Асфальтобетонная смесь

Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к составам асфальтобетонной смеси. Асфальтобетонная смесь включает вяжущее на битумной основе и минеральную часть, содержащую щебень, шлаковый песок размером 0-5 мм и минеральный порошок, при этом вяжущее дополнительно включает серу при соотношении серы с битумом 10-40:60-90, указанное серобитумное вяжущее содержится в количестве 4,5-6,0 мас.% сверх 100% по отношению к минеральной части, в качестве минерального порошка смесь содержит порошкообразные отходы электродного производства, состоящие в основном из углерода, в качестве щебня - известняковый щебень и указанного песка - песок из шлаков Надеждинского металлургического комбината при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум - 3,6-4,05 сверх 100% от минеральной части; сера - 0,45-2,4 сверх 100% от минеральной части; щебень - 50,5-60,0; шлаковый песок - 32,5-40,3; минеральный порошок - 6,5-11,0. Технический результат заключается в улучшении физико-механических показателей асфальтобетона, а именно прочности, теплостойкости, морозостойкости и водостойкости. Изобретение расширяет область использования отходов цветной металлургии и предусматривает их утилизацию, улучшая экологическую ситуацию, а также снижает себестоимость асфальтобетона. 9 табл.

 

Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к составам асфальтобетонной смеси.

Известна асфальтобетонная смесь, включающая битум, отходы гальванического производства, нейтрализованный шлам травильного производства, щебень и песок (Патент РФ №2074277 C1, дата приоритета 26.04.1996, дата публикации 27.02.1997, авторы Шевцов A.M., Ткаченко В.Ю., RU).

Недостатком известной асфальтобетонной смеси является низкая прочность при 20°C (предел прочности при сжатии равен 2,0-2,1 МПа) и низкая водостойкость (коэффициент водостойкости равен 0,71-0,80).

Известна также асфальтобетонная смесь, состоящая из серобитумного вяжущего с активирующей добавкой в виде аминов, отходов песчано-гравийной смеси, песчано-гравийной смеси и доломитовых высевок (Патент РФ №2452748 C1, дата приоритета 17.12.2010, дата публикации 10.06. 2012, авторы Иванов В.Б. и др., RU).

Недостатком известной асфальтобетонной смеси, получаемой на основе серобитумного вяжущего, является низкая водостойкость (коэффициент водостойкости равен 0,9), небольшая прочность при 50°C (предел прочности - 1,25 МПа) и большая прочность при 0°C (предел прочности - 11,5 МПа), что характеризует низкую морозостойкость смеси.

В качестве прототипа принята асфальтобетонная смесь, содержащая щебень, песок, минеральный порошок и битум, рационально подобранные в соответствии с требованиями стандарта (ГОСТ 9128-2013 «Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов» МГС, Москва, Стандартинформ, 2014, прототип).

Недостатком прототипа следует признать низкий предел прочности, низкую водостойкость, теплостойкость и морозостойкость асфальтобетона на основе регламентированных стандартом смесей.

Задачей изобретения является повышение плотности, увеличение прочности, водостойкости, теплостойкости и морозостойкости асфальтобетона при использовании составов смеси на основе серобитумного вяжущего и отходов промышленного производства.

Для решения поставленной задачи асфальтобетонная смесь, включающая вяжущее на битумной основе и минеральную часть, содержащую щебень, шлаковый песок размером 0-5 мм и минеральный порошок, согласно изобретению содержит указанное вяжущее, дополнительно включающее серу при соотношении серы с битумом 10-40:60-90, указанное серобитумное вяжущее содержится в количестве 4,5-6,0 мас. % сверх 100% по отношению к минеральной части, в качестве минерального порошка - порошкообразные отходы электродного производства, состоящие в основном из углерода, а в качестве щебня - известняковый щебень и указанного песка - песок из шлаков Надеждинского металлургического комбината при следующем соотношении компонентов, мас. %: битум - 3,6-4,05 сверх 100% от минеральной части; сера - 0,45-2,4 сверх 100% от минеральной части; щебень - 50,5-60,0; шлаковый песок - 32,5-40,3; минеральный порошок - 6,5-11,0.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемых составов асфальтобетонной смеси, заключается в следующем:

а) в повышении плотности асфальтобетона за счет высокой дисперсности минерального порошка из отходов электродного производства, что способствует повышению прочности, водостойкости, теплостойкости и морозостойкости;

б) в уменьшении пористости, увеличении прочности и водостойкости асфальтобетона за счет замены части битума технической серой;

в) в снижении себестоимости асфальтобетона за счет замены мелкого заполнителя и минерального порошка отходами металлургической промышленности.

