Асфальтобетонная смесь
Владельцы патента RU 2744243:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к строительным материалам, конкретно – к составам асфальтобетонной смеси и может быть использовано при устройстве и ремонте покрытий автомобильных дорог. Технический результат – повышение прочности асфальтобетона. Асфальтобетонная смесь для дорожного строительства, содержащая шлак доменный, песок и битум нефтяной дорожный, в качестве песка содержит отход медеплавильного производства - купершлак фракции 0,071-2,5 мм, минеральный порошок, содержащий от 60-100% минералов гранатов при следующем соотношении компонентов, мас.%: шлак доменный фракции 5-40 мм - 45,0, битум нефтяной дорожный - 5,5, купершлак - фракции 0,071-2,5 мм - 43,5, указанный минеральный порошок фракции 0,071-0,315 мм - 6. 2 табл.
Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам асфальтобетонной смеси, состоящей из дорожного вязкого битума и минеральных материалов, и может быть использовано при устройстве и ремонте покрытий автомобильных дорог.
Известен состав асфальтобетонной смеси, состоящий из дроблённого доменного шлака фракции 0,14-25 мм, дробленного горного песка фракции 0,14-2,5 мм, содержащего 20-30% минералов гранатов взамен песка, нефтяного вязкого битума [Патент РФ № 2380331-Прототип].
Недостатком известной асфальтобетонной смеси является то, что в составе асфальтобетонной смеси используются в качестве вяжущего материала-нефтяной вязкий битум, который, согласно требованиям действующего ГОСТ 9128-2013 ("Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов"), рекомендуется применять в мягких климатических условиях, характеризуемых средними температурами самого холодного месяца года, выше минус 10°С, т.е. эксплуатация асфальтобетонного покрытия с использованием указанного выше вяжущего, возможна только в южных регионах Российской Федерации.
Так же недостатком является использование в составе асфальтобетонной смеси дроблённого доменного шлака, в процессе дробления которого на теле зёрен шлака образуется множество мелких трещин и микропор с нарушенной внутренней структурой. При постоянных нагрузках автотранспорта, происходит разрушение каркаса и целостности асфальтобетона, что сократит срок эксплуатации не только асфальтобетонного покрытия, но и всей конструкции дорожной одежды.
Технический результат – повышение прочности асфальтобетона из заявляемой асфальтобетонной смеси.
Техническая задача – повышение прочности асфальтобетона из заявляемой асфальтобетонной смеси за счет использования в составе асфальтобетона отхода медеплавильного производства и минеральных материалов с высокой прочностью и твердостью.
Решение технической задачи асфальтобетонная смесь для дорожного строительства, содержащая шлак доменный, песок и битум нефтяной дорожный дополнительно содержит в своём составе: отход медеплавильного производства-купершлак и минеральный порошок, содержащий от 60-100% минералов граната, при следующем соотношении компонентов мас. %: шлак доменный фракции 5-40 мм – 45,0, битум нефтяной дорожный – 5,5, купершлак - отход медеплавильного производства фракции 0,071-2,5 мм – 43,5, минеральный порошок, содержащий 60-100% минералов граната фракции 0,071-0,315 мм – 6.
Таким образом, предлагаемый состав асфальтобетонной смеси, по сравнению с составом по прототипу, за счет использования в нём отхода медеплавильного производства (купершлака) и минерального порошка содержащего от 60-100% минералов граната обеспечивает повышение прочности и водостойкости асфальтобетона, что и является новым техническим результатом заявляемого изобретения.
Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что для повышения физико-механических показателей асфальтобетона в составе приготовляемой смеси используют: отход медеплавильного производства - купершлак и минеральный порошок состоящий из минералов граната.
Применяемый, в составе асфальтобетонной смеси купершлак изготавливается из отходов медеплавильного производства и является высокопрочным синтетическим абразивным минеральным материалом. Купершлак имеет плотность 1,5 г/см3, твердость не менее 6,0 ед. по шкале Моос, что позволяет обеспечить прочность асфальтобетона.
Применяемый минеральный порошок приготавливается из минералов гранатов. В эту группу минералов входят: пироп Mg3Al2[SiO4]3; гроссуляр Ca3Al2[SiO4]3, альмадин Fe3Al2[SiO4]3, спессартин Mn3Al2[SiO4]3, андрадин Ca3Fe2[SiO4]3, уваровит Ca3Сr2[SiO4]3. Гранаты имеют высокую плотность 4,0-4,3 г/см3, а также высокую твердость 7,1-8,0 ед. по шкале Моос. Кроме того, тонкий помол минерального порошка, содержащий 60-100% минералов граната, способствует заполнению микро- и макропор и капилляров доменного шлака и надежную их цементацию и тем самым повышает прочность асфальтобетонного покрытия.
Осуществление способа Для получения асфальтобетонной смеси использовали следующие соотношения компонентов, масс. %: в качестве наполнителя применялся доменный шлак фракционированный 5-40 мм (0-60%). В качестве заполнителя (песка или отсева дробления) применялся купершлак фракций 0,071-2,5 мм (30-80%), минеральный порошок фракция 0,071-0,315 мм, содержащий 60-100% минералов гранатов и в качестве вяжущего битум нефтяной дорожный.
Асфальтобетонную смесь получают следующим образом: в смеситель засыпают предварительно отдозированный песок и щебень, перемешивание осуществляют при температуре 180-200°С. В нагретую смесь песка и щебня засыпают холодный минеральный порошок, перемешивая, дозированно вводят нагретый жидкий битум. Продолжительность перемешивания в смесителе до получения готовой смеси составляет 60-90 сек. Приготовленную асфальтобетонную смесь нормировано по массе засыпают в цилиндрические формы и изготавливают из неё образцы. Испытания полученных образцов производят согласно требованиям действующих нормативных документов (ГОСТ 12801-93, ГОСТ 9123-2013).
