РЕЗИНИРОВАННАЯ ВИБРОЛИТАЯ АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ
RUBBERISED VIBRO CAST ASPHALT MIX

Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов и может быть использовано для строительства, ремонта и капитального ремонта дорожных асфальтобетонных покрытий, а также для устройства и ремонта слоев проезжей части мостов и путепроводов.
При строительстве автомобильных дорог широко применяются асфальтобетонные смеси, приготовленные в соответствии с ГОСТ 9128-97, однако эти смеси имеют остаточную пористость свыше 1% и, в связи с этим, малоэффективны в качестве материала гидроизоляционных слоев, а также требуют качественного уплотнения, что возможно не во всех случаях.
Известен состав литой асфальтобетонной смеси для устройства покрытия проезжей части моста, содержащей, %: щебень - 35-41, песок из отсевов дробления - 10-20, песок природный - 6-16, минеральный порошок - 20-26 и полимерно-битумное вяжущее - 10-16 (пат. РФ 2341479). При этом в полимерно-битумном вяжущем используют компоненты при следующем соотношении, мас.%: битум БНД 90/130 - 87-91, стирол-бутадиен-стирольный блок-сополимер «Кратон Д-1101СМ» - 9-13.
Помимо использования большого количества дорогостоящего полимера, что приводит к значительному удорожанию и без того самого дорогого вида асфальтобетона, в описании изобретения используется единственный параметр - «сдвигоустойчивость по штампу при 25°C», хотя как в российских ТУ 5718-002-04000633-2006, так и в европейском нормативном документе DIN EN 13108-6 сдвигоустойчивость определяется по глубине вдавливания штампа при 40°C, и, таким образом, представленные результаты не позволяют в полной мере оценить свойства изобретения.
Известна смесь для литого асфальта, содержащая, мас.%: щебень - 41-48, песок - 17-29, минеральный порошок - 18-22 и битум 8,9-11,0. Количество битума в каждой конкретной смеси расчитывают по определенной формуле (пат. РФ 2062762).
Однако соотношение минеральных компонентов в данной смеси подобрано исключительно для ямочного ремонта или работ на небольших площадях, и смесь не пригодна для устройства дорожного полотна большой протяженности. Применение в данной смеси битума марки БНД 40/60 без полимерного модификатора не обеспечивает требуемых трещиностойкости в зимний период и сдвигоустойчивости в летний.
Известные литые асфальтобетонные смеси имеют относительно небольшое количество щебня, «плавающего» в асфальтовом растворе, что не позволяет им выдерживать высокие сдвигающие усилия. В отличие от этих смесей вибролитой асфальтобетон имеет каркасную структуру, при которой пустоты в щебеночном каркасе полностью заполнены песком и асфальтовым вяжущим, что обеспечивает повышенную сдвигоустойчивость этого материала.
Известна виброуплотняемая горячая асфальтобетонная смесь для строительства и капитального ремонта дорожных асфальтобетонных покрытий (пат. РФ 2087445), содержащая, мас.%: щебень фракции 5-20 мм - 50-55; песок - 20-25; асфальтовое вяжущее вещество, состоящее из битума и мелкодисперсных фракций минерального порошка - 21-25. Количество битума в асфальтовом вяжущем веществе - 7,24-7,50.
Указанная смесь обеспечивает заданные свойства вибролитого асфальтобетона (как указывается авторами) для второй дорожно-климатической зоны, при этом требуется повышенное содержание минерального порошка, что значительно повышает стоимость материала. Для южных же регионов (III и IV дорожно-климатические зоны) должны предъявляться более жесткие требования к теплоустойчивости смесей, для чего необходимо введение полимерных модификаторов. Такие же выводы можно сделать относительно ряда виброуплотняемых асфальтобетонных смесей, не содержащих полимерных модификаторов (пат. РФ 2114953 и пат. РФ 2160337).
Наиболее близким аналогом предложенного изобретения по технической сущности и достигаемому результату является виброуплотняемая горячая асфальтобетонная смесь (пат. РФ 2196751), содержащая, мас.%:
щебень фракции 5-20 мм - 32,6-40,8;
песок - отсев дробления фракции до 5 мм - 13,0-16,0;
фрезерованный асфальтобетон фракции до 15 мм - 26,0-28,0;
масляный раствор синтетического
высокомолекулярного полибутадиенового каучука - 0,2-0,4;
асфальтовое вяжущее вещество - 20,0-23,0.
