Состав для поверхностной обработки дорожных покрытий
Владельцы патента RU 2364676:
Пугачев Константин Константинович (RU)
Верещагин Сергей Валентинович (RU)
Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к составу для поверхностной обработки дорожных покрытий, и может быть использовано при строительстве и ремонте автомобильных дорог. Состав для поверхностной обработки дорожных покрытий содержит вяжущее в виде битумной эмульсии, включающей битум, эмульгатор, неорганические кислоты и воду, и наполнитель, содержащий Fe2O3. В качестве наполнителя используют щебень шлаковый электросталеплавильного производства Волжского трубного завода фракций 10-15 мм с содержанием Fe2O3 в количестве 14-21% при массовом соотношении битумной эмульсии к наполнителю, равном 0,087-0,093. Технический результат - улучшение технико-эксплуатационных характеристик дорожного покрытия, повышение его срока службы, улучшение экологии, снижение себестоимости дорожного покрытия. 2 табл.
Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к составу для поверхностной обработки дорожных покрытий, и может быть использовано при строительстве и ремонте автомобильных дорог.
Известен состав для устройства поверхностной обработки дорожного покрытия, содержащий вяжущее и наполнитель (см. описание к авторскому свидетельству СССР № 1048019, МКИ Е01С 7/22, опубл. 1983 г.).
В известном составе вяжущее готовят смешением битума и воды, а в качестве наполнителя используют минеральный материал, не обеспечивающий высокой прочности поверхностной обработки из-за низких показателей стабильности и прочности сцепления битумной эмульсии с поверхностью минерального материала.
Покрытие имеет высокую стоимость, обусловленную использованием природного минерального материала - гранитного щебня.
Кроме того, использование минерального материала сопровождается его нагревом до t=160-220°C, что ухудшает условия экологической и пожарной безопасности и санитарно-гигиенические условия труда.
Наиболее близким к заявляемому составу, принятым в качестве прототипа, является состав, содержащий вяжущее, включающее битум, эмульгатор, неорганические кислоты и воду, и наполнитель (описание к патенту Российской Федерации № 2293156, МКИ Е01 7/35, С04В 26/26, от 13.02.2006 г.).
В качестве наполнителя используют хвосты сухой магнитной сепарации железосодержащих руд Курской магнитной аномалии Михайловского ГОКа с содержанием природного минерального оксида Fe2O3 19-32%, непригодные для дальнейшего применения в металлургической промышленности.
Недостатком известного состава является невысокая прочность получаемого дорожного покрытия за счет низкой приживаемости наполнителя, обусловленной недостаточной стабильностью и прочностью сцепления битумной эмульсии с наполнителем, являющимся минеральным материалом.
Технической задачей предлагаемого изобретения является улучшение технико-эксплуатационных характеристик дорожного покрытия, повышение его срока службы, а также снижение его себестоимости за счет использования в качестве наполнителя отходов электросталеплавильного производства, утилизация которых улучшает экологию.
Техническая задача решается тем, что в составе для поверхностной обработки дорожных покрытий, содержащем вяжущее в виде битумной эмульсии, включающей битум, эмульгатор, неорганические кислоты и воду, и наполнитель, содержащий Fe2O3, при этом в качестве наполнителя используют шлак электросталеплавильного производства фракций 10-15 мм с содержанием Fe2O3 14-21%, при массовом соотношении вяжущего к наполнителю, равном 0,087-0,093.
Использование в качестве наполнителя щебня шлакового электросталеплавильного производства Волжского трубного завода позволит повысить прочность дорожного покрытия за счет увеличения адгезионного взаимодействия битумной эмульсии со шлаком.
Особенности структурной формы шлакового щебня благоприятствуют протеканию хемосорбционного процесса при гетерогенной реакции за счет большой удельной площади поверхности.
Форма элементов микропрофиля поверхности дороги благодаря структуре зерен шлака и высоте выступов шероховатой поверхности, достаточной для выжимания воды из зоны контакта шины с покрытием, позволяет увеличить коэффициент сцепления колеса с поверхностью покрытия до 0,68.
Использование в качестве наполнителя шлака электросталеплавильного производства позволит утилизировать отходы электросталеплавильного производства, улучшая тем самым экологическую обстановку в регионе.
Для получения состава для поверхностной обработки дорожных покрытий использовались следующие материалы.
В качестве наполнителя применяют щебень шлаковый электросталеплавильного производства Волжского трубного завода, имеющий следующий химический состав, мас.%: SiО2 15-25; СаО 40-60; Fe2O3 10-30.
Гранулометрический состав фракции 10-15 мм, мас.%: смеси фракции 10-16 мм 87,9-92,1; фракции более 15 мм 0-4,1; фракции менее 10 мм 2,1-3,8.
Гранулометрический состав, мас.%: смеси фракций 10-15 мм 87,9-92,1; фракции менее 10 мм 2,1-3,8; фракции более 15 мм 0-4,1.
