МОДИФИЦИРУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ
MODIFYING COMPOSITION FOR ASPHALT-CONCRETE MIXTURES AND METHOD OF PRODUCING MODIFIED ASPHALT-CONCRETE MIXTURE

Изобретения относятся к дорожно-строительным материалам и способам их получения и могут быть использованы при устройстве покрытий автомобильных дорог, мостов, аэродромов и гидротехнических сооружений.
Одним из важнейших элементов конструкции дорог является асфальтобетонное покрытие, требования к качеству которого неуклонно растут. Рост требований вызван резким увеличением автомобильного парка, повышением грузоподъемности машин, а также недостатками системы контроля качества всех дорожных работ, включая контроль качества исходных материалов, входящих в состав асфальтобетона.
Для повышения качества асфальтобетонов уже многие годы в различных странах проводятся работы по изысканию модификаторов, улучшающих эксплуатационные характеристики асфальтобетонов.
Указанные модификаторы можно разделить на следующие группы:
1. Полимерные материалы: каучуки, латексы, резиновая крошка, получаемая при утилизации отходов резинотехнических изделий (РТИ), изношенных шин, термоэластопласты, фторопласты и другие полимерные добавки.
2. Волокна: асбестовые, акриловые, целлюлозные, полиамидные и др.
3. Химические вещества: малеиновый ангидрид, сульфенамид, дифинелгуанидин, сера и др.
Наиболее часто применяются комбинации вышеперечисленных модификаторов («Методические рекомендации по строительству асфальтобетонных покрытий с применением резинового порошка», СОЮЗДОРНИИ, М., 1976 г., с.5-8; RU 2218369 С2, C08L 95/00, 10.12.2003; RU 2223990 С2, C08L 95/00, 20.02.2004).
Известно, что введение резинового порошка в асфальтобетонные смеси улучшает эксплуатационные характеристики асфальтобетонов, полученных на основе этих смесей («Дорожный асфальтобетон» под редакцией проф. Л.Б.Гезенцвея, М.: Транспорт, 1985 г.; Слепая Б.М. «Исследования влияния резинового порошка на свойства дорожного асфальтобетона», Балашиха: СОЮЗДОРНИИ, 1972 г.).
Известен резиносодержащий полимерный модификатор битума, который содержит, мас.%: битум 47-62, мазут 2-5, резиновая крошка 30-50, вторичный полиэтилен 3-7, известь строительная 3-6 (RU 2266934 C1, C08L 95/00, 27.12.2005). Указанный модификатор способствует получению дорожных покрытий, работающих в условиях больших перепадов температур.
Недостатком данного модификатора является необходимость предварительного его ввода в битум при высокой температуре и выдержки в течение довольно длительного времени. Это требует установки на заводах дополнительного оборудования. Кроме того, длительный нагрев битума с резиновой крошкой способствует дополнительному структурированию резиновой крошки, что отрицательно сказывается на смачивающей способности битума, что, в свою очередь, приводит к увеличению водонасыщения верхнего слоя асфальтобетона и снижению параметра «структурное сцепление», что отрицательно влияет на сдвигоустойчивость асфальтобетонного покрытия.
Наиболее близкой к предлагаемой модифицирующей композиции является модифицирующая добавка, входящая в состав асфальтобетонной смеси (RU 2196750 C1, C08L 95/00, 20.01.2003). Указанная асфальтобетонная смесь содержит, мас.%: песок - 16-20, минеральный порошок - 10-15, отсев дробления щебня фракции 0-5 мм - 57,0-68,2, резиновый термоэластопласт - 0,5-1,0, нефтяной вязкий битум - 5,0-6,5, таловый пек - 0,3-0,5, при этом резиновый термоэластопласт, нефтяной вязкий битум и таловый пек выполняют функцию модифицирующей добавки.
Недостатком указанной модифицирующей добавки является необходимость предварительного смешения битума с таловым пеком при ее приготовлении. Также недостатком модифицирующей добавки являются сравнительно низкие физико-механические и, соответственно, эксплуатационные характеристики асфальтобетонов, которые получены на основе асфальтобетонных смесей, включающих указанный модификатор, а именно сравнительно высокий предел прочности асфальтобетона при сжатии при температуре 0°С и низкая его сдвигоустойчивость (см. таблицу 9).
Известен способ получения асфальтобетонной смеси, заключающийся в том, что предварительно приготовленный модификатор в виде гранул вводят в разогретый битум, а затем битум с указанными гранулами вводят в асфальтобетонную смесь (RU 2266934 С1, C08L 95/00, 27.12.2005).
Недостатком указанного способа является то обстоятельство, что при его использовании требуется изменение технологии производства асфальтобетонной смеси, а также требуется использование дополнительного оборудования для получения модифицированного битума.