Технический эффект достигается тем, что шлаковый песок имеет весьма развитую пористую поверхность, в порах которого плотно кольматируется тонкодисперсный наполнитель в виде порошкообразных отходов электродного производства. В результате этого повышается плотность, прочность, водостойкость и морозостойкость асфальтобетона. Механизм пластификации серы битумом объясняется растворимостью серы и переходом ее в аморфное состояние в среде углеводородов битума, а также разрушением структурного коагуляционного каркаса битума за счет адсорбции и взаимодействия серы с активными группами структурообразующих компонентов.

С понижением температуры серобитумного вяжущего количество растворенной серы уменьшается. Большая часть расплавленной в битуме серы кристаллизуется с течением времени, выделяется в виде твердой фазы и ведет себя подобно дисперсному наполнителю. При высоких содержаниях серы в серобитумном вяжущем возможно также возникновение кристаллизационной структуры в битуме за счет срастания выделяющихся в виде кристаллов частиц серы.

Элементарная сера в структуре асфальтобетона действует по механизму активного, кольматирующего и армирующего наполнителей в зависимости от ее содержания в вяжущем. Действие серы по механизму наполнителя требует рассматривать ее не как эквивалентную замену битуму, а как добавку, повышающую плотность и прочность материала. Свойства асфальтобетонов и вяжущих можно направленно регулировать варьированием количества и температуры ввода серы. Дозировка серы в вяжущем от 10 до 40 мас. % от количества битума была принята на основании проведенных исследований серобитумных вяжущих. Испытания показали, что введение серы менее 10% оказывает пластифицирующее воздействие на битум, то есть уменьшает его вязкость. Это должно привести к снижению прочности асфальтобетона. Введение серы более 40% приводит к уменьшению растяжимости и увеличению хрупкости вяжущего, что также отрицательно может отразиться на свойствах асфальтобетона. Таким образом, при содержании серы до 40% преобладает эффект активного и кольматирующего наполнителей.

Для осуществления изобретения производят подготовку компонентов и их испытание в соответствии с требованиями стандартов:

- ГОСТ 9128-2013 «Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов», МГС, Москва, Стандартинформ, 2014;

- ГОСТ 12801-98 «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства», МНТКС, Москва, 1998;

- ГОСТ Р 52129-2003 «Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей», МНТКС, Москва, 2003;

- ГОСТ 222245-90 «Битумы нефтяные дорожные вязкие», МНТКС, Москва, 1991.

- ГОСТ 127.1-93 «Сера техническая. Технические условия», МНТКС, Москва, 1993.

На достижение технического результата оказывают влияние свойства исходных материалов, имеющих следующие характеристики:

1. В качестве связующего в вяжущем использовалась сера техническая комовая. Химический анализ технической серы показал, что в ее составе основным компонентом является элементарная сера с ромбической решеткой, так называемая альфа-сера. Имеются также примеси с общим содержанием не более 0,7% мас. Таким образом,

данный продукт удовлетворяет требованиям ГОСТ 127.1-93 для технической серы по составу. По физическим свойствам, таким как температура плавления ромбической серы и полимеризации уже расплавленной серы, данный продукт практически не отличается от химически чистой элементарной серы с температурой плавления 119°С.

2. В качестве крупного заполнителя минеральной части использовался известняковый щебень Березовского карьера г. Красноярска. Свойства и зерновой состав указанного щебня приведены в таблицах 1, 2.

3. В качестве мелкого заполнителя минеральной части использовались гранулированные шлаки Надеждинского металлургического завода г. Норильска. По данным химического анализа, применяемый шлак состоит из следующих соединений, выраженных в % мас.: Fe2O3(56,94), SiO2(30,78), Al2O3(0,72), СаО(3,72), MgO(2,12), S(0,42), CuO(0,462), Со3О4(0,163), NiO(0,082), Na2O(1,06), K2O(0,83).

Таким образом, шлаки состоят преимущественно из силиката железа, имеются также примеси оксидов кремния, кальция, магния, алюминия и др.

Свойства указанных шлаковых песков и зерновой состав приводятся соответственно в таблицах 3, 4.

