Способ приготовления эмульсионно-минеральной смеси

Изобретение относится к способу приготовления водоэмульсионных материалов, применяемых в конструктивных слоях дорожных покрытий. Способ приготовления эмульсионно-минеральной смеси включает введение в смеситель компонентов: отдозированные щебеночные и песчаные фракции влажностью W (мас.%), равной Э(50-В)/100, где Э - содержание битумной эмульсии в смеси (мас.%), В - содержание воды в битумной эмульсии (мас.%), к которым в процессе перемешивания добавляют битумную эмульсию и перемешивают до получения однородной смеси в течение 0,5 мин. Далее вводят минеральный порошок и перемешивают до получения однородной смеси в течение до 1,5 мин. Способ приготовления достаточно простой и в процессе реализации достигается значительное удешевление композиции за счет сокращения продолжительности перемешивания смеси, при снижении содержания воды в смеси и дробимости щебня при уплотнении, снижение сроков формирования структуры покрытия, повышение качества и долговечности устраиваемых из нее дорожных покрытий. 2 табл.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу приготовления водоэмульсионных материалов, применяемых в конструктивных слоях дорожных покрытий.

Уровень техники

Известен холодный способ получения щебеночно-мастичного асфальтобетона для ремонта и устройства слоев дорожных покрытий (патент РФ 2612681, опубл. 13.03.2017). Холодный способ получения щебеночно-мастичного асфальтобетона для ремонта и строительства дорожных покрытий включает смешение холодного минерального материала, состоящего из щебня прочных горных пород, песка отсевов дробления щебня горных пород и минерального порошка, с последовательным введением на его 100 мас.% следующих компонентов, масс.%: цемент - 3,0-6,0, нанополимерная водораз-бавляемая добавка с размером частиц 50-300 нм, преимущественно 80-160 нм, содержащая латекс на основе сополимера стирола с полярными мономерами, например с эфиром акриловой кислоты - бутилакрилатом, или с бутадиеном и акриловой или метакриловой кислотой в пересчете на сухое вещество - 0,1-0,5, неионогенное поверхностно-активное вещество из класса оксиэтилированных высших жирных спиртов или алкилфенолов - 0,05-0,1, катионоактивная битумная эмульсия в пересчете на битум – 3,0-5,0. Перемешивание продолжают 5-10 мин с доведением при необходимости суммарной влажности рыхлой смеси до 8-10 масс. %.

Недостатком известного способа получения холодного щебеночно-мастичного асфальтобетона является сложность состава, длительное перемешивание, высокое содержание воды, что затрудняет уплотнение и замедляет сроки формирования покрытия.

Известен способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав (патент РФ на изобретения №2436888, опубл.20.12.2011) для дорожного строительства, включающий смешение минерального материала с битумной эмульсией, портландцементом и водой, в качестве минерального материала использован щебень и песок, а смешение осуществляется в две стадии: на первой стадии раздельно друг от друга приготовляют черный щебень и цементно-песчаный раствор, при этом черный щебень приготовляют посредством перемешивания щебня с битумной эмульсией, а цементно-песчаный раствор приготовляют посредством смешивания песка, портландцемента и воды, а на второй стадии смешивают приготовленные черный щебень с цементно-песчаным раствором и получают смесь при следующем соотношении компонентов, мас. %: щебень 40-72; песок 26-58; портландцемент 2-14; битумная эмульсия (сверх 100%) 1-5; водоцементное соотношение 0,2-0,5 (без учета воды, присутствующей в битумной эмульсии). В составе цементно-асфальтобетонной смеси используют щебень фракции 5-20 мм и песок. Общее содержание воды в смеси достигает 12 %.

Недостатком цементно-асфальтобетонной смеси является сложность состава и технологии приготовления, из-за малого содержания битумной эмульсии в черном щебне требуется длительное время его перемешивания, Из-за высокого содержания свободной воды, только часть которой (примерно 28 %) связывается портландцементом, происходит дробление щебня при уплотнении, низкие показатели качества, из-за схватывания портландцемента сроки транспортирования и уплотнения цементно-асфальтобетонных смесей ограничены и зависят от погоды.

