СПОСОБ АРМИРОВАНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ
METHOD FOR REINFORCEMENT OF ASPHALT CONCRETE MIX

Изобретение относится к области армирования асфальтобетонных покрытий и может быть использовано для строительства автодорог, аэродромов и др.
Известен способ армирования асфальтобетонных смесей стальными фиброволокнами [1].
Этот способ характеризуется повышенной трещиностойкостью, однако прочность смеси ниже, по сравнению с неармированной. Кроме этого, при строительстве автодорог по известному способу возникают трудности с уплотнением асфальтобетонной смеси, требующие больших затрат. Способ металлоемкий и затратный.
Описан способ армирования асфальтобетонной смеси органическими полимерными волокнами [2-3]. Армирующие элементы получают путем резки готовых органических полимерных волокон на отрезки длиной до 20 мм, что приводит к увеличению затрат на производство асфальтобетонной смеси. Дисперсно-армированную смесь готовят путем введения отрезков: органических полимерных волоком в горячие минеральные материалы непосредственно в смесителе установки.
В асфальтобетонной смеси волокна образуют прочные кластеры, которые воспринимают и распределяют напряжения от воздействия динамической нагрузки на ограниченный объем слоя покрытия, так как волокна связывают в единые образования только рядом расположенные с ними минеральные материалы. Поэтому введение очень коротких волокон не повышает прочность асфальтобетонной смеси, что приводит к снижению сдвигоустойчивости, трещиностойкости дорожного покрытия и др.
Известен способ армирования асфальтобетонной смеси [2] путем введения в нее во время перемешивания органических полимерных волокон, причем волокна вводят в асфальтобетонную смесь горячими сразу после их формования из расплава.
Недостаток известного способа связан с необходимостью нагрева волокон до горячего состояния (расплава), что повышает энергозатраты на приготовление асфальтобетонной смеси. Кроме того, нагрев органических волокон приводит к испарению вредных веществ в окружающую среду.
Предложен способ армирования асфальтобетонных смесей [4], заключающийся во введении в ее состав древесных волокон, получающихся из древесной крошки путем ее сушки в восходящем потоке воздуха и последующей распушки в мельнице. Причем при приготовлении асфальтобетонной смеси в смеситель сначала подают минеральный порошок, битум и поверхностно-активное вещество, а затем в процессе перемешивания - древесные волокна, щебень и песок.
Недостаток этого способа связан с недостаточной стойкостью и возможностью разложения (гниения) древесных волокон, что приводит к ускорению старения битума и асфальтобетона.
Способ получения асфальтобетонной смеси с улучшенными показателями набухания, степени расслоения, водостойкости и предела прочности на растяжение при расколе, морозостойкости и др. разработан в [5]. В данном случае асфальтобетонная смесь включает,  мас.%: битум 5,2-7, песок из отсевов дробления 27-38, хризотил-асбест фракции 2,8-5 мм 4-й группы марки А-4-30-04-1 и щебень - остальное. Причем битум и хризотил-асбест используют при массовом соотношении (7-13)/1.
Недостаток этого способа заключается в том, что в асфальтобетонной смеси асбестовые волокна находятся не в свободном состоянии, а в составе горной породы - фракции хризотил-асбеста, что значительно понижает их армирующий эффект.
Разработан способ армирования дорожного асфальтобетона с помощью хризотил-асбеста [6], принятый нами за прототип.
Согласно этому способу при введении до 5% асбестового волокна возрастают прочностные характеристики асфальтобетона, увеличивается модуль деформации, водо- и морозостойкость, повышается коэффициент сцепления дорожного покрытия и удлиняется срок его службы.
Однако при введении асбеста увеличивается расход битума с 7 до 11 мас.%. Кроме того, асбест токсичен и загрязняет окружающую среду, поэтому запрещают его использование для устройства верхних слоев дорожной одежды [7].
Задачей данного изобретения является снижение затрат на производство асфальтобетона и токсичных выбросов в окружающую среду.
Это достигается за счет того, что в способе армирования асфальтобетонной смеси путем введения в ее состав асбестовых волокон асбестовые волокна вводят в асфальтобетонную смесь, предварительно смешивая с минеральным порошком: (МП) при массовом соотношении асбестовые волокна/ МП, равном 0,024-0,363, с последующим добавлением к полученной смеси фракций хризотил-асбеста с размером частиц 0-5 мм, щебня (фракции хризотил-асбеста) с размером щебенок 5-20 мм, битума и присадки «Амдор-9» (смесь полиаминоамидов и полиаминоимидозолинов) при следующем соотношении компонентов,  мас.%:
Асбестовые волокна
0,135-2,64
Фракции хризотил-асбеста
крупностью, мм;
0-5
34,88-39,12
5-20
53,26-44,59
Минеральный порошок
5,63-7,28
Битум БНД 90/130
6,064-6,338
Присадка "Амдор-9"
(смесь полиаминоамидов и
полиаминоимидозолинов)
0,031-0,032
В качестве добавки к смеси использован минеральный порошок (МП), приготовленный из асбоотходов предприятия ОАО "Ураласбест". Зерновой состав и физико-механические свойства этого МП приведены в табл.1-2. Из данных табл.1 следует, что по зерновому составу МП соответствует требованиям ГОСТ 16557-78 и ГОСТ 9128-78. МП состоит из серпентинита, эпидозита, магнетита, талька, оливина, карбонатов и др.
Количество МП, вводимого в асфальтобетонную смесь, равно 5,63-7,28 мас.%. Уменьшение содержания МП в составе асфальтобетона ниже 5,63% понижает его прочность, а увеличение доли МП в асфальтобетонной смеси выше 7,28% не изменяет ее физико-механические показатели.
2
2
При получении асфальтобетонной смеси применяются асбестовые волокна предприятия ОАО "Ураласбест", класса 0,075-0,5 мм, не имеющие технологической ценности. Количество вводимых в асфальтобетон асбестовых волокон составляет 0,135-2,64 мас.% Химический состав волокон следующий - 3 MgO*2HO 2SiO.
Таблица 1Зерновой состав неактивированного минерального порошка, приготовленного из асбоотходов ОАО «Ураласбест»
Размер отверстий сит, мм
1,25
0,63
0,315
0,14
0,071
менее 0,071
итого
Частные остатки, мас%.
_
0,02
0,35
2,14
15,06
82,43
100
Полные остатки, мас.%
-
0,02
0,37
2,51
17,57
100
Полные проходы, мас.%
100
99,98
99,63
97,49
82,43
Таблица 2
Физико-механические свойства неактивированного минерального порошка, приготовленного из асбоотходов ОАО «Ураласбест»
№№
Результаты
Показатели
пп
испытаний
1
Пористость, % по объему
25,98
2
Плотность (объемная масса), кг/м<sup>3</sup>
1880
3
Истинная плотность, кг/м<sup>3</sup>
2540
4
Показатель битумоемкости, г: при содержании гли-
нистых примесей в порошке не более 5%, полутор-
ных окислов Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, не более 1,7% по массе
77,9
5
Водостойкость образцов из смеси порошка с битумом
0,8
6
Влажность, % по массе
0,1
Асбестовые волокна вводятся в асфальтобетон в смеси с МП при массовом соотношении асбестовые волокна/ МП, равном 0,024-0,363. Это связано с тем, что асбестовые волокна взаимодействуют с МП с образованием молекулярных соединений, приводящих к существенному росту их активности в системе и улучшению физико-механических показателей асфальтобетона (прочности, водостойкости, трещиностойкости и. др.). Повышение соотношения асбестовые волокна/ МП более 0,363 и понижение этого соотношения менее 0,024 ухудшает показатели асфальтобетонных смесей.
Для приготовления асфальтобетонной смеси применяются фракции хризотил-асбеста крупностью 0-5 мм (песок) по ГОСТ 8735-88 и 5-20 мм по ГОСТ 8267-97 предприятия ОАО Ураласбест с содержанием в смеси, мас.% : 34,88-39,12 и 53,25-44,59 соответственно. Указанные интервалы содержания фракций хризотил-асбеста (песка) и щебня обеспечивают получение устойчивых асфальтобетонных смесей, использование асбестовых волокон в системе с МП и фракциями хризотил-асбеста повышает прочность асфальтобетонной смеси, поскольку в пространственную структуру включается большее количество армирующих соединений на единицу объема смеси.
Присадка Амдор-9, применяемая для приготовления асфальтобетона, представляет собой смесь полиаминоамидов и полиаминоимидозолинов по ТУ 0257-003-35475596-96. Количество указанной присадки в составе смеси (асфальтобетона) равно 0,031-0,032.
На чертеже показана схема установки, позволяющая реализовать предлагаемый способ.
Установка состоит из двух технологических линий. В одной линии получают фракции хризотил-асбеста, а в другой - асфальтобетонную смесь.
Установка для получения фракций хризотил-асбеста включает: (см, чертеж) - склад асбоотходов 1, ленточный конвейер 2, сушильный барабан 3, элеватор 4, грохот 5 и бункеры для рассеянных фракций хризотил-асбеста: 0-5 мм 6 и 5-20 мм 7.
Для приготовления песчано-щебеночных фракции с размером частиц 0-5 и 5-20 мм в качестве исходного сырья используются отходы асбообогатительной фабрики г. Асбеста по ГОСТ 9128-97, которые автотранспортом подаются на установку. После разгрузки автотранспорта асбоотходы бульдозером загружаются в приемный бункер 1, из которого с помощью конвейера 2 подаются в сушильный барабан 3. После сушки в барабане 3 асбоотходы элеватором 4 подаются на грохот 5, где рассеиваются на фракции с размером частиц 5-20 мм (щебень) и 0-5 мм (песок), поступающие в бункеры 7 и 6 и далее в бункеры 11 и 8 асфальтобетонной установки.
Для производства асбестового волокна и МП проводится грохочение и дробление фракций хризотил-асбеста класса 6-4 и 4-2 мм с последующей сепарацией измельченной смеси.
Технологическая линия по производству асфальтобетонной смеси состоит из бункеров 8-13 (см. чертеж) для исходного сырья, дозаторов 14, сборной емкости 15 и смесителя 16 и включает следующие операции.
В смеситель 16 из бункеров 9 и 12 через дозаторы 14 по холодному элеватору сначала подают волокна асбеста и МП, которые перемешивают. Затем в этот же смеситель 16 из бункеров 8, 11, 13 и 10 подают последовательно фракции хризотил-асбеста с размером частиц 0-5 мм (песок), щебень (фракцию хризотил-асбеста) с размером щебенок 5-20 мм, битум БНД 90/130 и присадку Амдор-9.
При дальнейшем перемешивании всех компонентов происходит образование армированной асфальтобетонной смеси.
Технология получения асфальтобетона поясняется на примерах.
Пример 1. Готовят горячую мелкозернистую асфальтобетонную смесь типа Б с использованием следующих материалов, мас.%: щебень (фракция хризотил-асбеста) крупностью 5-20 мм 53,26, песок (фракция хризотил-асбеста) с размером частиц 0-5 мм 34,88, асбестовые волокна класса 0,075-0,5 мм 0,135, минеральный порошок (МП) 5,63, битум БНД 90/130 6,064, присадка Амдор-9 0,031.
МП сначала смешивают с асбестовыми волокнами, затем при постоянном перемешивании к смеси волокон и МП последовательно добавляют: песок (фракцию хризотил-асбеста) с размером частиц 0-5 мм и щебень (фракцию хризотил-асбеста) с размерами щебенок 5-20 мм. Полученную смесь нагревают до 150°С, затем добавляют к нагретой волокнисто-минеральной массе смесь битума марки БНД 90/130 и присадки Амдор-9, нагретую до 140°С. Температура готовой смеси равна 140°С. Формование образцов асфальтобетона проводят по ГОСТ 12801 - 98. Состав и физико-механические свойства полученной горячей мелкозернистой асфальтобетонной смеси типа Б приведены в таблицах 3-4. Как видно из таблицы 4, полученная асфальтобетонная смесь №1 по физико-механическим показателям: пределу прочности при сжатии при 0°С 11,2 МПа, водостойкости 0,93, водостойкости при длительном водонасыщении 0,72 и др., соответствует требованиям ГОСТ 9128-97 (тип Б) на II-III марку.
Пример 2. Приготавливают горячую мелкозернистую асфальтобетонную смесь типа Б при следующем массовом соотношении компонентов, мас.%: щебень крупностью 5-20 мм 49,52, песок с размерами частиц 0-5 мм 37,84, асбестовые волокна 0,5, МП 6,04, битум БНД 90/130 6,04, присадка Амдор-9 0,03, по методике, приведенной в примере 1. Получают асфальтобетонную смесь №2 (см. таблицу 4) с физико-механическими параметрами, соответствующими требованиям ГОСТ 9128-97 на асфальтобетон типа Б II-ой марки.
Результаты определения физико-механических показателей асфальтобетона, полученного из горячей плотной мелкозернистой смеси, типа Б при различном соотношении компонентов, приведены в таблице 4. Как видно из таблицы, физико-механические свойства полученного асфальтобетона: по водонасыщению, пределу прочности при сжатии при различных температурах, сдвигоустойчивости, трещиностоикости, сцеплению битума с минеральной частью, пористости и др. при содержании аебестовых волокон в смеси 0,135-2,64% и расходе битума 6,064-6,338 мас.%, отвечают требованиям ГОСТ 9128-97 на асфальтобетон типа Б I-III марки.
Предлагаемый способ, по сравнению с прототипом [6], позволяет уменьшить затраты на производство асфальтобетонных смесей, поскольку при пониженном расходе асбестового волокна (по предлагаемому способу) - 0,135-2,64 мас.%, расход битума понижается с 7-II% до 6,064-6,338 мас.%.
Уменьшение расхода асбестового волокна на приготовление асфальтобетонных смесей дает возможность исключить их комкование на якорях мешалок в смесителях.
Кроме этого, улучшается экологическое состояние производства асфальтобетонных смесей, так как расход асбестового волокна понижается с 5 мас.%, (по прототипу [6]) до 0,135 мас.% (по предлагаемому способу).
Таблица 3
Составы асфальтобетонных смесей (I-V) типа Б, мас.%, использованные для получения асфальтобетона
Компоненты смесей
Составы смесей I-V, мас.%.
I
II
III
IV
V
1. Асбестовые
0,135
0,5
0,92
1,82
2,64
волокна
2. Песок класса
34,88
37,84
39
38,32
39,12
0-5 мм
3. Щебень класса 5-20 мм
53,26
49,52
48,2
46,3
44,59
4. Минеральный
5,63
6,04
5,63
7,2
7,28
порошок
5. Битум БНД
6,064
6,07
6,22
6,33
6,338
90/130
6. Присадка Амдор-9
0,031
0,03
0,03
0,03
0,032
Литература
1. Талантова К., Толстенев С. Композит - сталефибробетон в дорожном строительстве. Авт.дороги. 1999. №9. С.24-26.
2. А.С. RU 2102353 C1 от 15.01.1996. Лукашевич В.Н. и др. Способ армирования асфальтобетонной смеси.
3. Армирование асфальтобетонных покрытий при строительстве и реконструкции дорожных одежд. Обзорная информация ЦСНТИ Минавтодора РСФСР. М.: 1990. Вып.5. Автомобильные дороги. С.24-26.
4. Патент РФ №2262491.
5. Патент РФ №2229451.
6. Enrobes specianoc a as ages di vers 1 -ere hartit. Lassalle 1., Remillion A., Secard D. Rev. gen. Routes et asrod. 1981.55.№850. Suppl. 1-12 (фран.): Водонепроницаемое асфальтобетонное покрытие с добавкой асбеста. Asbestos-asphalt waterproofs freeway decks Highway and Heavy constr.
1976. 119. №10.128-128 (англ.). ЭИ «строительство и экс п.авт.дорог.
1977. №11. С.10-11.
7. Запрещение использования каменных материалов с включением асбеста для строительства дорожных покрытий. 1977. Т. 92. №8. С.26 (англ.).