4. Что же касается минерального порошка, в настоящее время дорожно-строительные организации г. Красноярска и Красноярского края ощущают острый дефицит в минеральном порошке для асфальтобетона, так как в регионе отсутствует производство минерального порошка.

В связи с этим проводились исследования порошкообразного отхода электродного производства «Русал» в соответствии с требованиями ГОСТ Ρ 52129-2003. Свойства используемого порошка в сравнении с требованиями указанного ГОСТа для минеральных порошков марки МП-2 (порошки из некарбонатных горных пород, твердых и порошковых отходов промышленного производства) приводятся в таблице 5.

Как видно из таблицы 5, по всем показателям минеральный порошок намного превосходит требования ГОСТ Ρ 52129-2003.

Изучался зерновой состав порошкообразных отходов. Зерновой состав порошка в сравнении с требованиями ГОСТ Ρ 52129-2003 приводится в таблице 6.

Как видно из таблицы 6, по зерновому составу порошок электродов отвечает требованиям ГОСТ Ρ 52129-2003 и имеет высокую дисперсность, что позволит повысить плотность, прочность и водостойкость асфальтобетона. Изучение отходов с помощью рентгенофазового и термического анализов показало, что отходы электродов состоят в основном из углерода и практически не содержат примесей. При нагревании до 1000°C проба полностью выгорает.

Таким образом, проведенные исследования показали возможность использования порошка электродов для получения дорожного асфальтобетона.

Измерения удельной эффективной активности естественных радионуклидов показали, что используемые материалы: сера, шлаки, порошок электродного производства, согласно санитарным правилам относятся к I классу и могут быть использованы в дорожном строительстве в пределах территории населенных пунктов и зон перспективной застройки, а также в дорожном строительстве вне заселенных пунктов.

В качестве вяжущего для приготовления асфальтобетона использовался битум марки БНД 90/130 Ачинского НПЗ. Свойства битума в сравнении с требованиями ГОСТа 22245-90 приводятся в таблице 7.

Как видно из таблицы 7, битум по всем физико-механическим показателям отвечает требованиям указанного ГОСТа.

С использованием вышеперечисленных минеральных заполнителей был подобран состав мелкозернистого, горячего, плотного асфальтобетона типа А, марки II, который обычно применяется для укладки верхнего слоя дорожных асфальтобетонных покрытий. Подбор составов асфальтобетонов проводился в соответствии с ГОСТ 9128-2013 по предельным кривым для плотных смесей.

Приготовление асфальтобетонной смеси проводили следующим образом: в отдельной емкости разогревали битум до температуры 130-140°C и также в отдельной емкости разогревали серу до температуры 120-130°C. Затем получали серобитумное вяжущее путем перемешивания в течение 10 минут жидкой серы с горячим битумом.

Наполнители (щебень, шлаковый песок и порошок электродов) грели до температуры 140-150°C. Затем наполнители и серобитумное вяжущее смешивали при температуре 135°C в течение 5-10 минут. Таким образом, температура приготовления сероасфальтобетона была на 10-20°C ниже температуры, указанной в ГОСТ 12801-98 на асфальтобетон, т.к. вязкость серобитумного вяжущего ниже вязкости битума. Во время приготовления асфальтобетона на серобитумном вяжущем отсутствует выделение вредных газов. При этом применение серобитумного вяжущего приводит к ускорению процесса обволакивания зерен минеральной смеси, а тем самым к быстрейшему получению асфальтобетонной смеси. Асфальтобетонные смеси на серобитумном вяжущем уплотняли при температуре 110-120°C. При таких температурах смеси сохраняли подвижность.

Для определения свойств сероасфальтобетона использовались образцы-цилиндры с размерами d=h=71,4 мм в соответствии с требованиями ГОСТ 12801-98. Формование образцов проводили в металлической форме с двумя вкладышами, нагретой до температуры 90-100°C. Образцы уплотнялись на прессе при давлении 40 МПа в течение 3 мин.

Преимущества предлагаемых асфальтобетонных смесей показаны на составах мелкозернистых смесей, которые по своим гранулометрическим составам удовлетворяют требованиям ГОСТ 9128-2013, предъявляемым к смесям типа «А» марки II. На заявленных минеральных заполнителях и на серобитумном вяжущем готовили четыре состава асфальтобетонной смеси согласно таблице 8.

Количество серобитумного вяжущего устанавливается сверх 100% минеральной части асфальтобетона.

