Способ приготовления асфальтобетонной смеси
Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для устройства покрытия автомобильных дорог. Технический результат: повышение морозостойкости и долговечности асфальтобетона. Способ приготовления асфальтобетонной смеси, включающий смешение нагретых минеральных заполнителей с нагретым битумом и активированным минеральным порошком. Причем минеральный порошок предварительно обрабатывают отработанным моторным автомобильным маслом в количестве 1-10% от его веса до заполнения пор. 1 з.п. ф-лы, 5 табл.
Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано для устройства покрытия автомобильных дорог.
Известен способ приготовления асфальтобетонной смеси, включающий активацию минерального порошка в электрическом поле коронного разряда и перемешивание его с минеральным заполнителем и битумом (А.с. СССР №1560514, С04В 26/26, Способ приготовления асфальтобетонной смеси// О.П.Ким, А.А.Алексеев, О.А.Трифонов и др. - Заявка №4267171/31-33, заявлено 23.06.87, опубликовано 30.04.90). Получаемая асфальтобетонная смесь обладает достаточной прочностью и водостойкостью.
Недостатком данного способа является то, что смесь, полученная известным способом, не обладает высокой морозостойкостью и трещиностойкостью в условиях Крайнего Севера.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения асфальтобетонной смеси, включающий активацию известнякового минерального порошка с тяжелой смолой пиролиза и серосодержащим отходом суперфосфатного производства в шаровой мельнице и дальнейшее перемешивание с песком и битумом (А.с. СССР №1807032, С04В 26/26, Асфальтобетонная смесь// И.Г.Бахарчинов, А.М.Имаев, Э.Р.Рамазанов и др. - Заявка №4954046/33, заявлено 31.05.91, опубликовано 31.05.93)
Недостатком известного способа является невысокая морозостойкость и долговечность асфальтобетонных покрытий. Это объясняется тем, что при активации минерального порошка не происходит равномерного распределения серосодержащих отходов в смеси и полного покрытия смолой. При этом пористость и битумоемкость снижаются незначительно. При низких температурах эксплуатации асфальтобетона связующее: битум + активированный минеральный порошок не обеспечивает необходимой эластичности пленки, это, в свою очередь, снижает морозостойкость и долговечность готовых покрытий, особенно в условиях Крайнего Севера.
Целью настоящего изобретения является повышение морозостойкости и долговечности асфальтобетона.
Поставленная цель достигается тем, что в способе приготовления асфальтобетонной смеси, включающем смешение нагретых минеральных заполнителей с нагретым битумом и активированным минеральным порошком, минеральный порошок предварительно обрабатывают до полного обволакивания отработанным моторным автомобильным маслом в количестве 1-10% от его веса.
Причем в качестве отработанного моторного автомобильного масла используют отработанное масло для карбюраторного или дизельного двигателя.
В процессе работы автомобильных двигателей моторные масла, удовлетворяющие ГОСТ 12337-84 "Масла моторные для дизельных двигателей" марки М10-Г2 и ГОСТ 10541-78" Масла моторные для карбюраторных двигателей" марки М-8Б1, под действием высоких температур и кислорода воздуха окисляются с образованием смол, асфальтенов, карбенов, примесей и воды. Через 250 мото-часов работы двигателей производится замена масла в двигателях. В таблице 1 приведена характеристика отработанных моторных автомобильных масел.
Для районов со сложной транспортной схемой, например районов Крайнего Севера, возврат отработанных моторных автомобильных масел для регенерации является проблематичным. Их утилизация согласно п.2 ст.51 Федерального закона РФ "Об охране окружающей среды" от 10.01.2002 г. запрещена. Применение отработанных масел в производстве асфальтобетона позволит наряду с утилизацией решить вопросы повышения долговечности и морозостойкости дорожных покрытий.
