Битумная композиция для ремонта влажного асфальтобетонного покрытия

Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов и может быть использовано для ремонта дорожного покрытия в осенне-весенний периоды года с использованием холодного асфальтобетона. Битумная композиция для ремонта влажного асфальтобетонного покрытия, включающая битум БНД 60/90, разжижитель - дизельное топливо, поверхностно-активное вещество КАДЭМ-ВТ и дополнительно структурирующий компонент - термоэластопласт РТЭП при следующем соотношении компонентов, мас.%: Битум БНД 60/90 - 78,0-87,0, разжижитель - дизельное топливо - 10,7-17,8, поверхностно-активное вещество КАДЭМ-ВТ - 0,3-0,7, структурирующий термоэластопласт РТЭП - 2,0-3,5. Техническим результатом является повышение прочности сухих и водонасыщенных образцов при температурах 20 и 50°С, коэффициента водостойкости, а также значительное снижение показателя слеживаемости холодных смесей. 5 табл.

 

Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов и может быть использовано для ремонта дорожного покрытия в осенне-весенние периоды года преимущественно при приготовлении холодных асфальтобетонных смесей, в которых широко применяются жидкие нефтяные дорожные битумы.

Однако нефтеперерабатывающие заводы в основном выпускают вязкие дорожные битумы, исключая приготовление жидких, хотя потребность в последних велика: для поверхностных обработок, подгрунтовок, холодных смесей и т.п. Жидкие битумы дорожники, как правило, готовят в условиях АБЗ путем разжижения вязких битумов различными разжижителями. Приготовляемые подобным образом вяжущие характеризуются, как правило, низкой температурой вспышки, плохими адгезионными свойствами.

При разжижении битумов в составе вяжущих широко используются разжижители в сочетании с различными поверхностно-активными и полимерно-структурирующими добавками.

Известен состав (см. С.Н.Попченко. «Холодная асфальтобетонная гидроизоляция». - Л.: Стройиздат, 1977. - 431 с.) битумно-латексной мастики, состоящей из вязкого битума, солярового масла и синтетического латекса, включающего каучук, в соотношении компонентов 83:14:35. Недостатком этой композиции является сильное расслоение: каучук, входящий в состав латекса, оседает на дно емкости и обладает слабой адгезией к минеральному материалу.

Известен состав (см. Заявку Франции 2606801) для холодной регенерации дорожных одежд, который содержит, мас.%: битум 50-60%, смесь тяжелых и легких ароматических масел из нефти - 5-15%, хлоргидрат алифатического полиамида 1-2% и воду 23-44%. Положительными свойствами битумной композиции является то, что она способна обеспечить в холодном виде прочную связь между частицами асфальтобетона и возможность изменять при необходимости реологические свойства вяжущего в зависимости от природы и состояния регенерируемого материала. Существенным недостатком композиции в случае ее использования для приготовления холодных органо-минеральных смесей для ремонта дорожных покрытий является наличие в ней довольно значительного количества воды 23-44%. Холодные органо-минеральные смеси, содержащие воду, требуют после укладки определенное время для удаления воды и формирования материала и поэтому открывать движение транспорта сразу же после ремонта дороги нельзя.

Наиболее близкой композицией вяжущего для холодных асфальтобетонных смесей, используемых для ремонта дорожных покрытий в осенне-весенний сезоны, является битумная композиция (см. RU 2152963 С2, 20.07.2000, Шейхет И.М., Мотовилов В.Г., Райхман И.Н., Нестеренко С.И. «Битумная композиция для ремонта влажного асфальтобетонного покрытия») для ремонта влажного асфальтобетонного покрытия, которая содержит химические добавки: катионные поверхностно-активные вещества (ПАВ) в количестве 1,5-3,0 мас.% и дополнительно ускоритель формирования композиции - поливинилацетатную дисперсию 1,0-2,0 мас.%. Жидкий битум используется марки СГ 40/70 по ГОСТ 11955-82 в количестве, дополняющем химические добавки до 100 мас.%.

К положительным свойствам композиции авторы относят улучшение сцепления с влажным минеральным материалом как кислых, так и основных пород в процессе получения холодных органо-минеральных смесей, возможность работы в условиях сырой влажной погоды при ремонте дорог, увеличение срока хранения битумной композиции, открытие движения сразу после заделки выбоины.

