Щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь и способ ее получения
Изобретение относится к производству щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, используемых для устройства верхних слоев покрытий автомобильных дорог и аэродромов. Смесь включает щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум, смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки, адгезионную азотсодержащую добавку. Соотношение компонентов следующее, мас.%: щебень - 65,0-75,0, песок из отсевов дробления - 5,0-17,0, минеральный порошок - 10,0-20,0, битум - 5,5-7,5, резиновый термоэластопласт - 0,2-0,6, волокнистая целлюлозная добавка - 0,2-0,6, адгезионная добавка - 0,05-0,15. Объемное соотношение резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки составляет соответственно 30-70% и 70-30%. При получении асфальтобетонной смеси в асфальтосмеситель вводят и перемешивают щебень, песок из отсевов дробления и минеральный порошок. Далее вводят смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки. Затем вводят битум. Причем смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки получают перемешиванием в процессе транспортирования по винтовому конвейеру. Адгезионную добавку вводят в битум до его подачи в асфальтосмеситель. В результате достигается увеличение однородности щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси и щебеночно-мастичного асфальтобетона, его длительной водостойкости и долговечности. 2 н.п. ф-лы, 4 табл., 3 пр.
Изобретение относится к области дорожного строительства, а именно к производству щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, используемых для устройства верхних слоев покрытий автомобильных дорог и аэродромов.
Известна щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь по ГОСТ 31015-2002 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия» с использованием в качестве вяжущего дорожного битума, волокнистой целлюлозной добавки, а также других добавок, способных сорбировать (удерживать) битум при технологических температурах, не оказывая отрицательного воздействия на вяжущее и смеси.
Недостатком данной щебеночно-мастичной смеси является недостаточно высокая прочность при 50°С, невысокие значения коэффициента водостойкости при длительном водонасыщении.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь (ЩМАС) по ОДМ 218.3.001-2006 (ОДМ 218.3.001-2006. Методические рекомендации по применению полимерно-дисперсного армирования асфальтобетонов с использованием резинового термоэластопласта (РТЭП). Издание второе, переработанное. - М.: ФГУП «Информавтодор». - 2006. - 33 с.). Для данной ЩМАС в качестве вяжущего используется битум, а в качестве стабилизирующей (битумоудерживающей) добавки используется РТЭП. Возможно дополнительное введение целлюлозных или других волокнистых стабилизирующих добавок. РТЭП согласно ТУ 5718-001-79259416-2006 представляет собой многокомпонентную композицию на основе полиолефинового полимерного носителя, содержащую дорожный битум.
Недостатком указанной ЩМАС с добавкой РТЭП является недостаточная устойчивость к расслаиванию в процессе транспортирования и загрузки-выгрузки, определяемая по показателю отекания вяжущего в соответствии с ГОСТ 31015-2002. После введения в ЩМАС дополнительно к РТЭП волокнистых стабилизирующих добавок показатель отекания соответствует требованиям ГОСТ 31015-2002, но однородность ЩМАС, оцениваемая по коэффициенту вариации показателя предела прочности при сжатии при температуре 50°С и по значениям средней плотности становится низким, что снижает длительную водостойкость и долговечность покрытия из щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА).
Предполагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в увеличении однородности ЩМАС и ЩМА, его длительной водостойкости и долговечности.
Технический результат достигается введением в ЩМАС адгезионной азотсодержащей добавки. Отличие предлагаемой ЩМАС состоит в том, что смесь, включающая щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум и смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки, дополнительно содержит адгезионную азотсодержащую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| щебень | 65,0-75,0 |
| песок из отсевов дробления | 5,0-17,0 |
| минеральный порошок | 10,0-20,0 |
| битум | 5,5-7,5 |
| резиновый термоэластопласт | 0,2-0,6 |
| волокнистая целлюлозная добавка | 0,2-0,6 |
| адгезионная азотсодержащая добавка | 0,05-0,15, |
при этом объемное соотношение резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки составляет соответственно 30-70% и 70-30%.
Введение адгезионной азотсодержащей добавки позволяет улучшить однородность распределения в битуме РТЭП и волокнистой целлюлозной добавки, получить более однородные битумные пленки и более однородную структуру ЩМАС и ЩМА.
Под адгезионной азотсодержащей добавкой подразумевается добавка, улучшающая сцепление битума с кислыми горными породами, которая имеет в своем составе катионактивные азотсодержащие поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые содержат амиды, амины, диамины, полиамины, четвертичные аммониевые соединения, амидоамины, имидазолины и их производные, а также смеси этих соединений и т.п.