Наиболее близким по существу настоящего изобретения является плотная эмульсионно-минеральная смесь (Пособие по приготовлению и применению битумных дорожных эмульсий к СНиП 3.06.03-85), применяемая для устройства на автомобильных дорогах III-V категорий, включающая минеральный заполнитель, битумную эмульсию, воду. Известный способ приготовления плотной эмульсионно-минеральной смеси включает взвешивание минеральных материалов с влажностью 3-5 % и их подачу в смеситель, перемешивание, введение катионной битумной эмульсии и дальнейшее перемешивание. Увлажнение минерального материала необходимо для обеспечения смешиваемости минеральных компонентов с битумной эмульсией и получения однородной смеси. При введении битумной эмульсии во влажную смесь минеральных заполнителей в первую очередь происходит объединение ее с пылеватыми фракциями заполнителя вследствие их более интенсивного массо-переноса и массообмена в смеси. Образующаяся смесь битумной эмульсии с пылеватыми фракциями имеет повышенную вязкость и частичный распад, что затрудняет покрытие поверхности более крупных фракций заполнителя. Длительность перемешивания зависит от состава смеси, свойств эмульсии, влажности минеральных материалов, типа смесителя и определяется по пробным замесам. Из-за высокого содержания воды, которое находится в плотной эмульсионно-минеральной смеси в пределах порядка 9-12 %, происходит дробление щебня при ее уплотнении с выделением части воды. Оставшаяся вода в порах смеси испаряется в процессе эксплуатации из покрытия и частично вытесняется при доуплотнении от движущегося транспорта. Формирование структуры покрытий из эмульсионно-минеральных смесей, его доуплотнение весьма длительное, в связи с чем показатели качества в первые годы эксплуатации покрытий весьма низкие.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом данного изобретения является упрощение технологии приготовления плотной эмульсионно-минеральной смеси, снижение продолжительности перемешивания эмульсионно-минеральной смеси, снижение содержания воды в смеси и дробимости щебня при уплотнении, повышение показателей качества, снижение сроков формирования покрытия.

Указанный технический результат достигается тем, что плотная эмуль-сионно-минеральная смесь, включающая минеральный заполнитель (щебень, песок, минеральный порошок и битумную эмульсию, готовится при следующей последовательности введения в смеситель компонентов: отдозированные щебеночные и песчаные фракции с влажностью W в % масс., равной Э(50-В)/100, где Э - содержание битумной эмульсии в смеси в % масс., В - содержание воды в битумной эмульсии в % масс., перемешивание смеси, затем в процессе перемешивания добавляют битумную эмульсию и перемешивают до получения однородной смеси в течение 0,5 мин, далее вводят минеральный порошок и перемешивают до получения однородной смеси в течение до 1,5 мин.

Предварительное перемешивание битумной эмульсии с крупными фракциями минерального заполнителя (щебеночными и песчаными) даже без дополнительного их увлажнения если содержание воды в битумной эмульсии составляет 50 % масс. позволяет быстро и гарантировано покрыть поверхность этих фракций битумными частицами, а затем после введения минерального порошка покрыть и его поверхность в процессе перемешивания.

Осуществление изобретения

Получение плотной эмульсионно-минеральной смеси включает порцион-ную загрузку в смеситель фракций щебня и песка с заданной влажностью W. Заданная влажность заполнителя определяется после определения оптималь-ного расхода битумной эмульсии в смеси. Оптимальный расход битумной эму-льсии в смеси находят по следующей методике. Выбирают зерновой состав ми-нерального заполнителя в плотной эмульсионно-минеральной смеси согласно рис.6 Пособия по приготовлению и применению битумных дорожных эмульсий к СНиП 3.06.03-85.

Подбирают сначала оптимальное количество битума так, как это рекомен-дуется для горячих смесей, т.е. приготавливают смеси принятого зернового со-става с различным содержанием битума. Битум применяют тот же, что и для приготовления эмульсий. Горячие смеси готовят при следующей последовате-льности введения в смеситель компонентов: отдозированные щебеночные и песчаные фракции подают в смеситель, затем в процессе перемешивания добавляют горячий битум и перемешивают в течение 0,5 мин, далее вводят минеральный порошок и перемешивают до получения однородной смеси в течение до 1,0 мин. Из каждой смеси изготавливают по десять образцов и определяют физико-механические свойства в соответствии с ГОСТ 12801-84 "Смеси асфальтобетонные дорожные аэродромные и асфальтобетон. Методы испытания". За оптимальное принимают то количество битума Бо (% массы минеральных материалов), при котором показатели физико-механических свойств образцов имеют оптимальные значения. Оптимальное количество эмульсии Э рассчитывают по формуле:

Э= (Бо / С)•100, %,

где С – содержание битума в эмульсии, %.

