Вяжущее для ремонта влажного дорожного покрытия

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, применяемым преимущественно для приготовления холодных складируемых асфальтобетонных смесей, используемых для ремонта дорог в условиях осени и ранней весны, когда дорожные покрытия интенсивно деформируются, а ремонт с применением горячих асфальтобетонных смесей неэффективен. Технический результат: расширение перечня ПАВ, используемых для приготовления холодных асфальтобетонных смесей, применяемых для ремонта дорог с мокрым покрытием, упрощение технологии приготовления вяжущего, повышение его адгезии к минеральным материалам карбонатных пород и снижение его токсичности. Вяжущее для ремонта влажного дорожного покрытия, включающее жидкий битум и ПАВ, содержит в качестве ПАВ анионное поверхностно-активное вещество - "карбоксипав", содержащее, мас.%: карбоксиметилированные алкилфенолы 70 - 80, оксиэтилированные алкилфенолы 9-18, хлористый натрий не более 7,5, вода не более 5,5, при следующем соотношении компонентов в вяжущем, мас.%: "карбоксипав" - 1,0-1,5, битум жидкий - остальное. 1 н.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, применяемым преимущественно для приготовления холодных складируемых асфальтобетонных смесей, используемых для ремонта дорог в условиях осени и ранней весны, когда дорожные покрытия интенсивно деформируются, а ремонт с применением горячих асфальтобетонных смесей неэффективен.

Стандартные холодные асфальтобетонные смеси по ГОСТ 9128-97 имеют недостатки, сдерживающие их применение. К ним можно отнести то, что смеси приготавливают при температуре 80-100°С, поэтому до подачи их на склад на хранение должны быть выполнены мероприятия, предотвращающие их слеживаемость, что существенно усложняет работу, а также то, что они неудовлетворительно «приживаются» к влажному ремонтируемому покрытию.

Известен состав (см. Попченко С.Н. Холодная асфальтовая гидроизоляция. - Л.: Стройиздат, 1977, с.43) битумно-латексной мастики, состоящей из битума, солярового масла и синтетического латекса с соотношением компонентов 83:13,5:3,5.

Известен также состав (см. Патент РФ № 2052476), включающий, мас.%: битум 65-84, нефтяной остаток установок по подготовке нефти на месте добычи 16-35. Нефтяной остаток содержит, мас.%: органическую часть, выкипающую до 200°С, 30, минеральный порошок глиноземисто-карбонатного происхождения 19 и воду 51.

Известно вяжущее для дорожного строительства, в том числе для приготовления холодных асфальтобетонных смесей (см. Патент РФ № 2148063), содержащее, мас.%: масляный раствор синтетического полибутадиенового каучука СВБ-М 1,0-2,5, триэтаноламин (ТЭА) 1,0-3,0, нефтяной гудрон 22,0-28,0, дорожный вязкий битум - остальное.

Из указанного выше состава можно получить битум с вязкостью более низкой, чем исходный битум, но относящийся к маркам вязких битумов (БНД 130/200 и др.). Жидкий битум, например, марки СГ 40/70, требуемый для приготовления холодного асфальтобетона, этим способом получить сложно, т.к. разжижитель, в данном случае нефтяной гудрон, обладает, как правило, условной вязкостью, превышающей 40 с.

Известна битумная композиция (см. Заявка Франции № 2606801), которая содержит, мас.%: битум 50-60, смесь тяжелых и легких ароматических масел из нефти 5-15, хлоргидрат алифатического полиамида 1-2 и воду 23-44. К положительным ее свойствам можно отнести то, что она способна обеспечить в холодном виде (без нагрева) прочную связь между частицами асфальтобетона.

Между тем наличие воды в битумной композиции является существенным недостатком в случае использования ее для приготовления холодных асфальтобетонных смесей для заделки выбоин на дорогах. Смеси, содержащие воду, требуют после укладки определенное время для удаления воды и формирования материала, поэтому открывать движение транспорта сразу же после ремонта нельзя.

