Состав фибросодержащей асфальтобетонной смеси для покрытий
Владельцы патента RU 2739786:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» (RU)
Изобретение относится к области дорожно-строительных смесей, в частности к получению современного материала для дорожного покрытия с улучшенными физико-механическими свойствами. Состав включает составное вяжущее из одного битума первого ряда - БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60 совместно с одним из битумов второго ряда - БНД 200/300, БНД 130/200 с преобладанием в вяжущем битума первого ряда; полиакрилонитрильное (ПАН) волокно; минеральный порошок; наполнитель, включающий песок и регенерированный асфальтобетон в их % соотношении: вяжущее 4-6, ПАН волокно – 0,2-0,4, олеиновая кислота – 0,2-0,6, минеральный порошок – 4-12, регенерированный асфальтобетон – 20-40, песок – остальное. Технический результат - улучшение физико-механических параметров. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области дорожно-строительных смесей, в частности к получению современного материала для дорожного покрытия с улучшенными физико-механическими свойствами.
Применение отходов промышленности для получения конкурентоспособной продукции является одной из актуальных задач бережливого производства. В дорожно-строительной отрасли утилизация отработанного старого дорожного полотна посредством его включения в состав новых покрытий получает все большее распространение.
Известны различные составы смесей для создания асфальтовых одежд, полученные различными технологиями с применением регенерированного асфальтобетонного материала, описанные в зарубежных и отечественных патентных источниках: в патенте ЕР на изобретение №0182937, US на изобретение №4559128, US на изобретение №8206500, KR на изобретение №101487180, KR на изобретение №101654614, RU на изобретение №2702434.
Существует особая группа асфальтобетонных смесей для использования дорожных покрытий в зонах, требующих их высокой температурной стойкости, в частности для зон с жарким климатом. Добавление фиброволокон в асфальтобетонные смеси способно значительно повысить эксплуатационные свойства дорожных покрытий. В частности, ПАН волокна, добавляемые в асфальтобетонные смеси, отличаются наивысшей термостойкостью. Добавление ПАН фиброволокон в асфальтобетонные смеси значительно повышают эксплуатационные свойства.
Известен состав асфальтобетонной смеси (патент RU на изобретение №2465231), который включает: щебень, мелкий заполнитель, минеральный порошок, а также битумное вяжущее и армирующий волокнистый наполнитель, при следующем соотношении компонентов, мас.%: щебень - 30-70, мелкий заполнитель - 10-65, минеральный порошок - 5-40, битумное вяжущее - 3-15 (сверх 100% от минерального материала), ПАН-фибра - 0,1-0,15 (сверх 100% от массы минерального материала) и углеродное волокно - 0,01-0,15 (сверх 100% от массы минерального материала). В качестве углеродного волокна смесь содержит мелконарезанные углеродные волокна длиной от 3 до 40 мм и со средним диаметром 20-22 мкм из непрерывного углеродного волокна.
Однако слабое адгезионное взаимодействие, как оказалось, на границе раздела волокна и битума из-за отсутствия химических связей связующего с наполнителем не всегда приводит к ожидаемому повышению прочностных характеристик асфальтобетонной смеси.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является состав, описанный в патенте RU на изобретение №2713039. Состав фибросодержащей асфальтобетонной смеси включает следующие компоненты: щебень 20-60%, минеральный порошок 4-12%, полиакрилонитрильное волокно с плотностью 0,17-0,77 текс и длиной нарезки 6-18 мм 0,07-0,6%, органическое вяжущее 4-12%, песок - остальное. Органическое вяжущее является составным из двух видов битумов нефтяных дорожных вязких, в % от общего количества вяжущего в смеси: битум одной из марок: БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60 - 85-95% совместно с битумом одной из марок: БНД 200/300, БНД 130/200 - 5-15%.
Однако в данном запатентованном асфальтобетонном составе учтены не все возможности улучшения физико-химических параметров, а также экологических и других показателей.
Во всех выявленных патентах Заявителем не обнаружено ни одного решения, как и в других источниках информации, использующих данные о включении в составы асфальтобетонных смесей наряду с армирующими ПАН волокнами регенерированного асфальтобетона, актуального и перспективного материала в качестве наполнителя.
