Асфальтобетонная смесь

Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов и может быть использовано для устройства покрытий автомобильных дорог, городских улиц и площадей, дорог промышленных предприятий во всех климатических зонах. Технический результат заключается в повышении предела прочности при 50 С, морозостойкости, водостойкости и снижении водонасыщения. Для его достижения асфальтобетонная смесь, содержащая нефтяной битум, известняковый щебень фракции 5-20 мм, песок фракции до 5 мм, минеральный порошок и полимерную добавку, согласно изобретению в качестве полимерной добавки содержит жидкий дивинилпипериленовый каучук СКДП-Н и дополнительно этилсиликат-40 при следующем соотношении компонентов, мас.%: нефтяной битум - 4,9-6,6; известняковый щебень указанной фракции - 25-40; песок указанной фракции - 43-64,5; минеральный порошок - 5-10, жидкий каучук СКДП-Н - 0,1-0,7; этилсиликат-40(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU) Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов и может быть использовано для устройства покрытий автомобильных дорог, городских улиц и площадей, дорог промышленных предприятий во всех климатических зонах. Известна асфальтобетонная смесь, содержащая стандартные компоненты: отсев дробления щебня,песок, минеральный порошок, нефтяной битум. При этом смесь содержит дополнительные компоненты: вулканизированный каучук и композит модифицирующих компонентов, состоящий из метасиликата кальция игольчатой структуры, смолы эпоксидной, нитрозоаминного соединения, фенольной смолы и/или канифоли, которые находятся между собой в соотношении, мас.%: метасиликат кальция игольчатой структуры - 24; смола эпоксидная - 2; нитрозоаминное соединение - 1; фенольная смола и/или канифоль - 4; вулканизированный каучук (резиновая крошка) - 69; при следующем соотношении: стандартные компоненты - 98,5-99,5 мас.%; дополнительные компоненты 0,5-1,5 мас.% (патент РФ 2381194 С 1, дата приоритета 08.09.2008, дата публикации 10.02.2010, автор Колеров B.C., RU). Недостатком известной смеси является низкая водостойкость (коэффициент водостойкости 0,850,97). Известна также асфальтобетонная смесь, содержащая в качестве минерального материала известняковый щебень фракции 5-20 мм, песок фракции до 5 мм, минеральный порошок, в качестве связующего вязкий битум, в качестве структурирующего компонента шлам химводоочистки ТЭЦ, а в качестве пластифицирующей и структурирующей добавки СВБ-М - масляный раствор синтетического высокомолекулярного полибутадиенового каучука модифицированного при следующем соотношении компонентов,мас.%: нефтяной вязкий битум - 5-6,5; масляный раствор синтетического высокомолекулярного полибутадиенового каучука модифицированного СВБ-М - 0,15-0,30; шлам химводоочистки ТЭЦ-2 - 2-4; известняковый щебень фракции 5-20 мм - 25-35; минеральный порошок - 1-3; песок фракции до 5 мм - остальное (патент РФ 2119465 С 1, дата приоритета 14.04.1997, дата публикации 27.09.1998, авторы Илиополов С.К. и др., RU). Недостатками этой смеси являются низкая водостойкость (коэффициент водостойкости 0,97-0,99) и небольшое значение прочности при 50 С (2,45-2,55 МПа). Наиболее близким аналогом предлагаемой асфальтобетонной смеси можно признать асфальтобетонную смесь для дорожного строительства, содержащую известняковый щебень фракции 5-20 мм, песок фракции до 5 мм, минеральный порошок, вязкий нефтяной битум и полимерную добавку. В качестве полимерной добавки эта смесь содержит вторичный полиэтилентерефталат в виде б/у пластиковых бутылок при следующем соотношении компонентов, мас.%: известняковый щебень фракции 5-20 мм - 3545; нефтяной вязкий битум - 5,0-5,5; минеральный порошок из доломитовых или известняковых пород 3-8; указанная полимерная добавка - 0,1-0,25 от массы битума; песок фракции до 5 мм - остальное (патент РФ 2262492 С 1, дата приоритета 06.04.2004, дата публикации 20.10.2005, авторы Котенко Н.