Затем проверяют свойства эмульсионно-минеральной смеси с добавлением оптимального количества битумной эмульсии Э, с содержанием битума С, равном 50 % и воды В-50 %. Эмульсионно-минеральную смесь готовят при следующей последовательности введения в смеситель компонентов (режим I):: отдозированные щебеночные и песчаные фракции при влажности 0 % подают в смеситель, затем в процессе перемешивания добавляют битумную эмульсию и перемешивают до получения однородной смеси в течение 0,5 мин, далее вводят минеральный порошок и перемешивают до получения однородной смеси в течение до 1,0 мин. В случае применения битумных эмульсий с содержанием битума С более 50 % и воды В соответственно менее 50 % в минеральный заполнитель (щебеночные и песчаные фракции) вводят воду W в количестве, % масс., равной Э(50-В)/100, где Э- содержание битумной эмуль-сии в смеси (% масс.), В - содержание воды в битумной эмульсии (% масс.), или используют эти фракции с естественной влажностью, равной W.

Это дополнительное увлажнение минерального заполнителя компенсирует ту часть воды, которая должна быть в эмульсии в количестве 50 %., и обеспечивает равномерное распределение эмульгированного битума в смеси.

Приготовление плотной эмульсионно-минеральной смеси осуществлялось по прототипу (режим II). В лабораторный смеситель загружают отдозирован- ные фракции щебня, песка, минерального порошка. Добавляют 4,1 % воды и перемешивают в течение 1 мин. Затем добавляют в работающий смеситель битумную эмульсию в количестве 12,2 % и мешают до получения однородной смеси в течение 2,0 мин.

Смеси готовились на катионной медленнораспадающейся битумной эмульсии марки ЭБК-3. В состав битумной эмульсии входили битум Саратовского нефтеперерабатывающего завода марки БНД 90/130 с глубиной проникания иглы при 25 ⁰С, равной 97 ед., и температурой размягчения по КиШ 47 ⁰С. В качестве эмульгатора использовали катионный эмульгатор БП-3М, который вводили в битум в количестве 1,1 %. Процентное соотношение битум:вода в эмульсии было равным 50:50.Водородный показатель рН воды был равен 2, что достигалось за счет введения соляной кислоты. Битумная эмульсия вводилась в смесь в количестве, при котором содержание битума было равным 6,1 % сверх 100 % минерального заполнителя.

Для исследований был принят зерновой состав минерального заполнителя из дробленого гравия Надзорненского карьера с содержанием щебеночных фракций 50 % и песчаных фракций 37 % (табл. 1) .

Таблица 1. Зерновой состав минеральной части эмульсионно-минеральной смеси

Уплотнение цилиндрических образцов диаметром 71,4 мм осуществляли при статической нагрузке под напряжением 40 МПа в течение 3 мин, а также образцов Маршалла на ударном уплотнителе при числе ударов с обеих сто-рон, равном 75. Определение физико-механических показателей образцов осуществляли через 14 сут. выдерживания образцов в комнатных условиях при температуре 22 ±3⁰С. Определяли среднюю плотность, прочность при сжатии, стабильность по Маршаллу, водонасыщение и коэффициент водостойкости. В процессе выдерживания образцов определяли также потерю воды методом взвешивания.

У образцов, испытанных на водостойкость (не подвергнутых механическим испытаниям), определяли дробимость щебня Д по формуле:

Д = (Щ1 - Щ2)/Щ1 х 100, (1)

где Щ1 - содержание щебня в составе смеси в исходном состоянии, в % ;

Щ2 - содержание щебня в образце после его уплотнения, определенное после экстрагирования вяжущего, в %.

Определение дробимости производят на 2-х образцах и вычисляют среднее значение.

