Структурирующая добавка для асфальтобетонных смесей

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к добавкам для асфальтобетонных смесей, которые применяют при строительстве, эксплуатации, реконструкции и капитальном ремонте объектов транспортной инфраструктуры во всех климатических зонах. Добавка выполнена в виде гранул длиной 3-25 мм и состоит из связующего и непрокалённого нефтяного кокса с содержанием частиц размером менее 2 мм в количестве до 100 мас. % и содержанием частиц размером менее 0,063 мм в количестве не менее 55 мас. % в количестве от 70 до 90 % в составе гранул. Техническим результатом заявляемого технического решения является возможность замены при производстве асфальтобетонных смесей битумного вяжущего структурирующей добавкой при одновременном улучшении целого ряда характеристик асфальтобетона: коэффициента водостойкости, устойчивости к колееобразованию и прочности, а также снижении себестоимости изготовления асфальтобетонной смеси. 2 табл., 7 пр.

 

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, а именно к добавкам для асфальтобетонных смесей, которые применяют при строительстве, эксплуатации, реконструкции и капитальном ремонте объектов транспортной инфраструктуры во всех климатических зонах.

Известно применение различных добавок для асфальтобетонных смесей.

Известно изобретение по патенту РФ № 2754902 «Нефтяной кокс для асфальтобетонной смеси», выбранное в качестве прототипа, МПК C04B 26/26, C08L 95/00, C08K 3/04, опубл. 08.09.2021. В этом патенте описан нефтяной кокс, предназначенный для использования в асфальтобетонной смеси, который состоит из механоактивированного при температуре 30 – 70 °С коксового порошка с размерами частиц 1 – 5 мкм.

Исходя из описания патента № 2754902 можно сделать вывод о том, что заявленное техническое решение обеспечивает физико-механические характеристики при содержании коксового порошка в асфальтобетонной смеси 8 % от общей массы, при этом размеры частиц находятся в интервале от 1 до 5 мкм. Указанные в описании показатели подтверждают повышение основных характеристик асфальтобетонной смеси при использовании коксового порошка по сравнению с аналогом. Таким образом, преимуществами известного технического решения являются:

1. Существенное улучшение физико-механических показателей: значения пределов прочности при 20 °С улучшились с 4,3 МПа до 4,6 Мпа, а при 50 °С – с 1,5 Мпа до 1,7 Мпа.

2. Улучшение показателя водонасыщения: при использовании коксового порошка показатель водонасыщения составил 1,5 %, что значительно превосходит показатель по аналогу, равный 3,6 %.

При этом, недостатком известного технического решения является нецелесообразное значение дисперсности не только с технологической, но и с экономической точек зрения, так как получение при помоле нефтяного кокса частиц размером 1 – 5 мкм в промышленных масштабах требует сложного технологического процесса, а также существенных капитальных и эксплуатационных затрат. Кроме того, для измерения и контроля такого размера частиц требуется применение сложного дорогостоящего оборудования, которым не оснащены строительные лаборатории организаций, занимающиеся выпуском и контролем качества асфальтобетонных смесей.

Известен патент РФ на изобретение №2748791 «Модификатор асфальтобетонной смеси и способ его получения», опубл. 31.05.2021, МПК C04B26/26, C08L95/00, выбранный в качестве прототипа. Известный модификатор для асфальтобетонной смеси представляет собой гранулы, состоящие из механоактивированного нефтяного кокса с дисперсностью от 10 до 15 мкм в количестве 70 мас. % и смеси нефтяного дорожного битума с полиэтиленовым окисленным воском в количестве 30 мас. %, при массовом соотношении воск : битум = 1 : 30 соответственно.

Указанные в описании патента №2748791 показатели подтверждают повышение основных характеристик асфальтобетонной смеси при использовании модификатора по сравнению с рассматриваемым аналогом. Таким образом, преимуществами известного технического решения являются:

- снижение водонасыщения с 2,74 до 1,5;

- повышение водостойкости асфальтобетонной смеси с 0,93 до 0,97 при требовании ГОСТ не меньше 0,85;

- увеличение предела прочности асфальтобетона при сжатии при 50 °С с 1,15 до 1,25 при требовании ГОСТ не менее 1,0;

- увеличение трещиностойкости при 0 °С с 3,8 до 4,5.

При этом, недостатком известного модификатора является нецелесообразное значение дисперсности нефтяного кокса не только с технологической, но и с экономической точек зрения, а также ограниченность использования связующих, в частности применение битума с полиэтиленовым окисленным воском в количестве 30 мас. % при массовом соотношении воск : битум = 1 : 30.

