Асфальтобетонная смесь

 

Изобретение относится к строительству автомобильный дорог и может быть использовано для устройства верхних слоев дорожных одежд во всех климатических зонах. Сущность изобретения заключается в том, что асфатобетонная смесь, содержащая в качестве минерального материала породу основного характера (известняковый щебень фракции 5 - 20 мм), песок фракции до 5 мм, минеральный порошок и в качестве связующего битум, дополнительно содержит в качестве пластифицирующего и структурирующего компонента масляный раствор синтетического высокомолекулярного полибутадиенового каучука модифицированного (СВБ-М), а также вводится за счет уменьшения содержания минерального порошка шлам химводоочистки ТЭЦ при следующем соотношении компонентов, мас.%: нефтяной вязкий битум 5 - 6,5, масляный раствор синтетического высокомолекулярного полибутадиенового каучука модифицированного (СВБ-М) 0,15 - 0,30, шлам химводоочистки ТЭЦ 2 - 4, известняковый щебень фр. 5 - 20 мм, минеральный порошок 1 - 3, песок фр. до 5 мм остальное. Технический результат - повышение сдвигоустойчивости покрытия и его сопротивления к динамическим нагрузкам. 5 табл.

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано для устройства верхних слоев дорожных одежд во всех климатических зонах.

При строительстве автомобильных дорог широко применяются асфальтобетонные смеси, приготовленные в соответствии с ГОСТ 9128-84.

Известна асфальтобетонная смесь (см. а.с. 1726427), представляющая собой смесь, включающую битум, синтетический каучук (отход бутадиен-стирольного каучука) и минеральный наполнитель (известняковый щебень и песок). Асфальтобетонные смеси, приготовленные с использованием указанных материалов, отличаются повышенной прочностью при сжатии при 20^oC (5.5 - 6.2. МПа) и при 50^oC (2.0 - 2.5 МПа). Однако недостатком этой смеси является несколько завышенное набухание (0.6-0.8%), что не позволяет отнести эти смеси к 1 марке. Для смесей этой марки набухание не должно превышать 0,5%.

Наиболее близкой к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является асфальтобетонная смесь (а.с. 903450, E 01 C 7/18, 1982) включающая: 7.4 - 17.6 мас.% нефтяного битума 0.3 - 1.2 мас.% синтетического каучука 0.3 - 1.2 мас.% ацетального полиуретана минеральный наполнитель - остальное.

Однако, асфальтобетонная смесь указанного состава характеризуется недостаточной прочностью при сжатии при 50^oC (1.61-1.62 МПа), низким значением показателя водонасыщения и большим расходом вяжущего - битума - до 17.6%, что делает смесь нетеплоустойчивой. По ГОСТ 9128-84 водонасыщение для смесей I - III климатических зон не должно быть меньше 1%, а для IV и V зон менее 2.5%, расход вяжущего рекомендуется для плотных горячих смесей в пределах 6 - 7%.

Сущность изобретения заключается в том, что асфальтобетонная смесь, содержащая в качестве минерального материала породу основного характера ( известняковый щебень фракции 5 - 20 мм), песок фракции до 5 мм, минеральный порошок и в качестве связующего битум, дополнительно содержит в качестве пластифицирующего и структурирующего компонента масляный раствор синтетического высокомолекулярного полубутадиенового каучука - модифицированного (СВБ-М), а также вводится за чет уменьшения содержания минерального порошка шлам химводоочистки ТЭЦ, при следующем соотношении компонентов, мас %: нефтяной вязкий битум - 5 - 6,5 масляный раствор синтетического высокомолекулярного полибутадиенового каучука - модифицированного (СВБ-М) - 0.15 - 0.30 шлам химводоочистки ТЭЦ - 2 - 4 известняковый щебень фр. 5 - 20 - 25 - 35 минеральный порошок - 1-3
песок фр. до 5 мм - остальное
Введение добавки СВБ-М в состав нефтяного дорожного битума и дополнительно в состав минерального материала шлама химводоочистки (вместо минерального порошка) усиливает процессы структурообразования асфальтобетона, повышая его водо- и теплоустойчивость. Сопротивление сжатию при 50^oC (Rсж) достигает 2.45 - 2.55 МПа. У асфальтобетона, приготовленного на чистом битуме (смесь 6), этот показатель имеет значение 1.41 МПа. Водонасыщение предлагаемой смеси в пределах нормы (1.15-2.96%), коэффициент водостойкости увеличивается до 0.97 - 0.99, набухание смеси невысокое, в пределах нормы (0,09 - 0.24%).

Положительный эффект применения СВБ-М в сочетании со шламом химводоочистки достигается за счет того, что тонкодисперсный материал шлама с высокоразвитой поверхностью содержит в своем составе активные компоненты основного характера (см. табл. 1), способные вступать во взаимодействие с битумом (материалом кислого характера). Кроме того, шлам благодаря большой адсорбционной способности адсорбировать масла, адсорбирует излишек их из масляного раствора СВБ-М и битума, образуя в поверхностном слое минеральный материал/ вяжущее прочную пленку вяжущего, структурированную полимерной добавкой СВБ-М. Сочетание этих свойств шлама химводоочистки и масляного раствора СВБ-М определяет их роль в процессах структурообразования асфальтобетона.

Анализ известных технических решений показал, что применение в составе асфатольтобетонных смесей некоторых растворов полимерных добавок на основе каучуков известно. Однако их применение не обеспечивает асфальтобетону такие свойства, которые он проявляет в заявленном решении в сочетании со шламом химводоочистки ТЭЦ, а именно повышение водо- и теплостойкости и, как следствие, повышение сдвигоустойчивости асфальтобетонных покрытий и их сопротивление к воздействию динамических нагрузок. Таким образом, данный состав компонентов придает асфальтобетонным смесям новые свойства.