Коэффициент уплотнения Ку образцов эмульсионно-минеральных смесей определяли по уравнениям:

Ку= ρо/ρ1, (2)

где ρо - средняя плотность образца при 200С, определенная экспериментально, кг/м,

ρ1 - средняя плотность при 20 ⁰С переформованного образца, кг/мᶾ.

В таблице 2 представлены данные по основным свойствам эмульсионно-минеральных смесей.

Было определено количество воды, выделяющейся из образцов при их уплотнении, а также у образцов в возрасте 14 сут после выдерживания при комнатной температуре. С понижением содержания воды в смеси, выделение воды при уплотнении образцов cнижается. Уплотнение образцов из эмульсионно-минеральных смесей, приготовленных по прототипу (режим II) сопровождается выделением гораздо большего количества воды, чем у образцов, приготовленных по предлагаемому режиму I, однако часть воды, оставшейся в порах образцов, приготовленных по режиму II , более чем в 2 раза выше, чем у образцов, приготовленных по предлагаемому режиму I (таблица 2). Соответственно и показатели качества образцов, приготовленных по предлагаемому режиму I гораздо выше, чем у образцов, приготовленных по прототипу - режиму II (таблица 2).

Таблица 2. Физико-механические свойства эмульсионно-минеральных смесей в зависимости от режимов приготовления

Таким образом, предложенный способ приготовления эмульсионно-минеральной смеси позволяет упростить технологию ее приготовления, снизить продолжительность перемешивания смеси, снизить содержания воды в смеси и дробимость щебня при уплотнении, повысить показатели качества, снизить сроки формирования структуры покрытия.

Способ приготовления эмульсионно-минеральной смеси достаточно простой и в процессе реализации достигается значительное удешевление заявленной композиции.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения показал, что совокупность существенных признаков заявленного способа не известна из уровня техники и значит, соответствует условию патентоспособности «Новизна». В уровне техники не было выявлено признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленного изобретения и влияющих на достижение заявленного технического результата, поэтому заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «Изобретательский уровень».

Приведенные сведения подтверждают возможность применения заявляемого способа приготовления эмульсионно-минеральной смеси для получения материала для устройства конструктивных слоев дорожных покрытий, и поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».

Способ приготовления эмульсионно-минеральной смеси, включающей минеральный заполнитель: щебень, песок, минеральный порошок и битумную эмульсию, включающий следующую последовательность введения в смеситель компонентов: отдозированные щебеночные и песчаные фракции с влажностью W (мас.%), равной Э(50-В)/100, где Э - содержание битумной эмульсии в смеси (мас.%), В - содержание воды в битумной эмульсии (% мас.), к которым в процессе перемешивания добавляют битумную эмульсию и перемешивают до получения однородной смеси в течение 0,5 мин, далее вводят минеральный порошок и перемешивают до получения однородной смеси в течение до 1,5 мин.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области строительства, а именно дорожного строительства, и может быть использовано при строительстве дорог, площадок, взлетно-посадочных полос, тротуаров и других объектов транспортной инфраструктуры.

Изобретение относится к добавке для эмульсии битума, которая представляет собой особую смесь алкоксилированных соединений с низким и высоким содержанием групп окиси алкилена в комбинации с алюминийсодержащим полимером.

Изобретение относится к области производства щебеночно-мастичных дорожных смесей и асфальтобетонов, применяемых для ремонтно-восстановительных работ и устройства новых слоев дорожных и аэродромных покрытий.

Изобретение относится к бесцветному синтетическому вяжущему, которое находит дорожно-промышленное применение. Бесцветное синтетическое вяжущее содержит масло растительного происхождения, смолу нефтяного происхождения и полимер.

Изобретение относится к способам ремонта изношенных от воздействия ходовых органов машин колейных полос в форме чаши прогиба в поперечном сечении на асфальто- и цементобетонных покрытиях автомобильных дорог.
Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к составу для поверхностной обработки дорожных покрытий, и может быть использовано при строительстве и ремонте автомобильных дорог.

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для строительства дорожных покрытий в зимнее время, прежде всего, в малодоступных районах с суровым зимним климатом.
Изобретение относится к битумно-полимерной композиции, которая может найти применение, в частности, при изготовлении дорожных вяжущих веществ, а также для изготовления внутренних и внешних покрытий для промышленных областей применения.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении водонепроницаемых мембран для кровель. Сначала получают базовую смесь путем объединения битумного вяжущего вещества и полимерного модификатора при первой температуре, составляющей от около 150 до около 260°C.

