Битумоминеральная открытая смесь

Изобретение относится к строительству и ремонту автомобильных дорог и может быть использовано для устройства шероховатых слоев дорожных покрытий. Технический результат: повышение прочностных показателей смеси, коэффициента водостойкости при длительном водонасыщении, снижение предела набухания. Битумоминеральная открытая смесь содержит щебень фракции до 15 мм, отсев дробления щебня фракции 0-5 мм, минеральный порошок, битум и полимерно-армирующую добавку - отход гидроизоляции трубопроводов - АрмПЭВА, представляющий собой отход двухслойной ленты усадочного материала для изоляции труб, состоящий из слоя адгезионной активной композиции клея-расплава на основе сополимера этилена с винилацетатом и слоя радиационно-сшитого полиэтилена, обработанного электронами с нанесенным на него термоплавким клеем, и пластифицирующую добавку мазут при следующем соотношении, мас. %: щебень фракции до 15 мм - 65-75, отсев дробления щебня фракции 0-5 мм - 17,0-23,5, минеральный порошок - 3,0-5,0, битум - 4,4-5,5, указанный отход - 0,4-0,6, мазут - 0,2-0,4. 5 табл.

 

Изобретение относится к строительству и ремонту автомобильных дорог и может быть использовано для устройства шероховатых верхних слоев и поверхностной обработки дорожных покрытий.

Верхним слоям покрытия и поверхностной обработке принадлежит ответственная роль снижения дорожно-транспортных происшествий на автомобильных дорогах. Они наиболее полно отвечают требованиям безопасности движения, особенно в сырую погоду, поскольку определяют оптимальные значения и необходимый уровень порового пространства покрытий, характеризующих долговечность слоев и их дренирующую способность. К числу основных параметров, определяющих безопасность автомобильной дороги в эксплуатации, традиционно относятся сцепные свойства покрытия и его ровность.

Одним из эффективных способов снижения дорожно-транспортных происшествий на автомобильных дорогах является быстрая ликвидация скользкости мокрых покрытий. Исследования ряда ученых показывают, что наиболее полно требованиям безопасности движения, особенно в сырую погоду, отвечают многощебенистые смеси. К числу известных многощебенистых смесей для дорожных покрытий, в первую очередь, относятся асфальтобетонные горячие плотные дорожные смеси типа А, удовлетворяющие требованиям [ГОСТ 9128-97. Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. - М., 1998, с.26]. Количество щебня в таких смесях находится в пределах 50-60%, что зачастую недостаточно для обеспечения параметров шероховатости, требуемых для обеспечения надлежащего уровня безопасности движения и дренирующих свойств, препятствующих дождевой, грязевой и в некоторой степени зимней скользкости. В этих целях, как правило, требуется дополнительное устройство поверхностной обработки покрытий [ВСН 38-90. Технические указания по устройству дорожных покрытий с шероховатой поверхностью. М.: Транспорт, 1991. С.47]. Распространенным способом обеспечения сцепных свойств покрытий в нашей стране является устройство одиночной поверхностной обработки, материалом для которой служит щебень определенных фракций, распределенный по предварительно разлитому органическому вяжущему. Преимуществом этого способа следует отметить высокую скорость выполнения данного вида дорожных работ и весьма низкую стоимость. Однако срок эффективной службы такой поверхностной обработки составляет по данным ряда исследований 1,5-2 года. Опыт показывает, что 80 % неудач и низкого качества поверхностной обработки, выполненной традиционным способом, объясняются недостатками связей в системе «битум-покрытие-щебень». В результате чего:

- снижается безопасность движения из-за возможного отрыва щебня и повреждения стекол проезжающих автомобилей;

- выпотевание битума в местах перелива и связанное с этим снижение сцепных качеств покрытий;

- перерасход каменных материалов за счет выметания не прижившегося щебня при устройстве поверхностной обработки;

- втапливание зерен щебня в поверхность асфальтобетона, особенно при повышенных температурах, ведущее к снижению общей шероховатости покрытия, и целый ряд других причин.

Альтернативным материалом для устройства шероховатых слоев защитных покрытий являются открытые битумоминеральные смеси (БМО-смеси).

Макрошероховатые защитные слои из БМО смесей используют преимущественно:

- на участках автомобильной дороги с интенсивным грузонапряженным и скоростным движением, на крутых уклонах и виражах, где необходимо гарантировано обеспечить приживаемость щебня в поверхностном слое, сохраняющем сцепные качества на срок не менее 6 лет эксплуатации;

- при производстве работ в весенне-осенний период, а также на участках автомобильной дороги с низкой интенсивностью движения, когда применение поверхностной обработки невозможно по условиям формирования, и др.

