СТАБИЛИЗИРОВАННОЕ ВЯЖУЩЕЕ, ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНАЯ АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ НА ОСНОВЕ СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ВЯЖУЩЕГО И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ
STABILIZED BINDER, METAL MASTIC ROAD CONCRETE MIX BASED ON STABILIZED BINDER AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Изобретение относится к производству щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, используемых для устройства верхних слоев покрытий автомобильных дорог и аэродромов.
На сегодняшний день устройство верхних слоев дорожного покрытия из щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей (ЩМАС) является наиболее перспективным и в России постоянно растет объем применения данного вида смеси.
Из уровня техники известно, что одним из условий получения ЩМАС является наличие в ней стабилизирующей добавки и повышенного количества вяжущего. «Стабилизирующую добавку» применяют для того, чтобы предотвратить стекание повышенного количества вяжущего с поверхности каменных материалов и тем самым обеспечить заполнение межкаменного пространства и однородность ЩМАС во время транспортировки и укладки.
В качестве прототипа выбрано техническое решение (ГОСТ 31015-2002. Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия), где раскрыт способ приготовления горячих щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей марок ЩМА-10, ЩМА-15 и ЩМА-20 для устройства верхнего слоя покрытия дорожных одежд автомобильных дорог. Состав смесей по известному решению следующий, мас.%:
- щебень прочных пород фр. 5…10, или 5…15, или 5…20 мм - 55…95;
- песок дробленый (отсевы дробления прочных пород) - 5…30;
- минеральный порошок -10…20;
- стабилизирующая добавка - 0,2…0,5 (свыше 100%);
- битум вязкий или ПБВ - 5,5…7,5 (свыше 100%).
Согласно ГОСТ 31015-2002 стабилизирующая добавка - вещество, оказывающее стабилизирующее влияние на щебеночно-мастичную асфальтобетонную смесь и обеспечивающее устойчивость ее к расслаиванию.
Известно, что наибольшее распространение в дорожном строительстве получили искусственные стабилизирующие добавки, чаще всего целлюлозные (Viatop 66, Viatop Premium, Topcel, Antrocel-G/GA, Гасцел, СД-1, СД-Супер), некоторые синтетические волокна (Dolanit, Севипав), а также стабилизатор РТЭП (резиновый термоэластопласт) и модификатор «Унирем».
Недостатками ЩМАС на основе вышеуказанных стабилизирующих добавок является то, что они обладают невысокими показателями водостойкости при длительном водонасыщении, пределом прочности при 50°С, сдвигоустойчивости, устойчивости к колееобразованию, а также имеют большое водонасыщение. Это связано с неравномерным распределением стабилизирующих добавок в ЩМАС, так как их количество не превышает 1%, а время перемешивания всех компонентов смеси в производственных условиях составляет несколько минут. Кроме того, стабилизирующие добавки обладают низкой адгезионной способностью по отношению к вяжущему, то есть битуму, что требует дополнительного введения в смесь ЩМА адгезионных добавок. Также к недостаткам этих добавок можно отнести их высокую стоимость.
Задача изобретения направлена на достижение технического результата, заключающегося в увеличении физико-механических показателей ЩМАС: водостойкости при длительном водонасыщении, предела прочности при 20 и 50°С, сдвигоустойчивости, устойчивости к колееобразованию, а также снижении водонасыщения.
Это достигается тем, что щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь состоит из стабилизированного вяжущего, щебня прочных пород, песка из отсева дробления, минерального порошка, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
стабилизированное вяжущее
5,0-7,0
щебень прочных пород
53,0-80,0
песок из отсева дробления
5,0-25,0
минеральный порошок
10,0-15,0
Причем стабилизированное вяжущее для щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси включает битум БНД 60/90, эпоксидную смолу, полиэтиленполиамин, дивинилстирольный термоэластопласт (ДСТ-30-01) и талловое масло, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
битум БНД 60/90
79,94-87,98
эпоксидная смола
2-6
полиэтиленполиамин
0,02-0,06
дивинил стирольный термоэластопласт ДСТ-30-01
6-8
талловое масло
4-6
Также для достижения технического результата способ получения щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси включает «сухое» перемешивание обезвоженных щебня, песка из отсева дробления, минерального порошка при температуре 160-190°С с предварительно приготовленным стабилизированным вяжущим, причем его приготовление осуществляют в следующей последовательности: в нагретый до 160°С битум БНД 60/90 вводят талловое масло, дивинилстирольный термоэластопласт ДСТ-30-01 и перемешивают в течение 30 минут в лопастной мешалке, затем в полученную смесь добавляют эпоксидную смолу и полиэтиленполиамин и продолжают перемешивание до растворения дивинилстирольного термоэластопласта ДСТ-30-01 в битуме.