Щебень шлаковый электросталеплавильного производства Волжского трубного завода имеет следующие показатели качества:
- марка по пределу прочности на сжатие - 1200;
- марка по истираемости И 1;
- насыпная плотность - 1530 кг/м3;
- значение удельной эффективности естественных радионуклидов - до 370 Бк/кг;
- морозостойкость не ниже марки F50;
- содержание зерен пластинчатой и игловатой формы - не более 1,3%;
- содержание пылевидных и глинистых частиц - не более 0,6%.
В качестве вяжущего используют битумную эмульсию катионного вида класса ЭБК - 1, имеющую следующие показатели:
- содержание вяжущего с эмульгатором - 63% по массе;
- условная вязкость при 20°С - 47 с;
- остаток на сите N 014 - 0,16% по массе;
- устойчивость при хранении через 7 сут - 0,18% по массе;
- устойчивость при хранении через 30 сут - 0,40% по массе.
Физико-механические свойства остатка после испарения воды из эмульсии:
- глубина проникания иглы, 0,1 мм, при 25°С - 69;
- глубина проникания иглы, 0,1 мм, при 0°С - 26;
- температура размягчения по кольцу и шару - 54°С;
- растяжимость при 25°С - 65 см;
- растяжимость при 0°С - 8 см.
Состав для поверхностной обработки дорожных покрытий используют следующим образом.
Вначале очищают покрытие, затем наносят слой битумного вяжущего, предварительно нагретого до температуры 50-60°С, после чего наносят слой шлака электросталеплавильного производства Волжского трубного завода, затем слой уплотняют.
Для экспериментальной проверки заявляемого состава было произведено три варианта покрытий с учетом количества Fe2O3 в щебне.
Норма расхода щебня для фракции 10-15 мм составляет 1,2 м3/100 м2 битумной эмульсии - в пределах от 1,5 до 1,7 кг/м2 (СНиП 3.06.03-85, п.11.4, табл.15).
Исследуемые составы покрытий и результаты испытаний приведены в таблицах 1 и 2 соответственно.
| Таблица 1 | ||||||
| №п/п | Наполнитель | Насыпная плотность, кг/м3 | Содержание Fe2O3, % | Количество наполнителя, кг | Количество эмульсии, кг | Отношение массы битумной эмульсии к массе наполнителя |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 1 | шлак электросталеплавильного производства | 1530 | 11 | 18360 | 1500 | 0,082 |
| 2 | шлак электросталеплавильного производства | 1530 | 14 | 18360 | 1600 | 0,087 |
| 3 | шлак электросталеплавильного производства | 1530 | 19 | 18360 | 1600 | 0,087 |
| 4 | шлак электросталеплавильного производства | 1530 | 21 | 18360 | 1700 | 0,093 |
| 5 | шлак электросталеплавильного производства | 1530 | 25 | 18360 | 1700 | 0,093 |
| прототип | ||||||
| 6 | щебень из хвостов сухой магнитной сепарации железосодержащих РУД | 1660 | 19 | 16600 | 1500 | 0,090 |
| Таблица 2 | ||||||
| № п/п | Наполнитель | Содержание Fe2O3,% |
Скорость разрушения битумной эмульсии при взаимодействии с наполнителем, с | Адгезия битума из эмульсии к наполнителю, % | Свойства поверхностной обработки | |
| коэффициент сцепления | коэффициент приживаемости, % | |||||
| 1 | шлак электросталеплавильного производства | 11 | 55 | 90 | 0,63 | 92 |
| 2 | шлак электросталеплавильного производства | 14 | 60 | 95 | 0,64 | 94 |
| 3 | шлак электросталеплавильного производства | 19 | 65 | 100 | 0,68 | 96 |
| 4 | шлак электросталеплавильного производства | 21 | 65 | 95 | 0,66 | 95 |
| 5 | шлак электросталеплавильного производства | 25 | 70 | 90 | 0,62 | 93 |
| прототип | ||||||
| 6 | щебень из хвостов сухой магнитной сепарации железосодержащих руд | 19 | 75 | 90 | 0,65 | 93 |
Из результатов, приведенных в табл.2, видно, что использование в составе для поверхностной обработки в качестве наполнителя щебня шлакового электросталеплавильного производства Волжского трубного завода, содержащего Fe2O3 14-21%, позволяет увеличить адгезионное взаимодействие битумной эмульсии со щебнем, повышается коэффициент сцепления и коэффициент приживаемости, увеличивая прочность дорожного покрытия и срок его службы.
Состав для поверхностной обработки дорожных покрытий, содержащий вяжущее в виде битумной эмульсии, включающей битум, эмульгатор, неорганические кислоты и воду, и наполнитель, содержащий Fe2O3, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют щебень шлаковый электросталеплавильного производства Волжского трубного завода фракций 10-15 мм с содержанием Fe2O3 в количестве 14-21% при массовом соотношении битумной эмульсии к наполнителю, равном 0,087-0,093.
