Способ холодной регенерации и укрепления материалов дорожных одежд

Изобретение относится к дорожному и аэродромному строительству и может быть использовано при реконструкциях и ремонтах дорожных одежд в ходе холодной регенерации и укрепления слоев, выполняемых из асфальтогранулята, щебня или песчано-гравийных смесей. Технический результат: сокращение сроков набора прочности смеси, упрощение технологии холодной регенерации асфальтобетонных покрытий. Способ холодной регенерации и/или укрепления материалов асфальтобетонных покрытий содержит следующие шаги: на обрабатываемое асфальтобетонное покрытие наносят вяжущее, представляющее собой портландцемент, имеющий марку не ниже М300, в количестве 5-10% от веса материала, получаемого из фрезерованного асфальтобетонного покрытия, и полимерно-минеральную композицию, представляющую собой смесь из активированного кремнезема и полимеров на основе лигнина, в количестве 0,5-1% от веса материала, получаемого после фрезерования асфальтобетонного покрытия, при добавлении воды; существующее асфальтобетонное покрытие с нанесенными вяжущим и полимерно-минеральной композицией фрезеруют, материал, полученный из фрезерованного асфальтобетонного покрытия, выравнивают на месте и уплотняют. Также описан вариант способа. 2 н. и 5 з.п. ф-лы.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к дорожному и аэродромному строительству и может быть использовано при реконструкциях и ремонтах дорожных одежд в ходе холодной регенерации и укрепления слоев, выполняемых из асфальтогранулята, щебня или песчано-гравийных смесей.

Уровень техники

Известны способы холодной регенерации асфальтобетонных слоев дорожных одежд, когда материал старого асфальтобетонного покрытия снимают холодным фрезерованием, получая асфальтогранулят, обрабатывают битумной эмульсией и (или) цементом и укладывают в нижний слой нового покрытия (см. Васильев А.П. и др. Строительство и реконструкция автомобильных дорог: Справочная энциклопедия дорожника (СЭД). Т.I / А.П.Васильев, Б.С.Марышев, В.В.Силкин и др.; Под ред. д-ра техн. наук, проф. А.П.Васильева. - М.: Информавтодор, 2005). Эти способы отличаются друг от друга методом получения смеси асфальтогранулята и вяжущего, видом вяжущего.

Из патента RU 2232842 известен способ холодной регенерации слоев дорожной одежды, заключающийся в том, что слои дорожной одежды рыхлят фрезерованием, получая асфальтогранулят, вводят в измельченный материал вяжущее и воду, перемешивают компоненты в стационарных смесителях, распределяют смесь и уплотняют ее, а в качестве вяжущего используют разогретый до рабочей температуры вязкий битум с пенетрацией от 70 до 200, который вводят при перемешивании в холодную смесь измельченного материала, порошкообразного наполнителя и воды, при этом соотношение битум:наполнитель по массе составляет от 1:1 до 1:3, а количество битума и наполнителя составляет от 4 до 10% от массы измельченного материала. Недостатком данного способа является необходимость применения достаточно большого количества машин и механизмов, а именно: для получения асфальтогранулята применяются холодные фрезы, для производства смеси - стационарные смесители, укладчики - для распределения смеси. Кроме того, все технологические операции сопряжены со значительными затратами на транспортировку материалов.

Из документа DE 3729507 также известен способ холодной регенерации, основанный на применении для получения и укладки смеси асфальтогранулята и комплексного вяжущего, которое состоит из битумной эмульсии (или вспененного битума) и цемента. Недостатком этого способа являются длительные технологические перерывы (до 5 суток), вызванные необходимостью набора прочности смеси, укрепленной цементом.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является сокращение сроков набора прочности смеси из асфальтогранулята и цемента, получаемой при регенерации. Дополнительной задачей является упрощение технологии холодной регенерации асфальтобетонных покрытий.

Решение поставленной задачи достигается с помощью способа холодной регенерации и/или укрепления материалов дорожных одежд, а именно асфальтобетонных покрытий, содержащего следующие шаги:

на обрабатываемое асфальтобетонное покрытие наносят вяжущее и полимерно-минеральную композицию при добавлении воды;

существующее асфальтобетонное покрытие с нанесенными вяжущим и полимерно-минеральной композицией фрезеруют;

материал, полученный из фрезерованного асфальтобетонного покрытия, выравнивают на месте обрабатываемого асфальтобетонного покрытия и уплотняют.

Вяжущее и полимерно-минеральную композицию наносят на обрабатываемое асфальтобетонное покрытие при добавлении воды преимущественно таким образом, чтобы вяжущее и полимерно-минеральная композиция были распределены, по меньшей мере, по части поверхности материала, полученного из фрезерованного асфальтобетонного покрытия. Материал, полученный из фрезерованного асфальтобетонного покрытия, перемешанный с вяжущим, образует асфальтогранулят.

