Плотная эмульсионно-минеральная смесь

 

Изобретение относится к строительству и ремонту автомобильных дорог и может быть использовано для устройства покрытий на автомобильных дорогах III-IV категорий. Сущность изобретения заключается в том, что плотная эмульсионно-минеральная смесь содержит минеральный материал и медленнораспадающуюся катионную битумную эмульсию, включающую битум, катионный эмульгатор, соляную кислоту, воду, при этом эмульсионно-минеральная смесь содержит в соотношении, мас.%: минеральный материал 85,0-89,0; медленнораспадающаяся катионная битумная эмульсия 11,0-15,0; а медленнораспадающаяся битумная эмульсия дополнительно содержит хлорид кальция, резиновый термоэластопласт РТЭП и фузу (фосфатидный концентрат), причем используют битум БНД 60/90, а в качестве катионного эмульгатора - катионный реагент "БИЭМ" при следующем соотношении компонентов, мас. %: битум БНД 60/90 51-55; катионный эмульгатор "БИЭМ" 0,1-1,45; соляная кислота 0,5-0,7; хлорид кальция 0,1-0,14; резиновый термоэластопласт РТЭП 0,85-1,30; фуза (фосфатидный концентрат) 0,10-1,70; вода - остальное. Технический результат: повышение коэффициента водостойкости смеси и адгезионных свойств вяжущего к минеральным материалам. 4 табл.

Изобретение относится к строительству и ремонту автомобильных дорог и может быть использовано для устройства покрытий на автомобильных дорогах III и IV категорий.

В практику дорожных ремонтно-строительных работ в последнее время прочно внедряются технологии получения битумоминеральных смесей с использованием в качестве вяжущих материалов катионных битумных эмульсий, приготовленных на основе вязких дорожных битумов, удовлетворяющих требованиям (см. ГОСТ 22245. -90).

Известна битумоминеральная смесь (см. а.с. 1217832 А. кл. С 04 В 26/26 // С 04 В 24/12, 1986), включающая битумную катионную эмульсию, аминный стабилизатор и минеральный наполнитель. Битумоминеральные смеси, приготовленные с использованием указанных материалов, отличаются повышенной износостойкостью - истиранием (2,5-5,1% от массы). Однако недостатком этой смеси является несколько ускоренный период формирования (15-60 мин). Особенностью же плотных эмульсионно-минеральных смесей является длительный период формирования, обусловленный высокой плотностью материала, препятствующей испарению воды и формированию слоя.

Наиболее близкой к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является плотная щебеночная эмульсионно-минеральная смесь (см. Пособие по приготовлению и применению битумных дорожных эмульсий, к СНиП 3.06.03-85, с.31-33), включающая, мас.%: Битумная катионная эмульсия (50-55%) - 10,9 - 14,0 Минеральный наполнитель - 86,0 - 89,1 Оптимальное количество битума в эмульсионно-минеральной смеси подбирается в соответствии с ГОСТ 12801-98. Для плотной мелкозернистой смеси это количество составляет 6-7%. Оптимальное количество эмульсии берется в соответствии с пособием к СНиП 3.06.03-85.

Недостатком указанной эмульсионно-минеральной смеси являются ее низкий коэффициент водостойкости, особенно при длительном водонасыщении, и недостаточные адгезионные свойства вяжущего к минеральным материалам.

Сущность изобретения заключается в том, что плотная эмульсионно-минеральная смесь, содержащая минеральный материал и медленнораспадающуюся катионную битумную эмульсию, включающую битум, катионный эмульгатор, соляную кислоту, воду, при этом эмульсионно-минеральная смесь содержит в соотношении, мас.%: минеральный материал 85,0-89,0; медленнораспадающаяся катионная битумная эмульсия 11,0-15,0; а медленнораспадающаяся катионная битумная эмульсия дополнительно содержит хлорид кальция, резиновый термоэластопласт РТЭП и фузу (фосфатидный концентрат), причем используют битум БНД 60/90, а в качестве катионного эмульгатора - катионный реагент "БИЭМ" при следующем соотношении компонентов, мас.%: Битум БНД 60/90 - 51 - 55 Катионный эмульгатор "БИЭМ" - 1,1 - 1,45 Соляная кислота - 0,5 - 0,7 Хлорид кальция - 0,1 - 0,14 Резиновый термоэластопласт - 0,85 - 1,30 Фуза (фосфатидный концентрат) - 1,10 - 1,70
Вода - Остальное
Введение добавки резинового термоэластопласта в состав эмульсионно-минеральной смеси в сочетании с пластифицирующей добавкой фосфатидным концентратом (фузой) повышает ее адгезионные и эластично-пластичные свойства, что позволяет улучшить коэффициент водостойкости, повышая трещиностойкость, водо- и коррозионную устойчивость покрытий дорог. РТЭП выполняет роль полимерной и одновременно армирующей добавки, комплексно воздействующей в сочетании с фосфатидным концентратом на свойства и структуру эмульсионно-минеральной смеси, на формирование в ней полимерно-упрочненной структуры.

