Структурирующая добавка для асфальтобетонных смесей
STRUCTURING ADDITIVE FOR BITUMEN-CONCRETE MIXES

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к добавкам для асфальтобетонных смесей, которые применяют при строительстве, эксплуатации, реконструкции и капитальном ремонте объектов транспортной инфраструктуры во всех климатических зонах.
Известно применение различных добавок для асфальтобетонных смесей.
Известно изобретение по патенту РФ № 2754902 «Нефтяной кокс для асфальтобетонной смеси», выбранное в качестве прототипа, МПК C04B 26/26, C08L 95/00, C08K 3/04, опубл. 08.09.2021. В этом патенте описан нефтяной кокс, предназначенный для использования в асфальтобетонной смеси, который состоит из механоактивированного при температуре 30 – 70 °С коксового порошка с размерами частиц 1 – 5 мкм.
Исходя из описания патента № 2754902 можно сделать вывод о том, что заявленное техническое решение обеспечивает физико-механические характеристики при содержании коксового порошка в асфальтобетонной смеси 8 % от общей массы, при этом размеры частиц находятся в интервале от 1 до 5 мкм. Указанные в описании показатели подтверждают повышение основных характеристик асфальтобетонной смеси при использовании коксового порошка по сравнению с аналогом. Таким образом, преимуществами известного технического решения являются:
1. Существенное улучшение физико-механических показателей: значения пределов прочности при 20 °С улучшились с 4,3 МПа до 4,6 Мпа, а при 50 °С – с 1,5 Мпа до 1,7 Мпа.
2. Улучшение показателя водонасыщения: при использовании коксового порошка показатель водонасыщения составил 1,5 %, что значительно превосходит показатель по аналогу, равный 3,6 %.
При этом, недостатком известного технического решения является нецелесообразное значение дисперсности не только с технологической, но и с экономической точек зрения, так как получение при помоле нефтяного кокса частиц размером 1 – 5 мкм в промышленных масштабах требует сложного технологического процесса, а также существенных капитальных и эксплуатационных затрат. Кроме того, для измерения и контроля такого размера частиц требуется применение сложного дорогостоящего оборудования, которым не оснащены строительные лаборатории организаций, занимающиеся выпуском и контролем качества асфальтобетонных смесей.
Известен патент РФ на изобретение №2748791 «Модификатор асфальтобетонной смеси и способ его получения», опубл. 31.05.2021, МПК C04B26/26, C08L95/00, выбранный в качестве прототипа. Известный модификатор для асфальтобетонной смеси представляет собой гранулы, состоящие из механоактивированного нефтяного кокса с дисперсностью от 10 до 15 мкм в количестве 70 мас. % и смеси нефтяного дорожного битума с полиэтиленовым окисленным воском в количестве 30 мас. %, при массовом соотношении воск : битум = 1 : 30 соответственно.
Указанные в описании патента №2748791 показатели подтверждают повышение основных характеристик асфальтобетонной смеси при использовании модификатора по сравнению с рассматриваемым аналогом. Таким образом, преимуществами известного технического решения являются:
- снижение водонасыщения с 2,74 до 1,5;
- повышение водостойкости асфальтобетонной смеси с 0,93 до 0,97 при требовании ГОСТ не меньше 0,85;
- увеличение предела прочности асфальтобетона при сжатии при 50 °С с 1,15 до 1,25 при требовании ГОСТ не менее 1,0;
- увеличение трещиностойкости при 0 °С с 3,8 до 4,5.
При этом, недостатком известного модификатора является нецелесообразное значение дисперсности нефтяного кокса не только с технологической, но и с экономической точек зрения, а также ограниченность использования связующих, в частности применение битума с полиэтиленовым окисленным воском в количестве 30 мас. % при массовом соотношении воск : битум = 1 : 30.
Решаемой технической проблемойявляется необоснованное значение дисперсности нефтяного кокса, так как получение такого значения сложно достижимо не то только с точки зрения технологии, но и не оправдано с экономической точки зрения, кроме того имеются сложности в использовании связующих, в частности битум с полиэтиленовым окисленным воском в количестве 30 мас. %, при соблюдении массового соотношения воск : битум = 1 : 30.