Изобретение относится к составам битумно-полимерных грунтовок для защиты от коррозии стальных трубопроводов, металлических резервуаров и нефтехранилищ промышленно-гражданского строительства.

Группа изобретений относится к области химии и нефтехимического производства и может быть использована для производства мастики, применяемой в конструкции защитных покрытий при проведении в трассовых условиях ремонта (переизоляции) магистральных трубопроводов, в дорожном строительстве в качестве основного компонента вяжущего при приготовлении асфальтобетонных смесей, для антикоррозионной обработки каркасов оснований и внутренних полостей труб каркасов троллейбусов, автобусов, вагонов метро и других видов пассажирского и грузового транспорта.

Изобретение относится к области материалов для дорожного строительства, в частности к составам модифицированных асфальтобетонных смесей, и может быть использовано при строительстве и ремонте покрытий автомобильных дорог, аэродромов, городских улиц, мостов и т.п.

Изобретение относится к специализированным массам для дорожного покрытия, а именно к массам для гидроизоляционного слоя. Брикеты битумной массы содержат битум, резиновую крошку, парабановую кислоту, щебень и песок.

Изобретение относится к способам получения полимерно-битумных вяжущих, которые могут быть использованы при строительстве дорог. Способ получения полимерно-битумного вяжущего заключается во введении при перемешивании в битум при температуре 140-150°С смеси гудрона с условной вязкостью при 80°С 60-300 с и дистиллятной фракции 540-610°С в соотношении 3:1, взятой в количестве 30-60 мас.% от массы композиции, а затем блок-сополимера алкадиена и стирола в количестве 3,0-3,5 мас.% до полного растворения.

Изобретение относится к битумной композиции и к способу ее получения. Битумная композиция включает в себя битум, первую присадку, содержащую по меньшей мере одну функциональную группу сложного эфира жирной кислоты, насыщенной или ненасыщенной, имеющей линейную или разветвленную углеводородную цепь, содержащую от 4 до 36 атомов углерода, необязательно замещенную по меньшей мере одной гидроксильной группой, и вторую присадку, содержащую по меньшей мере один органический гелеобразователь.

Изобретение относится к битумной композиции и к способу ее получения. Битумная композиция содержит битум, первую добавку, содержащую по меньшей мере одну функциональную группу сложного эфира жирной кислоты, насыщенной или ненасыщенной, линейную или разветвленную, имеющую углеводородную цепь, содержащую от 4 до 36 атомов углерода, необязательно замещенную по меньшей мере одной гидроксильной группой, и вторую добавку, содержащую по меньшей мере один органический гелеобразователь.

Изобретение относится к области химии и нефтехимического производства и может быть использовано для применения при строительстве, реконструкции и ремонте дорог, мостов и аэродромов в качестве полимерно-битумного вяжущего.

Изобретение относится к полимерной промышленности и может быть использовано как покрытие для защиты от коррозии конструкций из бетона и железобетона, создания износоустойчивых наливных полов, в качестве герметизирующего материала, для декоративной отделки бетонных поверхностей.

Изобретение относится к способу приготовления водоэмульсионных материалов, применяемых в конструктивных слоях дорожных покрытий. Способ приготовления эмульсионно-минеральной смеси включает введение в смеситель компонентов: отдозированные щебеночные и песчаные фракции влажностью W, равной Э100, где Э - содержание битумной эмульсии в смеси, В - содержание воды в битумной эмульсии, к которым в процессе перемешивания добавляют битумную эмульсию и перемешивают до получения однородной смеси в течение 0,5 мин. Далее вводят минеральный порошок и перемешивают до получения однородной смеси в течение до 1,5 мин. Способ приготовления достаточно простой и в процессе реализации достигается значительное удешевление композиции за счет сокращения продолжительности перемешивания смеси, при снижении содержания воды в смеси и дробимости щебня при уплотнении, снижение сроков формирования структуры покрытия, повышение качества и долговечности устраиваемых из нее дорожных покрытий. 2 табл.

Наверх