| Таблица 1 Характеристика отработанных масел | |||||||
| Наименование показателей | Щелочное число мг КОН/г масла | Масло, % | Смола, % | Асфальтены, % | Карбены, % | Примеси, % | Вода, % |
| Масло моторное марки М10-Г2 | 5,4 | 77,4 | 2,6 | 2,1 | 1,6 | 1,6 | 14,7 |
| Масло моторное марки M-8B1 | 1,2 | 80,2 | 1,8 | 2,3 | 1,7 | 1,8 | 12,2 |
В процессе смешения отработанного моторного масла с минеральным порошком происходит равномерное покрытие частиц порошка, заполнение пор маслом; во внешних слоях частиц порошка остаются смолы, асфальтены, карбены, вода, смешанные с маслом. Показатель битумоемкости активированного минерального порошка снижается. При смешивании холодного активированного минерального порошка с нагретыми заполнителями происходит испарение воды и дезагрегация частиц и более равномерное распределение частиц минерального порошка в объеме заполнителя. При смешивании битума с минеральным порошком образуются адсорбционно-сольватные пленки битума высокой эластичности, что сказывается на долговечности и морозостойкости асфальтобетона. Эластичность пленки битума обеспечивается снижением избирательной фильтрации компонентов нефтяного битума в поры и капилляры минеральных материалов.
Способ осуществляется следующим образом.
Щебенисто-песчаную смесь нагревали в сушильном барабане до t°=160°. Битум марки БНД 90/130 нагревали до t°=150°. Минеральный порошок высушивали и при =20-30°С обрабатывали отработанными моторными маслами в количестве 0,7; 1,0; 5,0; 10,0; 11,0% от веса минерального порошка.
Последовательность введения компонентов в асфальтобетонный смеситель.
Минеральный порошок +отработанное масло → смешивание до полного обволакивания частиц порошка минеральными маслами в течение 40÷90 сек + заполнители → смешивание 40÷60 сек + битум → смешивание 40÷60 сек+выгрузка асфальтобетонной смеси в автомобиль или бункера.
Из горячей асфальтобетонной смеси с t°=120°÷130° изготавливают образцы диаметром и высотой 71,4 мм, а также образцы - балочки размером 40×40×150 мм. Коэффициент морозостойкости определялся по снижению прочности образцов после 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Долговечность асфальтобетона определялась по количеству циклов, выдерживаемых образцами - балочками, до разрушения при многократном воздействии нагрузки при с t°=-10°С по методу Союздор НИИ.
Для проведения экспериментов были применены следующие материалы:
- щебень из гравия фр. 5-20 мм;
- песок модулем крупности 2,6;
- битум марки БНД 90/130;
- карбонатный минеральный порошок (известняк, мел, ил) с пористостью 36, 38, 47%;
- отработанные моторные автомобильные масла марки М10-Г2, M8-B1.
Активацию минерального порошка по прототипу проводили путем помола в шаровой мельнице карбонатного порошка с тяжелой смолой пиролиза бензина в количестве 2% и серосодержащим отходом суперфосфатного производства в количестве 20%.
В таблице 2 приведены свойства активированного минерального порошка. В таблице 3, 4, 5 приведены показатели физико-механических свойств асфальтобетона.
| Таблица 2 | |||||||||
| Свойства активированного минерального порошка | |||||||||
| Наименование показателей в т.ч. зерновой состав, мас.% | Неактивированный минеральный порошок | Активированный мин. порошок (заявляемое техническое решение) | Активированный мин. Порошок (по прототипу) | ||||||
| известняк | мел | ИЛ | известняк | мел | ИЛ | известняк | мел | ИЛ | |
| мельче 1,25 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| мельче 0,35 не менее | 90 | 93 | 96 | 95 | 97 | 98 | 95 | 96 | 97 |
| мельче 0,071 | 70 | 75 | 78 | 80 | 82 | 84 | 80 | 83 | 85 |
| пористость, % | 36 | 38 | 47 | 26 | 28 | 30 | 31 | 32 | 38 |
| влажность, % | 0.5 | 0,5 | 0,5 | 1,0 | 1,0 | 1,1 | 0,4 | 0,4 | 0,4 |
| битумоемкость, г | 65 | 70 | 75 | 38 | 45 | 48 | 50 | 55 | 60 |
Составы асфальтобетонных смесей.
