Асфальтобетонная смесь
Владельцы патента RU 2262492:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) (RU)
Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано для устройства верхних слоев дорожных одежд во всех климатических зонах. Технический результат: усиление процессов структурообразования асфальтобетона и повышение его водо- и теплоустойчивости. Асфальтобетонная смесь для дорожного строительства, содержащая известняковый щебень фракции 5-20 мм, песок фракции до 5 мм, минеральный порошок, нефтяной вязкий битум и полимерную добавку, содержит в качестве полимерной добавки вторичный полиэтилентерефталат в виде б/у пластиковых бутылок, при следующем соотношении компонентов, мас.%: известняковый щебень фракции 5-20 мм - 35-45; 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. 4 табл.
Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано для устройства верхних слоев дорожных одежд во всех климатических зонах.
При строительстве автомобильных дорог широко применяются асфальтобетонные смеси, приготовленные в соответствии с ГОСТ 9128-97, и полимерасфальтобетоны на основе блок-сополимеров бутадиена и стирола типа СБС (Воронежского завода синтетического каучука), а также многих их зарубежных аналогов ОСТ 218.010-98.
Известна асфальтобетонная смесь (а.с. №903450, Е 01 С 7/18, 1982 г.), включающая: нефтяной битум, синтетический каучук (отход бутадиен-стирольного каучука), пластификатор и минеральный наполнитель (известняковый щебень и песок). Такая смесь имеет много достоинств, присущих полимерасфальтобетонам.
Однако недостатками этой смеси является большой расход битума - до 17,6%; недостаточная прочность при сжатии при 50°С (1,61-1,62 МПа) и низкое значение водонасыщения.
Наиболее близкой к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является асфальтобетонная смесь (а.с. №2119465, кл. С 04 В 26/26, 1998 г.), включающая, мас.%:
| нефтяной битум | 5-6,5 |
| масляный раствор синтетического | |
| высокомолекулярного полибутадиенового | |
| каучука (полимерная добавка) | 0,15-0,30 |
| шлам химводоочистки ТЭЦ | 2-4 |
| известняковый щебень фракции 5-20 мм | 25-35 |
| минеральный порошок | |
| (из доломитовых или известняковых пород) | 1-3 |
| песок фракции до 5 мм | остальное |
Введение полимерной добавки на основе каучуков в состав нефтяного битума и дополнительно в состав минерального материала шлама химводоочистки (вместо минерального порошка) усиливают процессы структурообразования асфальтобетона, повышая его водо- и теплоустойчивость.
Недостатком этой смеси является повышенная стоимость за счет использования дорогостоящей полимерной добавки (≈ 40 тыс. руб. за тонну), слабое сцепление битума с сухим минеральным материалом и отсутствия сцепления с влажным минеральным материалом.
Изобретение направлено на улучшение основных характеристик физико-механических свойств асфальтобетонной смеси, снижение расхода ее дорогостоящих компонентов: битума и полимерной добавки, а также уменьшения экологического ущерба за счет утилизации бытовых отходов: бывших в употреблении пластиковых бутылок из полиэтилентерефталата (ПЭТФ).
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в асфальтобетонной смеси, содержащей известняковый щебень фракции 5-20 мм, песок фракции до 5 мм, минеральный порошок (из доломитовых или известняковых пород), нефтяной вязкий битум 5-6 мас.% и полимерную добавку, в качестве последней используется вторичный полиэтилентерефталат в виде бывших в употреблении пластиковых бутылок при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| известняковый щебень фр. 5-20 мм | 35-45 |
| нефтяной вязкий битум | 5,0-6,0 |
| минеральный порошок | 3-8 |
| указанная полимерная добавка | 0,1-0,25 от массы битума |
| песок фракции до 5 мм | остальное |
Введение полимерной добавки в виде вторичного полиэтилентерефталата (бывшие в употреблении пластиковые бутылки) в состав нефтяного дорожного битума придает асфальтобетонной смеси новые свойства за счет повышения адгезии битума с минеральными компонентами, т.к. полиэтилентерефталат содержит полярные сложноэфирные группы, способствующие лучшему сцеплению битума даже с влажной поверхностью минерального материала.