Наиболее близким к предлагаемому способу получения модифицированной асфальтобетонной смеси является способ получения асфальтобетонной смеси с модифицирующей добавкой (RU 2196750 С1, C08L 95/00, 20.01.2003). Указанная асфальтобетонная смесь содержит, мас.%: песок - 16-20, минеральный порошок - 10-15, отсев дробления щебня фракции 0-5 мм - 57,0-68,2, резиновый термоэластопласт - 0,5-1,0, нефтяной вязкий битум - 5,0-6,5, таловый пек - 0,3-0,5 (RU 2196750 С1, C08L 95/00, 20.01.2003). В асфальтобетонной смеси резиновый термоэластопласт, нефтяной вязкий битум и таловый пек выполняют функцию модифицирующей добавки. Способ получения асфальтобетонной смеси включает смешение предварительно нагретых до температуры 150-160°С минеральных материалов: отсев щебня фракции 0-5 мм и песка и последующее введение резинового термоэластопласта. Смесь тщательно перемешивают 1-2 мин, вводят минеральный порошок и снова перемешивают, после чего вводят нагретый до 140-150°С нефтяной битум, модифицированный предварительно таловым пеком, и опять перемешивают.
Недостатком указанного способа получения асфальтобетонной смеси является то, что асфальтобетон обладает невысокими эксплуатационными характеристиками. Также недостатком способа является необходимость изменения технологии производства асфальтобетонной смеси и использование дополнительного оборудования.
Предлагаемые изобретения направлены на достижение технического результата, заключающегося в разработке модифицирующей композиции для различных типов асфальтобетонных смесей, вводимой в асфальтобетонную смесь непосредственно при изготовлении смеси и повышающей эксплуатационные характеристики различных типов асфальтобетонов на основе этих смесей, а также разработке способа получения модифицированных асфальтобетонных смесей.
При этом модифицирующая композиция также должна удовлетворять следующим требованиям:
1. Модификатор должен обладать способностью достаточно быстро диспергироваться в битуме, не должен приводить к увеличению времени изготовления смеси и должен характеризоваться возможностью его введения в асфальтобетонную смесь в широком количественном диапазоне в соответствии с качеством вводимого битума.
2. Введение модификатора должно увеличивать смачивающую способность вяжущего и его адгезию к минеральной составляющей асфальтобетонной смеси.
3. Модификатор должен значительно увеличивать срок старения битума, что должно приводить к увеличению прочности, морозостойкости и снижению гидрофильности асфальтобетона и его хрупкости, что в конечном итоге приведет к увеличению срока эксплуатации дорожных покрытий.
4. Система битум-модификатор должна относиться к вязкоупругим материалам, чтобы в процессе эксплуатации асфальтобетона возникала повышенная эластическая составляющая деформации, приводящая к повышению его стойкости к циклическим нагрузкам и структурному сцеплению, а следовательно, к резкому снижению колееобразования.
5. Модификатор должен характеризоваться отсутствием агломерации резиновой крошки в процессе изготовления и хранения модификатора.
2
Технический результат достигается модифицирующей композицией для асфальтобетонных смесей, включающей измельченный резиновый вулканизат. Отличием предлагаемой композиции является то, что композиция в качестве измельченного резинового вулканизата содержит активный резиновый порошок с размером частиц не более 0,8 мм, с величиной удельной геометрической поверхности не менее 5000 см/г и полученный путем термомеханического измельчения резинового вулканизата в присутствии антиагломератора, выбранного из группы: парафин, озокерит и галогенсодержащие спирты-теломеры в количестве 0,1-2,0% от массы резинового вулканизата. При этом композиция дополнительно содержит метасиликат игольчатой структуры, инициатор гелеобразования, выбранный из группы: 4-нитро-N-метиланилин, N-метил-N,4-динитрозоанилин, N-(2-метил-2-нитропропил)-4-нитрозоанилин, N-нитрозодифениламин, а также композиция содержит, по меньшей мере, один структурирующий агент с индукционным периодом структурирования не менее 30 мин при температуре 160°С, выбранный из группы: олигомерная эпоксиэфирная смола, эпоксиднодиановая смола, поликонденсационная смола, способствующая образованию разветвленных или сетчатых структур, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
активный резиновый порошок
65-90
метасиликат игольчатой структуры
4,0-25,0
инициатор гелеобразования
1,0-4,5
структурирующий агент или структурирующие агенты
1,7-6,0.
В частности, модифицирующая композиция в качестве активного резинового порошка может содержать резиновый порошок, полученный путем термомеханического измельчения изношенных шин, отходов резинотехнических изделий.
В частности, композиция в качестве активного резинового порошка может содержать резиновый порошок, полученный путем термомеханического измельчения резинового вулканизата на основе натурального, изопренового, бутадиенстирольного, этиленпропиленового каучука.