Указанная смесь, помимо сложности технологии приготовления в производственных условиях, отличается использованием дорогостоящего полимерного компонента и повышенным количеством асфальтового вяжущего вещества, что компенсирует снижение стоимости смеси за счет применения фрезерованного асфальтобетона. К сожалению, авторы не учитывают изменение гранулометрического состава фрезерованного асфальтобетона после прогрева в асфальтомесительной установке, а из-за разнородности его свойств и типа при промышленном применении неизбежно возникнут трудности с поддержанием постоянного гранулометрического состава литого асфальтобетона. В представленных данных отсутствует такой важнейший показатель вибролитых смесей как водонасыщение и, к тому же, данный состав не обеспечивает необходимой трещиностойкости асфальтобетона (низкие значения предела прочности на растяжение при расколе).
Технической задачей предлагаемого изобретения является получение вибролитых асфальтобетонных смесей с улучшенными физико-механическими свойствами и меньшей себестоимостью за счет использования вторичного сырья (бывших в употреблении автомобильных шин и линейного полиэтилена низкой плотности), утилизация которого в значительной степени способствует снижению наносимого экологии ущерба.
Сущность изобретения заключается в том, что резинированная вибролитая асфальтобетонная смесь включает щебень, песок из отсевов дробления и вяжущее вещество, при этом дополнительно содержит резиновую крошку размером до 1 мм и вторичный линейный полиэтилен низкой плотности, а в качестве вяжущего вещества используется вязкий нефтяной дорожный битум, при следующем соотношении компонентов, мас.%: щебень - 53-70; вязкий нефтяной дорожный битум - 7,0-9,0; резиновая крошка - 0,8-1,4; вторичный линейный полиэтилен низкой плотности - 0,3-0,6; песок из отсевов дробления - остальное.
Введение мелкодисперсной резиновой крошки совместно с вторичным линейным полиэтиленом низкой плотности и исключение из состава минерального порошка способствует улучшению всего комплекса физико-механических свойств вибролитой асфальтобетонной смеси. Такой эффект связан с особенностью получаемой структуры: щебеночный каркас связан не традиционным асфальтовым вяжущим (минеральный порошок и битум), а резино-полимерно-битумным вяжущим (резиновая крошка, вторичный линейный полиэтилен низкой плотности и битум), более устойчивым к образованию трещин и пластических деформаций. Кроме того, резиновая крошка выполняет еще и роль стабилизатора, и предложенная резинированная вибролитая смесь получается дешевле, т.к. в ней используется вторичное сырье вместо минерального порошка. Применение резиновой крошки - продукта переработки изношенных автомобильных шин, способствует их утилизации, что имеет большое экологическое и экономическое значение.
Характеристики исходных материалов
1. Щебень.
Для приготовления резинированных вибролитых асфальтобетонных смесей использовался щебень из гравия производства ОАО «Мостовской дробильно-сортировочный завод» Краснодарского края. Основные свойства щебня представлены в таблице 1.
Таблица 1
Основные свойства щебня ОАО "Мостовской дробильно-сортировочный завод"
Порода
Марка по дробимости
Марка по истираемости
Марка по морозостойкости
Содержание зерен пластинчатой и игловатой формы, % по массе
Содержание дробленных зерен, % по массе
Щебень из гравия
1000
И1
F300
6,2
89,6
2. Песок.
Для приготовления резинированных вибролитых асфальтобетонных смесей использовался песок из отсевов дробления щебня из гравия производства ООО «Инерт» Краснодарского края: марка по прочности - 1000, содержание глинистых частиц, определяемых методом набухания, - 0,1%.
3. Дорожный битум.
Для приготовления резинированных вибролитых асфальтобетонных смесей использовался нефтяной дорожный битум марки БНД 60/90 производства Саратовского нефтеперерабатывающего завода. Основные свойства битума представлены в таблице 2.