Известна асфальтобетонная смесь холодной укладки «матрекс» канадского производства, предназначенная для ремонта дорожных покрытий в зимних условиях. Она содержит минеральную составляющую, состоящую из, мас.%: щебня крупнее 2 мм 90,6; песка 7,9 и наполнителя 1,5 и вяжущее, которое содержит 97,2% битума и 2,8% добавки. Содержание вяжущего в смеси 5,7 мас.%. Природу добавки в битум изготовитель не раскрывает. Это, очевидно, его ноу-хау. Но экспериментально установлено, что она не является ПАВ и битум с этой добавкой имеет плохое сцепление с мокрой поверхностью минеральных материалов как кислых, так и основных пород.

Начиная с 2003 года, в Ростове-на-Дону использовались 2 разновидности «матрекса»: одна - приготовленная непосредственно в Канаде и другая - приготовленная в Таганроге с применением вяжущего, полученного из Канады, и местных минеральных материалов. Примерные стоимости материалов, привезенных из Канады, «матрекса» 500, а битумной композиции 200 дол. США.

Качество «матрекса», приготовленного в Таганроге, было низким: он смерзался в комья и плохо укладывался при отрицательных температурах, а при оттаивании выдавливался колесами транспортных средств из выбоин. Его прочностные показатели также низкие - предел прочности при сжатии при температуре 20°С не превышал 0,1 МПа. По виду его скорее можно отнести к черному щебню, чем к асфальтобетонам.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению по технической сущности является битумная композиция для ремонта влажного асфальтобетонного покрытия (см. патент РФ № 2152963, МПК С 08 L 95/00, С 04 В 26/26, Е 01 С 23/06 Битумная композиция для ремонта влажного асфальтобетонного покрытия. Шейхет И.М. и др.), содержащая, мас.%: катионное поверхностно-активное вещество 1,5-3,0; ускоритель формирования композиции 1,0-2,0; жидкий (разжиженный) битум -остальное.

Недостатками данной композиции является следующее.

1. Она содержит две химические добавки, что, с одной стороны, усложняет ее приготовление, а с другой, существенно удорожает композицию, принимая во внимание высокую стоимость добавок. Например, стоимость катионного реагента «БИЭМ» равна около 60000 руб. за 1т.

2. Основная добавка представляет собой катионное ПАВ, которое по своей природе хорошо взаимодействует с минеральными материалами кислых пород и хуже с минеральными материалами основных пород. Между тем во многих регионах России, например в Ростовской области, в дорожном строительстве превалируют карбонатные минеральные материалы.

3. К классу катионных веществ относятся, как правило, соли высших алифатических аминов, аммониевые основания и т.п. По общетоксическому действию эти вещества являются умеренно опасными - относятся к 111 классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76, а кубовые амины - к 11 классу опасности. Имели место случаи отказа отдельных дорожностроительных организаций от использования этих веществ.

Задачей заявляемого изобретения является расширение перечня ПАВ, используемых для приготовления холодных асфальтобетонных смесей, применяемых для ремонта дорог с мокрым покрытием, упрощение технологии приготовления вяжущего, повышение его адгезии к минеральным материалам карбонатных пород и снижение его токсичности.

Задача может быть решена за счет применения вяжущего, содержащего, мас.%: жидкий (разжиженный) битум 98,5-99,0 и поверхностно-активное вещество "карбоксипав" 1,0-1,5.

Жидкий битум должен быть марки СГ 40/70 по ГОСТ 11955-82 с условной вязкостью, близкой к нижнему пределу (40 с).