Примеры конкретного исполнения
Для сравнения физико-механических свойств заявляемой асфальтобетонной смеси изготовили несколько составов, из которых наилучшие физико-механические свойства при испытаниях показали три состава асфальтобетонной смеси.
Кроме того, асфальтобетон, приготовленный по заявляемому составу асфальтобетонной смеси, был испытан согласно предъявляемым требованиям ГОСТ 9128-2013: пределы прочности при температурах +50°С, +20°С, 0°С, водонасыщение, сдвигоустойчивость коэффициента внутреннего трения, сдвигоустойчивость сцепления при сдвиге, трещиностойкость по пределу прочности на растяжение. При этом асфальтобетон приготовленный по заявляемому составу асфальтобетонной смеси соответствовал требованиям действующих нормативных документов ГОСТ 9128-2013.
Результаты испытаний приведены в таблицах 1 и 2. В таблице 1 приведены исследуемые составы асфальтобетонной смеси.
Таблица составов асфальтобетонных смесей.
Таблица 1
| Состав Асфальтобетона |
Опытный Образец |
Содержание компонентов, мас.% | ||||
| Песок горный дроблёный |
Шлак доменный |
Битум нефтяной дорожный |
Купершлак | Минеральный порошок из минералов граната |
||
| По прототипу |
1 | 55 | 40 | 5 | ||
| 2 | 49,5 | 45 | 5,5 | |||
| 3 | 44 | 50 | 6 | |||
| Заявляемый | 1 | 40 | 5 | 50 | 5 | |
| 2 | 45 | 5,5 | 43,5 | 6 | ||
| 3 | 50 | 6 | 37 | 7 |
Сравнительные характеристики физико-механических свойств заявляемой асфальтобетонной смеси и смеси по прототипу приведены в таблице 2.
Физико-механические свойства: пределы прочности, водонасыщение, сдвигоустойчивость коэффициента внутреннего трения, сдвигоустойчивость сцепления при сдвиге, трещиностойкость по пределу прочности на растяжение образцов из заявляемой асфальтобетонной смеси определяли при различных температурах: +50°С, +20°С, и 0°С.
Таблица 2
| № | Наименование показателей | Состав асфальтобетона, примеры | ||||||
| по ГОСТ 9128-2013 |
по прототипу |
из предлагаемой смеси |
||||||
| 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | |||
| 1 | Прочность при 20°С, R20 Мпа не менее, (кг/см3) | 2,2 (22) |
2,5 (25) |
2,65 (26,5) |
2,8 (28) |
3,67 (36,7) |
3,75 (37,5) |
4,08 (40,8) |
| 2 | Прочность при 50°С, R50 Мпа не менее | 1,2 | 2,39 | 2,61 | 2,8 | |||
| 3 | Прочность при 0°С, R0 Мпа не более | 11,0 | 9,2 | 8,7 | 8,3 | |||
| 4 | Водонасыщение | 1,5-4,0 | 1,82 | 1,7 | 1,55 | |||
| 5 | Коэффициент водостойкости, не менее | 0,9 | 0,95 | 0,95 | 0,95 | 0,96 | 1,0 | 1,0 |
| 6 | Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении |
0,85 | 0,87 | 0,92 | 0,94 | |||
| 7 | Остаточная пористость, % | 2,5-5,0 | 2,5 | 2,5 | 2,0 | 2,58 | 2,56 | 2,5 |
| 8 | Расход битума, % по массе | 5,0-6,5 | 5 | 5,5 | 6 | 5 | 5,5 | 6 |
| 9 | Морозостойкость | В ГОСТе не регламенти руются |
0,97 | 1,0 | 1,0 | В ГОСТе не регламентируются |
||
| 10 | Сдвигоустойчивость: -коэффициент внутреннего трения, не менее -сцепление при сдвиге при температуре 50°С, не менее |
0,81 0,37 |
0,89 0,3 |
0,91 0,4 |
0,93 0,42 |
|||
| 11 | Трещиностойкость по пределу прочности на растяжение при расколе при температуре 0°С | 3,5-6,0 | 5,03 | 4,6 | 4,2 |
По полученным опытным путем результатам, видно, что из трех испытываемых составов асфальтобетонной смеси, второй состав (пример №2), по сравнению с составом по прототипу, превышает показатель прочности R20 на 71%, а показатель водостойкости на 5%.
Анализ показателей заявляемой асфальтобетонной смеси и показателей по прототипу сравнивали с данными по ГОСТу 9128-2013, по приведенным в таблице 2 экспериментальным данным, видно, что заявляемый состав асфальтобетонной смеси (пример №2) позволяет повысить прочность асфальтобетона на 71% и увеличить показатель водостойкости на 5%, тем самым увеличив срок эксплуатации дорожного покрытия.
Асфальтобетонная смесь для дорожного строительства, содержащая шлак доменный, песок и битум нефтяной дорожный, отличающаяся тем, что в качестве песка используют отход медеплавильного производства - купершлак фракции 0,071-2,5 мм, минеральный порошок, содержащий 60-100% минералов гранатов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| шлак доменный фракции 5-40мм | 45,0 |
| битум нефтяной дорожный | 5,5 |
| купершлак – отход медеплавильного | |
| производства фракции 0,071-2,5 мм | 43,5 |
| минеральный порошок, содержащий | |
| 60-100% минералов граната, | |
| фракции 0,071-0,315 мм | 6 |
