Плотная литая эмульсионно-минеральная смесь

Изобретение относится к строительству и ремонту автомобильных дорог и может быть использовано для устройства поверхностной обработки дорожных одежд. Технический результат: повышение сцепления вяжущего с минеральными материалами кислых и основных пород, прочностных характеристик (R

сж20), коэффициента водостойкости, расширение интервала времени распада эмульсии. Плотная литая эмульсионно-минеральная смесь содержит минеральный материал и катионную битумную эмульсию, включающую битум, катионный эмульгатор, соляную кислоту, хлорид кальция, воду, причем эмульсионно-минеральная смесь содержит указанные компоненты в следующем соотношении, масс.%: минеральный материал - 83,5-87,5, катионная битумная эмульсия 11,5-14,5; минеральный материал дополнительно содержит цемент марки 400 - 1,0-2,0, а катионная битумная эмульсия - стабилизирующую добавку – неонол АФ 9-8, адгезионную добавку КАДЭМ-ВТ, причем используют битум БНД 60/90, а в качестве катионного эмульгатора - катионный реагент “БИЭМ” при следующем соотношении компонентов, масс.%: битум БНД 60/90 - 59,0-65,0; катионный эмульгатор “БИЭМ” - 0,7-0,9; поверхностно-активная добавка КАДЭМ-ВТ - 0,15-0,25; хлорид кальция - 0,07-0,13; соляная кислота - 0,35-0,60; неонол (оксиэтилированный фенолоспирт) - 0,65-0,80; вода остальное. 4 табл.

 

Изобретение относится к строительству и ремонту автомобильных дорог и может быть использовано для устройства поверхностной обработки дорожных одежд.

Верхние слои покрытия должны обеспечивать высокие эксплуатационные качества: необходимую шероховатость и ровность, защищать конструктивные нижележащие слои дорожных одежд от доступа атмосферной влаги, от старения, обеспечивать водонепроницаемость, что является непременным условием долговечности автомобильных дорог.

Одним из компонентов используемых различных органоминеральных смесей являются вязкие дорожные битумы, удовлетворяющие требованиям (см. ГОСТ 22245-90). Однако зачастую используемые в дорожном строительстве битумы не удовлетворяют необходимым требованиям, что особенно относится к таким показателям вяжущего, как устойчивость при повышенных и низких температурах, адгезионным свойствам и т.п. В этих целях в последнее время широко используют битумы, модифицированные различными добавками органического и неорганического происхождения, что значительно расширяет возможности применения в частности эмульсионно-минеральных смесей (ЭМС) в тонкослойных слоях дорожных покрытий при защите от неблагоприятных климатических и эксплуатационных воздействий.

Наиболее близкой к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является эмульсионно-минеральная смесь литой консистенции (см. Пособие по приготовлению и применению битумных эмульсий к СНиП 3.06.03-85, с.40-44), включающая, масс.%:

Битумная катионная эмульсия 13,60-15,45

Минеральный наполнитель 84,55-86,40

Оптимальное количество битума в ЭМС подбирается в соответствии с ГОСТ 12801-98. Для плотной щебенистой литой ЭМС это количество составляет 7,5-8,5%. Оптимальное количество эмульсии берется в соответствии с пособием к СНиП 3.06.03-85.

Недостатком указанной литой ЭМС является низкий предел прочности при сжатии, при 20°С и коэффициент водостойкости, особенно при длительном водонасыщении. Также недостаточное время распада эмульсии в смеси (оно составляет от 40 с до 2 мин), что в целом ряде случаев является недостаточным по условиям технологии производства работ.