Качество асфальтобетона определялось по ГОСТ 12801-98 и сравнивалось со свойствами асфальтобетона по ГОСТ 9128-2013 для III дорожно-климатической зоны (прототип). Свойства указанных составов приводятся в таблице 9.

Как видно из таблицы 9, по пределу прочности при 20°C и водостойкости предлагаемые составы асфальтобетона имеют лучшие показатели, чем известные составы (по прототипу). Более высокое значение прочности при 50°C показывает большую теплостойкость, а меньшее значение прочности при 0°C показывает большую морозостойкость предлагаемого состава по сравнению с прототипом. Расчеты показали, что стоимость сероасфальтобетонной смеси на порошке электродного производства и шлаковом песке почти в 1,5 раза меньше по сравнению со стоимостью сероасфальтобетонной смеси на стандартных минеральных заполнителях.

Асфальтобетонная смесь, включающая вяжущее на битумной основе и минеральную часть, содержащую щебень, шлаковый песок размером 0-5 мм и минеральный порошок, отличающаяся тем, что содержит указанное вяжущее, дополнительно включающее серу при соотношении серы с битумом 10-40:60-90, указанное серобитумное вяжущее содержится в количестве 4,5-6,0 мас.% сверх 100% по отношению к минеральной части, в качестве минерального порошка - порошкообразные отходы электродного производства, состоящие в основном из углерода, в качестве щебня - известняковый щебень и указанного песка - песок из шлаков Надеждинского металлургического комбината при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум 3,6-4,05 сверх 100% от минеральной части
сера 0,45-2,4 сверх 100% от минеральной части
щебень 50,5-60,0
шлаковый песок 32,5-40,3
минеральный порошок 6,5-11,0.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области получения битумных композиций, содержащих полимерные добавки и предназначенных для использования в дорожном строительстве. Состав битумной композиции для асфальтобетонных покрытий включает смесь битума и малеинизированного синдиотактического 1,2-полибутадиена, при этом используют малеинизированный 1,2-СПБ при следующем соотношении компонентов, в мас.ч.: битум - 100, малеинизированный 1,2-СПБ - 1-8.

Изобретение относится к области производства композиционных составов для приготовления дорожно-строительных материалов и конкретно к способу получения серобитумного вяжущего.

Изобретение относится к применению органических гелеобразующих соединений формулы (I): где А представляет собой углеводородную группу, которая может быть линейной или разветвленной, насыщенной или ненасыщенной, ациклической, циклической или полициклической, имеющей от 3 до 92 атомов углерода, образующуюся в результате полимеризации боковых цепей по меньшей мере одной ненасыщенной жирной кислоты, X представляет собой группу NH или атом кислорода, R1 представляет собой группу, выбранную из линейной или разветвленной углеводородной группы с 2-40 атомами углерода, возможно включающей один или более гетероатом и возможно включающей одну или более ненасыщенную связь или ароматическую группу, замещенную или незамещенную, R2 представляет собой группу, выбранную из атома водорода, линейной или разветвленной углеводородной группы с 1-40 атомами углерода, включающей один или более гетероатом и, возможно, включающей одну или более ненасыщенную связь, или ароматическую группу, замещенную или незамещенную, m и n независимо друг от друга представляют собой целые числа от 1 до 4, p представляет собой целое число от 0 до 4, q представляет собой целое число от 1 до 4, Y представляет собой группу, включающую донор водородной связи и акцептор водородной связи, в битумных композициях для улучшения их устойчивости к химическому воздействию.

Изобретение относится к вибрационному демпфирующему материалу для использования в связанной демпфирующей системе и к демпфирующему изделию со связанным слоем, применяемому в автомобилях для глушения шума.

Изобретение относится к комплексным модификаторам, улучшающим свойства органического вяжущего и материалов на его основе, используемых в строительстве, таких как слои дорожной одежды, защитные, изоляционные, гидрофобные покрытия, композитные материалы и т.д.

Изобретение относится к области производства битумно-полимерных строительных и гидроизоляционных материалов, используемых для гидроизоляционной защиты бетонных, кирпичных, надземных и подземных сооружений, а также может использоваться в гражданском, аэродромном и дорожном строительстве для заливки швов и трещин, дорожных покрытий и конструкций.
Изобретение относится к области материалов для дорожного покрытия, в частности к модифицированным асфальтобетонным смесям, и может быть использовано в дорожном и аэродромном строительстве.