Для повышения качественных показателей БМО смесей целесообразно использовать различные полимерные и поверхностно-активные вещества, способные модифицировать такие смеси.

Наиболее близкими к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату являются смеси битумоминеральные открытые БМО 65/75 для устройства макрошероховатых слоев дорожных покрытий [ТУ 218 РСФСР 601-88 «Смеси битумоминеральные открытые для устройства макрошероховатых слоев дорожных покрытий». М., 1989, с. 29], уплотняемые, включающие щебень фракции до 15 мм, песок и минеральный порошок в соотношении, мас. %:

Щебень фр. до 15 мм - 65-75

песок + мин. порошок - 25-35

Содержание песка, минерального порошка и битума должно соответствовать требованиям ТУ 218 РСФСР 601-88, приложение 2.

Недостатком указанной БМО смеси является низкий предел прочности при 20°С и при 50°С, соответственно не менее 2,5 МПа и 0,8 МПа и невысокий коэффициент водоустойчивости при длительном водонасыщении по прочности при сжатии К_вД не менее 0,75, что в целом

ряде случаев является недостаточным по условиям эксплуатации дорожных покрытий.

Сущность изобретения в том, что битумоминеральная открытая смесь, характеризующаяся тем, что она содержит щебень фракции до 15 мм, отсев дробления щебня - фракции 0-5 мм, минеральный порошок, битум и полимерно-армирующую добавку - отход гидроизоляции трубопроводов - АрмПЭВА, представляющий собой отход двухслойной ленты усадочного материала для изоляции труб, состоящей из слоя адгезионной активной композиции клея-расплава на основе сополимера этилена с винилацетатом и слоя радиационно-сшитого полиэтилена, обработанного электронами, с нанесенным на него термоплавким клеем, и пластифицирующую добавку мазут при следующем соотношении, мас. %:

щебень фракции до 15 мм	65-75
отсев дробления щебня, фракции 0-5 мм	17,0-23,5
минеральный порошок	3,0-5,0
битум	4,4-5,5
указанный отход	0,4-0,6
мазут	0,2-0,4

Полимерно-армирующая добавка АрмПЭВА представляет собой частицы размером 3x4 мм и толщиной 2 мм, полученные дроблением продукта обрезки указанного материала - лента гидроизоляционная для трубопроводов - с целью придания необходимых размеров на стадии подготовки его к отгрузке потребителю. АрмПЭВА включает смесь полиэтилена, содержащего 21-30% этилен-винилацетата - ЭВА в сочетании 1:1 с полиэтиленом, обработанным электронами - радиационно-сшитым. Полиэтилен, содержащий в своем составе ЭВА - сэвилен, помимо термопластичных свойств обеспечивает вяжущему хорошее сцепление с минеральным материалом. Эта добавка хорошо совмещается с битумом, обеспечивая прочность матрицы на сдвиг, теплостойкость материала. При охлаждении полученной композиции вяжущего образуется смешанная интерполимерная структура полимерного вяжущего с взаимопроникающими решетками полимерной добавки и битумного вяжущего.

Вторая составляющая добавки, представленная полиэтиленом, обработанным электронами - радиационно-сшитым отличается повышенной температурой плавления более 200°С. При смешивании с разогретым до 150-160°С битумом он размягчается и частично с ним совмещается. Нерасплавившаяся часть такого полиэтилена в битуме в виде нитей и клубков выполняет роль полимерно-армирующей добавки - связующей системы.

Комплексное использование указанной добавки позволяет в полной мере улучшить эксплуатационные свойства покрытий из БМО смесей, в том числе замедление процессов старения за счет этилен-винилацетатной составляющей сэвилена.

Анализ известных технических решений показал, что применение открытых битумоминеральных смесей - БМО для устройства шероховатых слоев защитных покрытий известно.

Однако эти смеси не обеспечивают им такие свойства, которые они проявляют в заявленном решении, а именно более высокие пределы прочности при 20°С и 50°С, повышенный коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении по прочности при сжатии, что достигается использованием в представленном составе БМО-смеси новой полимерно-армирующей добавки - АрмПЭВА в сочетании с пластифицирующим компонентом. Таким образом, данный состав компонентов придает БМО-смеси иные свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «существенные отличия».