Сущность изобретения заключается в том, что вяжущее для ремонта влажного дорожного покрытия, включающее жидкий битум и ПАВ, при этом в качестве ПАВ используют анионное поверхностно-активное вещество - "карбоксипав", содержит, мас.%:

карбоксиметилированные алкилфенолы	70-80
оксиэтилированные алкилфенолы	9-18
хлористый натрий	не более 7,5
вода	не более 5,5

при следующем соотношении компонентов в вяжущем, мас.%:

"карбоксипав"	1,0-1,5
битум жидкий	остальное

"Карбоксипав" - это композиция, включающая 90% криптоанионные и неионогенные ПАВ. Он не токсичен - используется в качестве одного из основных моющих компонентов в пеномоющих препаратах широкого назначения. Поставляется в полиэтиленовых и металлических бочках по сравнительно невысокой цене - около 30000 руб. за 1 т. По внешнему виду это паста светло-желтого цвета. Содержит, мас.%: карбоксиметилированных алкилфенолов 70-80; оксиэтилированных алкилфенолов 9-18; хлористого натрия не более 7,5; воды не более 5,5 (см. табл.1.)

Проведено испытание вяжущего, содержащего "карбоксипав", на «активное» сцепление с минеральным материалом карбонатных пород по ГОСТ 11508-74, методу Б. Методика испытания отличалась от стандартной лишь тем, что вместо мрамора в опытах был использован известняковый минеральный материал, широко применяемый в практике строительства и ремонта дорог в Ростовской области. Сущность метода заключается в определении способности вяжущего сцепляться с поверхностью минерального материала в присутствии воды.

Результаты испытания показали, что в случае содержания вяжущим 1 мас.% "карбоксипава", имеет место практически полное (на 98-100%) покрытие поверхности минерального материала вяжущим. При уменьшении количества "карбоксипава" (менее 1%) покрытие минерального материала соответственно уменьшается. Эксперимент с «чистым» битумом - с битумом, не содержащим ПАВ, показал полное отсутствие вяжущего на поверхности минерального материала. Его покрытие вяжущим оказалось нулевым. Вяжущее, содержащее "карбоксипав", приобрело способность адсорбироваться сквозь гидратную оболочку, образованную на поверхности карбонатных минеральных материалов, и вытеснять ее.

Как и следовало ожидать, учитывая анионактивную природу "карбоксипава", опыты на «активное» сцепление вяжущего с минеральными материалами кислых пород: щебнем из песчаника и дробленым гравием показали полное отсутствие вяжущего на поверхности материалов (нулевое покрытие).

Результаты испытания вяжущего, содержащего разжиженный битум марки СГ 40/70 и "карбоксипав", показали возможность применения его для приготовления холодных асфальтобетонных смесей на минеральных материалах основных пород с целью использования для ремонта влажных дорожных покрытий. Исходя из результатов экспериментов пределами содержания "карбоксипава" в вяжущем может быть принято 1,0-1,5 мас.%.

Вяжущее готовят следующим образом. Жидкий (разжиженный) битум с условной вязкостью по стандартному вискозиметру, близкой к 40 с, нагревают в битумном котле до 80-90°С, затем добавляют требуемое количество "карбоксипава" и перемешивают циркуляцией битумным насосом или другим способом до полного растворения и смешения добавки с битумом. Приготовленное вяжущее соответствует требованиям ГОСТ 11955-82, результаты испытаний приведены в табл.2. Готовое вяжущее можно хранить в закрытых емкостях в течение 3 месяцев.

Холодную асфальтобетонную смесь готовят следующим способом. Минеральные материалы (основных пород) фракции 0-10 мм в количестве 95-97 мас.% без предварительной сушки и нагрева подают в мешалку принудительного действия и перемешивают в течение 20-30 с, после чего в мешалку вводят нагретое до 60-65°С вяжущее в количестве 3-5 мас.% и продолжают перемешивать в течение 60-80 с до получения равномерного обволакивания вяжущим минеральных частиц. Нижний предел количества вводимого вяжущего (3%) относится к минеральному материалу с зерновым составом, не содержащим частиц мельче 0,63 мм. Влажность минерального материала не должна превышать 4 мас.%.

В случае использования для приготовления смеси асфальтосмесительной установки сушильный агрегат не включают. Его включают лишь в том случае, если влажность минерального материала выше 4 мас.% для его подсушки.

Готовую холодную асфальтобетонную смесь можно хранить в штабелях, укрытых полиэтиленовой пленкой, до 3, а в полиэтиленовых мешках до 7 месяцев.