2
2
n
2
В частности, композиция в качестве активного резинового порошка может содержать резиновый порошок, полученный путем термомеханического измельчения резинового вулканизата в присутствии фторсодержащих спиртов-теломеров общей структурной формулы H(CFCF)CFOH, где n≥5.
В частности, композиция в качестве олигомерной эпоксиэфирной смолы может содержать смолу марки типа «АРЭ» - алкилрезорциновую эпоксидную смолу с содержанием эпоксидных групп 2-4% (Э.Я.Девирц. Химическая модификация резин. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1980 г., стр.64) или смолу марки типа «Э-40» (Э.Я.Девирц. Химическая модификация резин. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1980 г., стр.64), в качестве эпоксиднодиановой смолы может содержать смолу марки типа «ЭД-8» (Э.Я.Девирц. Химическая модификация резин. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1980 г., стр.64), а в качестве поликонденсационной смолы, способствующей образованию разветвленных или сетчатых структур, может содержать смолу марки типа «корезин» или «яррезин Б» (Справочник резинщика. М.: Химия, 1971 г., стр.141-143).
Также технический результат достигается способом получения модифицированной асфальтобетонной смеси, который включает смешивание щебня, песка, минерального порошка при повышенной температуре и введение битума и модифицирующей композиции. Отличительной особенностью способа является то, что сначала при температуре 140-150°С смешивают компоненты минеральной составляющей асфальтобетонной смеси: щебень, песок и минеральный порошок, а затем вводят битум, разогретый до температуры 140-150°С, и одновременно с введением битума или непосредственно после его введения вводят модифицирующую композицию в количестве от 0,32-3,5 мас.% от массы минеральной составляющей асфальтобетонной смеси и при температуре 150-180°С. При этом в качестве модифицирующей композиции используют композицию, содержащую следующие компоненты:
2
A) - активный резиновый порошок с размером частиц не более 0,8 мм и с величиной удельной геометрической поверхности не менее 5000 см/г, полученный путем термомеханического измельчения резинового вулканизата в присутствии антиагломератора, выбранного из группы: парафин, озокерит и галогенсодержащие спирты-теломеры в количестве 0,1-2,0% от массы резинового вулканизата,
Б) - метасиликат игольчатой структуры,
B) - инициатор гелеобразования, выбранный из группы: 4-нитро-N-метиланилин, N-метил-N,4-динитрозоанилин, N-(2-метил-2-нитропропил)-4-нитрозоанилин, N-нитрозодифениламин,
Г) - по меньшей мере, один структурирующий агент с индукционным периодом структурирования не менее 30 мин при температуре 160°С, выбранный из группы: олигомерная эпоксиэфирная смола, эпоксиднодиановая смола, поликонденсационная смола, способствующая образованию разветвленных или сетчатых структур, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
активный резиновый порошок
65-90
метасиликат игольчатой структуры
4,0-25,0
инициатор гелеобразования
1,0-4,5
структурирующий агент или структурирующие агенты
1,7-6,0.
В частности, в способе может быть использована модифицирующая композиция, которая содержит активный резиновый порошок, полученный путем термомеханического измельчения изношенных шин, отходов резинотехнических изделий.
В частности, в способе может быть использована модифицирующая композиция, которая содержит активный резиновый порошок, полученный путем термомеханического измельчения резинового вулканизата на основе натурального, изопренового, бутадиенстирольного, этиленпропиленового каучука.
2
2
n
2
В частности, в способе может быть использована модифицирующая композиция, которая содержит активный резиновый порошок, полученный путем термомеханического измельчения резинового вулканизата в присутствии фторсодержащих спиртов-теломеров общей структурной формулы H(CFCF)CFOH, где n≥5.
Также, в частности, в способе может быть использована модифицирующая композиция, которая в качестве олигомерной эпоксиэфирной смолы содержит смолу марки типа «АРЭ» - алкилрезорциновую эпоксидную смолу с содержанием эпоксидных групп 2-4% (Э.Я.Девирц. Химическая модификация резин. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1980 г., стр.64) или смолу марки типа «Э-40» (Э.Я.Девирц. Химическая модификация резин. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1980 г., стр.64), в качестве эпоксиднодиановой смолы содержит смолу марки типа «ЭД-8» (Э.Я.Девирц. Химическая модификация резин. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1980 г., стр.64), а в качестве поликонденсационной смолы, способствующей образованию разветвленных или сетчатых структур, композиция содержит смолу марки типа «корезин» или «яррезин Б» (Справочник резинщика. М.: Химия, 1971 г., стр.141-143).