Характеристика исходных материалов
1. Шлам водоочистки ТЭЦ выбран в качестве тонкодисперсного наполнителя в соответствии с задачами, поставленными в данном изобретении. Отобран шлам на узле химводоочистки ТЭЦ-2 г. Ростова-на-Дону. Образуется шлам при умягчении речной воды гашеной известью и содой. Содержащиеся в воде гидрокарбонаты кальция и магния при этом переходят в нерастворимый осадок, состоящий в основном из карбоната кальция и гидроксида магния. В сутки в отвалы выбрасывается до 15 т такого шлама.

Химический состав шлама приведен в табл.1, зерновой состав в табл.2.

Высушенный и растертый шлам представляет собой тонкодисперсную пыль желтого цвета с удельной поверхностью 7800 см²/г (что обеспечивает большую адсорбционную способность) и с остатком на сите N 0.071 - 9.3%. Насыпная плотность шлама 0.76 г/см³, истинная 2.61 г/см³.

Используемый шлам, являясь отходом химводоочистки ТЭЦ-2, обладает такими свойствами, как стабильность свойств и состава, что связано со стабильным составом солей речной воды (воды из реки Дон). Каких-либо технических условий на используемый в заявке шлам не имеется. Многократные определения усредненных проб шлама, отобранных в отвалах ТЭЦ-2 в течение 1996 года и начала 1997 (январь - февраль месяцы), подтвердили стабильность приведенного химического состава (табл.1) и физико-механических показателей.

2. Синтетический высокомолекулярный полибутадиеновый каучук, модифицированный СВБ-М марки 1 по ту 38.303-02-81-95.

СБВ-М представляет собой полибутадиен с преимущественным содержанием винильных звеньев. Продукт получается путем полимеризации бутадиена в растворе под действием катализаторов смешанного типа с последующим выделением каучука из раствора и его модернизации различными маслами (индустриальными, минеральными и другими).

В работе использовался масляный раствор полибутадиенового каучука, содержащего 30 - 80% винильных звеньев с вязкостью по Муни не менее 25 у.е. с концентрацией каучука 10 - 50 мас.% Предложенная добавка СВБ-М в состав вязкого нефтяного битума усиливает процессы структурообразования битумного вяжущего, повышая механические характеристики, в частности растяжимость при 0^oC и 25^oC, понижая температуру хрупкости вяжущего, увеличивает интервал его пластичности, обеспечивая хорошую перемешиваемость асфальтобетонной смеси при приготовлении и укладке.

3. Известняковый щебень фракции 5 - 20 мм.

В качестве известнякового щебня использован известняк месторождения "Каменка" Ростовской области. В табл.2 - 3 приведен химический и зерновой состав щебня.

4. Песок
В качестве песка использовался отсев дробления известкового щебня фракции до 5 мм. Зерновой состав фракции представлен в табл.3.

5. Вяжущее
В качестве вяжущего использовался битум нефтяной дорожный БНД 60/90. В табл.4 представлены его физико-механические показатели.

По физико-механическим показателям исходный битум удовлетворяет требованиям ГОСТ 22245-90 к битумам нефтяным дорожным марки 60/90.

Пример. Для экспериментальной проверки заявляемого состава были подготовлены 5 вариантов составов смесей ингредиентов. В качестве материала использовались вышеописанные материалы.

Образцы изготавливались следующим образом: в предварительно нагретые материалы - известняковый щебень, песок, минеральный порошок и шлам химводоочистки ТЭЦ вводился битум БНД 60/90 с добавкой СВБ-М (масляного раствора синтетического высокомолекулярного полибутадиена модифицированного). Смесь перемешивалась в лабораторной мешалке 4 мин при температуре 140 - 150^oC до образования однородной смеси. Затем из нее готовились образцы под давлением 40 МПА диаметром 70.1 см. Результаты сравнительных испытаний сведены в табл. 5.

Из табл.5 следует, что асфальтобетонная смесь предлагаемого состава обладает значительно более высоким показателем R 50 = 2.49 МПа, у прототипа этот показатель составляет всего 1.61 МПа, коэффициент водостойкости повысился до 0.97 - 0.99, у прототипа - 0.90 - 0.94, достигнуты нормативные значения по водонасыщению и набуханию - соответственно 1.15 - 2.96% и 0.09 - 0.24%
К числу преимуществ смеси следует отнести и экономию дефицитного вяжущего материала - битума. У прототипа на приготовление смеси расходуется 7.4 - 17.6 мас.%, предлагаемая смесь требует 5 - 6.5%п

Формула изобретения

Асфальтобетонная смесь, включающая в качестве минерального материала известняковый щебень фракции 5 - 20 мм, песок фракции до 5 мм, минеральный порошок, в качестве связующего вязкий битум, отличающаяся тем, что она содержит дополнительно в качестве структурирующего компонента шлам химводоочистки ТЭЦ, а в качестве пластифицирующей и структурирующей добавки СВБ-М - масляный раствор синтетического высокомолекулярного полибутадиенового каучука модифицированного при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нефтяной вязкий битум - 5 - 6,5
Масляный раствор синтетического высокомолекулярного полибутадиенового каучука модифицированного СВБ-М - 0,15 - 0,30
Шлам химводоочистки ТЭЦ - 2 - 4
Известняковый щебень фракции 5 - 20 мм - 25 - 35
Минеральный порошок - 1 - 3
Песок фракции до 5 мм - Остальноет

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2