Изобретение относится к получению полистирольных композиций на основе полистирола и нефтяных битумов. Получаемые полистирольные композиции могут быть использованы в качестве связующего при получении композиционных материалов, в промышленном и гражданском строительстве для кровельных, гидроизоляционных работ, в дорожном строительстве в качестве связующих для ремонта асфальтобетонных покрытий.

Изобретение предназначено для получения активированного минерального порошка для дорожного строительства и может быть использовано в нефтегазовой промышленности.

Изобретение относится к полимерно-битумным вяжущим, содержащим битум нефтяной дорожный и термопластичную полимерную добавку на основе модифицированного полиэтилентерефталата, которые применяются в строительстве верхних слоев дорожного полотна.
Изобретение относится к области материалов для дорожного покрытия, в частности к модифицированным асфальтобетонным смесям, и может быть использовано в дорожном и аэродромном строительстве.

Изобретение предназначено для получения активированного минерального порошка для дорожного строительства и может быть использовано в нефтегазовой промышленности.
Изобретение относится к экологичной плите, в частности к экологичной плите с нулевым выбросом углекислого газа при ее изготовлении и высоким содержанием волокон, синтезированной из порошка из негодных печатных плат, а также к способу изготовления такой плиты.
Изобретение относится к способу получения битумных композиций и может найти применение в дорожном строительстве, производстве кровельных материалов и гидроизоляции.

Изобретение относится к способам обезвреживания и утилизации нефтесодержащих отходов и может быть использовано на предприятиях нефтегазового комплекса и предприятиях по переработке отходов.
Изобретение относится к способу получения синтетического топлива, который заключается в том, что в теплоизолированный топливный бак загружают брикеты твердого полиэтилена, нагревают их в баке до температуры более 85°С и подают в бак углеводородное топливо (церезин, керосин, дизтопливо), чем обеспечивают интенсивное растворение полиэтилена до жидкой фазы, после чего прогревают раствор до температуры 110-130°С и в виде жидкого топлива подают в горелки котельной, поршневой или турбинной энергетической установки внутреннего сгорания.

Изобретение относится к способам обезвреживания и утилизации нефтесодержащих отходов и фильтровочных и поглотительных отработанных масс стадии винтаризации процесса рафинации растительного масла и может быть использовано на предприятиях нефтегазового комплекса и организациях по переработке отходов.

Изобретение относится к способу переработки отходов. Способ переработки отходов переработки нефти включает подачу отходов переработки нефти и пластмасс в котел и нагрев объединенных отходов переработки нефти и пластмасс, используя дальнее инфракрасное излучение, таким образом, чтобы выделить летучие углеводороды, где выделенные летучие углеводороды собирают для последующего использования.

Изобретение относится к способу получения модифицированных битумных вяжущих, предназначенных для использования в дорожном, аэродромном, гидротехническом и других видах строительства.

Изобретение относится к способу переработки сырья - фторопластов и материалов, их содержащих, в том числе производственных и эксплуатационных отходов, с целью получения ультрадисперсного фторопласта и перфторпарафинов.

Изобретение может быть использовано для получения асфальтобетонной массы, применяемой для устройства автомобильных дорог, аэродромных покрытий, гидротехнических сооружений.

Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к составам асфальтобетонной смеси. Асфальтобетонная смесь включает вяжущее на битумной основе и минеральную часть, содержащую щебень, шлаковый песок размером 0-5 мм и минеральный порошок, при этом вяжущее дополнительно включает серу при соотношении серы с битумом 10-40:60-90, указанное серобитумное вяжущее содержится в количестве 4,5-6,0 мас. сверх 100 по отношению к минеральной части, в качестве минерального порошка смесь содержит порошкообразные отходы электродного производства, состоящие в основном из углерода, в качестве щебня - известняковый щебень и указанного песка - песок из шлаков Надеждинского металлургического комбината при следующем соотношении компонентов, мас.: битум - 3,6-4,05 сверх 100 от минеральной части; сера - 0,45-2,4 сверх 100 от минеральной части; щебень - 50,5-60,0; шлаковый песок - 32,5-40,3; минеральный порошок - 6,5-11,0. Технический результат заключается в улучшении физико-механических показателей асфальтобетона, а именно прочности, теплостойкости, морозостойкости и водостойкости. Изобретение расширяет область использования отходов цветной металлургии и предусматривает их утилизацию, улучшая экологическую ситуацию, а также снижает себестоимость асфальтобетона. 9 табл.

Наверх