Проведены испытания различных типов асфальтобетонов, полученных с использованием предлагаемой модифицирующей композиции (модификатора) и предлагаемого способа получения модифицированной асфальтобетонной смеси, а также проведено определение технических и эксплуатационных характеристик указанных асфальтобетонов. Испытания с применением различных битумов, щебня, песка и минерального порошка на пробах асфальтобетонных смесей типа «А» и «Б» (ГОСТ 9128-97), щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА) и литого асфальтобетона (ГОСТ 31015-2002) проводились в Российской Федерации, в частности в лаборатории дорожного строительства НИИМосстроя. Кроме того, в Литовской республике были проведены испытания предлагаемого модификатора и способа получения асфальтобетонной смеси в соответствии с требованиями Европейского стандарта (ЕС).
Пример 1.
Сделаны замесы по 2000 кг асфальтобетонной смеси типа «А» марки 1 (общий вес 250 т).
Модифицированную асфальтобетонную смесь готовили следующим образом. Сначала готовили минеральную составляющую асфальтобетонной смеси путем смешения щебня, песка и минерального порошка при температуре 140-150°С, а затем в минеральную составляющую асфальтобетонной смеси вводили битум, разогретый до температуры 140-150°С и непосредственно в смеситель во время подачи битума вводили модифицирующую композицию. Сделаны замесы асфальтобетонной смеси, в которых содержание модифицирующей композиции составляло 16 кг и 20 кг, соответственно 0,8 и 1,2 мас.% от массы минеральной составляющей асфальтобетонной смеси. Состав и соотношение компонентов модифицирующей композиции приведены ниже.
Температура приготовления асфальтобетонной смеси с модифицирующей композицией составляла 147-150°С. Асфальтобетонную смесь без модифицирующей композиции готовили аналогично. Время приготовления асфальтобетонной смеси как содержащей модификатор, так и не содержащей модификатор (серийная смесь), составляло 25 сек.
Модифицирующая композиция получена путем смешения компонентов. Состав модифицирующей композиции и соотношение компонентов (из расчета на 16 кг) указаны ниже:
активный резиновый порошок с удельной
геометрической поверхностью 6300 см<sup>2</sup>/г
и размером частиц 0,1-0,8 мм
11 кг (68,75 мас.%)
метасиликат игольчатой структуры
4,0 кг (25,0 мас.%)
инициатор гелеобразования - N-нитрозодифениламин
0,18 кг (1,12 мас.%)
структурирующий агент - эпоксиэфирная
смола марки типа «Э-40»
0,34 кг (2,13 мас.%)
структурирующий агент - смола марки типа «яррезин Б»
0,48 кг (3,0 мас %)
Всего:
16,0 кг(100 мас.%)
Индукционный период структурирования смолы марки типа «Э-40» составляет 35 мин при температуре 160°С, а смолы марки типа «яррезин Б» - 31 мин при температуре 160°С.
Модифицирующая композиция не имела агломерированных компонентов.
2
2
n
2
Активный резиновый порошок получен путем термомеханического измельчения резинового вулканизата в присутствии фторсодержащего спирта-теломера структурной формулы H(CFCF)CFOH, где n=8 (антиагломератор) в количестве 0,3% от массы резинового вулканизата.
В таблице 1 представлены результаты испытаний асфальтобетона типа «А» без модификатора (серийный) и с предлагаемьм модификатором в количестве 0,8 и 1,2 мас.% от массы минеральной составляющей асфальтобетонной смеси.
Таблица 1
№ пп.
Наименование показателя
Серийный асфальтобетон
Модифицированный асфальтобетон
Требования по ГОСТ 9128-97
0,8 мас.%
1,2 мас.%
1.
Средняя плотность, г/см<sup>3</sup>
2,71
2,68
2,69
-
2.
Пористость минеральной основы, % по объему, не более
14,5
12,2
12,3
19
3.
Остаточная пористость, % по объему
4,7
3,1
3,3
2,5-5,0
4.
Водонасыщение, % по объему
3,8
2,3
2,5
2,0-5,0
5.
Предел прочности при сжатии, МПа,
при температурах:
20°С, не менее
3,1
3,3
3,8
2,5
50°С, не менее
1,0
1,1
1,5
1,0
0°С, не более
9,8
8,2
8,6
11,0
6.
Водостойкость, не менее
0,95
1,0
1,15
0,9
7.
Водостойкость при длительном водонасыщении, не менее
0,87
0,89
0,96
0,85
8.
Сцепление битума с минеральной частью асфальтобетонной смеси
Выдержал
Выдержал
Выдержал
Выдержал
9.
Удельная эффективная активность, бк/кг
-
364
416
До 740
10.
Сдвигоустойчивость, не менее
0,91
0,94
0,98
0,87
11.
Трещиностойкость, МПа
3,2
4,2
4,4
3,0-6,0
Пример 2.
Получены асфальтобетонные смеси типа «Б» с содержанием модифицирующей композиции в количестве 1 и 1,5 мас.% от массы минеральной составляющей асфальтобетонной смеси.