Вяжущее обычно представляет собой портландцемент, причем в преимущественном варианте портландцемент имеет марку не ниже М300 и его вес составляет 5-10% от веса материала, полученного из фрезерованного асфальтобетонного покрытия.

Полимерно-минеральная композиция может представлять собой смесь из активированного кремнезема и полимеров на основе лигнина, причем ее количество составляет 0,5-1% от веса материала, полученного из фрезерованного асфальтобетонного покрытия. Кроме того, полимерно-минеральная композиция может дополнительно содержать соли кальция, соли натрия и формальдегид. В преимущественном варианте полимеры являются редиспергируемыми и порошкообразными.

В другом варианте решение задачи настоящей полезной модели достигается с помощью способа холодной регенерации и/или укрепления материалов дорожных одежд, а именно асфальтобетонных покрытий, содержащего следующие шаги:

обрабатываемое асфальтобетонное покрытие фрезеруют;

материал, полученный из фрезерованного асфальтобетонного покрытия, смешивают с вяжущим и полимерно-минеральной композицией при добавлении воды, выравнивают на месте обрабатываемого асфальтобетонного покрытия и уплотняют.

Материал, полученный из фрезерованного асфальтобетонного покрытия, смешивают с вяжущим и полимерно-минеральной композицией при добавлении воды таким образом, чтобы вяжущее и полимерно-минеральная композиция были распределены, по меньшей мере, по части поверхности материала, полученного из фрезерованного асфальтобетонного покрытия.

Вяжущее обычно представляет собой портландцемент, причем портландцемент предпочтительно имеет марку не ниже М300 и добавляется в количестве 5-10% от веса материала, полученного из фрезерованного асфальтобетонного покрытия.

Полимерно-минеральная композиция может представлять собой смесь из активированного кремнезема и полимеров на основе лигнина в количестве 0,5-1% от веса материала, полученного из фрезерованного асфальтобетонного покрытия. Полимерно-минеральная композиция может дополнительно содержать соли кальция, соли натрия и формальдегид. В предпочтительном варианте полимеры являются редиспергируемыми и порошкообразными.

При контакте полимерно-минеральной композиции с водой происходит активация влаги, что влияет на общий энергетический баланс всей системы укрепляемой смеси и, в свою очередь, приводит к дополнительной активации цемента, что значительно сокращает сроки набора прочности, что и является техническим результатом настоящего изобретения. Благодаря этому удается использовать специальную технику, предназначенную для работы с ускоренным отверждением обрабатываемого асфальтобетонного покрытия, что значительно упрощает технологию работы, снижает сроки и стоимость.

Осуществление изобретения

Предлагаемый способ холодной регенерации асфальтобетонных покрытий был применен при капитальном ремонте проспекта Добролюбова г.Санкт-Петербург в 2010 г. Здесь технологическая последовательность операций состояла в следующем.

1. Распределение по поверхности асфальтобетонного покрытия портландцемента марки М400 цементораспределителем.

2. Распределение вручную по поверхности асфальтобетонного покрытия полимерно-минеральной композиции на основе преимущественно редиспергируемых полимерных порошков и минеральных наполнителей.

3. Фрезерование и перемешивание материала асфальтобетонного покрытия, портландцемента, полимерно-минеральной композиции и воды ресайклером.

4. Разравнивание смеси автогрейдером.

5. Уплотнение смеси катком.

Ресайклер представляет собой специальную универсальную самоходную машину для холодной регенерации старого покрытия на большую глубину (от 15 до 50 см) при реконструкции и ремонте автомобильных дорог. Основным рабочим органом ресайклера является фрезерный барабан, на котором установлены круглые резцы с наконечником из твердого сплава. Ресайклер осуществляет измельчение старого покрытия на заданную толщину, перемешивание измельченного материала старой дорожной одежды с вяжущим и укладку полученной смеси по заданным отметкам.

В одном из вариантов размельчение и перемешивание материала слоев асфальтобетонного покрытия проводится ресайклером после распределения на поверхности регенерируемого покрытия 5…10% портландцемента марки не ниже М300 и 0,5…1% полимерно-минеральной композиции на основе преимущественно редиспергируемых полимерных порошков и минеральных наполнителей.

В другом варианте размельчение материала слоев асфальтобетонного покрытия проводится ресайклером до перемешивания и распределения на поверхности размельченного регенерируемого покрытия 5…10% портландцемента марки не ниже М300 и 0,5…1% полимерно-минеральной композиции на основе преимущественно редиспергируемых полимерных порошков и минеральных наполнителей. Размельчение предпочтительно осуществляется фрезерованием.

При перемешивании компонентов проводится добавление воды для достижения оптимальной влажности смеси. Полученная смесь разравнивается автогрейдером и уплотняется.