Решаемой технической проблемой является необоснованное значение дисперсности нефтяного кокса, так как получение такого значения сложно достижимо не то только с точки зрения технологии, но и не оправдано с экономической точки зрения, кроме того имеются сложности в использовании связующих, в частности битум с полиэтиленовым окисленным воском в количестве 30 мас. %, при соблюдении массового соотношения воск : битум = 1 : 30.

Кроме того, в качестве нефтяных битумов, используемых для получения модификатора, указываются не только дорожные битумы, но также строительные, изоляционные, кровельные и других назначений – использование добавки для асфальтобетонной смеси, в которой применение в качестве связующих иных видов битумов, помимо дорожных, может привести к повышенной жесткости асфальтобетона и как следствие к снижению трещиностойкости. Также следует отметить, что в данном изобретении не указано оптимальное количество вводимого модификатора в асфальтобетон, с помощью которого достигается повышение основных характеристик асфальтобетонной смеси.

Техническим результатом заявляемого технического решения является возможность замены при производстве асфальтобетонных смесей битумного вяжущего структурирующей добавкой при одновременном улучшении целого ряда характеристик асфальтобетона: коэффициента водостойкости, устойчивости к колееобразованию и прочности, а также снижении себестоимости изготовления асфальтобетонной смеси.

Указанный технический результат достигается за счёт применения структурирующей добавки для асфальтобетонных смесей, выполненной в виде гранул длиной 3 - 25 мм, состоящих из связующего и непрокалённого нефтяного кокса с содержанием частиц размером менее 2 мм в количестве до 100 мас. % и содержанием частиц размером менее 0,063 мм в количестве не менее 55 мас. % с содержанием от 70 до 90 % в составе гранул.

В состав гранул также могут входить специальные наполнители – вяжущие и добавки, например, битум нефтяной дорожный вязкий (БНД), связующие в виде модифицированного органическими добавками битума и/или полимерно-битумного вяжущего дорожного на основе различных полимеров и другое.

Использование структурирующей добавки в виде гранул длиной
3 - 25 мм для асфальтобетонных смесей позволяет:

- экономить до 10 % от требуемого битумного вяжущего в составе асфальтобетонной смеси;

- увеличивать коэффициент водостойкости, в том числе коэффициент длительной водостойкости, в ряде случаев улучшать стойкость к образованию пластических деформаций до 100 %, оказывать положительный эффект на прочностные показатели асфальтобетона.

Далее приводятся конкретные примеры выполнения заявленного технического решения.

Заявителем был получена заявленная структурирующая добавка в виде гранул длиной 3 - 25 мм для асфальтобетонных смесей, состоящих из связующего и непрокалённого нефтяного кокса с содержанием частиц мельче 2 мм до 100 мас. % и содержанием частиц мельче 0,063 мм не менее 55 мас. % в количестве от 70 до 90 % в составе гранул.

Также в некоторые гранулы входят специальные вяжущие и добавки.

Пример 1. Структурирующая добавка в виде гранул длиной 3-25 мм для асфальтобетонных смесей, состоящая из непрокаленного нефтяного кокса с содержанием частиц мельче 2 мм до 100 мас. % и содержанием частиц мельче 0,063 мм не менее 55 мас. % в количестве от 75% в составе гранул и связующего в виде битума нефтяного дорожного вязкого БНД.

Пример 2. Структурирующая добавка в виде гранул длиной 3-25 мм для асфальтобетонных смесей, состоящая из непрокаленного нефтяного кокса с содержанием частиц мельче 2 мм до 100 мас. % и содержанием частиц мельче 0,063 мм не менее 55 мас. % в количестве от 75% в составе гранул и связующего в виде модифицированного органическими добавками битума и/или полимерно-битумного вяжущего дорожного на основе различных полимеров.

Пример 3. Структурирующая добавка в виде гранул длиной 3-25 мм для асфальтобетонных смесей, состоящая из непрокаленного нефтяного кокса с содержанием частиц мельче 2 мм до 100 мас. % и содержанием частиц мельче 0,063 мм не менее 55 мас. % в количестве от 80 до 90% в составе гранул и связующего в виде воскоподобной смеси предельных углеводородов, а также жироподобных веществ природного или синтетического происхождения.

Пример 4. Структурирующая добавка в виде гранул длиной 3-25 мм для асфальтобетонных смесей, состоящая из непрокаленного нефтяного кокса с содержанием частиц мельче 2 мм до 100 мас. % и содержанием частиц мельче 0,063 мм не менее 55 мас. % в количестве 80 до 90% в составе гранул и связующих в виде смеси углеводородных смол, полимера этилена с преобладающим строением, повторяющегося составного звена и/или воскоподобной и/или воскообразной смеси предельных углеводородов, а также жироподобных веществ природного или синтетического происхождения.