Сущность изобретения заключается в том, что плотная литая эмульсионно-минеральная смесь, содержащая минеральный материал и катионную битумную эмульсию, включающую битум, катионный эмульгатор, соляную кислоту, хлорид кальция, воду, при этом литая ЭМС содержит в соотношении масс.%: минеральный материал 83,5-87,5, битумную эмульсию 11,5-14,5; дополнительно содержит цемент марки 400 1,0-2,0, а битумная эмульсия дополнительно содержит поверхностно-активную добавку КАДЭМ-ВТ и неонол (оксиэтилированный фенолоспирт), причем используют битум БНД 60/90, а в качестве катионного эмульгатора - катионный реагент для дорожного строительства “БИЭМ” при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Битум БНД 60/90 59,0-65,0

Катионный эмульгатор “БИЭМ” 0,7-0,9

Поверхностно-активная добавка КАДЭМ-ВТ 0,15-0,25

Хлорид кальция 0,07-0,13

Соляная кислота 0,35-0,60

Неонол (оксиэтилированный фенолоспирт) 0,65-0,80

Вода Остальное

Использование цемента в составе минеральной части литой эмульсионно-минеральной смене позволяет улучшить консистенцию смеси и показатель “предел прочности при сжатии при 20°С”.

В качестве стабилизаторов эмульсии использовались наиболее часто употребляемый в этих целях хлорид кальция и дополнительно вводимый водорастворимый полимер неонол (оксиэтилированный фенолоспирт).

Введение неонола в битумную эмульсию в сочетании с хлоридом кальция и катионным реагентом “БИЭМ” позволяет направленно регулировать в широких пределах некоторые эксплуатационные свойства дорожных битумных эмульсий, таких как однородность, вязкость, устойчивость к расслоению и, главным образом, скорость распада эмульсии на поверхности минеральных материалов, создает возможность получать необходимый класс эмульсий в данном случае, для получения литой плотной ЭМС - класс ЭБК-3, способствует загущению битумных эмульсий, что необходимо при проведении ряда дорожных работ.

Поверхностно-активная добавка КАДЭМ-ВТ способствует лучшему сцеплению вяжущего битумной эмульсии с минеральным материалом литой ЭМС, что позволяет улучшить коэффициент водостойкости, повышая трещиностойкость, водо- и коррозионную устойчивость смеси.

Катионная битумная эмульсия готовилась с использованием ПАВ-КАДЭМ-ВТ катионного реагента “БИЭМ”, применяемого в дорожном строительстве в качестве катионного эмульгатора, соляной кислоты и двух стабилизирующих добавок - хлорида кальция и неонола.

Анализ известных технических решений показал, что применение в составе плотных ЭМС и асфальтобетонных смесей цемента, адгезионных и стабилизирующих добавок в сочетании с поверхностно-активными реагентами известны. Однако их применение в смесях не обеспечивает такие свойства, которые они проявляют в заявляемом решении, а именно получение медленнораспадающейся эмульсии класс ЭБК-3, позволяющей готовить с ее использованием литые плотные эмульсионно-минеральные смеси со значительным увеличением сцепления вяжущего с минеральными материалами, коэффициента водостойкости, прочностных характеристик смеси и, как следствие, повышение долговечности дорожного покрытия. Таким образом, данный состав компонентов придает литой эмульсионно-минеральной смеси иные 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 использовался дробленый гранитный щебень Павловского карьера Воронежской области фракции 5-10 мм. В таблице 1 приведен зерновой состав этой фракции.

1.2. Отсев дробления.

Использовался отсев дробления от гранитного щебня, фракция 0-5 мм (таблица 1).

1.3. Минеральный порошок.

Минеральный порошок соответствует требованиям ГОСТ 16 557-78 (таблица 1).

2. Битум.

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

3. Неонол (оксиэтилированный моноалкилфенол).

Неонол (оксиэтилированный моноалкилфенол) получен на основе тримеров пропилена (изонила). Использовался в работе неонол АФ 9-8, где 9 - число атомов углерода в алкильном радикале, 8 - усредненное число молей окиси этилена в алкильном радикале. Выпускается неонол 9-8 ОАО НижнеКамскнефтехим в соответствии с ТУ 2483-077-05766801-98. Неонол 9-8 относится к водорастворимым неионогенным поверхностно-активным веществам (НПАВ), имеет температуру застывания от -2 до +2°С, плотность при 20°С -1062±3 кг/м³. Внешний вид неонола 9-8 - прозрачная маслянистая жидкость от бесцветного до желтоватого цвета с рН 7=1=1. Массовая доля присоединенной окиси этилена 61,5±1,5%.

4. Вода.