Наряду с экономией сырья за счет исключения наполняющих компонентов, без которых можно обойтись в случае регенерированного материала, введение в смесь в указанных выше изобретениях регенерированного асфальтобетона требует предварительной подготовки: при необходимости, промывки, измельчения, деления на фракции и т.д. Это может повысить стоимость вновь изготавливаемого асфальтобетонного покрытия с другой стороны. Поэтому выбор каждого из компонентов разрабатываемого состава и технология его введения в смесь должна быть и экономически целесообразной.
Задачей заявляемого изобретения является улучшение прочностных эксплуатационных характеристик получаемого покрытия: сдвигоустойчивости, стойкости к колееобразованию, водостойкости, трещиностойкости и повышении экологичности среды в первую очередь в условиях использования дорожного покрытия в условиях высоких температур.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в состав фибросодержащей асфальтобетонной смеси для покрытий, включающий составное вяжущее из одного битума первого ряда - БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60 совместно с одним из битумов второго ряда - БНД 200/300, БНД 130/200 с преобладанием в вяжущем битума первого ряда; полиакрилонитрильное (ПАН) волокно; минеральный порошок; наполнитель, включающий песок, входят следующие компоненты в их % соотношении:
| составное вяжущее | 4-6 |
| ПАН волокно | 0,2-0,4 |
| олеиновая кислота | 0,2-0,6 |
| минеральный порошок | 4-12 |
| регенерированный асфальтобетон как часть наполнителя | 20-40 |
| песок | остальное. |
Кроме того, заявляется состав, в котором наряду с вышеописанными признаками процент содержания входящих в составное вяжущее битумов первого и второго рядов, скомплектованных в пары, представлен следующим образом: битум первого ряда - 85-95%, второго ряда - 5-15%.
Технический результат - улучшение физико-механических параметров усиливается добавлением в состав органоминерального материала ПАН волокна именно в оптимальном - увеличенном количестве по сравнению с наиболее близким аналогом. Описанная группа компонентов во главе с регенерированным асфальтобетоном и ПАН фиброй, а также введенным в нее необходимым количеством олеиновой кислоты для наилучшего условия проявления армирующих свойств ПАН фиброволокна, а также для влияния ее в качестве ПАВ на регенерированный асфальт, дают преимущества.
В качестве ПАВ жирная кислота - олеиновая. Набор нескольких заявляемых компонентов, их вложение в общий состав за счёт выявленных в процессе апробации процентных соотношений позволили получить более высокие, чем у наиболее близкого аналога, заданные параметры как:
- сдвигоустойчивость,
- стойкость к колееобразованию,
- трещиностойкость,
- водостойкость.
Использование в заявляемом изобретении ПАН волокна в качестве современной армирующей добавки в асфальтобетонной смеси, обусловлено его применением для получения термически стойких материалов, и характеризуется тем, что его термостойкость позволяет даже при температурах 120-130°С в процессе выдерживания практически не изменять своих качеств. В сравнении с другими волокнами, которые в условиях комбинированных воздействий солнечного света, дыма, копоти, воды, кислот полностью разрушаются, ПАН волокна теряют прочность всего на 15%.
При выборе количества ПАН волокна в заявляемую смесь были апробированы ряд концентраций для сравнения их влияния на физико-механические свойства смеси. В результате установилась закономерность соответствия количества ПАН фибры и количества битума в смеси.
В ходе работ по получению оптимального заявляемого состава смеси и испытаний заявленного технического результата был приготовлен материал асфальтобетонной смеси, в котором в качестве компонентов фигурируют:
- олеиновая кислота, соответствующая ГОСТ 7580-91 производства ООО «ПКФ «Нижегородхимпродукт»;
- битумы Саратовского нефтеперерабатывающего завода, относящиеся к вязким нефтяным дорожным битумам марок БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60, БНД 200/300, БНД 130/200, соответствующие требованиям ГОСТ 22245-90;
- регенерированный дроблёный асфальтобетон;
- минеральный порошок, полученный, например, из части регенерированного асфальтобетона путем размола любым существующим современным способом или приобретенный порошок марки МП-2 ГОСТ Р 52129-2003.