I. Активатор минерального порошка - отработанное моторное масло марки М10Г2
| 1. Щебень фр. 5-20 мм | - 50% |
| песок | - 37% |
| активированный минеральный | |
| порошок с содержанием | |
| активатора 0,7% | - 8% |
| битум БНД 90/130 | - 5% |
| 2. Щебень фр. 5-20 мм | - 50% |
| песок | - 37% |
| активированный | |
| минеральный порошок с содержанием | |
| активатора 1,0% | - 8% |
| битум БНД 90/130 | - 5% |
| 3. Щебень фр. 5-20 мм | - 50% |
| песок | - 37% |
| активированный минеральный | |
| порошок с содержанием | |
| активатора 5,0% | - 8% |
| битум БНД 90/130 | - 5% |
| 4. Щебень фр. 5-20 мм | - 50% |
| песок | - 37% |
| активированный минеральный | |
| порошок с содержанием | |
| активатора 10,0% | - 8% |
| битум БНД 90/130 | - 5% |
| 5. Щебень фр. 5-20 мм | - 50% |
| песок | - 37% |
| активированный минеральный | |
| порошок с содержанием | |
| активатора 11,0% | - 8% |
| битум БНД 90/130 | - 5% |
II. Активатор минерального порошка - отработанное моторное масло марки M-8B1
| 6. Щебень фр. 5-20 мм | - 50% |
| песок | - 37% |
| активированный минеральный | |
| порошок с содержанием | |
| активатора 0,7% | - 8% |
| битум БНД 90/130 | - 5% |
| 7. Щебень фр. 5-20 мм | - 50% |
| песок | 37% |
| активированный минеральный | |
| порошок с содержанием | |
| активатора 1,0% | - 8% |
| битум БНД 90/130 | - 5% |
| 8. Щебень фр. 5-20 мм | - 50% |
| песок | - 37% |
| активированный минеральный | |
| порошок с содержанием | |
| активатора 5,0% | - 8% |
| битум БНД 90/130 | - 5% |
| 9. Щебень фр. 5-20 мм | - 50% |
| песок | - 37% |
| активированный минеральный | |
| порошок с содержанием | |
| активатора 10,0% | - 8% |
| битум БНД 90/130 | - 5% |
| 10. Щебень фр. 5-20 мм | - 50% |
| песок | - 37% |
| активированный минеральный | |
| порошок с содержанием | |
| активатора 11,0% | - 8% |
| битум БНД 90/130 | - 5% |
| 11. Щебень фр. 5-20 мм | - 50% |
| песок | - 37% |
| активированный минеральный | |
| порошок (по прототипу) | - 8% |
| битум БНД 90/130 | - 5% |
| Таблица 3 | ||||||
| Показатели физико-механических свойств составов асфальтобетона (минеральный порошок - молотый известняк) | ||||||
| Составы асфальтобетонных смесей | Прочность, МПа при 20°С | Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении (15 суток) | Коэффициент морозостойкости | Долговечность, циклов | Сцепление вяжущего с минеральной частью (кипячением в 15% растворе поваренной соли) | |
| № состава | Содержание отработ. масел | |||||
| 1 | 0,7 | 5,9 | 0,79 | 0,62 | 480 | Выделений масла нет |
| 2 | 1,0 | 5,6 | 0,82 | 0,65 | 505 | -"- |
| 3 | 5,0 | 5,4 | 0,91 | 0,76 | 570 | -"- |
| 4 | 10,0 | 5,0 | 0,85 | 0,70 | 560 | -"- |
| 5 | 11,0 | 5,0 | 0,80 | 0,68 | 540 | -"- |
| 6 | 0,7 | 5,8 | 0,75 | 0,60 | 490 | -"- |
| 7 | 1,0 | 5,7 | 0,83 | 0,62 | 520 | -"- |
| 8 | 5,0 | 5,3 | 0,85 | 0,76 | 575 | -"- |
| 9 | 10,0 | 5,1 | 0,91 | 0,73 | 570 | -"- |
| 10 | 11,0 | 5,1 | 0,87 | 0,65 | 550 | На поверхности раствора выделяется масло |
| 11 | прототип | 5,7 | 0,75 | 0,58 | 360 |
| Таблица 4 | ||||||