Вода для приготовления эмульсий использовалась с жесткостью 6 мг-экв/л.

5. Соляная кислота.

Соляная кислота соответствует требованиям ГОСТ 857-88, марка Б.

6. Хлорид кальция.

Хлорид кальция соответствует ГОСТ 450-77.

7. Поверхностно-активная добавка КАДЭМ-ВТ.

Поверхностно-активная добавка КАДЭМ-ВТ удовлетворяет требованиям ТУ 2482-009-04706205-03 производства ОАО НИИПАВ, г. Волгодонск.

Реагент КАДЭМ-ВТ изготавливается из кислот растительного (или) животного происхождения фракции C₁₆-С₂₀ и полиэтиленполиамина.

По органолептическим и физико-химическим показателям реагент КАДЭМ-ВТ удовлетворяет требованиям и нормам, указанным в таблице 3.

8. Катионный эмульгатор.

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

“БИЭМ” является продуктом синтеза соединений, содержащих амины (этилендиамины или полиэтиленполиамины) и жирные кислоты. “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 мл 0,1 НСl на 1 г эмульгатора. Застывает продукт при температуре не выше 40°С, затаривается в стальные бочки.

9. Цемент.

Использовался марки 400.

Пример. Для экспериментальной проверки заявляемого состава были приготовлены 5 вариантов составов плотных литых ЭМС. В качестве минеральных материалов использовались вышеописанные материалы подобранного зернового состава (таблица 4).

Приготовление катионной битумной эмульсии производили в следующем порядке. Добавка КАДЭМ-ВТ вводилась в разогретый до 120-130°С битум и перемешивалась до однородного состояния смеси в течение 5 минут в лабораторной установке для модифицирования битумов. На основе подготовленного таким образом вяжущего (битума с добавкой КАДЭМ-ВТ) приготавливалась катионная битумная эмульсия типа ЭБК-3 (медленнораспадающаяся) путем смешения модифицированного битума с эмульсионно-водным раствором (вода + эмульгатор “БИЭМ” + соляная кислота + неонол + хлористый кальций) и совместного диспергирования при температуре 90-95°С.

Образцы плотной эмульсионно-минеральной смеси изготовлялись следующим образом: равномерно перемешивали взятые в нужном соотношении щебень, отсев щебня фракции 0-5 мм, минеральный порошок и цемент, 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 изготавливали 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 доводили до 30 МПа и выдерживали в течение 3 минут.

Образцы испытывались через 14 суток хранения на воздухе в комнатных условиях при температуре 18-20°С. Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 4.

Из данных таблицы 4 следует, что плотная литая ЭМС предлагаемого состава обеспечивает повышение сцепления вяжущего с минеральными материалами кислых и основных пород, прочностных характеристик смеси (R

cж

20

), коэффициента водостойкости, как при обычных испытаниях, так и при длительном водонасыщении, расширен интервал времени распада эмульсии.

Таблица 1 ЗЕРНОВОЙ СОСТАВ МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ЛИТОЙ ЭМУЛЬСИОННО-МИНЕРАЛЬНОЙ СМЕСИ
	Наименование	Содержание материала,	Размер зерен в мм, мельче
		%	15	10	5	2,5	1,25	0,63	0,315	0,16	0,071
	Исходные материалы
1	Щебень фр. 5-10 мм	100	100	97,42	5,02	1,94	1,40	1,26	1,10	0,93	0,72
2	Отсев дробления фр. 0-5 мм	100	100	100	99,11	68,21	54,68	35,75	23,12	16,45	12,43
3	Минеральный порошок	100	100	100	100	100	100	100	99,2	98,4	82,7
	Зерновой состав смеси
1	Щебень фр. 5-10 мм	50	50	48,71	2,51	0,97	0,7	0,63	0,55	0,47	0,36
2	Отсев дробления фр.0-5 мм	40	40	40	39,64	27,28	21,87	14,3	9,24	6,58	4,97
3	Минеральный порошок	10	10	10	10	10	10	10	9,92	9,84	8,27
	Готовая смесь	100	100	98,71	52,15	38,25	32,57	24,93	19,71	16,89	13,6
	Рекомендации СНиП 3.06.03-85		100	100	47-60	32-45	25-39	19-31	14-26	11-26	10-19

