РЕЗИНИРОВАННАЯ ДРЕНИРУЮЩАЯ АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ
RUBBERISED DRAINING 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.
В развитых странах мира в качестве материала верхнего слоя покрытия широкое применение находит дренирующий асфальтобетон, основной особенностью которого является наличие системы сообщающихся пор вследствие высокой остаточной пористости (свыше 12-14%), позволяющей быстро отводить воду с поверхности дороги. Шероховатая текстура поверхности из такого материала и быстрое осушение поверхности способствует значительному повышению уровня безопасности участников движения. Кроме того, доказанным преимуществом дренирующих асфальтобетонов является существенное снижение шума, возникающего при контакте шины автомобиля с покрытием.
При значениях остаточной пористости менее 12% вода застаивается в порах, снижая прочность покрытия, а в условиях переменного замораживания-оттаивания увеличивающийся в объеме лед разрушает конструктивный слой.
Известен состав дренирующей асфальтобетонной смеси РА8 (TL Asphalt-StB 07 Technische Lieferbedingungen für Asphaltmischgut fur den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen) для устройства покрытия проезжей части дорог, минеральная часть которой содержит, мас.%: щебень фракции 8-11,2 мм - 0-10, щебень фракции 5,6-8 мм - 75-95, каменную мелочь фракции 2-5,6 мм - 0-10, дробленый песок фракции 0-2 мм - остальное. В качестве вяжущего используется полимерно-модифицированный битум в количестве ≥6,5% сверх 100% от минеральной части. При этом требуется обязательное применение стабилизирующей добавки в количестве ≥0,5% сверх 100% от минеральной части.
Наиболее близким техническим решением является дренирующая асфальтобетонная смесь (Нормы на асфальтобетон 2011. Совещательная комиссия по покрытиям PANK ry. ЗАО «Петербург-Дорсервис», www.dor.spb.ru), включающая щебень, песок из отсевов дробления и вяжущее вещество - дорожный битум или модифицированный битум, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Щебень фракции 8-11,2 мм - 0-10
Щебень фракции 5,6-8 мм - 23-53
Щебень фракции 4-5,6 мм - 13-49
Каменная мелочь фракции 2-4 мм - 0-22
Песок - отсев дробления фракции до 2 мм - 12-23
Дорожный битум или дорожный битум, модифицированный каучуком, - 5,0-5,8.
Кроме того, для предотвращения стекания вяжущего рекомендуется применение целлюлозных добавок или природного асфальта.
Однако указанная смесь без использования модифицированного битума и/или стабилизирующих добавок (целлюлозного волокна или природного асфальта) не способна долговременно служить в условиях континентального климата, характерного для значительной части Российской Федерации, использование этих компонентов существенно повышает стоимость дренирующего асфальтобетона, что является одной из основных причин отсутствия этого вида асфальтобетона на дорогах нашей страны.
Задачей изобретения является получение дренирующих 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 дренирующая асфальтобетонная смесь, включающая щебень, песок из отсевов дробления и вяжущее вещество, при этом имеет остаточную пористость от 14 до 25% и в качестве вяжущего вещества содержит резино-полимерно-битумное вяжущее на основе вязкого нефтяного дорожного битума, вторичного линейного полиэтилена низкой плотности и резиновой крошки размером до 1 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: щебень - 65-81; вязкий нефтяной дорожный битум - 4,0-6,0; резиновая крошка - 0,6-0,9; вторичный линейный полиэтилен низкой плотности - 0,2-0,3; песок из отсевов дробления - остальное.
Введение мелкодисперсной резиновой крошки совместно с полиолефиновым компонентом способствует улучшению всего комплекса физико-механических свойств дренирующей асфальтобетонной смеси. Такой эффект связан с особенностью получаемой структуры: щебеночный каркас связан не малопрочным битумным вяжущим, а резино-полимерно-битумным вяжущим, более устойчивым к образованию трещин и пластических деформаций. Кроме того, резиновая крошка выполняет здесь еще и роль стабилизатора, и предложенная резинированная дренирующая асфальтобетонная смесь за счет использования вторичного сырья получается дешевле.
Характеристики исходных материалов
1. Щебень.
Для приготовления резинированных дренирующих асфальтобетонных смесей использовался щебень фракции 5-10 мм производства ОАО «Орское карьероуправление», г.Орск. Основные свойства щебня представлены в таблице 1.
Таблица 1
Основные свойства щебня ОАО «Орское карьероуправление»
Порода
Марка по дробимости
Марка по истираемости
Марка по морозостойкости
Содержание зерен пластинчатой и игловатой формы, % по массе
Габбро
1400
И1
F300
6,3
2. Песок.
Для приготовления резинированных дренирующих асфальтобетонных смесей использовался песок из отсевов дробления щебня из гравия производства ООО «Инерт» Краснодарского края фракции 0-5 мм: марка по прочности - 1000, содержание глинистых частиц, определяемых методом набухания - 0,05%.
3. Дорожный битум.
Для приготовления резинированных дренирующих 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, °С
Растяжимость, см
Температура хрупкости, °С
Температура вспышки, °С
Изменение температуры размягчения после прогрева, °С
при +25°С
при 0°С
при +25°С
при 0°С
73
23
50
98
3,7
-20
294
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°С при 20°С
918-923920-925
Показатель текучести расплава при 190°С 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>21,6</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°С 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°С, 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 по ГОСТ 12801-98 как для образцов из горячих смесей, содержащих более 50% щебня по массе.
Разработанные дренирующие смеси готовились с различным процентным содержанием резиновой крошки от 0,45 до 1,05 с шагом 0,15% и вторичного линейного полиэтилена низкой плотности от 0,15 до 0,35 с шагом 0,05% при их суммарном содержании 0,6-1,4% от массы минерального материала.
За основные характеристики качества дренирующего асфальтобетона приняты остаточная пористость, пределы прочности при температуре 20°С и 50°С, трещиностойкость - предел прочности на растяжение при расколе при температуре 0°С и коэффициенты теплостойкости и длительной водостойкости. Очень важным 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 улучшенными физико-механическими свойствами по сравнению со смесями прототипа.
Наилучшие показатели предлагаемой асфальтобетонной смеси наблюдались при введении резиновой крошки в пределах от 0,6 до 0,9% от массы минерального материала и вторичного линейного полиэтилена низкой плотности в пределах от 0,2 до 0,3%. Для этих величин значения остаточной пористости соответственно равны 14 и 25%.
Исследуемые составы смесей и результаты их испытаний 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°С. Полученные данные свидетельствуют о том, что асфальтобетоны предлагаемых составов характеризуются 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 дренирующая асфальтобетонная смесь за счет применения вторичного сырья вместо дорогих стабилизирующих добавок значительно дешевле аналогов.