялись согласно требованиям ГОСТ 12801.
Количество битума варьировалось от 5,5 до 6,0% от массы минеральных материалов в составе асфальтобетона.
Предлагаемый асфальтобетон, приготовленный с добавлением механоактивированной смеси резиновой крошки с песком (1% резиновой крошки и 2% песка) и 6% битума от массы минеральной части, обладает следующими показателями.
Образец
Водонасыщение об.%
Предел прочности при сжатии, МПа
Коэффициент водостойкости
R<sub>50</sub>
R<sub>20</sub>
R<sub>0</sub>
Предлагаемый асфальтобетон
1,21
1,41
3,12
9,20
0,90
Асфальтобетон по ГОСТ 9128-97
1,5-4,0
1,0
2,2
не более 12,0
0,85
где R<sub>50</sub>, R<sub>20</sub>, R<sub>0</sub> - предел прочности при сжатии при температуре соответственно 50°С, 20°С, 0°С.
50
0
По отношению к аналогу (2) предел прочности предлагаемого асфальтобетона при R на 40% выше, а образцы асфальтобетона по аналогу (2) при R приобретают определенный предел прочности лишь при содержании битума 6,5% и выше, то есть необходимо увеличивать количество битума в асфальтобетоне.
Применение предлагаемого состава асфальтобетона позволяет утилизировать 30-35 тонн шинной резиновой крошки на одном километре дорожного покрытия, не требует существенной перенастройки технологического оборудования для изготовления асфальтобетона, позволяет получать асфальтобетон повышенного качества.
Источники информации
1. «Асфальтобетонная смесь» по описанию изобретения к патенту РФ №2303576, класс МПК С04B 26/26 (2006.01), опубликовано 27.03.2007 г.в Бюл. №9.
2. «Исследование свойств асфальтобетона с добавкой измельченной шинной резины», автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук автора Ахмед Гамал Махмоуд Морси, Московский автомобильно-дорожный институт, Москва, 2005, 22 с.
3. «Вулканизированный асфальтобетон повышенной долговечности для дорожных покрытий», серия: Строительство и эксплуатация автомобильных дорог, экспресс-информация, выпуск 16, М., 1980. - 53 с.
4. «Производство и применение дорожно-строительных материалов на основе сырья, модифицированного механической активацией»: монография / В.С.Прокопец, В.С.Лесовик. - Белгород: изд. БГТУ им.В.Г.Шухова, 2005. - 264 с.