Таблица 2
Физико-механические показатели битума БНД 60/90
Глубина проникания иглы, 0,1 мм
Температура размягчения по кольцу и шару, °C
Растяжимость, см
Температура хрупкости, °C
Температура вспышки, °C
Изменение температуры размягчения после прогрева,°C
при +25°C
при 0°C
при +25°C
при 0°C
73
24
49
95
3,8
-21
292
4
4. Вторичный линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП-В) изготавливается из бывшей в эксплуатации стрейч-пленки путем ее дробления, отмывки от посторонних примесей и регранулирования. Его физико-химические показатели приведены в таблице 3.
Таблица 3
Физико-механические показатели вторичного линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП-В)
Плотность, кг/м<sup>3</sup> при 23°C
918-923
при 20°C
920-925
Показатель текучести расплава при 190°C и нагрузке 2,16 кг, г/10 мин
1,5-2,4
Разброс показателя текучести расплава в пределах партии, %, не более
±10
Количество включений, шт., не более
20
Отношение показателя текучести расплава ПТР<sub>2,16</sub>/ПТР<sub>2,16</sub>
20-35
Предел текучести при растяжении, МПа, не менее
10
Прочность при разрыве, МПа, не менее
28
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее
700
5. Резиновая крошка.
Резиновая крошка - продукт переработки изношенных автомобильных шин.
Использовалась резиновая крошка с размером частиц до 1 мм, изготовленная в соответствии с ТУ 38-108035-97.
Пример. Для экспериментальной проверки заявленных составов были приготовлены 5 вариантов смесей. Образцы изготавливались следующим образом: в предварительно нагретые до 220°C минеральные материалы (щебень и песок из отсевов дробления) вводились гранулы вторичного полиэтилена. Смесь перемешивалась в лабораторной мешалке в течение 1 минуты. Затем в нее подавались битум, нагретый до температуры 150°C, и резиновая крошка, и смесь дополнительно перемешивалась в течение 2 минут. После этого из нее готовились стандартные цилиндрические образцы диаметром 71,4 мм. Уплотнение образцов производилось вибрированием по ГОСТ 12801-98 (как для образцов из горячих смесей, содержащих более 50% щебня по массе, только без последующего доуплотнения прессованием).
Разработанные вибролитые смеси готовились с различным процентным содержанием резиновой крошки от 0,5 до 1,7 с шагом 0,3% и вторичного линейного полиэтилена низкой плотности от 0,2 до 0,6 с шагом 0,1% при их суммарном содержании 1,4-1,9% от массы минерального материала.
За основные характеристики качества вибролитого асфальтобетона приняты водонасыщение, пределы прочности при температуре 20°C и 50°C, трещиностойкость - предел прочности на растяжение при расколе при температуре 0°C и коэффициенты теплостойкости и длительной водостойкости. Очень важным здесь является коэффициент теплостойкости, поскольку он показывает как реагирует прочность материала на изменение температуры, и чем он меньше, тем лучше.
Из проведенных сравнительных испытаний и анализа полученных результатов установили, что асфальтобетонные смеси предлагаемых составов обладают более лучшими физико-механическими свойствами по сравнению со смесями прототипа и удовлетворяют по прочностным свойствам требования к плотным смесям.
Наилучшие показатели предлагаемой асфальтобетонной смеси наблюдались при введении резиновой крошки в пределах от 0,8 до 1,4% от массы минерального материала и вторичного линейного полиэтилена низкой плотности в пределах от 0,3 до 0,5%.
Исследуемые составы смесей и результаты испытаний асфальтобетонов приведены в таблице 4.
Из результатов, приведенных в таблице 4, видно, что образцы из предлагаемого состава при низком водонасыщении характеризуются повышенными показателями трещиностойкости, водостойкости, теплостойкости и предела прочности при 50°C. Полученные данные свидетельствуют о том, что резинированный вибролитой асфальтобетон характеризуется повышенной по сравнению с прототипом деформационной устойчивостью, трещиностойкостью и водостойкостью.
Кроме того, разработанный состав обеспечивает утилизацию изношенных автомобильных шин, что в современном мире, где число автомобилей неуклонно растет, приобретает большое экологическое и экономическое значение.
Предложенная резинированная вибролитая асфальтобетонная смесь за счет применения вторичного сырья вместо минерального порошка и дорогих стабилизирующих добавок значительно дешевле аналогов.