АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ
ASPHALT CONCRETE MIXTURE

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, в частности к горячим мелкозернистым асфальтобетонным смесям, и может быть использовано для изготовления цветного плотного асфальтобетона, применяемого для устройства верхних слоев автомобильно-дорожных покрытий в районах I, II и частично III дорожно-климатических зон, характеризующихся холодным и влажным климатом.
Асфальтобетонные смеси для получения цветного асфальтобетона, применяемого для дорожных покрытий, известны как за рубежом, так и в России. Преимущества применения цветного асфальтобетона состоят в следующем: цветное асфальтобетонное покрытие дороги усиливает освещение в тоннелях и на эстакадах, помогает ориентироваться на развязках автострад и на территории автозаправочных станций, не дает потеряться парковкам, велосипедным дорожкам, пешеходным зонам, аварийным выходам и выездам на территориях промышленных предприятий. Особенно эффективно применение цветного асфальтобетона на взлетно-посадочных полосах, территориях морских портов и грузовых терминалов.
Известны асфальтобетонные смеси, производимые Красногорским асфальтобетонным заводом (Россия), применяемые для изготовления до 500 различных видов цветного асфальтобетона, в том числе и темно-коричневого цвета (http://kabz.ru/). Асфальтобетонные смеси изготавливают на асфальтосмесительной установке AMMANN GLOBAL 160 производительностью 160 тонн в час. В качестве наполнителя используют цветной щебень из цветных скальных пород, мелкий по размеру. К наполнителю из гранита, мрамора или известняка добавляют цветные пигменты, такие как желтый крон, цинковое белило или окись хрома. Наполнитель и пигмент смешивают с минимальным количеством битума; при этом используют либо осветленный, либо синтетический битум.
Недостатками асфальтобетонных смесей Красногорского асфальтобетонного завода, применяемых для изготовления цветных асфальтобетонов дорожных покрытий, являются дороговизна и дефицитность используемых исходных компонентов - красителей, импортного осветленного битума.
-6
Известна асфальтобетонная смесь для дорожных покрытий (Руководство по строительству дорожных асфальтобетонных покрытий. - М.: Транспорт, 1978, с.16, 36, 39, 46, 47, 55), включающая 7,0-9,0 мас.% битума и в среднем 7 мас.% минерального порошка из некарбонатных пород от массы минеральной части, причем не менее 70 мас.% минерального порошка имеет средний размер частиц менее 71·10 м, остальное - минеральный наполнитель (песок и щебень). Минеральный порошок активирован жирными кислотами, например карбоновыми кислотами, в количестве 3-5 мас.% от массы битума.
Недостатком указанной известной асфальтобетонной смеси является низкая водостойкость (0,7-0,9) и низкая трещиностойкость приготовленного из нее асфальтобетона, необходимость применения активаторов минерального порошка.
Известна асфальтобетонная смесь (патент SU 1248986, МПК С04В 26/26, С04В 18/12, опубл. 07.08.1986), включающая, мас.%: битум 6,3-8,3; активированный жирными кислотами минеральный порошок 2,0-16,0; минеральный наполнитель (песок) - остальное; причем указанная асфальтобетонная смесь в качестве активированного минерального порошка содержит 98,6-99,8 мас.% отходов хвостов флотации первой стадии мокрой магнитной сепарации руды с содержанием магнетита 2-6 мас.% и 0,2-1,4 мас.% активирующего материала в виде отходов производства себациновой кислоты. По зерновому составу минеральный порошок - магнетитсодержащие отходы фракции менее 0,5 мм, относят к мелким дробленым пескам. Асфальтобетон, изготовленный на основе такой асфальтобетонной смеси, имеет повышенные трещиностойкость и водостойкость (0,91-1,00), высокую прочность при сжатии.
Недостатком асфальтобетонной смеси по патенту SU 1248986 является необходимость применения активирующего материала для минерального порошка.