Холодные асфальтобетонные смеси предназначены для заделки выбоин на дорожных покрытиях в условиях мокрой погоды осенью и ранней весной при положительных температурах воздуха. Подготовку ремонтируемого места ведут в следующем порядке:

- выбоину обрубают по контуру, захватывая на 3-5 см неповрежденную часть покрытия, стенки выбоины должны быть вертикальными;

- вырубленный старый асфальтобетон удаляют, выбоину очищают от грязи и мусора, удаляют свободную воду (лужи), сушку выбоины не производят;

- дно и стенки выбоины обрабатывают заявленным вяжущим по норме 0,3-0,5 л/кв. м;

- подготовленную выбоину заполняют холодной асфальтобетонной смесью, которую укладывают и разравнивают с учетом коэффициента запаса на уплотнение, равным 1,5;

- при заделке небольших выбоин смесь уплотняют электро- или пневмотрамбовками, а при заделке больших выбоин - катками массой 10 т и более. Окончательное доуплотнение производится колесами транспортных средств.

Поверхность отремонтированного места до открытия движения следует присыпать тонким слоем дробленого песка. На отремонтированных в условиях мокрой погоды местах желательно в дальнейшем в летнее время произвести поверхностную обработку.

Отличием предлагаемого изобретения от ближайшего аналога является то, что в жидкий битум вводят 1,0-1,5 мас.% "карбоксипава", включающего 90% криптоанионные и неионогенные ПАВ.

Введение в жидкий битум предлагаемого вещества обеспечивает хорошую адгезию вяжущего с влажным минеральным материалом основных и карбонатных пород в составе холодной асфальтобетонной смеси. Этим также обеспечивается сцепление указанной смеси с влажной ремонтируемой поверхностью.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

При отсутствии жидкого битума требуемой марки (СГ 40/70 по ГОСТ 11955-82) его можно приготовить разжижением вязких дорожных битумов марок БНД 40/60 или БНД 60/90 по ГОСТ 22245-90, используя в качестве разжижителя зимнее дизельное топливо или керосин для технических целей. Операцию по разжижению совмещают с операцией по внесению в битум ПАВ.

Соотношение битума и разжижителя устанавливают предварительно в лаборатории. Например, для приготовления жидкого битума нужной вязкости из вязкого битума марки БНД 60/90 потребовалось добавить в него 20% керосина для технических нужд.

Перед разжижением вязкий битум нагревали до температуры 90-95°С, разжижитель вводили в него без нагрева.

Полученное вяжущее было использовано для приготовления холодной асфальтобетонной смеси. В качестве ее минеральной составляющей были применены отходы дробления карбонатных горных пород - известняков. По зерновому составу минеральная составляющая соответствовала требованиям ГОСТ 9128-97 к холодным асфальтобетонным смесям типа Бх марка II. Ее влажность составляла 2,6 мас.%.

Содержание количества вяжущего в смеси устанавливали в процессе ее приготовления по визуальным признакам: смесь должна быть блестящей и характеризоваться равномерным распределением ее компонентов и полным обволакиванием поверхности минеральных частиц вяжущим. Вместе с тем в смеси не должно быть сгустков вяжущего. Этим требованиям отвечало количество вяжущего, равное 4,5 мас.%.

Физико-механические свойства приготовленного асфальтобетона следующие (см. табл.3.). Предел прочности при сжатии, при температуре 20°С, МПа:

до прогрева:

- сухих - 1,2

- водонасыщенных - 0,84

- после длительного водонасыщения - 0,65

после прогрева:

- сухих - 1,5

- водонасыщенных - 1,25

- после длительного водонасыщения - 0,92

Остаточная пористость - 7,2%;

Пористость минеральной части - 15%;

Водонасыщение - 6,4%;

Слеживаемость смеси, число ударов - 0;

Однородность по коэффициенту вариации водонасыщения - 0,14.

Таким образом, холодный асфальтобетон отвечает нормативным требованиям.

Предлагаемое вяжущее может быть использовано весной и осенью при ремонте влажного дорожного покрытия, при этом его сушка не требуется.

