ДОРОЖНОЕ ПОКРЫТИЕ

Полезная модель относится к строительству асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог, в частности к конструкции дорожного покрытия и может быть использована при ремонте и реконструкции асфальтобетонных покрытий.
Известно дорожное покрытие, включающее двухслойное асфальтобетонное покрытие, нижний слой которого содержит битум, щебень, отсев дробления щебня и песок, а верхний слой выполнен из битума, щебня, отсева дробления щебня, минерального порошка, (см. свидетельство на полезную модель РФ №3607, МПК Е01C 3/00, опубликовано 1997 год).
Недостатком известного технического решения является невысокий показатель прочности асфальтобетона, характеризующий сдвигоустойчивость, из-за низкого показателя сцепляемости битума с поверхностью применяемого минерального материала.
Наиболее близким техническим решением, к заявляемому объекту, по совокупности признаков является дорожное покрытие, которое включает двухслойное асфальтобетонное покрытие, нижний слой которого выполнен из пористого асфальтобетона, содержащего битум, щебень, отсев дробления щебня и песок, а верхний из плотного асфальтобетона, содержащего битум, щебень, отсев дробления щебня, минеральный порошок, армирующую добавку (см. Методические рекомендации по устройству верхних слоев дорожных покрытий из щебеночно-мастичного асфальтобетона, М. Государственный дорожный НИИ ФГУП «СОЮЗДОРНИИ», 2002 г., стр.5-8) - принято за прототип.
Недостатком данного дорожного покрытия является низкая деформационная устойчивость верхнего слоя покрытия и его высокая стоимость.
Низкая деформационная устойчивость верхнего слоя покрытия обусловлена низкой сдвигоустойчивостью верхнего слоя относительно приграничного с ним нижележащего слоя под воздействием горизонтальных сдвигающих нагрузок тяжелого интенсивного движения, которая приводит к волнообразности дорожного покрытия.
Повышенная стоимость покрытия вызвана необходимостью использования в верхнем слое дорогостоящей армирующей (стабилизирующей) волокнистой добавки (Viatop, Topcel и др.), требующих предварительного модифицирования битума.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышение деформационной устойчивости верхнего слоя покрытия и снижение стоимости дорожного покрытия.
Заявляемый технический результат достигается тем, что в известном дорожном покрытии, включающем асфальтобетонное покрытие, нижний слой которого содержит битум, щебень, отсев дробления щебня и песок, а верхний слой содержит из битум, щебень, отсев дробления щебня, минеральный порошок и армирующую добавку, - в качестве щебня и отсева дробления щебня нижний и верхний слои покрытия содержат щебень и отсев дробления щебня из хвостов сухой магнитной сепарации железосодержащих руд Курской магнитной аномалии Михайловского ГОКа с содержанием гематита 19-32%, а в качестве армирующей добавки верхний слой содержит резиновый термоэластопласт в количестве 0,3-0,5% (сверх 100% к минеральной части асфальтобетона верхнего слоя), при этом верхний слой выполнен толщиной равной 4-5 мм, а толщина нижнего слоя равна 6-8 мм. Кроме того, дорожное покрытие в верхнем слое содержит щебень указанного вида фракции 5-10 мм и/или 10-20 мм, а нижний слой
дорожного покрытия содержит щебень указанного вида фракции 10-20 мм или 5-40 мм.
Применение в качестве минерального материала щебня из хвостов сухой магнитной сепарации с содержанием гематита 19-32% позволит повысить деформационную устойчивость верхнего слоя покрытия за счет повышения прочности сцепления верхнего слоя с нижним слоем покрытия вследствие высокой адгезии битума к минеральному материалу покрытия. Это обусловлено присутствием трехвалентного железа на поверхности гематита, что активизирует протекание хемосорбционных процессов при контакте с битумом и приводит к образованию прочной битумной пленки на его поверхности.
Использование в асфальтобетоне верхнего слоя покрытия в качестве армирующей (стабилизирующей) добавки резинового термоэластопласта (РТЭП) позволяет снизить стоимость покрытия за счет исключения использования дорогостоящих импортных волокнистых добавок и введения модификаторов битума. Это вызвано тем, что РТЭП является одновременно армирующим (стабилизирующим) компонентом и полимерным модификатором битума.
Выбор оптимальной толщины верхнего слоя покрытия и толщины нижнего слоя позволяет получить высоту верхнего слоя, имеющего максимальную сдвигоустойчивость горизонтальным силам, возникающим при изменении скорости движения транспорта и одновременно позволяет получить оптимальную высоту нижнего слоя при сохранении необходимой прочности и монолитности дорожного покрытия.
Дорожное покрытие выполнено на основании и включает двухслойное асфальтобетонное покрытие.
Верхний слой покрытия выполнен из плотного асфальтобетона, включающего битум, отсев дробления щебня, минеральный порошок и армирующую добавку.
Нижний слой покрытия выполнен из пористого или высокопористого асфальтобетона, включающего битум, отсев дробления щебня и песок.