Кроме того, в качестве нефтяных битумов, используемых для получения модификатора, указываются не только дорожные битумы, но также строительные, изоляционные, кровельные и других назначений – использование добавки для асфальтобетонной смеси, в которой применение в качестве связующих иных видов битумов, помимо дорожных, может привести к повышенной жесткости асфальтобетона и как следствие к снижению трещиностойкости.  Также следует отметить, что в данном изобретении не указано оптимальное количество вводимого модификатора в асфальтобетон, с помощью которого достигается повышение основных характеристик асфальтобетонной смеси.
Техническим результатомзаявляемого технического решенияявляется возможность замены при производстве асфальтобетонных смесей битумного вяжущего структурирующей добавкой при одновременном улучшении целого ряда характеристик асфальтобетона: коэффициента водостойкости, устойчивости к колееобразованию и прочности, а также снижении себестоимости изготовления асфальтобетонной смеси.
Указанный технический результат достигается за счёт применения структурирующей добавки для асфальтобетонных смесей, выполненной в виде гранул длиной 3 - 25 мм, состоящих из связующего и непрокалённого нефтяного кокса с содержанием частиц размером менее 2 мм в количестве до 100 мас. % и содержанием частиц размером менее 0,063 мм в количестве не менее 55 мас. % с содержанием от 70 до 90 % в составе гранул.
В состав гранул также могут входить специальные наполнители – вяжущие и добавки, например, битум нефтяной дорожный вязкий (БНД), связующие в виде модифицированного органическими добавками битума и/или полимерно-битумного вяжущего дорожного на основе различных полимеров и другое.
Использование структурирующей добавки в виде гранул длиной3 - 25 мм для асфальтобетонных смесей позволяет:
- экономить до 10 % от требуемого битумного вяжущего в составе асфальтобетонной смеси;
- увеличивать коэффициент водостойкости, в том числе коэффициент длительной водостойкости, в ряде случаев улучшать стойкость к образованию пластических деформаций до 100 %, оказывать положительный эффект на прочностные показатели асфальтобетона.
Далее приводятся конкретные примеры выполнения заявленного технического решения.
Заявителем был получена заявленная структурирующая добавка в виде гранул длиной 3 - 25 мм для асфальтобетонных смесей, состоящих из связующего и непрокалённого нефтяного кокса с содержанием частиц мельче 2 мм до 100 мас. % и содержанием частиц мельче 0,063 мм не менее 55 мас. % в количестве от 70 до 90 % в составе гранул.
Также в некоторые гранулы входят специальные вяжущие и добавки.
Пример 1. Структурирующая добавка в виде гранул длиной 3-25 мм для асфальтобетонных смесей, состоящая из непрокаленного нефтяного кокса с содержанием частиц мельче 2 мм до 100 мас. % и содержанием частиц мельче 0,063 мм не менее 55 мас. % в количестве от 75% в составе гранул и связующего в виде битума нефтяного дорожного вязкого БНД.
Пример 2. Структурирующая добавка в виде гранул длиной 3-25 мм для асфальтобетонных смесей, состоящая из непрокаленного нефтяного кокса с содержанием частиц мельче 2 мм до 100 мас. % и содержанием частиц мельче 0,063 мм не менее 55 мас. % в количестве от 75% в составе гранул и связующего в виде модифицированного органическими добавками битума и/или полимерно-битумного вяжущего дорожного на основе различных полимеров.
Пример 3. Структурирующая добавка в виде гранул длиной 3-25 мм для асфальтобетонных смесей, состоящая из непрокаленного нефтяного кокса с содержанием частиц мельче 2 мм до 100 мас. % и содержанием частиц мельче 0,063 мм не менее 55 мас. % в количестве от 80 до 90% в составе гранул и связующего в виде воскоподобной смеси предельных углеводородов, а также жироподобных веществ природного или синтетического происхождения.
Пример 4. Структурирующая добавка в виде гранул длиной 3-25 мм для асфальтобетонных смесей, состоящая из непрокаленного нефтяного кокса с содержанием частиц мельче 2 мм до 100 мас. % и содержанием частиц мельче 0,063 мм не менее 55 мас. % в количестве 80 до 90% в составе гранул и связующих в виде смеси углеводородных смол, полимера этилена с преобладающим строением, повторяющегося составного звена и/или воскоподобной и/или воскообразной смеси предельных углеводородов, а также жироподобных веществ природного или синтетического происхождения.