Смешивание компонентов осуществляли в стандартных условиях асфальтобетонного завода в соответствии с утвержденными технологиями. Олеиновую кислоту предварительно вводили в битумы одной из марок: БНД 200/300, БНД 130/200 с перемешиванием.
Примеры.
В соответствии с заявляемым изобретением был получен оптимальный состав (обозначен №1), в котором процентное соотношение компонентов было следующим:
олеиновая кислота - 0,2 %,
регенерированный асфальтобетон - 20%,
минеральный порошок - 4 %,
составное вяжущее - 4%,
ПАН волокно с плотностью 0,17 текс с длиной нарезки 6 мм - 0,15%,
песок - остальное,
при этом органическое вяжущее состояло из двух видов нефтяных битумов дорожных, в % от общего количества вяжущего:
вязкий битум марки БНД 90/130 - 85% и
вязкий битум марки БНД 200/300 - 15%.
В соответствии с заявляемым изобретением был получен и состав (обозначен №2), в котором процентное соотношение компонентов было иным, но в пределах заявленного объема:
олеиновая кислота - 0,6 %,
регенерированный асфальтобетон - 40%,
минеральный порошок - 12 %,
составное вяжущее - 6%,
ПАН волокно плотностью 0,77 текс с длиной нарезки 18 мм - 0,4%,
песок - остальное,
при этом вяжущее - составленное из двух видов битумов нефтяных дорожных вязких, в % от общего количества вяжущего в смеси:
вязкий битум марки БНД 40/60 - 95% и
вязкий битум марки БНД 130/200 - 5%.
В Таблице 1 представлены результаты испытания значимых ключевых параметров при повышенной температуре (50°С) и пониженной температуре (0°С), образцов из состава №1 и №2 в сравнении с наиболее близким аналогом.
Таблица 1
| Состав применённого асфальтобетонного материала | Предел прочности на сжатие, МПа, при температуре |
Сдвигоустойчивость по сцеплению при сдвиге при 50°С, МПа |
Сдвигоустойчивость по коэффициенту внутреннего трения | Трещиностойкость, МПа | Коэффициент водостойкости | ||
| 20°С | 50°С | 0°С | |||||
| Образец состава №1 | 5,2 | 3,3 | 10,5 | 0,72 | 0,96 | 6,2 | 0,99 |
| Образец состава №2 | 6,0 | 4,2 | 12,5 | 0,77 | 0,98 | 7,0 | 0,98 |
| Образец, полученный в соответствии с наиболее близким аналогом (патент RU2713039) | 5,0 | 3,2 | 10,2 | 0,69 | 0,95 | 6,0 | 0,98 |
Из приведенных результатов видно, что образцы составов №1 и №2 обладают более высокой сдвигоустойчивостью, водостойкостью, трещиностойкостью и более высоким пределом прочности при нормальной (20°С), повышенной (50°С) и пониженной (0°С) температурах. Представленные данные демонстрируют преимущества введения ПАН фиброволокна, составного вяжущего и олеиновой кислоты.
1. Состав фибросодержащей асфальтобетонной смеси для покрытий, включающий составное вяжущее из одного битума первого ряда - БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60 совместно с одним из битумов второго ряда - БНД 200/300, БНД 130/200 с преобладанием в вяжущем битума первого ряда; полиакрилонитрильное (ПАН) волокно; минеральный порошок; наполнитель, включающий песок, характеризующийся тем, что в него входят следующие компоненты в их % соотношении:
| составное вяжущее | 4-6 |
| ПАН волокно | 0,2-0,4 |
| олеиновая кислота | 0,2-0,6 |
| минеральный порошок | 4-12 |
| регенерированный асфальтобетон как часть наполнителя | 20-40 |
| песок | остальное. |
2. Состав по п.1, характеризующийся тем, что количество битума в составном вяжущем, образованном из пар первого и второго рядов битумов, распределено следующим образом: битум первого ряда - 85-95%, второго ряда - 5-15%.