Состав модифицирующей композиции (из расчета на 10 кг):
активный резиновый порошок с
удельной геометрической поверхностью
5600-6200 см<sup>2</sup>/г и размером частиц 0,1-0,8 мм
7,4 кг (74,0 мас.%)
метасиликат игольчатой структуры
2,0 кг (20,0 мас.%)
инициатор гелеобразования - N-нитрозодифениламин
0,1 кг (1,0 мас.%)
структурирующий агент - эпоксиднодиановая смола
марки типа «ЭД-8»
0,2 кг (2,0 мас.%)
структурирующий агент - смола марки «яррезин Б»
0,3 кг (3,0 мас.%)
Всего:
10 кг (100,0 мас.%)
Индукционный период структурирования смолы марки типа «ЭД-8» составляет 40 мин при температуре 160°С, а смолы марки типа «яррезин Б» - как в примере 1. Получение модифицирующей композиции и асфальтобетонной смеси осуществляли аналогично примеру 1. Активный резиновый порошок получен в присутствии антиагломератора, название которого и количество указаны в примере 1.
Результаты испытаний асфальтобетона типа «Б» без модификатора (серийный) и с модификатором в количестве 1 и 1,5 мас.% от массы минеральной составляющей асфальтобетонной смеси представлены в таблице 2.
Таблица 2
№ пп.
Наименование показателя
Серийный асфальтобетон
Модифицированный асфальтобетон
Требования по ГОСТ
1,0 мас.%
1,5 мас.%
1.
Средняя плотность, г/см<sup>3</sup>
2,4
2,3
2,37
-
2.
Пористость минерального остова, % по объему, не более
16,2
10,3
12,8
19
3.
Остаточная пористость, % по объему
4,9
3,8
4,3
2,5-5,0
4.
Водонасыщение, % по объему
2,9
1,5
1,76
1,5-4,0
5.
Прочность при сжатии, МПа
20°С, не менее
2,7
3,3
5,9
2,5
50°С, не менее
1,1
1,3
2,5
1,2
0°С, не более
10,7
6,5
10,5
11
6.
Водостойкость, не менее
0,91
0,92
1,03
0,90
7.
Водостойкость при длительном водонасыщении, не менее
0,85
0,85
1,0
0,85
8.
Сцепление битума с минеральной частью асфальтобетонной смеси
Выдержал
Выдержал
Выдержал
Выдержал
9.
Предел прочности на растяжение при расколе, МПа
3,8
4,3
5,0
Не менее 3,5Не более 6,0
Как видно из представленных результатов, модифицированный асфальтобетон отличается малым количеством открытых пор и высокой устойчивостью к воздействию воды. Кроме того, он более деформативен и эластичен, что в значительной степени улучшает его работу как при положительных, так и при отрицательных температурах.
Пример 3.
Проводились испытания в соответствии с требованиями ЕС. Состав модифицирующей композиции аналогичен составу, указанному в примере 2. Содержание модифицирующей композиции - 1,0 мас.% от массы минеральной составляющей асфальтобетонной смеси.
Получение модифицирующей композиции и асфальтобетонной смеси осуществляли аналогично примеру 1. Активный резиновый порошок получен в присутствии антиагломератора, название которого и количество указаны в примере 1. В таблице 3 приведены данные испытаний, проведенных в соответствии с требованиями ЕС.
Таблица 3
№ пп.
Наименование показателя
Значение показателя
Требования ЕС
Без модификатора
С модификатором
1.
Устойчивость по Маршалу, кН
8,1
11,9
≥8
2.
Пластичность, мм
5,1
4,1
2,5-4,5
3.
Относительная упругость, кН/мм
1,6
2,3
2,3
4.
Остаточная пористость, %
1,1
2,0
2,0-4,0
5.
Средняя плотность асфальтобетона, г/см<sup>3</sup>
2,480
2,447
-
6.
Средняя плотность смеси, г/см<sup>3</sup>
2,508
2,494
-
7.
Плотность минеральной части смеси,  г/см<sup>3</sup>
2,741
2,723
-
8.
Плотность битума, г/см<sup>3</sup>
1,020
1,020
-
9.
Пористость минеральной составляющей, VMA, %
14,5
15,1
-
Как видно из представленной таблицы 3, результаты испытаний, проведенных в соответствии с требованиями ЕС, подтверждают положительное влияние модификатора на свойства асфальтобетона: более чем на 30% повышается его устойчивость по Маршалу, на 40% повышается относительная упругость, а также улучшается остаточная пористость.
Пример 4.
Проведены испытания литого модифицированного асфальтобетона без модификатора и с предлагаемой модифицирующей композицией в количестве 1,51 мас.% и 3,5 мас.% от массы минеральной составляющей асфальтобетонной смеси. Состав модификатора:
активный резиновый порошок с
удельной геометрической поверхностью 0,56-0,62 м<sup>2</sup>/г
и размером частиц 0,1-0,8 мм
9,0 кг (90 мас.%)
метасиликат игольчатой структуры
0,4 кг (4 мас.%)
инициатор гелеобразования N-нитрозодифениламин
0,43 кг (4,3 мас.%)
структурирующий агент - эпоксиэфирная смола Э-40
0,17 кг (1,7 мас.%)
Всего:
10 кг (100,0 мас.%)
Индукционный период структурирования смолы марки типа «Э-40» составляет 35 мин при температуре 160°С.