В качестве щебня и отсева дробления щебня нижний и верхний слои покрытия содержат щебень из хвостов сухой магнитной сепарации железосодержащих руд Курской магнитной аномалии Михайловского ГОКа с содержанием гематита 19-32%, непригодных для дальнейшего применения в металлургической промышленности, имеющий следующий химический состав, %:
Fe общ. - 22,0-28; Fe mqt 4-5; FeO 4-5;
2
3
2
3
FеO 19-32; ALO 0,1-1,0;
MqO 0,1-1,5; CaO 1,0-2,1; S 0,06-0,08;
2
5
P 0,045-0,06; PO 0,121-0,129; С 0,55-0,65, mm 2,69;
2
2
2
КO 0,51-0,53; NaO 0,41-0,44; MnO 0,031-0,033; SiO - остальное до 100%
Щебень и отсевы дробления щебня из хвостов сухой магнитной сепарации имеют следующие показатели качества:
- марка по пределу прочности на сжатие - 1200
- марка по истираемости - И1
3
- насыпная плотность - 1,75 кг/дм
- значение удельной эффективной активности естественных радионуклидов - до 370 Бк/кг
- содержание зерен пластинчатой игловатой формы - не более 35%
- содержание пылевидных и глинитных частиц - не более 1%.
В верхнем слое асфальтобетонное покрытие содержит щебень указанного вида фракций 5-10 мм и/или 10-20 мм.
В нижнем слое покрытие содержит щебень указанного вида фракций 10-20 мм или 5-40 мм.
Использование щебня и отсева дробления щебня из хвостов сухой магнитной сепарации железосодержащих руд с содержанием гематита
19-32% в верхнем и нижнем слоях покрытия обеспечивает прочность сцепления слоев и соответственно, повышает деформационную устойчивость верхнего слоя покрытия воздействию горизонтальным сдвигающим нагрузкам тяжелого интенсивного движения транспорта. Это происходит за счет увеличения адгезионно-каогезионного взаимодействия на границе щебень-битум (битумная эмульсия - при подгрунтовке нижнего слоя), что связано с присутствием трехвалентного железа на поверхности гематита и протеканием хемосорбционных процессов при контакте его с битумом или битумной эмульсией.
В дорожном покрытии верхний слой выполнен толщиной равной 4-5 мм, нижний слой толщиной 6-8 мм. Минимальная толщина верхнего слоя составляет 4 мм, а толщина нижнего - 6 мм. Максимальная толщина верхнего слоя 5 мм, нижнего 8 мм. Указанные величины толщин слоев обеспечивают оптимальную высоту верхнего слоя и оптимальную высоту нижнего слоя покрытия. Это создает максимальную сдвигоустойчивость горизонтальным силам, возникающим при изменении скорости движения транспорта и создает одновременно прочность нижнего слоя с сохранением монолитности дорожного покрытия.
Уменьшение толщины верхнего слоя меньше 4 м снижает прочность покрытия, а увеличение толщины слоя больше 5 мм - происходит снижение сдвигоустойчивости горизонтальным силам. Увеличение толщины нижнего слоя покрытия больше 8 мм нецелесообразно из-за перерасхода асфальтобетона, а уменьшение толщины слоя меньше 6 мм - снижает прочность слоя, вследствие чего нарушается монолитность покрытия.
В качестве армирующей добавки верхний слой покрытия содержит резиновый термоэластопласт в количестве 0,3-0,5% (сверх 100% к минеральной части асфальтобетонного верхнего слоя).
Резиновый термоэластопласт (РТЭП) представляет собой гранулы черного цвета с характерным запахом резины и геометрическими размерами
4-4 мм. ИК - спектр гранул имеет вид, характерный для резины, наполненный карбонатом кальция и серой. РТЭП соответствует требованиям ТУ 38-105590-85 и может быть идентифицирован как резиновая крошка из вулканических отходов, наполненная карбонатом кальция и серы.
Имеется гигиеническое заключение 61.РЦ.3.570.П.947.6.00 от 27.06.2000 г. на допущение резинового термоэластопласта к производству, поставке, реализации, использованию на территории Российской Федерации.
Резиновый термоэластопласт (РТЭП) при введении в нагретый битум при температуре 140-160°С расплавляется (до 80% от своей массы) и распределяется в битуме, образуя полимерно-битумное вяжущее. Нерасплавленные каучуковые частицы резиновой крошки, находясь во взвешенном состоянии в образующем полимерно-битумном вяжущем, формируют с ним упрочено-сетчатую структуру. Более крупные нерасплавленные фрагменты гранул РТЭП при объединении с полимерно-битумным вяжущим с минеральными материалами дисперсно армируют систему и образуют высокопрочный асфальтобетон. Таким образом, РТЭП можно использовать как армирующую добавку и одновременно как полимерный модификатор битума.