Характеристика материалов
1. Вяжущее
С целью приготовления стабилизированного вяжущего для ЩМА смеси используют битум марки БНД 60/90, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 22245-90; эпоксидную смолу, соответствующую требованиям ГОСТ 10587-84; полиэтиленполиамин, удовлетворяющий требованиям ТУ 6-02-594-85; дивинилстирольный термоэластопласт ДСТ-30-01, удовлетворяющий требованиям ТУ 38-103267-80; талловое масло, удовлетворяющее требованиям ГОСТ 14845-79.
2. Щебень, соответствующий требованиям ГОСТ 8267, ГОСТ 3344 и ГОСТ 31015-2002.
3. Песок из отсевов дробления горных пород в соответствии с требованиями ГОСТ 8736 и ГОСТ 31015-2002.
4. Минеральный порошок, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 52129-2003 и ГОСТ 31015-2002.
Введение в вяжущее (битум) специальных добавок в комплексе: эпоксидной смолы, полиэтиленполиамина, дивинилстирольного термоэластопласта ДСТ-30-01 и таллового масла переводит вяжущее в полимерно-армированное состояние и способствует получению ЩМАС с высоким показателям водостойкости при длительном водонасыщении, высоким пределом прочности на сжатие при 20 и 50°С, сдвигоустойчивостью, а также низким водонасыщением. Кроме того, стабилизированное вяжущее за несколько минут равномерно распределяется по поверхности минеральных материалов, делая смесь ЩМА однородной. При этом не происходит расслаивания смеси при ее транспортировании и укладке.
Использование таллового масла при приготовлении вяжущего увеличивает растворяющую способность углеводородной дисперсионной среды битума. Причем компоненты таллового масла обладают высоким сродством с ДСТ-30-01, а также эпоксидной смолой, что отражается на скорости их растворения в смеси битума и таллового масла.
Эпоксидная смола в комплексе с ДСТ-30-01 проявляют свойства полимерно-армированной добавки, структурируют битум, препятствуя его стеканию с минеральных материалов, и повышают сдвигоустойчивость и предел прочности на сжатие при температуре 50°С образцов, приготовленных с использованием ЩМАС. Кроме того, положительный эффект на показатель водостойкости при длительном водонасыщении и водонасыщение оказывает использование в составе вяжущего эпоксидной смолы и полиэтиленполиамина за счет того, что эти два компонента способствуют повышению адгезионных свойств вяжущего по отношению к минеральным материалам.
Анализ известных технических решений показал, что использование ДСТ-30-01, эпоксидной смолы, полиэтиленполиамин, а также таллового масла в асфальтобетонных смесях известно. Однако использование этих добавок для создания стабилизированного вяжущего для ЩМА смесей без дополнительного введения стабилизирующих добавок по ГОСТ 31015-2002 не известно.
Пример.
Для экспериментального подтверждения заявленного технического результата были приготовлены различные составы щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей (ЩМА-10, ЩМА-15, ЩМА-20), в которых в качестве материалов использовали:
- гранитный щебень Павловского карьера Воронежской области, соответствующий требованиям ГОСТ 8267, ГОСТ 3344 и ГОСТ 31015-2002;
- песок из отсевов дробления гранитного щебня Павловского карьера Воронежской области, соответствующий требованиям ГОСТ 8736 и ГОСТ 31015-2002;
- в качестве минерального порошка - известняковый порошок производства ООО «Недра», удовлетворяющий требованиям ГОСТ 52129-2003 и ГОСТ 31015-2002;
- битум марки БНД 60/90 Рязанского нефтеперерабатывающего завода, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 22245-90;
- эпоксидную смолу ЭД-20 производства ЗАО «Завод органических продуктов», соответствующую требованиям ГОСТ 10587-84; полиэтиленполиамин производства ЗАО «Завод органических продуктов», удовлетворяющий требованиям ТУ 6-02-594-85;
- дивинилстирольный термоэластопласт ДСТ-30-01 производства ООО «Химторг», удовлетворяющий требованиям ТУ 38-103267-80;
- талловое масло производства ООО «Катион», удовлетворяющее требованиям ГОСТ 14845-79.