Это позволяет усилить процессы структурообразования асфальтобетона и улучшить основные физико-механические характеристики его свойств (см. табл.1).
Предложенная асфальтобетонная смесь получается дешевле, т.к. указанная выше полимерная добавка является бытовым отходом, а стоимость полимерной добавки у прототипа ≈40 тыс. руб. за тонну. При этом утилизируются бывшие в употреблении пластиковые бутылки из полиэтилентерефталата и снижаются расходы дорогостоящих компонентов: битума и полимерной добавки.
Характеристика исходных материалов
1. Вторичный полиэтилентерефталат, ТУ-6-05-1984-85 марки 277-73 представляет собой бывшие в употреблении пластиковые бутылки. Это термопластичный материал, температура плавления 243°С, температура размягчения 100°С, молекулярная масса 20000-40000, показатель текучести расплава 1.5-2 г/10 мин, разрушающее напряжение при разрыве 134.5 МПа, модуль упругости при растяжении 6130 МПа, нерастворим в воде и органических растворителях, растворим в фенолах и его алкильных производных.
2. Известняковый щебень фракции 5-20 мм.
В качестве известнякового щебня использован известняк месторождения "Апанасовский карьер" Ростовской области. В таблицах 2, 3 приведены химический и зерновой состав щебня и песка.
3. Песок.
В качестве песка использовался отсев дробления известнякового щебня фракции до 5 мм.
4. Вяжущее.
В качестве вяжущего использовался нефтяной дорожный битум марки БНД 90/130. В таблице 4 представлены его физико-механические показатели в сравнении с полимерно-битумным вяжущим. По физико-механическим показателям исходный битум удовлетворяет требованиям ГОСТ 22245-90.
5. Минеральный порошок.
В качестве минерального порошка используется тонкодисперсный порошок доломитовых или известняковых пород.
Пример. Для экспериментальной проверки заявленного состава были подготовлены 6 вариантов смесей, приготовленных из вышеперечисленных ингредиентов. Образцы изготавливались следующим образом: в предварительно нагретые материалы до 160°С (известняковый щебень, песок и минеральный порошок) вводился битум с добавкой вторичного полиэтилентерефталата. Смесь перемешивалась в лабораторной мешалке 5 минут при температуре 140-160°С до образования однородного состава. Затем из нее готовились образцы диаметром 70,1 мм под давлением 40 МПа. Одна из смесей изготавливалась на битуме БНД 90/130 без добавки полиэтилентерефталата, остальные пять - с различным ее процентным содержанием (0,05; 0,10; 0,20; 0,25; 0,30). Из проведенных сравнительных испытаний и анализа полученных результатов установили, что асфальтобетонная смесь предлагаемого состава обладает более лучшими физико-механическими свойствами по сравнению со смесью, приготовленной на битуме без добавки, но близка по своим свойствам к смеси прототипа.
Наилучшие показатели предлагаемой асфальтобетонной смеси наблюдались при введении вторичного полиэтилентерефталата в пределах от 0,10 до 0,25% от массы битума. Причем оптимальное значение составило 0,20%.
Результаты сравнительного анализа сведены в таблицу 1.
Следовательно, основным преимуществом предлагаемой асфальтобетонной смеси является повышение ее качества за счет улучшения сцепления вяжущего с минеральными компонентами, повышение водо- и теплостойкости, а как следствие, повышение сопротивления к воздействию динамических нагрузок.