Таблица 2 ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ БИТУМА 60/90
Пенетрация при	Растяжимость, см, при 25°С	Температура,°С	Интервал пластичности,	Прилипаемость
25°С	0°С		размягчения	хрупкости	°С	к песку	к мрамору
72	26	>100	48,0	-18,0	66,0	Не выдерживает
						образец №3	образец №2

Таблица 3 ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАДЭМ-ВТ
НАИМЕНОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ	НОРМА по ТУ	МЕТОД ИСПЫТАНИЙ
1. Внешний вид при 20°С	От жидкого до пастообразного состояния	Визуально
2. Цвет	Коричневый	Визуально
3. Аминное число, мгНСl/ г, не менее	150	По п.3.4. настоящих ТУ
4. Кислотное число мгКОН/ г	0-6	По ГОСТ 18995.1-73
5. Плотность, г/ см3 при 20°С	0,940-0,950	По ГОСТ 33-82
при 50°С	0,935-0,945
6. Вязкость, мм2/ с (ест), при 50°С, не более	600	По ГОСТ 33-82

Таблица 4 СОСТАВЫ ПЛОТНЫХ ЛИТЫХ ЭМС И ИХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
	Состав плотной ЭМС, мас.%	Состав битумной эмульсии, мас.%	Показатели свойств ЭМС
	Мин. материал	Катионная битумная эмульсия	Добавка цемента	Битум БНД 60/90	КА-ДЭМ -ВТ	Катионный эмульгатор БИЭМ	Соляная кислота	ПАВ неонол 9-8	Хлористый кальций	Вода	Водонасыщение, % по объему	Набухание, % по объему	Предел прочности при сжатии, МПа при 20°С	Коэффициент водостойкости	Коэффициент длительной водостойкости	Сцепление с материалами кислых и основных пород	Время распада эмульсии, С
1	88,5	10,0	0,5	66,0	0,30	0,5	0,25	1,00	0,05	31,90	2,9	1,16	1,70	0,81	0,71	хор.	180
2	87,5	11,5	1,0	65,0	0,25	0,7	0,35	0,80	0,07	32,83	3,5	1,60	1,91	0,89	0,83	отл.	175
3	85,5	13,0	1,5	63,0	0,20	0,8	0,50	0,70	0,10	34,70	3,9	1,41	1,95	0,92	0,85	отл.	163
4	83,5	14,5	2,0	59,0	0,15	0,9	0,60	0,65	0,13	38,57	4,3	1,53	2,01	0,87	0,79	отл.	130
5	79,5	17,0	2,5	55,0	0,10	1,0	0,70	0,50	0,15	42,55	4,7	1,79	2,18	0,80	0,75	хор.	115
про	86,40	13,60								Ос
то-	-	-	-	55	-	1,4	0,80		0,20	таль	4,3	1,88	1,25	0,78	0,68	удовл.	61
тип	84,53	15,45								ное

Плотная литая эмульсионно-минеральная смесь, содержащая минеральный материал и катионную битумную эмульсию, включающую битум, катионный эмульгатор, соляную кислоту, хлорид кальция, воду, отличающаяся тем, что эмульсионно-минеральная смесь содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.%: минеральный материал - 83,5-87,5; катионная битумная эмульсия - 11,5-14,5; минеральный материал дополнительно содержит цемент марки 400 - 1,0-2,0, а катионная битумная эмульсия - стабилизирующую добавку - неонол АФ 9-8, адгезионную добавку КАДЭМ-ВТ, причем используют битум БНД 60/90, а в качестве катионного эмульгатора - катионный реагент “БИЭМ” при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Битум БНД 60/90 59,0-65,0

Катионный эмульгатор “БИЭМ” 0,7-0,9

Поверхностно-активная добавка КАДЭМ-ВТ 0,15-0,25

Хлорид кальция 0,07-0,13

Соляная кислота 0,35-0,60

Неонол (оксиэтилированный фенолоспирт) 0,65-0,80

Вода Остальное