Полимерно-минеральная композиция на основе преимущественно редиспергируемых полимерных порошков и минеральных наполнителей представляет собой подобранную в рациональном соотношении смесь из активированного кремнезема, преимущественно редиспергируемых порошкообразных полимеров на основе лигнина, а также в одном из вариантов соли кальция, соли натрия и формальдегида.

При контакте полимерно-минеральной композиции с водой происходит активация влаги, что влияет на общий энергетический баланс всей системы укрепляемой смеси и, в свою очередь, приводит к дополнительной активации цемента, что значительно сокращает сроки набора прочности.

Активированный кремнезем (Аl₂O₃) обладает исключительно высокой пористостью (200-800 м³/г). Благодаря такой пористости гранулы кремнезема адсорбируют молекулы воды, активируя влагу. При уплотнении смеси материала слоев асфальтобетонного покрытия, цемента и полимерно-минеральной композиции включается механизм межмолекулярного (нано) взаимодействия по типу связей Ван-дер-Ваальса и происходит ускоренное формирование кристаллизационных связей без образования или значительного уменьшения сульфатных оболочек. Структура кристалла цементного камня меняет свою обычную форму и формируется вдоль энергетического потока образованного цепями полимера, происходит образование микрокристаллов игольчатой формы и микроармирование цементного камня.

Испытания кернов, отобранных с регенерированного предлагаемым способом асфальтобетонного покрытия, показали, что при укреплении асфальтогранулята 7 процентами (от веса асфальтогранулята) портландцемента марки М400 и 0,7 процентами полимерно-минеральной композиции на основе редиспергируемых полимерных порошков и минеральных наполнителей через 12 часов достигается предел прочности на сжатие 2,83 МПа (30% марочной прочности), что позволяет движение колесной техники с осевой нагрузкой до 6 т, со скоростью до 20 км/ч, а на 3 сутки - 5,58 МПа (54,6% марочной прочности).

Таким образом, путем применения ресайклера для размельчения, перемешивания и укладки материала слоев регенерируемого асфальтобетонного покрытия, путем укрепления полученного асфальтогранулята 5…10% портландцемента марки не ниже М300 и 0,5…1% полимерно-минеральной композиции на основе преимущественно редиспергируемых полимерных порошков и минеральных наполнителей (от веса, получаемого при ресайклинге асфальтогранулята), достигается упрощение технологии холодной регенерации асфальтобетонных покрытий и сокращение сроков набора прочности получаемой при регенерации смеси из асфальтогранулята и цемента, позволяющие уменьшить технологические перерывы при реконструкции (ремонте) дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием до 12 часов.

Указанного результата удалось достичь благодаря введению при перемешивании в смесь специальной полимерно-минеральной композиции на основе преимущественно редиспергируемых полимерных порошков и минеральных наполнителей. Это позволило для осуществления работ применять ресайклер, который совмещает операции получения асфальтогранулята, его перемешивания с вяжущим, добавкой и укладки полученной смеси.

1. Способ холодной регенерации и/или укрепления материалов асфальтобетонных покрытий, содержащий следующие шаги: на обрабатываемое асфальтобетонное покрытие наносят вяжущее, представляющее собой портландцемент, имеющий марку не ниже М300, в количестве 5-10% от веса материала, получаемого из фрезерованного асфальтобетонного покрытия, и полимерно-минеральную композицию, представляющую собой смесь из активированного кремнезема и полимеров на основе лигнина, в количестве 0,5-1% от веса материала, получаемого после фрезерования асфальтобетонного покрытия, при добавлении воды; существующее асфальтобетонное покрытие с нанесенными вяжущим и полимерно-минеральной композицией фрезеруют, материал, полученный из фрезерованного асфальтобетонного покрытия, выравнивают на месте и уплотняют.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на обрабатываемое асфальтобетонное покрытие наносят вяжущее и полимерно-минеральную композицию при добавлении воды таким образом, чтобы вяжущее и полимерно-минеральная композиция были распределены по всей поверхности фрезеруемого материала.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полимерно-минеральная композиция дополнительно содержит соли кальция, соли натрия и формальдегид.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что полимеры являются редиспергируемыми и порошкообразными.

5. Способ холодной регенерации и/или укрепления материалов асфальтобетонных покрытий, содержащий следующие шаги: обрабатываемое асфальтобетонное покрытие фрезеруют; материал, полученный из фрезерованного асфальтобетонного покрытия смешивают с вяжущим, представляющим собой портландцемент, имеющий марку не ниже М300, в количестве 5-10% от веса материала, полученного из фрезерованного асфальтобетонного покрытия, и полимерно-минеральной композицией, представляющей собой смесь из активированного кремнезема и полимеров на основе лигнина, в количестве 0,5-1% от веса материала, полученного из фрезерованного асфальтобетонного покрытия, при добавлении воды, выравнивают на месте и уплотняют.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что полимерно-минеральная композиция дополнительно содержит соли кальция, соли натрия и формальдегид.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что полимеры являются редиспергируемыми и порошкообразными.