| Таблица 1 | |||||
| Физико-механические свойства асфальтобетона типа Б марки II четвертой климатической зоны и полимерасфальтобетонов прототипа и выполненного из предлагаемой смеси | |||||
| №п/п | Наименование показателей | Асфальт обетон ГОСТ 9128-97 | Факт. тип с битумом БНД 90/130 | Полимерасфальтобетон | |
| Из пред-лагаемой смеси | Прототип | ||||
| 1 | Прочность при 20°С R20, МПа не менее | 2,5 | 4,1 | 4,75 | 4,17 |
| 2 | Прочность при 50°С R50, МПа не менее | 1,3 | 1,71 | 2,50 | 2,49 |
| 3 | Прочность при 0°С R0, МПа не более | 13 | 12,1 | 14,0 | 7,98-8,29 |
| 4 | Водонасыщение | 1,5-4,0 | 2,6 | 1,60 | 1,15-2,96 |
| 5 | Коэффициент водостойкости не менее | 0,85 | 0,94 | 0,98 | 0,97-0,99 |
| 6 | Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении | 0,75 | 0,7 | 0,80 | 0,95 |
| 7 | Остаточная пористость, % | 3-7 | 2,7 | 2,5 | |
| 8 | Пористость минерального остова, % не более | 19 | 15,8 | 14,3 | |
| 9 | Плотность | 2,45 | 2,4 | 2,31 | |
| 10 | Расход битума | 5,3 | 5,20 | 5-6,5 |
| Таблица 2 | |||||||
| Химический состав известнякового щебня | |||||||
| массовое содержание, % | |||||||
| ППП | SiO2 | R2О3 | Fe2O3 | Al2О3+TiO2 | CaO | MgO | SO3 |
| 46,85 | 1,68 | 1,63 | 0,59 | 1,04 | 47,05 | 2,55 | 0,24 |
| Таблица 3 | ||||||||||
| Зерновые составы минеральных материалов | ||||||||||
| Наименование материала | Массовая доля, % зерен минерального материала мельче, мм | |||||||||
| 20 | 15 | 10 | 5 | 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | 0,07 | |
| Известняковый щебень | 92,4 | 81,8 | 69,6 | 12,0 | 1,5 | 1,4 | 1,3 | 1,2 | 1,1 | 1,0 |
| Песок | - | - | - | 100 | 87,6 | 66,2 | 47,3 | 30,4 | 17,4 | 10,4 |
| Минеральный порошок из доломитовой породы | - | - | - | - | - | 100 | 99,5 | 99,1 | 79,4 | 20,1 |
| Таблица 4 | |||||
| Физико-механические свойства битума и полимерно-битумного вяжущего (ПБВ) с использованием вторичного полиэтилентерефталата. | |||||
| № п/п | Наименование показателя | Битум | ПБВ | ||
| ГОСТ 222245-90 | Факт БНД 90/130 | ОСТ 218.010-98 | Факт оптим. Образец | ||
| 1 | Глубина проникания иглы 0,1 мм при 25°С, | 91-130 | 120 | не менее 90 | 96 |
| при 0°С | не менее 28 | 30 | не менее 40 | 99 | |
| 2 | Растяжимость (см) при 25°С, | не менее 65 | 70 | не менее 30 | 100 |
| при 0°С, | не менее 4,0 | 7,2 | не менее 15 | 7,8 | |
| 3 | Температура размягчения, °С | не ниже 43 | 46 | не ниже 51 | 48 |
| 4 | Испытания на сцепление с мрамором | не норм. | не выдер. (удовл.) | Выдерж. по контрольн. образцу | Отлично |
| 5 | Температура хрупкости по Фраасу, °С | не выше -17 | -19,5 | не выше 25 | -22,5 |
| 6 | Температура вспышки, °С | не ниже 230 | 273 | не ниже 220 | >270 |
| 7 | Однородность | - | однородно | Выдерживает через 40 мин приготовл. | Однородно |
Асфальтобетонная смесь для дорожного строительства, содержащая известняковый щебень фракции 5-20 мм, песок фракции до 5 мм, минеральный порошок, нефтяной вязкий битум и полимерную добавку, отличающаяся тем, что в качестве полимерной добавки используется вторичный полиэтилентерефталат в виде б/у пластиковых бутылок при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| известняковый щебень фракции 5-20 мм | 35-45 |
| 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 |
