АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ
ASPHALT-CONCRETE MIXTURE

Настоящее изобретение относится к области дорожных строительных материалов, в частности к переработке отходов ремонта мягких кровель с получением битумного вяжущего и может быть использовано при приготовлении асфальтобетонных смесей.
Известна композиция (RU 2010110798, C04B 26/20, опубл. 27.09.11, бюл. №27), содержащая регенерированный асфальтобетон, наполнители и органоминеральный порошок в качестве добавки из измельченных битумосодержащих кровельных отходов в количестве 0,1-7,5 мас.%. Недостатком известной асфальтобетонной смеси следует признать увеличение жесткости смеси при использовании измельченных битумосодержащих кровельных отходов.
Известна также композиция (RU 2323909, C04B 26/26 C08L9 5/00 E01C 7/26, опубл. 10.05.2008, бюл. №13), содержащая (мас.%): щебень 38-50; битум 4-6; отходы мягкой кровли 1,5-3,0; минеральный порошок 7-20 и песок. Недостатком данного изобретения можно признать увеличение жесткости асфальтобетонной смеси при минимальном уменьшении экологического ущерба за счет утилизации кровельных отходов.
Наиболее близкой к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является асфальтобетонная смесь, приготовленная в соответствии с ГОСТ 9128-97 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон» М., МНТКС, 1998, содержащая щебень, песок, минеральный порошок и битум. Недостатком известного решения является повышенная восприимчивость асфальтобетона к температуре, и вследствие этого высокая температура хрупкости.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение асфальтобетонных смесей с улучшенными физико-механическими свойствами и меньшей себестоимостью за счет использования вторичного сырья (отходов ремонта мягких кровель), утилизация которого в значительной степени способствует снижению наносимого экологии ущерба.
Технический результат: повышение предела прочности при одновременном снижении восприимчивости асфальтобетона к температурам. При этом достигается исключение стандартного битума из состава асфальтобетонных смесей и снижение расхода минерального порошка, а также утилизация отходов ремонта мягких кровель
Для получения указанного технического результата предложено использовать асфальтобетонную смесь, содержащую щебень, песок, минеральный порошок и битумное вяжущее из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном в следующем соотношении компонентов, мас.%: битум, содержащий до 15% примеси минерального наполнителя и волокон основы - 49…65, прямогонный гудрон - 51…35.
Особенностью предлагаемой асфальтобетонной смеси является использование в качестве вяжущего вещества битумное вяжущее из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном. При пластифицировании прямогонным гудроном восприимчивость битумного вяжущего к температуре ниже, и вследствие этого трещиностойкость выше, т.е. ниже температура хрупкости.
Битумный порошок для вяжущего из отходов ремонта мягких кровель получают в установке ПБМ 1.01 ТУ 4845-005-4874011-2003, без последующей сортировки. Измельченная смесь из отходов ремонта кровельных материалов содержит битумизированный картон, дробленый битум, минеральный наполнитель (мелкий песок и пыль). Состав измельченной смеси из отходов ремонта мягких кровель следующий, мас.%: измельченный битумизированный картон 37,5-33,3; минеральный наполнитель 6,0; дробленый битум - остальное. В серийно выпускаемую автоматизированную битумоплавильную установку УБП 2 (ТУ 4845-005-4874011-003) циклического действия вместимостью 2 т, оснащенную перемешивающим горизонтальным валом с лопатками, заливают отработанные нефтепродукты: масла группы ММО ГОСТ 21046-86, нагревают, загружают измельченные отходы битумных кровельных материалов порционно, причем при загрузке каждой порции выполняют периодическое перемешивание и нагрев.
Полученное по данной технологии битумное вяжущее из отходов ремонта мягких кровель было исследовано с целью определения группового состава. Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1
Групповой состав битума, полученного на промышленной установке
Соединения
Количество, %
1. Парафино-нафтеновые
28,5
2. Легкие ароматические
9,4
3. Средние ароматические
3,0
4. Тяжелые ароматические
19,4
5. Смолы I
8,9
6. Смолы II
14,7
7. Асфальтены
16,1
Как следует из результатов анализа, в полученном битумном вяжущем из отходов ремонта мягких кровель присутствуют все основные группы соединений, характерные для битумов. По сравнению с битумами дорожными нефтяными в исследуемом образце наблюдается пониженное содержание масел.