Характеристика исходных материалов

1. Минеральный материал представлен следующим образом:

1.1. Щебень

В качестве щебня использовался дробленый щебень из песчаника Потаповского карьера Ростовской области с маркой прочности 1200.

В таблице 1 приведен зерновой состав этой фракции.

1.2. Отсев дробления

Использовался отсев дробления щебня Потаповского карьера, фракция 0-5 мм (таблица 1).

1.3. Минеральный порошок

Минеральный порошок соответствует требованиям ГОСТ 52-129-2003 (таблица 1).

2. Битум

Использовался битум нефтяной дорожный БНД 60/90. В таблице 2 представлены его физико-механические свойства. По показателям свойств исходный битум удовлетворяет требованиям ГОСТ 22245-90.

3. АрмПЭВА

АрмПЭВА представляет собой отходы двухслойной ленты усадочного материала для изоляции труб и получила название от своего компонентного состава. Полимерно-армирующая добавка АрмПЭВА представляет собой частицы размером 3x4 мм и толщиной 2 мм, полученные дроблением продукта обрезки указанного материала для придания необходимых размеров на стадии подготовки его к отгрузке потребителю.

Один из слоев материала представлен адгезионной активной композицией клея-расплава, применяемого в качестве адгезионного слоя в полимерных покрытиях. Изготавливается он на основе сополимера этилена с винилацетатом - сэвилена, удовлетворяющего требованиям ТУ 6-05-1636-97 «Сэвилен» к маркам 11507-070, 11706-210, 11808-340, с

Таблица 1. ЗЕРНОВОЙ СОСТАВ МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ОТКРЫТОЙ БИТУМОМИНЕРАЛЬНОЙ СМЕСИ (БМО)
№	Наименование	Содержание материла,%	Размер зерен в мм, мельче
15	10	5	2,5	1,25	0,63	0,315	0,16	0,071
	Исходные материалы
1	Щебень фр. 5-15 мм	100	82,0	38,4	2,02	1,94
2	Отсев дробления фр. 0-5 мм	100	100	100	99,11	73,1	45,5	37,5	27,6	19,7	11,5
3	Минеральный порошок	100	100	100	100	100	100	100	99,0	96,0	83,0
	Зерновой состав смеси
1	Щебень фр. 5-15 мм	70	57,4	26,97	1,4	1,4	-	-	-	-	-
2	Отсев дробления фр. 0-5 мм	26	26,0	26,0	25,8	19,0	11,8	9,8	7,2	5,2	3,0
3	Минеральный порошок	4	4,0	4,0	4,0	4,0	4	4,0	3,96	3,8	3,3
	Готовая БМО смесь	100	87,4	56,9	31,2	24,4	15,8	13,8	11,2	8,8	6,3

Таблица 2 ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ БИТУМА
Пенетрация при	Растяжимость, см, при 25°С	Температура, °С	Интервал пластичности, °С	Прилипаемость	Эластичность
25°С	0°С	размягчения	хрупкости	к песку	к мрамору
76	28	>100	47,5	-17,0	64,5	образец 3	образец 2	отсутствует

содержанием в нем полиэтилен-винил-ацетат в количестве 21-30%. При комнатной температуре сэвилен - твердое вещество используется в расплавленном состоянии при 120-200°С. В таблице 3 приведены качественные показатели используемого в работе материала.

Таблица 3

Качественные показатели Севилена

Плотность г/см3	Показатель текучести расплава г/10 мин при температуре 125°С	Массовая доля винил-ацетат, %	Прочность при разрыве, МПа	Относительное удлинение при разрыве, %	Метод переработки
0,947	14,7	26	5,4	608	Компаунди-рование

Второй слой используемого отхода ленты представляет собой радиационно-сшитый полиэтилен, обработанный электронами. На этот слой полиэтилена наносится термоплавкий клей - Сэвилен. Конструктивно лента представляет собой компонентную композицию, при соотношении слоев 1:1. Лента носит условное название «ДОНРАД», имеет сертификат соответствия № РОСС RU. АЯ 94. ВО6868.

Мазут - продукт переработки нефти предназначен для стационарных котельных и технологических установок. В таблице 4 представлены физико-химические характеристики. Использовался мазут по ГОСТ 10585-99 марки 100.