Для получения предлагаемого дорожного покрытия были использованы следующие составы асфальтобетонной смеси:
Для нижнего слоя покрытия в качестве щебня и отсевов дробления щебня и отсевов дробления щебня использовались хвосты сухой магнитной сепарации руд с содержанием гематита 19-32% фракций 10-20 мм или 5-40 мм при следующем содержании компонентов, масс %.
Битум БНД 90/130
4,2-6,0
(сверх 100%)
Щебень указанного вида фракций
45-55
Отсев дробления указанного вида щебня
15-30
Песок
остальное
Для верхнего слоя покрытия в качестве щебня и отсевов дробления щебня так же использовались хвосты сухой магнитной сепарации руд с содержанием гематита 19-32% фракций 5-10 мм и/или 10-20 мм, при следующем содержании компонентов, масс %
Битум БНД 90/130
(сверх 100%)
5,8-7,5
Щебень указанного вида
60-80
Отсев дробления щебня указанного вида
8-32
Минеральный порошок
12-8
Резиновый термоэластопласт (РТЭП)
0,3-0,5
Пример: Для устройства нижнего дорожного покрытия был использован следующий состав асфальтобетонной смеси при следующем соотношении компонентов, масс %
Битум БНД 90/130
(сверх 100%)
6,5
Щебень из хвостов сухой магнитной
сепарации руд с содержанием гематита -
40
гематита 19-32%
фракции 10-20 мм
Отсев дробления щебня указанного вида -
40
Песок природный карьер «Зорине» -
20
Результаты физико-механических показателей асфальтобетонной смеси сведены в таблицу 1.
При устройстве верхнего слоя дорожного покрытия был использован следующий состав асфальтобетонной смеси, при следующем соотношении компонентов, масс %
Битум БНД 90/130
(сверх 100%)
6,0
Щебень из хвостов сухой магнитной
сепарации руд с содержанием
гематита 19-32%
- 68
фракции 5-10 мм
Отсев дробления щебня указанного вида
- 22
фракции 0-5 мм
Минеральный порошок ООО «ДСЗ»
пос.Товарково Калужской области
- 10
Резиновый термоэластопласт
(сверх 100% к минеральной части)
- 0,3
Результаты физико-механических показателей асфальтобетонной смеси сведены в таблицу 2.
Использование такого минерального материала с содержанием гематита 19-32% позволяет повысить деформационную устойчивость верхнего слоя покрытия за счет повышения прочности сцепления верхнего слоя с нижним слоем покрытия вследствие высокой адгезии битума к минеральному материалу покрытия. Выполнение верхнего и нижнего слоев покрытия необходимой толщины позволяет дополнительно повысить сдвигоустойчивость покрытия воздействию горизонтальных сил, возникающих при изменении скорости движения транспорта, а также обеспечить необходимую прочность и монолитность дорожного покрытия. Кроме того, применение резинового термоэластопласта в качестве армирующей добавки позволит так же повысить прочность покрытия и одновременно снизить стоимость покрытия за счет одновременной модификации битумного вяжущего и армирования покрытия.
Таблица 1Физико-механические показатели асфальтобетонной смеси
№
Наименование показателей
Требования ГОСТ 9128-97
Фактические показатели
1
Средняя плотность, г/см3
-
2,62
2
Пористость минерального остова, % по объему
не более 19
17,0
3
Остаточная пористость, % по объему
Св. 2,5 до 5.0
3,0
4
Водонасыщение % по объему
1,5 до 4,0
1,58
5
Прочность при сжатии, МПа, при 50°С
Не менее 0.9
1,1
6
Прочность при сжатии, МПа, при 20°С
Не менее 2,0
3,5
7
Прочность при сжатии, МПа при 0°С
Не более 12.0
6,1
8
Водостойкость
Не менее 0.75
0,91
9
Водостойкость при длительном водонасыщении
Не менее 0.65
0,89
10
Сцепление битума с мин. частью а/бетонной смеси
Выдерживает
Выдерживает
Таблица 2Физико-механические показатели асфальтобетонной смеси
№
Наименование показателей
Требования ГОСТ 31015-2002
Физические показатели
1
Средняя плотность, г/см<sup>3</sup>
-
2,66
2
Пористость минерального остова, % по объему
От 15-19
17,2
3
Остаточная пористость, % по объему
От 1,5-4,5
2,2
4
Водонасыщение % по объему
От 1,5-4,0
2,3
5
Прочность при сжатии, МПа при 20°С, не менее
2,2
4,0
6
Прочность при сжатии, МПА, при 50°С, не менее
0,65
1,3
7
Показатель отекания вяжущего, % по массе
От 0.07 до 0,15
0,14
8
Сдвигоустойчивость:
Коэффициент внутреннего трения, не менее
0,93
0,97
Сцепление при сдвиге при температуре 50°С, МПа, не менее
0,18
0,71
9
Трещиностойкость: предел прочности на растяжение при расколе, при температуре 0°С, МПа,
Не менее
2,5
Не более
6,0
3,9
10
Водостойкость при длительном
0,85
0,90
водонасыщении, не менее
11
Сцепление битума с минеральной частью а/бетонной смеси
выдерживает
выдерживает