Получение модифицирующей композиции и асфальтобетонной смеси осуществляли аналогично примеру 1. Активный резиновый порошок получен в присутствии озокерита (антиагломератор) в количестве 2% от массы резинового вулканизата.
В таблице 4 приведены результаты испытаний литого модифицированного и не модифицированного асфальтобетонов.
Таблица 4
Содержание модификатора, мас.%
Содержание битума, %
Предельное напряжение при сдвиге при вертикальной нагрузке, МПа
Структурное сцепление, МПа
Угол внутреннего трения, градус
2
5
8
0
11
0,16
0,33
0,505
0,045
29
1,51
11
0,28
0,42
0,58
0,18
32
3,5
11
0,39
0,59
0,72
0,27
34
Приведенные результаты иллюстрируют резкое увеличение показателей структурного сцепления асфальтобетона и высокое значение показателя прочности при сдвиге.
Пример 5.
Проведены испытания модифицированного щебеночно-мастичного асфальтобетона. Следует отметить, что в отличие от асфальтобетонов по вышеприведенным примерам щебеночно-мастичный асфальтобетон обладает особой структурой, что обеспечивает необходимую прочность, плотность и долговечность.
Состав модифицирующей композиции аналогичен составу по примеру 1, количество - 0,5 мас.% от массы минеральной составляющей асфальтобетонной смеси.
Получение модифицирующей композиции и асфальтобетонной смеси осуществляли аналогично примеру 1. Активный резиновый порошок получен путем термомеханического измельчения отходов резинотехнических изделий на основе этиленпропиленового каучука в присутствии антиагломератора, название которого и количество указаны в примере 1.
Испытания проведены в соответствии с требованиями ГОСТ 31015-2002. Результаты испытаний модифицированного щебеночно-мастичного асфальтобетона приведены в таблице 5.
Таблица 5
Средняя плотность, г/см<sup>3</sup>
Водонасыщение, %
Прочность при сжатии, МПа при температуре, °С
50
20
0
2,48
2,2
1,4
3,6
8,0
Требования по ГОСТ 31015-2002
1-4
≥0,65
≥2,2
-
Введение модификатора обеспечивает в щебеночно-мастичных смесях показатель отекания до 0,05, то есть примерно в 3 раза меньше, чем при введении модификатора по ГОСТ 31015-2002 (модификатор «ВИАТОП-66»), что реализуется на асфальтобетонном покрытии отсутствием битумных «пятен» и улучшением эксплуатационных характеристик покрытий.
Пример 6.
Проведены испытания по определению влияния заявляемого модификатора на качество и долговечность асфальтобетонных покрытий. Для этого подвергались испытанию вырубки (образцов из кернов) асфальтобетонов типа «А» марки 1 без модификатора и с заявляемым модификатором, состав которого аналогичен составу модифицирующей композиции по примеру 1. Количество модификатора - 0,8 мас.% от массы минеральной составляющей асфальтобетонной смеси. Испытания асфальтобетонного покрытия проводились при отборе проб через 6 и 12 месяцев после его укладки, при этом подвергались испытанию образцы из вырубок и переформованные из них образцы. Отобранные пробы испытывались в соответствии с ГОСТ 9128-97 и СНиП 3.06.03-85.
В таблицах 6.1. и 6.2. приведены результаты испытаний вырубок асфальтобетонов типа «А» марки 1 (непереформованные образцы) и переформованных из них образцов с применением предлагаемого модификатора и без модификатора.
Таблица 6.1.
Непереформованные образцы
Переформованные образцы
Содержание модификатора, мас.%
Наименование показателя
Наименование показателя
Средняя плотность, г/см<sup>3</sup>
Водонасыщение, % объема
Коэффициент уплотнения
Средняя плотность, г/см<sup>3</sup>
Водонасыщение, % по объему
Прочность при сжатии, МПа, при температуре
Водоустойчивость
20°С
50°С
2,64-2,70
1,5-2,1
0,99-1,01
2,67-2,69
1,5-1,6
4,0-4,3
1,5-1,7
0,92-0,96
0,8
2,66-2,71
1,7-2,5
0,99-1,01
2,68-2,71
1,7-2,7
3,5-3,8
1,4-1,5
0,96-0,98
0
Таблица 6.2.