Введение адгезионной азотсодержащей добавки в битум изменяет растворяющую способность углеводородной дисперсионной среды битумной дисперсной системы. Молекулы и мицеллы азотсодержащих ПАВ частично адсорбируются на поверхности дисперсных битумных частиц (асфальтенов и их ассоциатов), частично находятся в углеводородной дисперсионной среде. В процессе перемешивания РТЭП и волокнистой целлюлозной добавки с битумом часть молекул и мицелл азотсодержащих ПАВ, а также битумные частицы с адсорбированным слоем ПАВ будут адсорбироваться на поверхности надмолекулярных структур полимерных компонентов РТЭП и на поверхности волокон целлюлозной стабилизирующей (битумоудерживающей) добавки, блокируя полярные группы, что приведет к уменьшению межмолекулярного взаимодействия и облегчит распределение полимерных компонентов РТЭП и волокон в битуме.
Технический результат достигается также способом получения щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси, который включает введение в асфальтосмеситель щебня и песка из отсевов дробления с t=150-195°С и перемешивание, введение ненагретого минерального порошка и перемешивание, введение смеси резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки и перемешивание, введение битума с t=110-165°C и перемешивание, причем после введения минерального порошка и перемешивания вводится смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки в соотношении резиновый термоэластопласт - 30-70% по объему, волокнистая целлюлозная добавка - 70-30% по объему, при этом смесь РТЭП и волокнистой целлюлозной добавки получается после введения их раздельно в разделенный на две части приемный бункер линии гранулированных добавок и перемешивания в процессе транспортирования по винтовому конвейеру, а в битум до его подачи в асфальтосмеситель вводится и однородно распределяется в нем адгезионная азотсодержащая добавка.
Проведены испытания ЩМАС с использованием предлагаемого соотношения компонентов и предлагаемого способа получения ЩМАС.
Для приготовления щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси ЩМАС-15 использовался гранитный щебень фр. 5-10 мм и фр. 10-15 мм, гранитный отсев от дробления горных пород, известняковый минеральный порошок. Гранулометрический состав минеральных материалов приведен в таблице 1.
| Таблица 1 | |||||||||||
| Гранулометрический состав минеральных материалов | |||||||||||
| Наименование материалов | Зерновой состав (остатки на сите с отверстием, мм), в % по массе | ||||||||||
| № п/п | 15 | 10 | 5 | 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,16 | 0,071 | менее 0,071 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 1 | Щебень гранит. фр. 10-15 мм ОАО «Гайворонский спецкарьер» | 1,6 | 95,2 | 2,8 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,4 |
| 2 | Щебень гранита. фр. 5-10 мм ОАО «Гайворонский спецкарьер» | 0,6 | 94,8 | 4,0 | 0,1 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,5 | |
| 3 | Отсев гранит. ОАО «Павловскгранит» | 0,9 | 4,4 | 24,8 | 11,4 | 15,2 | 11,9 | 9,2 | 8,2 | 14,0 | |
| 4 | Минеральный порошок ОАО «Гурово-бетон» | 0,1 | 0,4 | 9,3 | 12,7 | 77,5 |
В качестве вяжущего использовался вязкий дорожный битум БНД 60/90 по ГОСТ 22245-90. Состав минеральной части ЩМАС-15 следующий; мас.%: щебень фр. 10-15 мм - 56, щебень фр. 5-10 мм - 18, отсев фр. 0-5 мм - 13, минеральный порошок - 13. Оптимальное количество битума в смеси составляло 6% от массы минеральной части смеси. Содержание каждой гранулированной добавки РТЭП и Viatop 66 в ЩМАС-15 составляло 0,42% от массы минеральной части, а содержание адгезионной добавки «АМДОР-10» составляло 1,5% от массы битума.
Гранулированная добавка РТЭП соответствовала требованиям ТУ 5718-001-79259416-2006, гранулированная волокнистая целлюлозная добавка Viatop 66 соответствовала требованиям ГОСТ 31015-2002 и ТУ 5718-001-18268513-01, а адгезионная азотсодержащая добавка «АМДОР-10» соответствовала требованиям ТУ 0257-003-35475596-96. Показатели свойств добавки приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | |||
| Показатели свойств адгезионной азотсодержащей добавки «АМДОР-10» | |||
| № п/п | Наименование показателей | Требования по ТУ | Результаты испытаний |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1 | Внешний вид | Вязкая жидкость коричневого цвета | Вязкая жидкость коричневого цвета |
| 2 | Сцепление с минеральным материалом битума, содержащего 0,4% добавки | Не хуже контрольного образца №1 | Соответствует контрольному образцу №1 |
| 3 | Кислотное число, мг КОН/г добавки, не более | 15 | 9,0 |
| 4 | Массовая доля воды, не более | 2,0 | Отсутствует вода |
| 5 | Температура текучести, °С, не более | 10 | 7 |
| 6 | Аминное число, г HCl с массовой долей 100% на 100 г добавки, не менее | 20,0 | 26,1 |
ЩМАС-15 была получена с использованием лабораторного смесителя, а также на асфальтосмесительной установке периодического действия с двухвальным лопастным смесителем, оборудованной линией подачи гранулированных добавок.