Осуществление заявленного изобретения обеспечивает достижение его основных целей:

1. Увеличивается возможность ремонта дорог в периоды года, когда они более всего подвержены деформированию, за счет вовлечения в производство более широкого круга материалов, в том числе химических добавок.

2. В сравнении с наиболее близким аналогом упрощается процесс приготовления вяжущего: вместо 2 химических добавок в битум, здесь используется одна, при этом она в 2-3 раза меньше по массе и около 2 раз меньше по цене, что существенно влияет на стоимостные показатели.

3. По общетоксическому действию "карбоксипав" менее опасен, чем катионактивные добавки, применяемые по аналогу и, как правило, содержащие амины или их производные.

Характеристика "карбоксипава"
Табл.1.
1	Внешний вид, цвет	Паста светло-желтого цвета
2	Массовая доля карбоксиметилированных алкилфенолов, %	70-80
3	Массовая доля оксиэтилированных алкилфенолов, %	9-18
4	Массовая доля хлористого натрия, %, не более	7,5
5	Массовая доля воды, %, не более	5,5

Составы и физико-механические показатели вяжущего
Табл.2.
№ п/п	Составы вяжущего	Наименование показателя
	Условная вязкость по вискозиметру с отверстием 5 мм при 60°С, с	Количество испарившегося разжижителя, %	Температура размягчения после определения количества испарившегося разжижителя, °С	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °С	Испытание на сцепление, (номер контрольного образца)
"Карбоксипав", %	Битум, %	Ускоритель, %	Катионное ПАВ, %
1	0,75	99,25	-	-	45	11,2	38	54	№2
2	1,0	99,0	-	-	45	11,4	38	55	№1
3	1,25	98,75	-	-	45	11,4	38	55	№1
4	1,5	98,5	-	-	45	11,5	38	55	№1
5	1,75	98,25	-	-	45	11,5	37	56	№1
Пр ото тип	-	97,0	1	2	40	12,2	39	58	№2

Составы и физико-механические показатели асфальтобетонных смесей.
Табл.3.
№ п/ п	Составы материала для ремонта влажных дорожных покрытий	Физико-механические показатели
		Предел прочности при сжатии при температуре 20°С, МПа	Водонасыщение, %	Остаточная пористость, %	Пористость мин. части, %	Одно родность	Слеживае мость
	До прогрева	После прогрева
"Карбоксипав", % (в битуме)	Битум,% (всмеси мин. мат)	Уско ритель, %	Катио нное ПАВ, %	Мин. часть %	сухих	водонасыщ.	после длит. водонасыщ.	сухих	водонасыщ.	после длит. водонасыщ.
1	0,75	4,5	-	-	95,5	0,8	0,7	0,4	1,3	0,8	0,7	7,8	6,8	15	0,15	0
2	1,0	4,5	-	-	95,5	1,2	0,84	0,65	1,5	1,25	0,92	6,4	7,2	15	0,14	0
3	1,25	4,5	-	-	95,5	1,22	0,86	0,67	1,54	1,3	0,87	6,4	7,15	15	0,14	0
4	1,5	4,5	-	-	95,5	1,24	0,88	0,68	1,6	1,3	0,71	6,4	7,1	15	0,14	0
5	1,7,5	4,5	-	-	95,5	1,23	0,88	0,65	1,52	1,28	0,7	6,9	7,0	15	0,14	0
Про то тип	-	4	1,5	2,25	96	1,13	-	-	1,38	-	-	5,2	-	-	-	10

Вяжущее для ремонта влажного дорожного покрытия, включающее жидкий битум и ПАВ, отличающееся тем, что в качестве ПАВ используют анионное поверхностно-активное вещество - "карбоксипав", содержащее, мас.%:

Карбоксиметилированные алкилфенолы	70-80
Оксиэтилированные алкилфенолы	9-18
Хлористый натрий	не более 7,5
Вода	не более 5,5

при следующем соотношении компонентов в вяжущем, мас.%:

"Карбоксипав"	1,0-1,5
Битум жидкий	Остальное