Наименование показателя
Величина показателя
Требования ГОСТ 9128-97
С модификатором
Без модификатора
Сдвигоустойчивость:
Сцепление при сдвиге при 50°С, МПа
0,29-0,30
0,26
0,25
Коэффициент внутреннего трения
0,95-0,97
0,96
0,87
Трещиностойкость по пределу прочности при расколе при 0°
3,5-3,6
3,0
3,5-6,0
Морозостойкость R20/Rмpз.25
0,86-0,87
0,82
-
Водонасыщение, %
3,3-3,5
3,8
-
Испытания асфальтобетонного покрытия, проведенные при отборе проб через 6 и 12 месяцев после его укладки, выявили общее хорошее состояние покрытия из модифицированного асфальтобетона.
При сопоставлении прочностных характеристик асфальтобетонов видна тенденция к повышению прочности на сжатие образцов, содержащих модификатор, что связано с его активным структурирующим влиянием на битум.
Кроме того, повышенная величина сцепления при сдвиге асфальтобетонов с модификатором благоприятно сказывается на сдвигоустойчивости покрытия и снижает возможность колееобразования.
Пример 7.
Проведены испытания через год после укладки асфальтобетона марки «Б» без модификатора и с модифицирующей композицией в количестве 1,0 мас.% от массы минеральной составляющей. Состав модифицирующей композиции аналогичен составу, указанному в примере 2. Испытанию подвергались образцы из вырубок (непереформованные образцы) и переформованные из них образцы. Результаты испытаний приведены в таблицах 7.1. и 7.2.
Таблица 7.1.
Непереформованные образцы
Переформованные образцы
Коэффициент уплотнения
Содержание модификатора, мас.%
Фактическая толщина слоя, см
Средняя плотность, г/см<sup>3</sup>
Водонасыщение, % по объему
Средняя плотность, г/см<sup>3</sup>
Водонасыщение, % по объему
Прочность при сжатии МПа, при температуре
Водоустойчивость
20°С
50°С
5,7
2,50
1,9
2,49
3,8
3,5
1,1
0,98
1,0
0
5,6
2,48
0,9
2,47
1,7
4,4
1,8
0,98
1,0
1,0
Как видно из представленных результатов испытаний, введение модификатора в асфальтобетон марки Б способствует резкому снижению водонасыщения и увеличению его прочности при 20°С и 50°С.
Таблица 7.2.
Наименование показателя
Значение показателя асфальтобетона
Содержание модификатора, мас.%
Требования ГОСТ 9128-97
0
1,0
Сдвигоустойчивость:
Сцепление при сдвиге при 50°С, МПа
0,35
0,42
0,37
Коэффициент внутреннего трения
0,80
0,82
0,81
Трещиностойкость по пределу прочности при расколе при 0°С
2,9
3,5
3,0-6,5
Морозостойкость К20/Кмрз25
0,75
0,86
-
Водонасыщение, %
5,0
3,0
-
Представленные результаты подтверждают эффективность применения предлагаемого модификатора за счет его активного структурирующего воздействия и резкого снижения водонасыщения асфальтобетона.
Пример 8.
Проведены испытания вырубок из верхнего слоя покрытий щебеночно-мастичными смесями ЩМА-15, содержащих модифицирующую композицию, состав которой аналогичен составу по примеру 1. Количество модифицирующей композиции - 0,5 мас.% от массы минеральной составляющей асфальтобетонной смеси. Аналогичные испытания проведены и для модификатора «ВИАТОП-66». Также проведены испытания образцов, переформованных из вырубок. В таблице 8.1. представлены результаты испытаний вырубок из верхнего слоя покрытий щебеночно-мастичными смесями ЩМА-15, а таблице №8.2. приведены физико-механические показатели образцов, переформованных из вырубок.
Таблица 8.1.
Наименование показателя
Величина показателя для вырубок с добавкой
Предлагаемый модификатор
«ВИАТОП-66»
Средняя плотность, г/см<sup>3</sup>
2,54
2,56
Водонасыщение, %
2,6
2,7
Таблица 8.2.
№ пп.
Наименование показателя
Величина показателя для вырубок с добавкой
Предлагаемый модификатор
«ВИАТОП-66»
1.
Средняя плотность, г/см<sup>3</sup>
2,55
2,57
2.
Водонасыщение, %
2,2
2,1
3.
Предел прочности при сжатии, МПа при температуре:
20°С
2,9
2,8
50°С
1,1
1,0
4.
Показатели сдвигоустойчивости:
Сцепление при сдвиге при температуре 50°С, МПа
0,19
0,18
Коэффициент внутреннего трения
0,95
0,95
5.
Трещиностойкость по пределу прочности при расколе при 0°С, МПа
3,9
4,1
6.
Водостойкость при длительном водонасыщении
0,88
0,87
7.
Показатели морозостойкости:
Коэффициент морозостойкости
0,86
0,80
Водонасыщение, %
3,9
4,3
8.