Фосфатидный концентрат (фуза) способствует полному растворению резинового термоэластопласта в битуме с образованием однородного менее вязкого вяжущего, обладающего способностью обволакивать при смешении минеральные частицы более полно и более тонким слоем, что обеспечивает повышенную водо- и коррозионную устойчивость. Введение фосфатидного концентрата позволяет получить медленно распадающуюся катионную эмульсию, класса ЭБК-3, необходимую для приготовления плотных эмульсионно-минеральных смесей.

Молекулы фосфатидов состоят из двух частей: гидрофильной "головы", образованной полярными остатками фосфорной кислоты и "гидрофобного" хвоста, образованного длинными алифатическими цепями остатков высших жирных кислот. Обладая высокими поверхностно-активными свойствами, фуза адсорбируется своими полярными концами на поверхности минерального материала, препятствуя проникновению влаги, способствует повышению коэффициента водостойкости. Гидрофобный же "хвост" молекул фузы, обладая хорошей растворимостью в битуме и резиновом термоэластопласте, способствует лучшей пластификации смеси и более гомогенному распределению в вяжущем резинового термоэластопласта (РТЭП). Все вместе взятое обеспечивает повышенную водостойкость смеси и хорошие адгезионные свойства вяжущего.

Катионная битумная эмульсия готовилась с использованием катионного реагента "БИЭМ", применяемого в дорожном строительстве как эмульгатор соляной кислоты и стабилизатора хлорида кальция.

Анализ известных технических решений показал, что применение в составе битумоминеральных и асфальтобетонных смесей полимерных добавок в сочетании с адгезионно-пластифицирующими известны. Однако их применение в смесях не обеспечивает такие свойства, которые они проявляют в заявляемом решении, а именно получение медленнораспадающейся эмульсии со значительным увеличением коэффициента водостойкости, повышая тем самым трещиностойкость, водо- и коррозионную устойчивость эмульсионно-минеральной смеси, а также повышение адгезионных свойств битумной эмульсии и, как следствие, повышение долговечности дорожного покрытия. Таким образом, данный состав компонентов придает битумоминеральной смеси новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
1. Минеральный материал представлен следующим образом:
1.1. Щебень.

В качестве щебня использовалась фракция щебня Апанасовского карьера Ростовской области: 5-20 мм. В таблице 1 приведен зерновой состав этой фракции.

1.2. Песок.

В качестве песка использовался природный песок. Зерновой состав песка приведен в таблице 1.

1.3. Минеральный порошок.

Минеральный порошок, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 16 557-78.

2. Битум.

Использовался битум нефтяной дорожный БНД 60/90. В таблице 2 представлены его физико-механические свойства. По физико-механическим показателям исходный битум удовлетворяет требованиям ГОСТ 22245-90.

3. Резиновый термоэластопласт (РТЭП).

РТЭП представляет собой гранулы черного цвета с характерным запахом резины и геометрическими размерами 3-4 мм. ИК-спектр гранул имеет вид, характерный для резины, наполненной карбонатом кальция. На рентгенограмме просматриваются линии кальция и серы. В целом РТЭП соответствует требованиям ТУ 38-105590-85 и может быть идентифицирован как резиновая крошка из вулканизированных отходов, наполненная карбонатом кальция и серы.

Согласно протоколу лабораторных испытаний 454 от 09.06.99 Испытательного лабораторного центра Госсанэпидемнадзора в Новороссийском бассейне на транспорте, исследованная проба "резиновый термоэластопласт" (РТЭП) не содержит ядовитых и радиоактивных веществ.

4. Фуза (фосфатидный концентрат).