Определение качественных показателей битумного вяжущего из отходов ремонта мягких кровель привели к следующим результатам:
а) температура размягчения - 88,4°C,
б) глубина проникания иглы при 25°C, 0,1 мм - 14;
в) температура хрупкости - (-3°C);
г) растяжимость при 25°C, см - 2,8.
Для использования битумного вяжущего из отходов ремонта мягких кровель в дорожном строительстве необходимо снизить его вязкость, увеличить растяжимость и понизить температуру хрупкости.
Такие результаты достигаются путем пластифицирования битумного вяжущего из отходов ремонта мягких кровель прямогонным гудроном в следующем соотношении компонентов, мас.%: битум, извлеченный из старых кровельных ковров, содержащий до 15% примеси минерального наполнителя и волокон основы - 49…65, прямогонный гудрон - 51…35. Температура смешения компонентов 180°С. Время непрерывного перемешивания компонентов составило 30 минут, время термостабилизации 4 часа при 160°С.
Результаты экспериментов по определению качественных показателей битумного вяжущего из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном, приведены в таблицах 2 и 3.
Таблица 2
Изменение состава битумов в результате пластификации его гудроном
Соединения
Количество, %
Разбавлено гудроном
Битум, извлеченный из старых кровельных ковров
на 40 мас.%
на 50 мас.%
1. Парафино-нафтеновые
12,6
16,6
9,1
2. Легкие ароматические
12,4
15,2
9,9
3. Средние ароматические
9,2
8,7
6,3
4. Тяжелые ароматические
28,8
24,7
15,4
5. Смолы I
9,7
9,9
9,0
6. Смолы II
12,8
13,2
14,2
7. Асфальтены
14,5
11,7
36,0
Таблица 3
Характеристики битумных вяжущих, пластифицированных ном в сопоставлении с требованиями стандартов
Наименование показателей, единицы измерения
Требования ГОСТ
Фактические показатели
БНД 60/90
БНД 90/130
Исходное вяжущее
Разбавлено гудроном
на 40 мас.%
на 50 мас.%
1. Глубина проникания иглы, 0,1 мм, при 25°C при 0°C
61-90
91-130
8
54
114
не менее 20
не менее 28
-
21
27
2. Температура размягчения, °C
не ниже 47
не ниже 43
104,4
52,6
44
3. Растяжимость, см
при 25°C
55
65
2,2
15
29,2
при 0°C
3,5
4,0
-
3,2
3,8
4. Температура хрупкости, °C
не выше -15
не выше -17
-3
-19
-21,5
5. Растворимость, %
-
-
ниже нормы
-
-
Пластифицированное битумное вяжущее характеризуются пониженным показателем «растяжимость при 25°C». Однако эластичные свойства пластифицированного битумного вяжущего изменяются с температурой менее резко, чем у стандартных битумов, то есть восприимчивость пластифицированного битумного вяжущего к температуре ниже и вследствие этого трещиностойкость выше, т.е. ниже температура хрупкости.
По результатам проведенных исследований можно сделать вывод о возможности получения битумов различных марок при пластифицировании битумного вяжущего прямогонным гудроном при разном соотношении битума, извлеченного из старых кровельных ковров, и прямогонного гудрона.
Необходимо отметить, что для первых двух марок битума содержание гудрона в компаунде определяется показателем глубины проникания иглы (пенетрацией). Для марки БНД 90/130 нижний предел содержания гудрона (35%) определяется пенетрацией, а верхний (51%) - требуемой температурой размягчения по КиШ.
При таком определенном соотношении дорожные битумы, полученные отходов ремонта мягких кровель, будут иметь следующие показатели (таблица 4).
