Асфальтобетонная смесь
Владельцы патента RU 2380331:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)
Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам асфальтобетонной смеси на основе нефтяного вязкого битума и заполнителей, и может быть использовано при строительстве и ремонте автомобильных дорог и направлено на оптимизацию вещественного и гранулометрического состава и соотношения компонентов асфальтобетонной смеси. Асфальтобетонная смесь для дорожного строительства содержит щебень, песок фракции, нефтяной вязкий битум. В качестве щебня используют дробленый доменный шлак фракции 0,14-25 мм, в качестве песка - дробленый горный песок фракции 0,14-2,5 мм, содержащий 20-30% минералов гранатов, при следующем соотношении компонентов, мас.%: нефтяной вязкий битум - 5,0-6,0, дробленый доменный шлак фракции 0,14-25 мм - 40-50, дробленый горный песок, содержащий 20-30% минералов гранатов, - остальное. 3 табл.
Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам асфальтобетонной смеси на основе нефтяного вязкого битума и заполнителей, которые могут быть использованы при строительстве и ремонте автомобильных дорог.
Известна асфальтобетонная смесь, содержащая щебень, песок, битум, поверхностно-активные вещества, древесные волокна [1]. Недостаток этой смеси заключается в низкой прочности асфальтобетонной смеси и низком сроке службы дорожного покрытия из нее.
Известна также асфальтобетонная смесь, содержащая известковый щебень фракции 5-20 мм, нефтяной вязкий битум, минеральный порошок из доломитовых или известковых пород, полимерную добавку в виде бывших в употреблении пластиковых бутылок, песок фракции 5 мм [2].
Недостатками известных смесей является пониженная прочность асфальтобетона.
Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении прочности асфальтобетона и увеличении продолжительности его эксплуатации.
Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата асфальтобетонная смесь содержит щебень, песок, нефтяной вязкий битум, в качестве щебня - доменный дробленый шлак, в качестве песчаного заполнителя - песок горный дробленый, содержащий 20-30% минералов гранатов, при следующем соотношении компонентов, мас.%: нефтяной вязкий битум 5,0-6,0, доменный дробленый шлак фракции 0,14-25 мм 40-50, песок горный дробленый, содержащий 20-30% минералов гранатов фракции 0,14-2,5 мм, - остальное.
Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что для асфальтобетона предлагается использовать заполнители с высокой прочностью и твердостью. Гранаты имеют плотность 3,5-4,2 г/см3, твердостью 6,5-7,5. В нормальных условиях химически стойкие. После прокаливания довольно активны. Минералы гранатов образуют непрерывный изоморфный ряд. Представителями этой группы минералов являются: пироп Mg3Al2[SiO4]3; гроссуляр Са3Аl2[SiO4]3, альмадин Fе3Аl2[SiO4]3, спессартин Мn3Аl2[SiO4]3, андрадин Са3Fе2[SiO4]3, уваровит Са3Сr2[SiO4]3. Эти минералы обладают вяжущими свойствами и при изготовлении асфальтобетона проявляют свойства цементов, увеличивают прочность асфальтобетона. Наличие этих минералов в горном песке (20-30%) резко увеличивает твердость и плотность асфальтобетона.
В горном песке содержатся в небольших количествах (4%) минералы амфиболы: антофиллит Ca2Mg5[Si4O11]2(OH,F)2; актинолит Ca2(Mg,Fe)5[Si4O11]2(OH,F)2. Эти минералы обладают плотностью 3,0-3,4 г/см3; твердость 5,5-6,0. Они обладают вяжущими свойствами и увеличивают твердость асфальтобетона.
Применяемый горный песок является отходом от обогащения железных руд на Абагурской фабрике г.Новокузнецка. Для обогащения используют железные руды с нескольких месторождений. При этом дозировка руд, поступающих на обогащение, постоянно меняется по различным причинам. Минералогический состав отходов обогащения (горный песок) соответственно тоже меняется. Получить горный песок постоянного состава невозможно. В горном песке содержится 20-30% минералов гранатов. Основные минералы из группы гранатов, содержащиеся в горном песке: гроссуляр Са3Аl2[SiO4]3, альмадин Fе3Аl2[SiO4]3; андрадин Ca3Fe2[SiO4]3; Mg3Al2[SiO4]3; в меньших количествах содержится уваровит Са3Сr2[SiO4]3. В горном песке в больших количествах содержится кварц[SiO4]3. В меньших количествах содержатся гранаты, полевые шпаты, слюда, пирохиты. По причине сложности минералогического состава горного песка не представляется возможным оценить влияние каждого из этих минералов на качество асфальтобетона. Считаем, что влияние оказывает песок в целом со всеми своими компонентами.
Для примера взяли песок горный дробленый 0,14-2,5 мм и доменный дробленый шлак крупностью 0,14-25 мм (таблицы 1, 2). Свойства шлака и песка также приведены в таблицах 1, 2.
Наличие мелких классов способствует уплотнению и упрочнению структуры асфальтобетона. Дробленые заполнители (песок и шлак) обладают более развитой поверхностью частиц, содержат большее количество сколов, острых углов и ребер (по сравнению с речным песком и гравием). Соответственно обладают более высокой поверхностной энергией, что обеспечивает более высокое сцепление между этими частицами и нефтяным битумом и упрочняют структуру асфальтобетона.