Отход масложирового комбината г. Лабинска, Краснодарского края. Фуза является подсолнечным концентратом. В таблице 3 приведен компонентный состав усредненных проб отхода и некоторые их характеристики.

5. Катионный эмульгатор.

Использовался катионный реагент для дорожного строительства "БИЭМ" производства "Дон-Технохим", г. Волгодонск. Технические условия ТУ 2482-008-24157290-99.

"БИЭМ" является сложным полиамином. Синтезируется он при реакции жирных кислот с этилендиамином и полиэтиленполиаминами.

"БИЭМ" представляет собой вязкую жидкость или аморфную массу от светло до темно-коричневого цвета с кислотным числом не более 25 мг КОН/г и основностью не менее 25 мм 0,1 HCl на 1 г эмульгатора. Застывает продукт при температуре не выше 40^oС. Затаривается в стальные бочки.

6. Кислота соляная.

Кислота соляная синтетическая техническая, ГОСТ 857-95.

7. Вода.

Вода для приготовления эмульсий имела жесткость 6 мг-экв.

8. Хлорид кальция.

Использовался марки: технически чистый (ТЧ).

Пример. Для экспериментальной проверки заявляемого состава были приготовлены 5 вариантов составов плотных эмульсионно-минеральных смесей. В качестве минеральных материалов использовались вышеописанные материалы подобранного зернового состава (таблица 1).

Приготовление катионной битумной эмульсии производили в следующем порядке. Добавки РТЭП и фосфатидного концентрата вводились в разогретый до 125-130^oС битум и перемешивались до однородного состояния смеси в течение 10 минут в лабораторной установке для модифицирования битумов. На основе подготовленного таким способом вяжущего (битума с добавками РТЭП и фосфатидного концентрата) приготавливалась катионная битумная эмульсия типа ЭБК-3 (медленнораспадающаяся) путем смешения модифицированного битума с эмульсионно-водным раствором (вода + катионный эмульгатор "БИЭМ" + соляная кислота + хлористый кальций) и совместного диспергирования.

Образцы плотной эмульсионно-минеральной смеси изготовлялись следующим образом: равномерно перемешивали взятые в нужном соотношении щебень, песок и минеральный порошок, увлажняли и снова перемешивали, затем добавляли расчетное количество эмульсии и перемешивали до получения однородной массы.

Для приготовления смеси использовалась лабораторная мешалка. Приготовление смеси осуществлялось при комнатной температуре.

Из каждой смеси на гидравлическом прессе изготавливают по 12 образцов. Формы отличаются от аналогичных форм для изготовления образцов из горячих смесей диаметром 70 мм, несколько большим зазором между полым цилиндром и вкладышем для обеспечения оттока воды при формовании образца. Нагрузку на образец постепенно доводят до 30 МПа и выдерживают в течение 3 минут.

Образцы испытывают через 14 суток хранения на воздухе в комнатных условиях при температуре 18-20^oС. Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 4.

Из данных таблицы 4 следует, что плотная эмульсионно-минеральная смесь предлагаемого состава обеспечивает повышение коэффициента водостойкости как при обычных испытаниях, так и при длительном водонасыщении, а также отличается повышенным сцеплением вяжущего с минеральным материалом (сцепление с минеральными материалами кислых пород оценено на "отлично").

Формула изобретения

Плотная эмульсионно-минеральная смесь, содержащая минеральный материал и медленнораспадающуюся катионную битумную эмульсию, включающую битум, катионный эмульгатор, соляную кислоту, воду, отличающаяся тем, что эмульсионно-минеральная смесь содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас. %: минеральный материал 85,0-89,0; медленнораспадающаяся катионная битумная эмульсия 11,0-15,0; а медленнораспадающаяся катионная битумная эмульсия дополнительно содержит хлорид кальция, резиновый термоэластопласт РТЭП и фузу (фосфатидный концентрат), причем используют битум БНД 60/90, а в качестве катионного эмульгатора - катионный реагент "БИЭМ" при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Битум БНД 60/90 - 51-55
Катионный реагент "БИЭМ" - 1,1-1,45
Соляная кислота - 0,5-0,7
Хлорид кальция - 0,1-0,14
Резиновый термоэластопласт РТЭП - 0,85-1,30
Фуза (фосфатидный концентрат) - 1,10-1,70
Вода - Остальноет

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3