Таблица 4 Физико-химические характеристики метода
Вязкость при 80° условная, градусы, By	Массовая доля механических примесей, %	Массовая доля воды, %	Массовая доля серы, %	Температура вспышки в открытом тигле, °С	Температура застывания, °С	Плотность при 20 кг/м3
16	0,9	0,75	1,3	190	34	974

Пример: Для экспериментальной проверки заявленного состава были приготовлены 5 вариантов составов битумоминеральных открытых смесей (БМО). В качестве минеральных материалов использовались вышеописанные материалы подобранного зернового состава, удовлетворяющего требованиям ГОСТ 9228-97 (таблица 1).

За основные характеристики качества битумоминеральных открытых смесей (БМО) приняты: водонасыщение под вакуумом, коэффициент водоустойчивости при длительном водонасыщении на растяжении при расколе К_дв, предел прочности при сжатии МПа при температурах 20 и 50°С, коэффициент водоустойчивости при длительном водонасыщении по прочности при сжатии К_дв и сцепление битума с минеральной смесью.

Образцы изготавливались следующим образом: в предварительно нагретые до температуры 160-170°С минеральные материалы: щебень фракции 5-15 мм, отсев дробления 0-5 мм, вводилась добавка АрмПЭВА. Смесь тщательно перемешивалась 0,5-1,0 минуты, затем вводился минеральный порошок, смесь вновь перемешивали. После чего вводился нагретый до 140-150°С нефтяной битум, модифицированный предварительно мазутом. Все компоненты смеси вновь перемешивались до образования однородной смеси. Далее из смеси готовились образцы под давлением 40 МПа, диаметром 70,1 мм. Результаты сравнительных испытаний сведены в таблицу 5.

Из данных таблицы 5 следует, что битумоминеральная открытая смесь - БМО предлагаемого состава обеспечивает повышение прочностных характеристик смеси R₂₀₀ ^сж и R₅₀₀ ^сж, коэффициента водостойкости К_вд при длительном водонасыщении как при испытании на растяжение при расколе, так и по прочности при сжатии, снижен предел набухания смеси.

Таблица 5 Составы предлагаемых битумоминеральных открытых смесей и их физико-механические показатели
Наименование показателей	Состав предлагаемый	Известный
1	2	3	4	5
Состав асфальтобетонной смеси, мас. %
Щебень, фр. 5-15 мм	61,0	65,0	70,2	75,0	79,0	65,0-75,0
Отсев дробления щебня, фр. 0-5 мм	26,2	23,5	20,0	17,0	15,0	20,0-29,0
Минеральный порошок	6,0	5,0	4,0	3,0	2,0
Битум	6,0	5,5	5,0	4,4	3,0	5,0-6,0
АрмПЭВА	0,3	0,6	0,5	0,4	0,9	0,4-0,6
Мазут	0,5	0,4	0,3	0,2	0,1	0,2-0,4
Свойства БМО смесей
Водонасыщение под вакуумом W, % объема	1,6	2,9	3.3	4,1	6,4	не более 5
Набухание после 15 суток выдерживания в воде после вакуума, Н % объема	0,23	0,25	0,31	0,49	1,08	не более 1
Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении по прочности на растяжение при расколе Квд	0,89	0,92	0,94	0,87	0,74	не менее 0,8
Предел прочности при сжатии, МПа: при температуре 20°С	4,01	4,87	4,63	4,42	3,96	не менее 2,2
50°С	0,79	1,39	1,57	1,41	1,23	не менее 0,8
Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении по прочности при сжатии, Квд	0,87	0,85	0,83	0,81	0,65	не менее 0,7
Сцепление битума с минеральной частью	выдерживает	выдерживает
Остаточная пористость, % после уплотнения	2,3	3,2	3,8	4,4	6,1	от 3 до 5

Битумоминеральная открытая смесь, характеризующаяся тем, что она содержит щебень фракции до 15 мм, отсев дробления щебня фракции 0-5 мм, минеральный порошок, битум и полимерно-армирующую добавку - отход гидроизоляции трубопроводов АрмПЭВА, представляющий собой отход двухслойной ленты усадочного материала для изоляции труб, состоящий из слоя адгезионной активной композиции клея-расплава на основе сополимера этилена с винилацетатом и слоя радиационно-сшитого полиэтилена, обработанного электронами с нанесенным на него термоплавким клеем, и пластифицирующую добавку - мазут при следующем соотношении, мас. %:

Щебень фракции до 15 мм	65-75
Отсев дробления щебня, фракции 0-5 мм	17,0-23,5
Минеральный порошок	3,0-5,0
Битум	4,4-5,5
Указанный отход	0,4-0,6
Мазут	0,2-0,4