Пример 1. Приготовление ЩМАС-15 с использованием лабораторного смесителя производилось следующим образом. Отдозированные компоненты смеси, за исключением минерального порошка и добавок, нагревались до требуемых температур: щебень и отсев до t=165°C, битум до t=155°C. Внутренняя поверхность лабораторного смесителя прогревалась до температуры 155°С.
Для получения ЩМАС №1 щебень и отсев загружали вручную в смеситель и перемешивали, далее загружали минеральный порошок и перемешивали, вводили добавку РТЭП и перемешивали 30 секунд, затем вводили битум и перемешивание продолжалось в течение 3 минут до образования однородной смеси. Общее время перемешивания составляло 4,5 минут.
При получении ЩМАС №2 в состав ЩМАС №1 одновременно с добавкой РТЭП вводилась дополнительно добавка Viatop 66. Последовательность введения компонентов, температурный режим и время перемешивания было аналогично ЩМАС №1.
При получении ЩМАС №3 использовался состав ЩМАС №2 с изменением, а именно: в разогретый до t=155°C битум добавлялось предварительно требуемое количество добавки «АМДОР-10». Последовательность введения компонентов, температурный режим и время перемешивания были аналогичны составам ЩМАС №1 и ЩМАС №2.
Образцы из ЩМАС-15 были изготовлены в соответствии с ГОСТ 12801-98. Испытание образцов проводилось по ГОСТ 12801-98 и ГОСТ 31015-2002. Результаты испытаний образцов приведены в таблице 3.
| Таблица 3 | |||||
| Показатели физико-механических свойств ЩМАС | |||||
| № п/п | Наименование показателей | Значения показателей | |||
| для ЩМАС №1 | для ЩМАС №2 | для ЩМАС №3 | По ОДМ 218.3.001-2006 | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1 | Средняя плотность, г/см2 | 2,50 | 2,49 | 2,49 | - |
| 2 | Водонасыщение, % по объему | 1,87 | 2,84 | 2,70 | 1,0-4,0 |
| 3 | Пористость минеральной части, % | 16,45 | 16,78 | 16,30 | 15-19 |
| 4 | Остаточная пористость, % | 3,20 | 3,60 | 3,40 | 1,5-4,5 |
| 5 | Предел прочности при сжатии, МПа | ||||
| при температуре 20°С | 3,30 | 3,43 | 3,60 | не менее 2,7 | |
| при температуре 50°С | 1,29 | 1,00 | 1,27 | не менее 0,75 | |
| 6 | Сдвигоустойчивость: коэффициент внутреннего трения | 0,93 | 0,94 | 0,94 | не менее 0,93 |
| сцепление при сдвиге при температуре 50°С, МПа | 0,26 | 0,31 | 0,30 | не менее 0,22 | |
| 7 | Трещиностойкость - предел прочности на растяжение при расколе при температуре 0°С, МПа | 4,6 | 4,0 | 3,8 | 2,5-6,0 |
| 8 | Водостойкость при длительном водонасыщении | 0,94 | 0,98 | 1,02 | не менее 0,85 |
| 9 | Стекание вяжущего, % по массе | 2,69 | 0,13 | 0,11 | не более 0,3 |
| 10 | Однородность смеси: коэффициент вариации предела прочности при сжатии при температуре 50°С, МПа | 0,16 | 0,18 | 0,13 | не более 0,16 |
| 11 | Расхождение по значениям средней плотности | 0,03 | 0,04 | 0,02 | не более 0,03 г/см2 |
Из данных таблицы 3 следует, что стекание вяжущего для ЩМАС №1 с добавкой РТЭП значительно превосходит допустимые значения. Введение в эту смесь добавки Viatop 66 (ЩМАС №2) приводит к снижению показателя стекания до допустимых пределов и увеличению водостойкости при длительном водонасыщении. Введение в ЩМАС №2 добавки «АМДОР-10» приводит к увеличению водостойкости при длительном водонасыщении и незначительному снижению показателя стекания вяжущего. Однородность смеси ЩМАС №1 снижается при введении в нее добавки Viatop-66 (смесь ЩМАС №2). Введение добавки «АМДОР-10» позволяет повысить однородность ЩМАС №3 по сравнению со смесями ЩМАС №1 и ЩМАС №2.
