Способ изготовления холодной асфальтобетонной смеси
METHOD FOR PRODUCING COLD ASPHALT CONCRETE

Заявленное изобретение относится к производству дорожно-строительных материалов и может быть использовано для проведения локального ремонта дорожного полотна и устройства малонагруженных дорог регионального значения, пешеходных и велосипедных дорожек, а именно к производству холодных асфальтобетонных смесей без нагрева наполнителей и вяжущего до высоких температур, свойственным традиционному способу производства «горячего» асфальта.
Проблема вторичного использования дорожного покрытия на основе асфальта известна достаточно давно.
Известен способ изготовления холодного асфальта из асфальтового лома (авторское свидетельство СССР № 83827, дата публикации: 05.06.1975 г.) путем смешивания измельченного асфальтового лома в лопастных мешалках с жидкими битумами или битумоподобными материалами или эмульсиями.
Известен также состав для приготовления холодного асфальтобетона (патент на изобретение РФ № 2535325, дата публикации: 03.09.2013 г.), содержащий битум, нефтяной шлам, отсев дробления гранита и известняковый минеральный порошок.
К основным недостаткам можно отнести малый размер минеральных частиц и, как следствие, возможность ремонта только трещин и мелких повреждений дорожного покрытия.
Также известна регенерируемая асфальтобетонная смесь и способ ее приготовления (патент на изобретение РФ № 2164900, дата публикации: 28.06.1999 г.). Регенерируемая смесь содержит в % масс.: дробленый асфальтобетон 30-70, щебень и песок 28-68, минеральный порошок 6-14, битум 2-7. Для регенерации минеральные материалы (щебень и песок) нагревают до температуры 210-330°C, битум до рабочей температуры. Дробленый асфальтобетон и минеральный порошок используют при температуре окружающего воздуха. Компоненты смешивают и выдерживают в термостатированных условиях и окончательно перемешивают повторно.
Существенными недостатками являются большие затраты на нагрев и двухступенчатое смешивание.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению, взятым за прототип, является способ производства полимерного холодного асфальта из фрезерованного старого асфальтобетона (патент на изобретение РФ № 2702434, дата публикации: 08.10.2019 г.). Способ характеризуется тем, что снятый с верхней части дорожного покрытия асфальтобетон нагревают  до 40-60°C и осуществляют  его смешение с 0,5-5 % вяжущего, включающего дизельное топливо, модификатор, при этом модификатор содержит дивинилстирольный термопласт, масло теплоноситель АМТ-300, полиэтиленполиамин, смесь жидких кислот растительных масел при следующем соотношении компонентов, мас.%: дивинилстирольный термоэластопласт 2-30, масло теплоноситель АМТ-300 42-91, полиэтиленполиамин  3-12, смесь жирных кислот растительных масел 4-16, причем содержание модификатора в вяжущем составляет 5-35%.
В выбранном прототипе предлагается нагревать отфрезерованный асфальтобетон до температуры 40-60°C, это само по себе является энергозатратным (около половины количества тепла, необходимого для нагрева компонентов нового асфальтобетона с учетом низкой теплопроводности крошки старого асфальтобетона и необходимости во время нагрева непрерывного перемешивания во избежание слипания отфрезерованного старого асфальтобетона).
Относительно низкие показатели предела прочности при сжатии 0,4-0,5 МПа, можно объяснить пластицирующим действием теплоносителя АМТ-300, которое в своем составе не имеет функциональных групп, отвечающих за возникновение взаимодействия между гранулами старого асфальта. Высокая температура кипения АТМ-300 не позволяет быстро испаряться ему после укладки и трамбовки, тем самым снижая прочность композиции при сжатии при 20°C.
Этим же обстоятельством объяснимо высокое значение смешиваемости (1-4 удара).
Кроме того, продукт имеет высокую токсичность и канцерогенность особенно при повышенных температурах 40-60°C.
Все вышеперечисленное является существенными и основными недостатками прототипа и объективными причинами их возникновения.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в разработке способа изготовления холодной асфальтобетонной смеси для ямочного ремонта дорожного покрытия, не требующего сложного и дорожного оборудования.
Задачей заявленного технического решения является устранение недостатков аналогов и прототипа.
Техническим результатом является упрощение изготовления холодной асфальтобетонной смеси и повышении ее физико-механических свойств.
Технический результат достигается за счет того, что способ изготовления холодной асфальтобетонной смеси характеризуется тем, что в отфрезерованную асфальтовую крошку вводят 1-4% вяжущего на основе битума и дивинил-стирольного термоэластопласта, разведенных в смеси дизельного топлива и ароматического растворителя путем перемешивания компонентов.
Новым является то, что в вяжущее вводят модификатор, полученный при взаимодействии окисленных растительных масел, серы и соединений металлов переменной валентности.
При этом смешение производят механическим способом в соотношении: отфрезерованная крошка старого дорожного покрытия 96-98 % масс., раствор битума с дивинил-стирольным термоэластопластом в смеси дизельного топлива и ароматического растворителя 1-2 % масс. и модификатором на основе окисленного растительного масла, серы и соединений металлов переменной валентности 1-2 % масс.
При этом способ изготовления холодной асфальтобетонной смеси содержит в количестве 1-3 масс. % относительно массы битумного вяжущего производное талового масла.
При этом способ изготовления холодной асфальтобетонной смеси содержит модификатор, полученный на основе высыхающих растительных масел льняного, тунгового и рыжикового.
Технология изготовления холодной асфальтобетонной смеси приведена в примере № 1.
Пример № 1.