Указанная асфальтобетонная смесь по патенту SU 1248986 выбрана в качестве ближайшего аналога.
Задача предлагаемого изобретения состоит в создании недорогой асфальтобетонной смеси из недефицитного сырья, обеспечивающей получение из нее асфальтобетона темно-коричневого цвета, обладающего приемлемой для дорожного покрытия прочностью при сжатии, что позволит расширить арсенал средств промышленности дорожно-строительных материалов.
2
2
2
Нормативные показатели прочности при сжатии образцов асфальтобетона, приведенные в Руководстве по строительству дорожных асфальтобетонных покрытий (1978), составляют: при 20°С - не менее 20 кгс/см (для I, II и III дорожно-климатических зон); при 50°С - не менее 8 кгс/см (для I дорожно-климатической зоны) и не менее 9 кгс/см (для II и III дорожно-климатических зон).
-5
Техническим решением поставленной задачи является асфальтобетонная смесь, содержащая минеральный наполнитель, включающий песок, и битум, дополнительно включающая пыль системы газоочистки электропечи ДСП-60 производства черной металлургии с размером зерен менее 7·10 м, щебень и отсев дробления щебня при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Щебень
40,5-45,5
Песок
29,0-30,0
Отсев дробления щебня
15,0-18,5
Битум марки БНД 90/130
6,0-6,3
Пыль системы газоочистки электропечи
ДСП-60 производства черной металлургии
4,0-5,0.
Существенными признаками предлагаемого изобретения, совпадающими с ближайшим аналогом, являются наличие в составе асфальтобетонной смеси битума в количестве, частично совпадающем с нижней границей интервала содержания битума в прототипе, и наличие в составе асфальтобетонной смеси минерального наполнителя, в частности песка.
Получение предлагаемой недорогой асфальтобетонной смеси обеспечено применением в качестве исходных компонентов недефицитного и недорогого сырья месторождений Пермского края, а также отходов производства металлургических предприятий Пермского края и минимизацией содержания битума. Кроме того, асфальтобетонную смесь для получения асфальтобетона темно-коричневого цвета готовят без применения дорогостоящих красителей, активирующих материалов для минерального порошка и импортного осветленного битума.
2
3
Одним из отличительных существенных признаков предлагаемого изобретения является наличие в асфальтобетонной смеси пыли системы газоочистки электропечи ДСП-60 - отхода производства черной металлургии, представляющей собой тонкодисперсный порошок темно-коричневого цвета с высокой удельной поверхностью 1200…2500 см/г и объемной массой 3,7…4,2 г/см. Химический состав пыли системы газоочистки электропечи ДСП-60 производства черной металлургии приведен в табл.1.
Таблица 1
Химический состав пыли системы газоочистки электропечи ДСП-60 производства черной металлургии
Компонент
SiO<sub>2</sub>
Fe
Al
Ca
Mg
S
Содержание компонента
91,68
0,11
2,31
1,29
4,09
0,32
Зерновой состав пыли системы газоочистки печи ДСП-60 производства черной металлургии, а также других компонентов минерального наполнителя асфальтобетонной смеси, оказывающий значительное влияние на качество получаемого асфальтобетона, представлен в таблице 2, где показаны полные проходы проб компонентов через сита с различными размерами отверстий при их просеивании.
Таблица 2
Зерновой состав компонентов минерального наполнителя асфальтобетонной смеси
Компонент
Размер отверстий сита, мм
20
15
10
5
2,5
1,25
0,63
0,31
0,16
0,07
Пыль системы газоочистки электропечи ДСП-60
100*
100
100
100
100
100
100
100
100
99,6
Щебень
99,7
59,2
31,5
7,1
4,2
3,8
3,5
3,0
2,4
1,8
Отсев дробления щебня
100
100
100
97,2
61,8
45,0
24,8
11,0
5,0
3,8
Песок
100
100
100
99,8
99,6
99,4
98,6
67,2
10,6
4,6
* - полный проход пробы компонента асфальтобетонной смеси через сито с указанным размером отверстий, мас.%.