Пример 2. ЩМАС №1 (см. пример 1) приготавливали в асфальтосмесительной установке, оборудованной линией подачи в смеситель гранулированных стабилизирующих добавок. Отдозированные щебеночные и песчаные фракции с температурой 165°С подавались в смеситель, туда же поступал отдозированный минеральный порошок, перемешивание продолжалось 3 секунды. РТЭП через приемный бункер и питатель транспортировался по винтовому конвейеру и после дозирования поступал в смеситель. Перемешивание минеральной части смеси с РТЭП продолжалось 7 секунд. Затем в смеситель подавалась отдозированная порция битума с температурой 155°С и перемешивание продолжалось 30 секунд. Готовая ЩМАС №1 выгружалась из смесителя и из нее формовались образцы по ГОСТ 12801-98, определялось стекание, водостойкость при длительном водонасыщении, однородность смеси.
При получении ЩМАС №2 (см. пример 1) в асфальтосмесительной установке РТЭП и Viatop 66 подавались и дозировались раздельно в две секции приемного бункера линии гранулированных добавок, перемешивались в процессе транспортирования по винтовому конвейеру. Последовательность введения компонентов, температурный режим и время перемешивания аналогично ЩМАС №1. Готовая ЩМАС №2 выгружалась из смесителя и из нее формовались образцы, определялось стекание, водостойкость при длительном водонасыщении, однородность смеси.
ЩМАС №3 (см. пример №1) в асфальтосмесительной установке приготавливалась также, как ЩМАС №2 с изменением, а именно: в расходную битумную емкость добавлялось предварительно требуемое количество добавки «АМДОР-10» и распределялось в битуме насосом-смесителем в течение 30 минут до однородного состояния. Последовательность введения компонентов, температурный режим и время перемешивания были аналогичны приготовлению составов ЩМАС №1 и №2. Готовая ЩМАС №3 выгружалась из смесителя, и из нее формовались образцы по ГОСТ 12801-98, определялось стекание, водостойкость при длительном водонасыщении, однородность смеси.
Результаты определения стекания, длительной водостойкости и однородности приведены в таблице 4.
| Таблица 4 | |||||
| Показатели стекания, длительной водостойкости и однородности ЩМАС | |||||
| № п/п | Наименование показателей | Значение показателей | |||
| для ЩМАС №1 | для ЩМАС №2 | для ЩМАС №3 | по ОДМ 218.3.001-2006 | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1 | Стекание вяжущего, % по массе | 1,94 | 0,15 | 0,13 | не более 0,3 |
| 2 | Водостойкость при длительном водонасыщении | 0,96 | 0,99 | 1,1 | не менее 0,85 |
| 3 | Однородность смеси: коэффициент вариации предела прочности при сжатии при температуре 50°С | 0,16 | 0,19 | 0,14 | не более 0,16 |
| 4 | Расхождение по значениям средней плотности | 0,03 | 0,04 | 0,01 | не более 0,03 г/см3 |
Из данных таблицы 4 следует, что стекание вяжущего для ЩМАС №1 с добавкой РТЭП значительно превосходит допустимые значения. Введение в эту смесь добавки Viatop 66 (ЩМАС №2) приводит к снижению показателя стекания до допустимых пределов и увеличению водостойкости при длительном водонасыщении. Введение в ЩМАС №2 добавки «АМДОР-10» приводит к увеличению водостойкости при длительном водонасыщении, стекание вяжущего незначительно снижается. Однородность смеси ЩМАС №1 снижается при введении в нее добавки Viatop 66 (смесь ЩМАС №2). Введение добавки «АМДОР-10» позволяет повысить однородность ЩМАС №3 по сравнению со смесями ЩМАС №1 и ЩМАС №2.
1. Щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь, включающая щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум и смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки, отличающаяся тем, что дополнительно содержит адгезионную азотсодержащую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| щебень | 65,0-75,0 |
| песок из отсевов дробления | 5,0-17,0 |
| минеральный порошок | 10,0-20,0 |
| битум | 5,5-7,5 |
| резиновый термоэластопласт | 0,2-0,6 |
| волокнистая целлюлозная добавка | 0,2-0,6 |
| адгезионная азотсодержащая добавка | 0,05-0,15, |
при этом объемное соотношение резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки составляет соответственно 30-70% и 70-30%.
2. Способ получения щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси по п.1, включающий введение в асфальтосмеситель щебня и песка из отсевов дробления с t=150-195°C и перемешивание, введение ненагретого минерального порошка и перемешивание, введение смеси резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки и перемешивание, введение битума с t=110-165°C и перемешивание, причем после введения минерального порошка и перемешивания вводится смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки в соотношении резиновый термоэластопласт 30-70% по объему, волокнистая целлюлозная добавка 70-30% по объему, при этом смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки получается после введения их раздельно в разделенный на две части приемный бункер линии гранулированных добавок и перемешивания в процессе транспортирования по винтовому конвейеру, а в битум до его подачи в асфальтосмеситель вводится и однородно распределяется в нем адгезионная азотсодержащая добавка.