Пример 5. Структурирующая добавка в виде гранул длиной 3-25 мм для асфальтобетонных смесей, состоящая из непрокаленного нефтяного кокса с содержанием частиц мельче 2 мм до 100 мас. % и содержанием частиц мельче 0,063 мм не менее 55 мас. % в количестве от 80 до 90% в составе гранул и связующих в виде смеси материалов, получаемых вулканизацией натурального и/или синтетического каучука, различных нефтяных масляных фракций, в том числе возможно применение растительных масел и жиров.

Пример 6. Структурирующая добавка в виде гранул длиной 3-25 мм для асфальтобетонных смесей, состоящая из непрокаленного нефтяного кокса с содержанием частиц мельче 2 мм до 100 мас. % и содержанием частиц мельче 0,063 мм не менее 55 мас. % в количестве от 60 до 86% в составе гранул и связующих в виде смеси вторичной и/или первичной целлюлозы от 10 до 30%, полимера этилена в количестве от 3 до 12% и углеводородной смолы от 1 до 7%.

Пример 7. Структурирующая добавка в виде гранул длиной 3-25 мм для асфальтобетонных смесей, состоящая из непрокаленного нефтяного кокса с содержанием частиц мельче 2 мм до 100 мас. % и содержанием частиц мельче 0,063 мм не менее 55 мас. % в количестве от 60 до 86% в составе гранул и связующих в виде смеси вторичной и/или первичной целлюлозы от 10 до 30%, полимера этилена в количестве от 3 до 12% и пластифицирующего компонента от 1 до 7%.

Заявляемая структурирующая добавка также была опробована как в составах горячей плотной мелкозернистой асфальтобетонной смеси тип Б марки I по ГОСТ 9128, так и в составе асфальтобетоннной смеси А16Вн по ГОСТ Р 58406.2.

Результаты проведенных испытаний применения структурирующей добавки в виде гранул представлены в Таблицах 1 и 2.

Было установлено, что использование заявляемой структурирующей добавки для асфальтобетонных смесей в составе асфальтобетона А16Вн существенно увеличило его стойкость к пластическим деформациям (снижение средней глубины колеи на 10-50%), увеличило коэффициент водостойкости в том числе коэффициент длительной водостойкости. При этом все остальные свойства асфальтобетона А16Вн существенно не изменились. Проведенные исследования в составе мелкозернистого плотного асфальтобетона тип Б марки I показали увеличение стойкости к пластическим деформациям (снижение средней глубины колеи на 25-41%), увеличение прочности при сжатии при температуре 20°С и 50°С до 70%, увеличение коэффициента водостойкости, при этом остальные свойства значительно не изменились

Таким образом, проведенные испытания подтвердили, что использование структурирующей добавки, состоящей из непрокаленного нефтяного кокса с содержанием частиц мельче 2 мм - 100 мас. % и содержанием частиц мельче 0,063 мм не менее 55 мас. % и различных связующих компонентов, в составе асфальтобетонов позволяет:

- заместить этой добавкой до 10% используемого битумного вяжущего;

- повысить стойкость асфальтобетона к пластическим деформациям при повышенных температурах его эксплуатации;

- повысить водостойкость асфальтобетона, в том числе длительную, то есть коррозионную стойкость;

- увеличить прочностные показатели;

- увеличить долговечность и сохранение эксплуатационных свойств дорожного покрытия.

Таким образом, был достигнут заявленный технический результат, а именно улучшение целого ряда характеристик асфальтобетона: коэффициента водостойкости, устойчивости к колееобразованию, прочности и других, а также снижение себестоимость изготовления асфальтобетонной смеси с применением структурирующей добавки в виде гранул длиной 3-25 мм для асфальтобетонных смесей, состоящих из связующего и непрокаленного нефтяного кокса с содержанием частиц мельче 2 мм до 100 мас. % и содержанием частиц мельче 0,063 мм не менее 55 мас. % в количестве от 70 до 90% в составе гранул, при этом в гранулы могут входить специальные вяжущие и добавки. При этом, использование структурирующей добавки не изменяет температурно-временные интервалы приготовления и укладки асфальтобетонных смесей и не требует применения дополнительного специального оборудования.

Структурирующая добавка для асфальтобетонных смесей

Таблица 1

Структурирующая добавка для асфальтобетонных смесей

Таблица 2

Структурирующая добавка для асфальтобетонных смесей, выполненная в виде гранул длиной 3 - 25 мм, состоящих из связующего и непрокалённого нефтяного кокса с содержанием частиц размером менее 2 мм в количестве до 100 мас.% и содержанием частиц размером менее 0,063 мм в количестве не менее 55 мас.% с содержанием от 70 до 90 % в составе гранул.