П. и др., RU, прототип). Недостатками прототипа являются большое значение прочности при 0 С, так как высокое значение прочности при 0 С является причиной низкой эластичности асфальтобетона при отрицательных температурах, что может привести к образованию трещин в зимних условиях в дорожных покрытиях (предел прочности при сжатии при 0 С равен 14 МПа); высокое водопоглощение (1,6%); небольшая прочность при 50 С (предел прочности при 50 С равен 2,5 МПа); низкая водостойкость (коэффициент водостойкости равен 0,98). Задача, решаемая посредством предлагаемых составов асфальтобетонных смесей, состоит в расширении сырьевой базы путем использования отходов при получении цемента (пыли-уноса) для получения асфальтобетона с улучшенными физико-механическими свойствами на основе новых составов смесей. Технический результат, получаемый при реализации асфальтобетонных смесей предлагаемых составов, состоит в повышении предела прочности при 50 С, морозостойкости, водостойкости и снижении водонасыщения. Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата асфальтобетонная смесь,содержащая нефтяной битум, известняковый щебень фракции 5-20 мм, песок фракции до 5 мм, минеральный порошок и полимерную добавку, согласно изобретению в качестве полимерной добавки содержит жидкий дивинилпипериленовый каучук СКДП-Н и дополнительно этилсиликат-40 при следующем соотношении компонентов, мас.%: нефтяной битум - 4,9-6,6; известняковый щебень указанной фракции 25-40; песок указанной фракции - 43-64,5; минеральный порошок - 5-10; жидкий каучук СКДП-Н - 0,10,7; этилсиликат-40 - 0,1-0,7. Для осуществления изобретения производят подготовку компонентов и их испытание в соответствии с требованиями стандартов ГОСТ 9128-2009 "Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон", МНТКС,Москва, 2010; 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. На достижение технического результата оказывают влияние свойства исходных материалов. Характеристика исходных материалов. 1. В качестве крупного заполнителя асфальтобетонной смеси использовался известняковый щебень фракции 5-20 мм Березовского карьера г. Красноярска. Зерновой состав и свойства щебня приводятся в табл. 1. 2. В качестве мелкого заполнителя применялся песок фракции 0-5 мм того же Березовского карьера г. Красноярска. Свойства и зерновой состав песка приводятся в табл. 1. 3. В качестве минерального порошка использовалась пыль-уноса Красноярского цементного завода. Свойства пыли-уноса и ее зерновой состав приводятся в табл. 1. Таблица 1 Свойства минеральных заполнителей асфальтобетона Как видно из табл. 1, пыль-уноса по зерновому составу отвечает требованиям ГОСТ Р 52129-2003 и может использоваться в качестве минерального порошка в асфальтобетоне. Возможно также использование других минеральных порошков, отвечающих требованиям ГОСТ Р 52129-2003. 4. В качестве вяжущего применялся битум марки БНД 60/90 Ачинского НПЗ. Свойства битума в сравнении с требованиями ГОСТ 222245-90 приводятся в табл. 4. Таблица 4 Свойства битума Как видно из таблицы, битум по всем показателям отвечает требованиям ГОСТ. 5. В качестве полимерной добавки применялся жидкий каучук СКДП-Н по ТУ 2294-076-0576674197, который является продуктом совместной полимеризации бутадиена с пипериленом в соотношении 50:50. Каучук СКДП-Н вырабатывается из недефицитного сырья и может быть доступен строительным организациям. Этот каучук имеет низкую температуру стеклования, легко совмещается с битумом при использовании обычного смесительного оборудования, так как его можно вводить в битум без подогрева. Кроме того, он имеет хорошую диффузионную способность, благодаря чему получаются однородные смеси его с битумом. В процессе приготовления битумополимерных композиций происходит реакция полимеризации каучука СКДП-Н при воздействии относительно невысоких температур. Введение каучука в асфальтобетон будет приводить к повышению морозостойкости и водостойкости асфальтобетона. Свойства каучука приводятся в табл. 5. Таблица 5 Свойства каучука СКДП-Н 6. В связи с тем что каучук СКДП-Н жидкий, он будет снижать прочность асфальтобетона при 50 С и увеличивать водопоглощение. С целью улучшения показателей по водопоглощению и теплостойкости в битумно-каучуковое вяжущее дополнительно вводили этилсиликат-40. Кроме этилсиликата-40 выпускаются этилсиликаты марок 32 и 50. Этилсиликаты - это техническое название олигомерных этиловых эфиров ортокремниевой кислоты, содержащие в основном смесь линейных полимеров. В зависимости от степени полимеризации, следовательно, от содержания кремния (в пересчете на SiO2) этилсиликаты классифицируются на марки. С повышением марки увеличивается вязкость этилсиликатов. Был выбран этилсиликат-40, который содержит более высокомолекулярные продукты, поэтому в большей степени,чем этилсиликат-32, будет улучшать