Плотная упаковка заполнителей снижает количество пустот и воздуха в бетоне, что дополнительно упрочняет структуру асфальтобетона. Интенсивное разрушение асфальтобетона наблюдается в весенний и осенний периоды. Смена температур приводит к проникновению воды в тело бетона, которая при замерзании разрыхляет и разрывает структуру материалов. Снизить этот вид разрушения возможно только уплотнением тела асфальтобетона.
| Таблица 1 Гранулометрический состав и характеристика песков и шлака. |
||||||||
| Частные остатки, % по массе на ситах с размером отверстий, мм | Проход через сито 0,14 мм | Модуль крупности | Насыпная плотность кг/м3 | Плотность, г/см3 | ||||
| 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,31 | 0,14 | ||||
| Песок горный дробленый | ||||||||
| 0,4 | 1,4 | 6,2 | 25,4 | 36 | 30,6 | 1,2 | 1685 | 3,1 |
| Речной песок | ||||||||
| 5 | 2,5 | 15 | 24,2 | 11,2 | 3,8 | 3,2 | 1620 | 2,65 |
| 15,8 | 30 | |||||||
| Доменный дробленый шлак | ||||||||
| 25 | 10 | 5 | 1,25 | 0,31 | 0,14 | 3,4-3,7 | ||
| 43,4 | 21,2 | 12,1 | 10,0 | 8,2 | 5,1 |
| Таблица 2 | |||||||||
| Материал | Химический состав, мас.% | ||||||||
| SiO2 | Al2O+TiO2 | FeO+Fe2О3 | CaO | MgO | Mn | SO3 | Na2O+K2O | П.П.П | |
| Доменный шлак дробленый | 36,2-42,0 | 12,3-17 | 0,6-2,6 | 38-42,2 | 4,8-9,9 | 0,21-1,1 | 0,4-1,2 | 0,13-0,17 | 0,10-0,15 |
| Песок горный дробленый | 34,1-39,9 | 9,8-11 | 12,8-26,1 | 11,3-13,7- | 4,2-5,7 | 0,3-0,55 | 1,7-3,2 | 1,3-3,2 | 8,5-15 |
Для получения асфальтобетонной смеси брали горный песок состава, мас.%: SiO2 34,1-39,9; Аl2O3+ТiO2 9,8-11,0; FеО+Fе2O3 12,8-26,1; CaO 11,3-13,7; MgO 4,2-5,7; MnO 0,3-0,55; Р2O5 0,5-0,6; SO3 1,7-3,2; Nа2O+К2O 1,3-3,2, при этом он содержал 20-30% минералов гранатов. Смесь была изготовлена Новокузнецким асфальтобетонным заводом в объеме 32 тонн. Новокузнецкое дорожное ремонтно-строительное управление (НДРСУ) использовало смесь для ремонта автомобильной дороги. Достигнут положительный результат.
Качество предлагаемого асфальтобетона определялось по ГОСТовским методикам [3] трех предлагаемых смесей (таблица 3) и сравнено с качеством материала по прототипу [2]. Все показатели качества по предлагаемому составу асфальтобетона выше, чем по известному составу (по прототипу).
Для сравнения приведены результаты исследований (опыт №4) с применением речного песка (из реки Томь), основным компонентом которого является кварц (80-90% по данным рентгенофазового анализа). Физические свойства приведены в таблице 1. Из результатов исследований следует, что замена горного песка на речной снижает качество асфальтобетона и, наоборот, замена речного песка на горный - повышает качество.
Производство предлагаемой асфальтобетонной смеси позволяет увеличить сырьевую базу и квалифицированно утилизировать доменный шлак и горный песок, сократить расходы на заготовку речного гравия и песка, являющиеся дефицитными.
| Таблица 3 | |||||||||||
| Составы вяжущих | № опыта | Содержание компонентов, мас.% | Качество асфальтобетона | ||||||||
| Песок горный дробленый |
Шлак доменный дробленый |
Нефтяной битум |
Известняковый щебень | Песок речной | Минеральный порошок | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||||||||
| Предложенное | 1 2 3 |
55 49,5 44 |
40 45 50 |
5 5,5 6 |
25 26,5 28 |
0,95 0,95 0,95 |
0,97 1,0 1,0 |
2,5 2,5 2,0 |
|||
| По прототипу, патент №2262492 |
35 | 52,2 | 8 | 22 | 0,75 | 0,80 | 16,5 | ||||
| Для сравнения | 4 | 44 | 50 | 6 | 44 | 23 | 0,80 | 0,85 | 13 |
Примечание:
Качество асфальтобетона в таблице обозначено цифрами:
1. Предел прочности при сжатии в кг/см3 при температуре 20°С.
2. Коэффициент водоустойчивости.
3. Морозостойкость.
4. Остаточная пористость в %.
Источники информации
1. Патент РФ 2262491, МПК7 С04В, 2003.
2. Патент РФ 226249, МПК7 С04В 7/14, 2003.
3. Рыбьев И.А Асфальтовые бетоны. // М., «Высшая школа», 1969, стр.98-106.
Асфальтобетонная смесь для дорожного строительства, содержащая щебень, песок фракции, нефтяной вязкий битум, отличающаяся тем, что в качестве щебня используют дробленый доменный шлак фракции 0,14-25 мм, в качестве песка - дробленый горный песок фракции 0,14-2,5 мм, содержащий 20-30% минералов гранатов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| нефтяной вязкий битум | 5,0-6,0 |
| дробленый доменный шлак фракции 0,14-25 мм | 40-50 |
| дробленый горный песок, содержащий | 20-30% |
| минералов гранатов | остальное |