Показатель отекания
0,02
0,12
Следует отметить, что в целом значения физико-механических показателей из вырубок щебеночно-мастичных смесей с применением предлагаемой модифицирующей композиции и «ВИАТОП-66» близки, кроме существенного улучшения показателя «стекания» и увеличения показателя морозостойкости асфальтобетона с модифицирующей композицией.
На основании приведенных выше данных можно сделать вывод о положительном влиянии предлагаемой модифицирующей композиции на эксплуатационные свойства асфальтобетонного покрытия.
Пример 9.
Проведены испытания асфальтобетона с модифицирующей композицией, состав которой и количество приведены в примере 2. Антиагломератор, в присутствии которого получен активный резиновый порошок, и его количество указаны в примере 1. Способ введения модифицирующей композиции в асфальтобетонную смесь - по примеру 1.
В таблице 9 приведены данные сравнительных испытаний асфальтобетонов с предлагаемым модификатором и модификатором по патенту РФ 2196750 (прототип).
Таблица 9
№ пп.
Наименование показателя
Физико-механические показатели асфальтобетона
С предлагаемьм модификатором
Прототип, состав 4
1.
Предел прочности при сжатии, МПа, при температурах:
20°С
5,9
5,2
50°С
2,2
1,6
0°С
6,8
11,2
2.
Коэффициент водостойкости
1,02
0,82
3.
Сдвигоустойчивость
0,96
0,87
Как видно из таблицы 9, асфальтобетон с предлагаемым модификатором превосходит асфальтобетон с модификатором-прототипом по физико-механическим характеристикам, коэффициенту водостойкости и сдвигоустойчивости.
Поскольку в настоящее время отсутствует стандартизованная методика прогнозирования долговечности покрытия, в таблице 10 приведены сопоставительные данные о параметрах асфальтобетонного покрытия, ответственных за его долговечность.
Таблица 10
Название параметра, тип асфальтобетона
Величина параметра
Асфальтобетон без модификатора
Асфальтобетон с предлагаемым модификатором
Изменение показателей, %
Требования ГОСТ
Морозостойкость:
Тип Б
0,75
0,86
+14,6
-
Тип А
0,82
0,86
+5,0
-
ЩМА
0,80
0,86
+7,5
-
Сдвигоустойчивость: Сцепление при сдвиге, МПа
Не менее
0,35
0,42
+20,0
0,37
Тип Б
0,26
0,295
+13,0
0,25
Тип А
0,18
0,19
-
0,18
ЩМА
Стекание, %
Не более
ЩМА
0,12
0,02
+90,0
0,20
Использование предлагаемой модифицирующей композиции и способа получения асфальтобетонной смеси обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик различных типов асфальтобетонов. Представленные результаты подтверждают эффективность применения предлагаемой модифицирующей композиции во всех исследованных асфальтобетонных смесях, что обусловлено ее активным структурирующим воздействием на битум. Приведенные выше данные испытаний асфальтобетона на основе щебеночно-мастичных смесей иллюстрируют эффект применения предлагаемого модификатора, выражающийся в значительном снижении показателя «стекание», ликвидации битумных пятен и в конечном итоге - в повышении сцепления шины с дорожным покрытием. Данные испытаний уплотняемых модифицированных асфальтобетонных смесей (тип «А» и «Б») иллюстрируют улучшение параметра «структурное сцепление», ответственного за сдвигоустойчивость покрытия и снижение колееобразования. Повышение коэффициента морозостойкости в модифицированных асфальтобетонах свидетельствует о снижении потери прочности покрытия при воздействии знакопеременных температур (от -20°С до +20°С), что в условиях эксплуатации дорог в зонах умеренного климата приведет к повышению долговечности верхнего слоя покрытия.
На основании проведенных испытаний можно предположить, что у дорожных покрытий из асфальтобетонных смесей, содержащих предлагаемую модифицирующую композицию и полученных предлагаемым способом, за счет образования трехмерной резиновой структуры в битуме и увеличения адгезии битума к минеральной составляющей асфальтобетонной смеси в значительной степени повышаются технические характеристики асфальтобетона и, соответственно, повышается срок эксплуатации дорог по сравнению с традиционными покрытиями (по предварительным оценкам, не менее чем на 30%).
Кроме того, как показали испытания, как модифицирующая композиция, так и резиновый порошок, входящий в ее состав, не имеют склонности к образованию агломератов в процессе хранения в течение одного года.
При использовании предлагаемой модифицирующей композиции для асфальтобетонных смесей осуществляется введение этой композиции в асфальтобетонную смесь непосредственно при ее изготовлении.
Как видно из приведенных выше результатов испытаний, использование модифицирующей композиции приводит к увеличению прочности и морозостойкости, снижению гидрофильности, а также к повышению стойкости к циклическим нагрузкам и «структурному сцеплению» асфальтобетонов, что способствует увеличению срока их эксплуатации.