свойства битума, и он более жидкий, чем этилсиликат-50, поэтому будет лучше совмещаться с битумом. Этилсиликат-40 (ЭТС-40) выпускается по ГОСТ 26371-84. Этилсиликат-40 - прозрачная, маловязкая жидкость, обладает повышенной термостойкостью и может использоваться при температурах от -60 до +60 С. Этилсиликат-40 является эффективной универсальной добавкой, улучшающей эластичность при отрицательных температурах и водостойкость асфальтобетона, а также прочность сцепления битума с минеральными заполнителями. Этилсиликат-40 в битуме выполняет двойную роль: одновременно является пластифицирующей и структурирующей добавкой. При приготовлении композиций этилсиликат-40 в битуме находится в жидком состоянии, растворяется в маслах битума, увеличивая содержание морозостойкой части битума, т.е. выполняет роль пластифицирующей добавки. Затем в присутствии воды происходит его гидролиз в битуме. Этилсиликат-40 в битуме образует эластичный каркас из полимерных продуктов. Поэтому введение этилсиликата-40 в битум совместно с каучуком СКДП-Н приводит к еще большему увеличению водостойкости и морозостойкости, а также к снижению водонасыщения и увеличению прочности при 50 С асфальтобетона. Свойства этилсиликата 40 приводятся в табл. 6. Таблица 6 Свойства этилсиликата-40 Технологический процесс приготовления асфальтополимербетонных смесей состоит из подготовки битума и приготовления полимербитумного вяжущего, рассева и нагрева минеральных материалов, дозирования ингредиентов и их смешения. Приготовление битума заключается в его расплавлении, обезвоживании путем нагрева при температуре 100-110 С до прекращения выделения пены и нагреве до рабочей температуры 150-160 С. Приготовление полимербитумного вяжущего заключается в перемешивании разогретого до рабочей температуры битума с каучуком СКДП-Н и этилсиликатом-40. Вначале производят перемешивание битума с каучуком СКДП-Н при температуре 150-160 С. Для этого каучук небольшими порциями при непрерывном перемешивании вливают в битум. После введения всего количества каучука необходим прогрев смеси при рабочей температуре не менее 3-4 ч. Затем смесь охлаждают до температуры 100-110 С, при постоянном перемешивании вводят этилсиликат-40. Прогрев смеси после введения всего количества этилсиликата-40 допускается не более 15-20 мин. Подготовка минеральных составляющих заключается в подогреве песка и щебня до температуры 120-130 С. Минеральный порошок подается в холодном состоянии. Температура перемешивания полимербитумного вяжущего с минеральными материалами должна составлять 110-120 С. Время перемешивания должно составлять 1-2 мин. Качество асфальтобетона определялось по методикам ГОСТ 12801-98 и сравнивалось со свойствами асфальтобетона из прототипа. Преимущества предлагаемых составов асфальтобетонных смесей с применением жидкого каучука и этилсиликата-40 показаны на составах мелкозернистых смесей, которые по своим гранулометрическим составам удовлетворяют требованиям ГОСТ 9128-2009, предъявляемым к смесям типа "Б". Готовили четыре состава асфальтобетонной смеси. Составы асфальтобетонной смеси приводятся в табл. 7. Свойства указанных составов асфальтобетона в сравнении со свойствами асфальтобетона из прототипа приводятся в табл. 8. Таблица 8 Свойства асфальтобетонных смесей Из табл. 8 следует, что асфальтобетонная смесь предлагаемого состава обладает значительно более высоким значением коэффициента водостойкости, чем этот же показатель у прототипа. Это объясняется тем, что прочность асфальтобетона в воде больше, чем на воздухе, за счет того, что этилсиликат-40 в воде гидролизуется с образованием полимерных гелевых продуктов гидролиза, структурирующих битум. Также у предлагаемого состава асфальтобетона достигнуты лучшие значения по прочности при 50 С и водопоглощению. Кроме того, предел прочности при сжатии при 0 С у предлагаемых составов меньше,чем у прототипа, что свидетельствует об их лучшей эластичности и трещиностойкости при отрицательной температуре. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Асфальтобетонная смесь, содержащая нефтяной битум, известняковый щебень фракции 5-20 мм,песок фракции до 5 мм, минеральный порошок и полимерную добавку, отличающаяся тем, что в качестве полимерной добавки содержит жидкий дивинилпипериленовый каучук СКДП-Н и дополнительно этилсиликат-40 при следующем соотношении компонентов, мас.%: