Асфальтобетонная смесь

 

Изобретение относится к составам асфальтобетонных смесей для покрытий автомобильных дорог, площадок, аэродромов. Сущность изобретения: асфальтобетонная смесь содержит модифицированное битумное связующее, мас. 5,66 7,40, минеральный наполнитель остальное. Модифицированное битумное связующее содержит смесь битума с 1,5 3 мас. добавки, полученной путем конденсации при 140 180°С высших жирных кислот или их кубовых остатков с техническим триэтаноламином в соотношении 4 7 1. Технический триэтаноламин имеет состав, моноэтаноламин 2 10% диэтаноламин 20 60% триэтаноламин 30 60. Прочность при сжатии при 20°С 20, 2 41,3 МПа, то же при 50°С 11,8 15,4, коэффициент водостойкости 1,07 1,15. 2 табл.

Изобретение относится к составам асфальтобетонных смесей для покрытия автомобильных дорог, площадок, аэродромов.

Известна асфальтобетонная смесь, включающая модифицированное битумное связующее, песок, минеральный порошок и крупный заполнитель гравий [1] В качестве модифицированной добавки используют конденсированный с третичными аминами экстракт фенольной очистки масел путем хлорметилирования в количестве 8-20% от массы битума.

Недостатком способа является сложность технологии и вредность применяемых веществ хлористого метила и экстракта фенольной очистки, содержащего фенол. При этом прочность и водостойкость асфальтобетона невысокие.

Известна асфальтобетонная смесь, включающая битумное связующее, минеральные компоненты и добавку остаток производства сульфенамида в количестве 0,01-0,45 мас. и битум [2] Недостатком этой смеси является высокая стоимость и дефицит сульфенамида, что делает его внедрение нереальным.

Известно использование ПАВ, получаемых путем конденсации СЖК или продуктов, в которых они содержатся с триэтаноламином в качестве добавки, улучшающей качество битума, и следовательно, асфальтобетона на его основе [3] Эти продукты получили название "Карбоксиламины".

Недостатком "карбоксиламинов" является высокая стоимость и дефицитность в связи с использованием чистого триэтаноламина. Кроме того, качество асфальтобетона с использованием этой добавки невысокое, т.к. "карбоксиламины" дают быстрораспадающиеся эмульсии.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является асфальтобетонная смесь, включающая минеральный наполнитель, битумное связующее, состоящее из смеси битума и 1-2 мас. продукта конденсации высших жирных кислот или их кубовых остатков и моноэтаноламина ("Камид") [4] В нем приведен состав асфальтобетонной смеси и ее физико-химические показатели. По технической сущности приведенный состав асфальтобетонной смеси наиболее близок к предлагаемому, поэтому он и принят за прототип.

Асфальтобетонная смесь [4] с использованием добавки "Камид" имеет невысокое качество, которое выражается в недостаточной прочности получаемого асфальтобетона. Для ее приготовления применяется дорогостоящий, дефицитный, токсичный и пожароопасный моноэтаноламин, что затрудняет промышленное применение этого решения. Кроме того, в добавке "Камид" всегда присутствует непрореагировавший моноэтаноламин в количестве 2-5% что повышает токсическую опасность этой добавки.

Целью изобретения является повышение качества асфальтобетона, снижение его стоимости и улучшение условий труда при производстве и укладке асфальтобетона.

Это достигается тем, что асфальтобетонная смесь включает минеральный наполнитель и модифицированное битумное связующее. В качестве модифицированного битумного связующего используется смесь битума с 1,5-3 мас. добавки, полученной путем конденсации при 140-180^оС высших жирных кислот или их кубовых остатков с техническим триэтаноламином, взятом в соотношении 4:7 в течение 4-6 ч.

При этом технический триэтаноламин содержит 2-10 мас. моноэтаноламина, 20-60 мас. диэтаноламина и 30-60 мас. триэтаноламинов, равному (0,1-0,5): (1-3):(1,5-3) соответственно.

Асфальтобетонная смесь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.

Модифицированное связующее 5,66-7,40 Минеральные компоненты Остальное Для удобства в описании и последующем использовании продукту-конденсации смеси высших кислот или их кубовых остатков со смесью моно-, ди- и триэтаноламинов присвоено наименование "Кодид".

Модифицированное связующее имеет следующие показатели: Кислотное число, мг КОН/г 4-20 Температура размяг- чения по Кольцу и Шару (КиШ), ^оС 40-50 Плотность, кг/м³ 920-950 При получении предлагаемой добавки протекают реакции с образованием амидов и эфироамидов, которые обладают лучшей смачивающей способностью к каменным материалам кислого характера в сравнении с эфирами и мылами. Именно этот класс соединений придает предлагаемой добавке свойства, которые проявляют себя в составе асфальтобетона, способствуя увеличению прочностных свойств и коэффициента водостойкости последнего.

Назначение и свойства минеральных компонентов. Песок (ГОСТ 8736-77) введен в асфальтобетонную смесь в качестве наполнителя.

Минеральный порошок (ГОСТ 16557-81) вводится в состав асфальтобетонной смеси для снижения пористости, повышения вязкости, создания плотной структуры. Щебень (ГОСТ 8267-82) применяется в качестве наполнителя.

Асфальтобетонную смесь готовили следующим образом. Битум и поверхностно-активную добавку "Кодид" разогревали до 90-120^оС и смешивали. Полученное модифицированное связующее совмещали с минеральными материалами, предварительно подогретыми до 130-150^оС.

Сущность изобретения раскрывается в следующих примерах. В примерах использовали битум марки БН 90/130 и описанную выше добавку "Кодид". Для сравнения физико-механических показателей асфальтобетонной смеси с прототипом [4] в качестве минеральных компонентов как и в прототипе использовали гранитные высевки мелочь до 5 мм и известняковый порошок.

Получение и испытание асфальтобетонной смеси проводили в лабораторной мешалке по известной методике.

П р и м е р 1. В аппарат загрузили 400 г кубового остатка синтетических жирных кислот с кислотными числом 110 мг КОН/г, эфирным числом 40 мг КОН/г, содержанием жирных кислот 86 мас. нагрели при перемешивании до 145^оС и в течение получаса подавали 100 г технического триэтаноламина (ТУ 6-02-916-79), содержащего смесь моно-, ди- и триэтаноламина в соотношении 0,1:3,0"1,5. Массовые соотношения кубового остатка синтетических жирных кислот и этаноламинов 4:1. Затем температуру повысили до 175^оС и выдержали 5 ч. По окончании процесса температуру снизили до 90^оС и полученную поверхностно-активную добавку "Кодид" выгрузили и проанализировали.

Она имела следующие показатели: Кислотное число 5 мг/КОН/г Аминное число 20 мг НСl/г Температура раз- мягчения по К и Ш 42^оС Плотность 940 кг/м³ Полученная добавка была использована для получения модифицированного вяжущего в примерах 1, 2, 9, 10, 17.

Аналогично примеру 1 была получена поверхностно-активная добавка с использованием иной смеси моно-, ди- и триэтаноламинов, а именно 0,5:1,0:3,0.

Полученная добавка была использована для получения модифицированного вяжущего, представленного в примерах приготовления асфальтобетонной смеси 3, 4, 11, 12.

П р и м е р 2. В аппарат загрузили 700 кг кубового остатка СЖК указанного в примере 1 качества, нагрели до 150^оС при перемешивании и в течение 0,5 ч подали 100 г смеси 1. Соотношение кислоты смесь этаноламинов составляет 7: 1. После подачи этаноламинов температуру повысили до 180^оС и выдержали 4 ч. По окончании процесса температуру снизили до 90^оС и полученную поверхностно-активную добавку "Кодид" выгрузили и проанализировали. Она имела следующие показатели: Кислотное число 6 мг КОН/г Аминное число 10 мг НСl/г Температура раз- мягчения по К и Ш 45^оС Плотность 930 кг/м³
Полученная добавка была использована для получения модифицированного вяжущего в примерах 5, 6, 13, 14.

Аналогично примеру 2 получена поверхностно-активная добавка с использованием смеси моно-, ди- и триэтаноламинов, взятых в соотношении 0,5:1,0:3,0. Добавка использована для получения модифицированного вяжущего в примерах 7, 8, 15, 16.

П р и м е р 3. В аппарат загрузили 700 г жирных кислот с кислотным числом 150 мг КОН/г, эфирным числом 12 мг КОН/г, нагрели при перемешивании до 150^оС и при этой температуре в течение 0,5 ч подали 100 г смеси 1 моно-, ди- и триэтаноламинов. Соотношение кислоты смесь этаноламинов 7:1. Затем температуру повысили до 180^оС и выдержали 4 ч. По окончании процесса температуру снизили до 90^оС и полученную поверхностно-активную добавку "Кодид" выгрузили и проанализировали. Она имела следующие показатели: Кислотное число 16 мг КОН/г Аминное число 14 мг КОН/г
Температура раз- мягчения по К и Ш 44^оС
Добавка была использована для получения модифицированного вяжущего, введенного в состав асфальтобетона в примерах 22, 23.

Аналогично примеру 3 при использовании смеси I и соотношении кислоты смесь этаноламинов 4: 1 получена добавка, использованная для приготовления модифицированного вяжущего в примерах 18 и 19.