Пример 5. Структурирующая добавка в виде гранул длиной 3-25 мм для асфальтобетонных смесей, состоящая из непрокаленного нефтяного кокса с содержанием частиц мельче 2 мм до 100 мас. % и содержанием частиц мельче 0,063 мм не менее 55 мас. % в количестве от 80 до 90% в составе гранул и связующих в виде смеси материалов, получаемых вулканизацией натурального и/или синтетического каучука, различных нефтяных масляных фракций, в том числе возможно применение растительных масел и жиров.
Пример 6. Структурирующая добавка в виде гранул длиной 3-25 мм для асфальтобетонных смесей, состоящая из непрокаленного нефтяного кокса с содержанием частиц мельче 2 мм до 100 мас. % и содержанием частиц мельче 0,063 мм не менее 55 мас. % в количестве от 60 до 86% в составе гранул и связующих в виде смеси вторичной и/или первичной целлюлозы от 10 до 30%, полимера этилена в количестве от 3 до 12% и углеводородной смолы от 1 до 7%.
Пример 7. Структурирующая добавка в виде гранул длиной 3-25 мм для асфальтобетонных смесей, состоящая из непрокаленного нефтяного кокса с содержанием частиц мельче 2 мм до 100 мас. % и содержанием частиц мельче 0,063 мм не менее 55 мас. % в количестве от 60 до 86% в составе гранул и связующих в виде смеси вторичной и/или первичной целлюлозы от 10 до 30%, полимера этилена в количестве от 3 до 12% и пластифицирующего компонента от 1 до 7%.
Заявляемая структурирующая добавка также была опробована как в составах горячей плотной мелкозернистой асфальтобетонной смеси тип Б марки I по ГОСТ 9128, так и в составе асфальтобетоннной смеси А16Вн по ГОСТ Р 58406.2.
Результаты проведенных испытаний применения структурирующей добавки в виде гранул представлены в Таблицах 1 и 2.
Было установлено, что использование заявляемой структурирующей добавки для асфальтобетонных смесей в составе асфальтобетона А16Вн существенно увеличило его стойкость к пластическим деформациям (снижение средней глубины колеи на 10-50%), увеличило коэффициент водостойкости в том числе коэффициент длительной водостойкости. При этом все остальные свойства асфальтобетона А16Вн существенно не изменились. Проведенные исследования в составе мелкозернистого плотного асфальтобетона тип Б марки I показали увеличение стойкости к пластическим деформациям (снижение средней глубины колеи на 25-41%), увеличение прочности при сжатии при температуре 20°С и 50°С до 70%, увеличение коэффициента водостойкости, при этом остальные свойства значительно не изменились
Таким образом, проведенные испытания подтвердили, что использование структурирующей добавки, состоящей из непрокаленного нефтяного кокса с содержанием частиц мельче 2 мм - 100 мас. % и содержанием частиц мельче 0,063 мм не менее 55 мас. % и различных связующих компонентов, в составе асфальтобетонов позволяет:
- заместить этой добавкой до 10% используемого битумного вяжущего;
- повысить стойкость асфальтобетона к пластическим деформациям при повышенных температурах его эксплуатации;
- повысить водостойкость асфальтобетона, в том числе длительную, то есть коррозионную стойкость;
- увеличить прочностные показатели;
- увеличить долговечность и сохранение эксплуатационных свойств дорожного покрытия.
Таким образом, был достигнут заявленный технический результат, а именно улучшение целого ряда характеристик асфальтобетона: коэффициента водостойкости, устойчивости к колееобразованию, прочности и других, а также снижение себестоимость изготовления асфальтобетонной смеси с применением структурирующей добавки в виде гранул длиной 3-25 мм для асфальтобетонных смесей, состоящих из связующего и непрокаленного нефтяного кокса с содержанием частиц мельче 2 мм до 100 мас. % и содержанием частиц мельче 0,063 мм не менее 55 мас. % в количестве от 70 до 90% в составе гранул, при этом в гранулы могут входить специальные вяжущие и добавки. При этом, использование структурирующей добавки не изменяет температурно-временные интервалы приготовления и укладки асфальтобетонных смесей и не требует применения дополнительного специального оборудования.
Структурирующая добавка для асфальтобетонных смесей
Таблица 1
Структурирующая добавка для асфальтобетонных смесей
Таблица 2