-5
Из таблиц 1 и 2 видно, что 91,68 мас.% пыли системы газоочистки электропечи ДСП-60 производства черной металлургии составляет оксид кремния, причем практически вся она (99,6 мас.%) состоит из зерен размером менее 0,07 мм (или менее 7·10 м). Именно темно-коричневая пыль системы газоочистки электропечи ДСП-60 указанного состава и дисперсности в совокупности с использованием светлого щебня и светлых отсевов его дробления, а также оптимального соотношения компонентов асфальтобетонной смеси, в частности минимального содержания битума, обеспечивает темно-коричневый цвет получаемого из заявляемой асфальтобетонной смеси асфальтобетона. Оптимальное содержание пыли системы газоочистки электропечи ДСП-60 производства черной металлургии в асфальтобетонной смеси определено экспериментально и составляет 4,0-5,0 мас.%. При более низком или более высоком ее содержании прочность при сжатии образцов асфальтобетона, получаемых из асфальтобетонной смеси, не достигает нормативных показателей.
Наличие щебня - традиционного компонента минерального наполнителя асфальтобетонных смесей, отнесено к отличительным признакам в силу его отсутствия в составе прототипа. Как уже сказано выше, в предлагаемом изобретении используют светлый щебень, способствующий получению асфальтобетона темно-коричневого цвета. Согласно табл.2 для приготовления предлагаемой асфальтобетонной смеси используют щебень, на 99,7 мас.% состоящий из зерен размером менее 20 мм. Оптимальное содержание щебня в асфальтобетонной смеси составляет 40,5-45,5 мас.%.
Наличие в заявляемой асфальтобетонной смеси отсевов дробления щебня также является отличительным признаком. Они представляют собой светлый минеральный материал с зернами размером менее 5 мм, получаемый при производстве фракционированного щебня. Прочность исходной горной породы при ее получении соответствует требованиям ГОСТ 9128-76 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия». Отсевы дробления щебня в составе асфальтобетона частично или полностью выполняют функции двух компонентов: песка и минерального порошка. Оптимальное содержание отсевов дробления щебня в асфальтобетонной смеси определено экспериментально и составляет 15,0-18,5 мас.%.
Для приготовления предлагаемой асфальтобетонной смеси применяют традиционный компонент минерального наполнителя - песок с размером зерен менее 5 мм. Его оптимальное количество в составе асфальтобетонной смеси составляет 29,0-30,0 мас.%.
Введение в асфальтобетонную смесь щебня, отсевов его дробления и песка в меньших или больших количествах по сравнению с заявляемыми оптимальными содержаниями приводит к снижению прочности при сжатии образцов асфальтобетона, получаемых из экспериментальных смесей.
Поскольку максимальный размер зерен используемых компонентов не превышает 20 мм, то предлагаемая асфальтобетонная смесь является мелкозернистой.
В качестве связующего компонента используют битум, предназначенный для приготовления горячих асфальтобетонных смесей. Содержание битума в предлагаемой асфальтобетонной смеси оптимизировано в сторону уменьшения его содержания с целью получения цветного асфальтобетона без снижения показателей его качества, в частности прочности при сжатии. Экспериментально установленное оптимальное содержание битума в предлагаемой асфальтобетонной смеси составляет 6,0-6,3 мас.%.
Примеры практической реализации предлагаемого изобретения приведены ниже.
-5
В качестве исходных компонентов для приготовления асфальтобетонной смеси используют битум нефтяной вязкий дорожный марки БНД 90/130 (ГОСТ 22245-90), щебень и отсев дробления щебня Теплогорского карьера Пермского края, имеющие светлую окраску (ГОСТ 8267-93), песок (ГОСТ 8736-93) и пыль системы газоочистки электропечи ДСП-60 производства черной металлургии завода «Кама-сталь» Пермского края с размером зерен менее 7·10 м.
Технология приготовления асфальтобетонной смеси традиционна и состоит из следующих операций: подготовки компонентов минерального наполнителя, подготовки битума, дозирования составляющих, перемешивания компонентов минерального наполнителя с битумом и выгрузки готовой асфальтобетонной смеси.
Подготовка минеральных материалов включает подачу и дозировку. Полностью просушенные щебень и песок имеют до поступления в мешалку температуру на 8±2°С больше, чем температура битума. После сушки и нагрева все компоненты подают в смесительный агрегат, который имеет грохот, многофракционный дозатор для щебня, песка и других компонентов минерального наполнителя асфальтобетонной смеси и вяжущего - битума, а также смеситель и другие механизмы и бункеры. Исходные компоненты взвешивают с помощью весового устройства и загружают в одновальную лопастную мешалку, в которую из дозирующего устройства подают битум. Время перемешивания до получения однородной по массе асфальтобетонной смеси составляет 5-8 мин при массе одного замеса 30 кг. Температура готовой используемой в горячем состоянии асфальтобетонной смеси - 150±10°С.
В таблице 3 приведено содержание компонентов в экспериментальных асфальтобетонных смесях и прочность при сжатии полученных из этих смесей образцов асфальтобетона.
Таблица 3
Содержание компонентов в экспериментальных асфальтобетонных смесях и прочность при сжатии полученных из этих смесей образцов асфальтобетона
№ асфальтобетонной смеси
Содержание компонентов в асфальтобетонной смеси, мас.%
Прочность при сжатии образцов асфальтобетона, кгс/см<sup>2</sup>
Отсев дробления щебня
Пыль системы газоочистки печи ДСП-60
Битум
Щебень
Песок
При 20°С
При 50°С
1
6,3
45,2
15,5
29,0
4,0
20,9
9,4
2
6,0
45,5
15,5
29,0
4,0
20,9
9,1
3
6,0
45,5
16,5
29,0
3,0
19,1
8,8
4
6,0
40,5
15,5
30,0
8,0
17,3
7,8
5
6,0
42,5
15,5
30,0
6,0
19,3
8,9
6
6,0
45,0
15,0
29,0
5,0
20,8
9,3
7
6,0
45,5
8,0
35,5
5,0
18,4
5,2
8
6,0
40,5
18,5
30,0
5,0
20,5
8,3
9
6,0
39,0
23,0
27,0
5,0
19,5
8,8
Из асфальтобетонных смесей №№1, 2, 6 и 8 получены образцы цветного асфальтобетона, обладающие приемлемой прочностью на сжатие как при 20°С, так и при 50°С.
Также определены плотность и водонасыщение образцов цветного асфальтобетона, имеющих приемлемые показатели прочности на сжатие.
3
Плотность образцов готового цветного асфальтобетона, полученных из экспериментальных асфальтобетонных смесей №№1, 2, 6 и 8, составляет 2,47…2,49 г/см, а водонасыщение - 3,50…3,55%.
Кроме того, проведено визуальное сравнение оттенков цвета образцов асфальтобетона, полученных из экспериментальных асфальтобетонных смесей.
Образцы асфальтобетона на основе асфальтобетонных смесей №№1, 2, 6 и 8 имеют четко выраженный темно-коричневый цвет, хорошо выделяющийся на фоне обычного серого асфальтобетона.
Согласно Руководству по строительству дорожных асфальтобетонных покрытий (1978 г.) разработанная асфальтобетонная смесь соответствует типу Б марки III и может быть применена для устройства верхних слоев автодорожных покрытий в районах I, II и частично III дорожно-климатических зон.
Таким образом, из недефицитного сырья создана недорогая горячая мелкозернистая асфальтобетонная смесь, обеспечивающая получение из нее асфальтобетона темно-коричневого цвета, обладающего приемлемой для дорожного покрытия прочностью при сжатии, что позволяет расширить арсенал средств промышленности дорожно-строительных материалов.