| Показатели физико-механических свойств составов асфальтобетона (минеральный порошок - мел) | ||||||
| Составы асфальтобетонных смесей | Прочность, МПа при 20°С | Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении (15 суток) | Коэффициент морозостойкости | Долговечность, циклов | Сцепление вяжущего с минеральной частью (кипячением в 15% растворе поваренной соли) | |
| № состава | Содержание отработ. масел | |||||
| 1 | 0,7 | 5,0 | 0,67 | 0,60 | 460 | Выделений масла нет |
| 2 | 1,0 | 4,8 | 0,72 | 0,65 | 510 | -"- |
| 3 | 5,0 | 4,4 | 0,87 | 0,72 | 580 | -"- |
| 4 | 10,0 | 4,2 | 0,80 | 0,70 | 570 | -"- |
| 5 | 11,0 | 4,2 | 0,77 | 0,65 | 520 | -"- |
| 6 | 0,7 | 4,8 | 0,68 | 0,60 | 470 | -"- |
| 7 | 1,0 | 4,6 | 0,71 | 0,65 | 520 | -"- |
| 8 | 5,0 | 4,2 | 0,85 | 0,73 | 590 | -"- |
| 9 | 10,0 | 4,0 | 0,80 | 0,68 | 580 | -"- |
| 10 | 11,0 | 4,0 | 0,75 | 0,62 | 540 | На поверхности раствора выделяется масло |
| 11 | прототип | 5,0 | 0,72 | 0,60 | 350 |
| Таблица 5 | ||||||
| Показатели физико-механических свойств составов асфальтобетона (минеральный порошок - карбонатный ил) | ||||||
| Составы асфальтобетонных смесей | Прочность, МПа при 20°С | Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении (15 суток) | Коэффициент морозостойкости | Долговечность, циклов | Сцепление вяжущего с минеральной частью (кипячением в 15% растворе поваренной соли) | |
| № состава | Содержание отработ. масел | |||||
| 1 | 0,7 | 4,6 | 0,65 | 0,55 | 450 | Выделений масла нет |
| 2 | 1,0 | 4,4 | 0,75 | 0,60 | 480 | -"- |
| 3 | 5,0 | 4,2 | 0,80 | 0,68 | 570 | -"- |
| 4 | 10,0 | 4,0 | 0,85 | 0,70 | 550 | -"- |
| 5 | 11,0 | 4,1 | 0,78 | 0,62 | 540 | -"- |
| 6 | 0,7 | 4,5 | 0,63 | 057 | 440 | -"- |
| 7 | 1,0 | 4,4 | 0,72 | 0,60 | 470 | -"- |
| 8 | 5,0 | 4,0 | 0,75 | 0,65 | 560 | -"- |
| 9 | 10,0 | 3,8 | 0,80 | 0,68 | 540 | -"- |
| 10 | 11,0 | 3,8 | 0,72 | 0,57 | 520 | На поверхности раствора выделяется масло |
| 11 | прототип | 4,0 | 0,70 | 0,56 | 340 |
Граничные пределы количественного введения отработанных масел обоснованы показателями асфальтобетона. При уменьшении количества отработанного масла менее 1% снижаются морозостойкость и долговечность асфальтобетона.
При увеличении количества отработанного масла свыше 10% при кипячении образца асфальтобетонной смеси в 15% растворе поваренной соли на поверхности раствора выделяется масло.
Оптимальным является 5% содержание масла для активации минерального порошка.
Кроме того, данный способ приготовления асфальтобетонной смеси позволяет использовать минеральные порошки с высокой пористостью.
1. Способ приготовления асфальтобетонной смеси, включающий смешение нагретых минеральных заполнителей с нагретым битумом и активированным минеральным порошком, отличающийся тем, что минеральный порошок предварительно обрабатывают отработанным моторным автомобильным маслом в количестве 1-10% от его веса до заполнения пор.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обработки минерального порошка используют отработанное масло для карбюраторного или дизельного двигателя.