Таблица 4
Характеристики битумных вяжущих, пластифицированных гудроном
Получаемая марка битума
Содержание гудрона в смеси, %
Количество гудрона для обеспечения стандартных показателей, мас.%
Температура размягчения, °C
Пенетрация, 0,1 мм
Температура хрупкости, °С
БНД 40/60
35…41,5
53,5…60
41…60
-16,5…-19,5
БНД 60/90
41,5…46,5
47…53,5
61…90
-19…-20,5
БНД 90/130
46,5…51
43…47
91…128
-20,5…-23
Следовательно, в соответствии с таблицей 4 можно путем разбавления битумного вяжущего прямогонным гудроном получить марку битума, рекомендуемую для строительства асфальтобетонных дорог в определенной дорожно-климатической зоне.
При совмещении переработки отходов ремонта мягких кровель и приготовления асфальтобетонных смесей в одном предприятии можно избежать операции очистки битумного порошка от примесей. При этом нужно лишь учитывать их присутствие при проектировании асфальтобетонной смеси.
Например, при определении количества примесей в битумном порошке было обнаружено, что в исследуемой партии порошка содержится примерно 15% примесей, которые состоят из минеральной части (песка) и волокон раздробленной картонной основы (целлюлозы). Принимаем, в первом приближении, что соотношение песок: целлюлоза равняется 1:1, т.е. в битумном порошке содержится по 7,5% минерального и органического компонента примесей.
Если на основе этого битумного порошка готовить асфальтобетонную смесь, то удалять данные примеси не нужно, так как в смесь все равно добавляется минеральный порошок и нужно лишь учитывать это при расчете количества минерального порошка в составе смеси. Целлюлозные волокна также не будут ухудшать свойства бетона, а наоборот, будут стабилизировать, за счет дисперсного армирования консистенцию смеси и предотвращать ее расслаивание.
Разбавление расплавленного битумного вяжущего из отходов ремонта мягких кровель также должно производиться с учетом наличия примесей. В частности, если в битумном вяжущем из отходов ремонта мягких кровель соотношение битум: гудрон должно быть 1:1, то на одну часть битумного порошка, содержащую 0,85 частей битума и 0,15 частей примесей необходимо добавить 0,85 частей гудрона. Таким же образом необходимо рассчитать количество вводимого в асфальтобетонную смесь минерального порошка, уменьшив его на величину, содержащуюся в битумном вяжущем.
Были изготовлены две серии образцов мелкозернистого асфальтобетона типа Б марки III. Минеральная часть асфальтобетонных смесей была одинакова. Для первой серии (контрольной) использовался битум БНД 90/130 по ГОСТ 22245, для второй серии (опытной) - битумное вяжущее из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном (таблица 5).
Таблица 5
Состав асфальтобетонных смесей
Материал
Количество, % для смеси
Контрольной
Опытной
Щебень, фр. 0-20
75
75
Отсев дробления фр. 0-5
25
24,7
Битум БНД 90/130
6
-
Битумное вяжущее
-
6,5
Примечание: шпильки меньшая масса материалов в контрольной смеси 106 против 106,2 единиц объясняется наличием в опытном составе волокон целлюлозы.
Испытания асфальтобетонных образцов проведены в соответствии с ГОСТ 9128-97. Из анализа полученных данных (таблица 6) следует, что асфальтобетон на битумном вяжущем из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном, удовлетворяет требованиям стандарта для асфальтобетона типа Б марки III по показателям водонасыщения, прочности при 20°C и при 50°C, а также коэффициенту водостойкости.
Таблица 6
Свойства асфальтобетона на различном вяжущем
Наименование показателя
Ед. изм.
Величина показателей для асфальтобетона на вяжущем
Требования ГОСТ
стандартном (битум БНД 90/130)
полученном из отходов
1. Средняя плотность
г/см<sup>3</sup>
2,35
2,34
-
2. Водонасыщение
%
3,5
4,0
1,5…4,0
3. Предел прочности при сжатии при температуре:
20°C
МПа
2,95
5,95
≥2,0
50°C
МПа
0,72
1,38
≥0,9
4. Коэффициент водостойкости
0,97
0,93
≥0,75
Настоящее техническое решение дает возможность производить асфальтобетонные смеси на битумном вяжущем из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном, с повышением показателя предела прочности при одновременном снижении восприимчивости асфальтобетона к температурам. При этом достигается снижение расхода минерального порошка и утилизация отходов ремонта мягких кровель.