Отфрезерованную асфальтовую крошку с крупной фракцией не более 25 мм смешивают в горизонтальном смесителе с 0,3 % масс. (30 % раствора битума в дизельном топливе, содержащего 3,6 % дивинил-стирольного термоэластопласта) и 0,3 % модификатора (продукта взаимодействия окисленного растительного масла с 1 % серы и 1% солей металлов переменной валентности - сиккатив НФ 1). Полученную обработанную крошку выдерживают в течение суток для прохождения процесса модификации. Для испытаний из холодного асфальта прессуют цилиндрические образцы диаметром 71,4 мм и высотой 71, 4мм. Определяют прочность холодного асфальта при сжатии. Для данного образца σ сжатия= 1,2 МПа.
В таблице 1 приведены составы вяжущего в % масс. от количества холодного асфальтобетона.
Таблица № 1. Составы асфальтобетона
Количество модификатора на 100 кг холодного асфальтобетона
№ примера
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0,6
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
Сравнение физико-механических свойств (предел прочности при сжатии, 20°C МПа) проводим на образцах асфальтобетонных смесей с модификатором при различных концентрациях модификатора в таблице № 2.
Примеры № 2˗9.
Таблица № 2. Предел прочности при сжатии, 20°С, МПа образцов асфальтобетона в зависимости от концентрации модификатора
Номер примера
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Предел прочностипри сжатии 20°С, МПа
1,2
1,5
1,85
2,10
2,12
1,95
1,70
1,60
1,42
По технологии, приведенной в примере № 1, изготавливают образцы холодной асфальтобетонной смеси с различной концентрацией модификатора ˗ продукта взаимодействия окислительных растительных масел с серой и соединениями металлов переменной валентности.
Для испытаний из холодной асфальтобетонной смеси прессуют цилиндрические образцы диаметром 74,4 мм и выстой 71 мм. Определяют прочность холодного асфальтобетона при сжатии.
Результаты испытаний на прочность при сжатии приведены в таблице № 2. Анализ полученных данных показывает, что зависимость прочности на сжатие асфальтобетона от содержания модификатора носит экстремальный характер и имеет максимальные значения при содержании 1-4%. Экстремальный характер зависимости может объясняться оптимальным количеством новых физических и химических связей, возникающих при взаимодействии поверхности отфрезерованной асфальтобетонной крошки с модификатором.
Некоторое снижение прочности образцов на сжатие при содержании модификатора выше 4 % связано с платинирующим действием модификатора и образованием менее прочных диффузных слоев между частицами фрезерованного асфальтобетона.
Результаты испытаний образцов асфальтобетона из холодных смесей показывают, что образцы с содержанием модификатора от 1.0 % масс. до 4,0 % масс. (примеры № 2˗8) обладают повышенным пределом прочности при сжатии.
Согласно ГОСТ 9128˗2009 данный показатель для холодного асфальта должен быть не менее 1,5 МПа.
Дальнейшие исследования показали, что введение в состав модификатора дополнительно 1-3 % масс. производного талового масла, дает повышение прочности при сжатии образцов, изготовленных из холодных асфальтобетонных смесей. Результаты испытаний приведены в таблице № 3.
Таблица № 3. Прочность образцов при сжатии 20°С, МПа в зависимости от концентрации производного талового масла
№ образца
Содержание модификатора в смеси % масс.
Содержание производного талового масла в модификаторе % масс.
Предел прочности при сжатии 20°С, МПа
3
1,5
0
1,85
10
1,5
1
1,9
11
1,5
2
2,0
12
1,5
3
2,0
Увеличение прочностных характеристик связано с увеличением вязкости модификатора и улучшением адгезионного взаимодействия между частицами фрезерованного старого асфальтового покрытия.
Исследовано влияние природы окисленных растительных масел на прочность при сжатии образцов холодного асфальтобетона с модификатором на основе различных растительных масел.
Результаты испытаний образцов приведены в таблице № 4.
Таблица № 4. Влияние природы окисленных растительных масел на прочность при сжатии образцов холодного асфальтобетона
№ примера
Вид растительного масла
Содержание в модификаторе, % масс.
Дозировка модификатора в холодном асфальтобетоне.
Прочность при сжатии 20°С, МПа
4
Подсолнечное
50
2
2,1
13
Льняное
50
2
2,4
14
Тунговое
50
2
2,2
15
Рыжиковое
50
2
2.2
Более высокие значения прочности на сжатие испытанных образцов связаны с тем, что льняное, тунговое и рыжиковое масла являются высыхающими в отличие от подсолнечного, поэтому холодный асфальтобетон в связи с более глубокой модификацией высыхающих масел имеет более высокие показатели.
Все вышеприведенные примеры показывают положительный эффект применения модификатора в холодных асфальтобетонных смесях.
Срок хранения данных смесей в неотапливаемых, защищенных от прямого солнечного света, превышает 12 месяцев.
В представленных материалах заявки модификатор, используемый для обработки асфальтобетонной крошки, является продуктом взаимодействия окисленных растительных масел, серы и соединений металлов переменной валентности.
Окисленные растительные масла имеют дополнительные карбоксильные группы и дополнительные двойные связи, возникающие при окислении масел при высоких температурах.
В присутствии соединений металлов переменной валентности и серы возникают дополнительные сульфидные и дисульфидные и эпоксидные группы обеспечивающие более высокие адгезионные характеристики частиц старого асфальтобетона и как следствие повышенной прочность образцов на сжатие 1,5-2,12 МПа.
Снижение предела прочности при сжатии использовании модификатора свыше 4,0% масс. объяснимо возникновением платинирующего действия, которое нивелирует возникновение новых физических и химических связей.
Холодный асфальт при ремонте дорожного полотна укладывают в яму с выровненными краями и очищенную от пыли, снега и избыточной влаги. Для уплотнения материала используют виброплиту или трамбовку.