Смесь II моно-, ди- и триэтаноламинов конденсировали с жирными кислотами в соотношении 4:1 и 7:1. Полученное модифицированное вяжущее использовано в составе асфальтобетона в примерах 20, 21 и 24, 35 соответственно.

П р и м е р 4. Для получения модифицированного вяжущего смешивали подогретые до 130^оС 291 г (97%) битума марки БН 90/130 и 9 г (3%), полученной по примеру 1 со смесью I моно-, ди- и триэтаноламинов поверхностно-активной добавки "Кодид", и полученное связующее проанализировали.

Модифицированное связующее имело следующие физико-химические показали:
Температура раз- мягчения по К и Ш 42^оС
Проникание иглы при 25^оС 122 ˙ 0,1 мм Плотность 940 кг/м³
300 г (5,66 мас.) этого модифицированного связующего использовали для получения асфальтобетонной смеси, для чего смешивали его с нагретыми до 130^оС 5000 г минеральных компонентов, состоящих из 83,02% гранитных высевок и 11,32% минерального порошка. Эту асфальтобетонную смесь проанализировали по методике ГОСТ 12801-84. Результаты анализов приведены в табл. 1.

При составлении асфальтобетонных смесей вяжущее вводится с расчетом сверх 100% приходящихся на минеральные материалы. В случае сравнения с прототипом 8% модифицированного связующего, 88% гранитных высевок и 12% минерального порошка соответствуют 7,4% связующего, 83,02% гранитных высевок и 11,32 минерального порошка в пересчете на 100%
По описанной в примере 4 методике были проведены опыты по получению модифицированного связующего с использованием поверхностно-активной добавки, полученной при различном соотношении кислот или кубовых остатков от дистилляции кислот и указанных смесей моно-, ди- и триэтаноламинов и асфальтобетонной смеси. Данные анализов асфальтобетонной смеси, полученной при различном содержании связующего и минеральных материалов, приведены в табл. 1. В табл. 1 (графа 17) приведены характеристики асфальтобетонной смеси, содержащей 9 мас. минерального порошка.

Из данных табл. 1 следует, что асфальтобетонная смесь по изобретению обладает более высокими физико-механическими свойствами. Например, показатели прочности асфальтобетонной смеси существенно лучше по сравнению с прочностью по прототипу: в опытах 2 и 26 прочность при 20^оС выше на 81,9% при 50^оС на 54%
Известно, что коэффициенты водостойкости, близкие к единице, характеризуют очень высокую водостойкость. В нашем случае он выше, чем в прототипе, хотя и в прототипе он достаточно высок.

Экспериментально установлено, что при введении в битум поверхностно-активной добавки "Кодид" три и более процентов, качество асфальтобетонной смеси несколько улучшается. Однако не настолько, чтобы было экономически выгодно это делать.

При введении добавки "Кодид" меньше 1% адгезия модифицированного вяжущего к минеральному наполнителю значительно ниже, а качество асфальтобетона хуже чем по прототипу.

Как следует из приведенных данных в табл. 1, оптимальное количество добавки находится в пределах 1,5-3 мас. к битуму. В этом случае достигается улучшение качества асфальтобетона в сравнении с прототипом.

Положительный эффект от использования предлагаемого ПАВ в сравнении с прототипом обусловлен с одной стороны снижением стоимости материалов, используемых для приготовления асфальтобетонной смеси вследствие разницы в ценах моноэтаноламина и технического триэтаноламина, а также большей экологической чистотой последнего в сравнении с моноэтаноламином и его меньшей пожароопасностью. Моноэтаноламин относится ко 2 классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76, имеет ПДК-0,5 мг/м³, температуру вспышки 93^оС.

Технический триэтаноламин относится к 3 классу опасности, имеет ПДК в воздухе рабочей зоны 5 мг/м³, температуру вспышки 232^оС. "Кодид" содержит в основном продукты конденсации кубовых остатков СЖК со смесью моно-, ди- и триэтаноламинов. Аминоспирты, не вступившие в конденcацию, находятся в виде мыл, а не в свободном виде, как в добавке "Камид".

Формула изобретения

АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ,включающая минеральный наполнитель и модифицированное битумное связующее, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества асфальтобетона, снижения его стоимости и улучшения условий труда при производстве и укладке асфальтобетона, она содержит в качестве модифицированного битумного связующего смесь битума с 1,5 3 мас. добавки, полученной путем конденсации при 140 180^oС высших жирных кислот или их кубовых остатков с техническим триэтаноламином в соотношении 4 7 1, при этом технический триэтаноламин имеет состав, мас. моноэтаноламин 2 10, диэтаноламин 20 60, триэтаноламин 30 60, а асфальтобетонная смесь содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.

Модифицированное битумное связующее 5,66 7,40
Минеральный наполнитель Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2