Для экспериментальной проверки заявленного изобретения были приготовлены 3 варианта ЩМА смесей разработанного состава (ЩМА-10, ЩМА-15, ЩМА-20), а также 3 варианта смеси ЩМА «Прототип» традиционного состава (ЩМА-10 «Прототип», ЩМА-15 «Прототип», ЩМА-20 «Прототип») с использованием полимер-битумного вяжущего (ПБВ 60) и стабилизирующей добавки Viatop-66. Составы щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей разработанного и традиционного составов представлены в таблице 1. Зерновые составы щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей ЩМА-10, ЩМА-15, ЩМА-20, удовлетворяющие требованиям ГОСТ31015-2002, представлены в таблице 2.
Приготовление щебеночно-мастичной смеси ЩМА производили в следующем порядке. Предварительно готовили стабилизированное вяжущее. Для этого в нагретый до 160°С битум БНД 60/90 вводили талловое масло, ДСТ-30-01 и перемешивали в течение 30 минут в лопастной мешалке лабораторного типа, затем в полученную смесь добавляли эпоксидную смолу и полиэтиленполиамин и продолжали перемешивание до растворения ДСТ-30-01 в битуме. Однородность оценивали визуально с помощью стеклянной палочки, извлеченной из вяжущего при температуре приготовления согласно ОДМ 218.2.003-2007. Приготовленное таким способом стабилизированное вяжущее затем подавалось в лабораторный асфальтосмеситель на предварительно обезвоженные и разогретые до 160-190°С щебень, песок из отсева дробления щебня, известняковый порошок. «Сухое» перемешивание минеральных материалов (до подачи стабилизированного вяжущего) осуществлялось в течение 1 мин, «мокрое» (с добавлением приготовленного стабилизированного вяжущего) - до полного обволакивания стабилизированным вяжущим каменных материалов. Далее из ЩМАС готовились цилиндрические образцы по стандартной методике ГОСТ 12801-98.
Приготовление ЩМА смеси традиционного состава осуществлялось по стандартной методике ГОСТ 12801-98. Физико-механические характеристики ЩМАС различных составов представлены в таблице 3.
Из приведенных в таблице 3 данных следует, что заявляемая щебеночно-мастичная смесь по своим физико-механическим показателям значительно превышает свойства традиционного ЩМА, приготовленного с использованием стабилизирующей добавки Viatop-66 и полимер-битумного вяжущего (ПБВ 60). ЩМА разработанного состава характеризуется повышенными физико-механическими показателями: пределом прочности при сжатии при 20 и 50°С, сдвигоустойчивости, трещиностойкости и водостойкости при длительном водонасыщении.
Были проведены исследования образцов, приготовленных на основе ЩМАС разработанных составов и составов «Прототип» на устойчивость к колееобразованию. Испытания проводили с использованием оборудования InfraTest. Результаты представлены на фиг. 1. Из представленных результатов видно, что образцы, приготовленные из ЩМАС разработанных составов, имеют меньшую глубину колеи, по сравнению с образцами на основе составов ЩМАС «Прототип». Так, например, образец ЩМА-20 через 20 тыс. проходов колеса показал глубину колеи равной 3 мм, образец ЩМА-20 «Прототип» - 4,6 мм.
Полученные результаты показали, что все разработанные составы ЩМАС обеспечивают высокую устойчивость к образованию колеи. Причем величина колеи образцов асфальтобетона на основе ЩМАС разработанных составов меньше по сравнению со значениями образцов для ЩМАС, в составе которых использовался широко известный зарубежный аналог под коммерческим названием Viatop-66 (прототип).
Таким образом, экспериментально установлено, что создание стабилизированного вяжущего для ЩМА смесей без дополнительного введения стабилизирующих добавок по ГОСТ 31015-2002 возможно, о чем свидетельствуют высокие физико-механические показатели щебеночно-мастичного асфальтобетона разработанных составов.