Между тем следует отметить, что по физико-механическим показателям битумная композиция для ремонта влажного асфальтобетонного покрытия удовлетворяет требованиям к холодным асфальтобетонным смесям только II марки, ближе приближаясь по значениям к нижней границе требований.

Приготовляемая смесь имеет невысокие показатели пределов прочности при температуре 20°С как смесей до прогрева, так и после прогрева соответственно 1,13 и 1,38 МПа. Коэффициент водостойкости также имеет невысокие значения, особенно до прогрева - 0,69 МПа, на пределе значений слеживаемость смеси, которая соответствует предельно допустимому значению, - 10 ударов.

Задачей заявляемого изобретения является расширение использования битумной композиции для холодного асфальтобетона с повышенными прочностными характеристиками и более водоустойчивым как при работе с материалами кислых пород, так и основных, увеличением срока хранения холодной смеси за счет улучшения показателя слеживаемости смеси.

Сущность изобретения заключается в том, что битумная композиция для ремонта асфальтобетонного покрытия, включающая битум БНД 60/90, разжижитель - дизельное топливо и поверхностно-активное вещество КА-ДЭМ-ВТ, дополнительно содержит структурирующий компонент термоэластопласт РТЭП при следующем соотношении компонентов; мас.%:

Битум БНД 60/90	78,0-87,0
Разжижитель - дизельное топливо	10,7-17,8
Поверхностно-активное вещество КАДЭМ-ВТ	0,3-0,7
Структурирующий термоэластопласт резиновый РТЭП	2,0-3,5

Композиция обладает повышенным сцеплением с минеральными материалами кислых и основных пород и соответствует требованиям ГОСТ 11955-82 «Битумы нефтяные дорожные жидкие» битумам марки СГ 90/130. Полученная битумная композиция обеспечивает получение холодного асфальтобетона с повышенными прочностными характеристиками, высокой водостойкостью и улучшенным показателем слеживаемости. Сцепление полученной битумной композиции со щебнем кислых и основных пород соответствует контрольному образцу №1 (ГОСТ 11508 - Метод определения сцепления битума с мрамором и песком. - М.: Издательство стандартов, 1985. - 8 с.).

Анализ известных технологических решений показал, что применение в составе жидкого битумного вяжущего некоторых разжижителей полимерных резиносодержащих добавок и термоэластопластов известно. Известно также приготовление вяжущих с использованием поверхностно-активных добавок аминного характера и антиоксидантов.

Однако применение разжижителей вязких битумов в сочетании с резиновым термоэластопластом РТЭП и катионактивным ПАВ КАДЭМ-ВТ аминного характера обеспечивает битумной композиции свойства, которые она проявляет в заявляемом решении, а именно возможность приготовления на ее основе холодных смесей с невысокой слеживаемостью и повышенными характеристиками прочности и водостойкости, что в совокупности позволяет проводить ремонт влажных асфальтобетонных покрытий и обуславливает новизну композиции.

Полученная битумная композиция была использована для приготовления холодной органо-минеральной смеси.

Готовую битумную композицию в количестве 3-5 мас.% смешивали с минеральными материалами кислых или основных пород в количестве 95-97 мас.% до полного обволакивания композицией поверхности минерального материала.

В качестве минеральных материалов приводится пример использования гранитного щебня фракций 5-10 мм - 47%, отсева дробления щебня фракции 0-5 мм - 50% и минерального порошка - 3% (таблица 1). Приведенное соотношение минеральных материалов в холодных смесях в работе оставалось постоянным при испытании битумной композиции различных составов.

Роль структурирующего компонента, обеспечивающего в сочетании с поверхностно-активной добавкой КАДЭМ-ВТ повышение прочностных показателей ремонтной смеси и ее водостойкость, принадлежит термоэластопласту резиновому РТЭП.

Поверхностно-активная добавка катионного типа КАДЭМ-ВТ обеспечивает битумной композиции повышенные адгезионные свойства вяжущего и связанную с ними повышенную водостойкость смесей. Представлена добавка смеси аскиламидополиаминов и алкилимидазолинполиаминов, полученных на основе кислот C₁₆-С₂₀ растительного или животного происхождения.

Характеристика исходных материалов

1. 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.

2. Разжижитель. В качестве разжижителя использовалось дизельное топливо.

3. Поверхностно-активное вещество КАДЭМ-ВТ используется в качестве поверхностно-активной добавки катионного типа при устройстве асфальтобетонных покрытий (см. ОДМ 218.3.001-2007 (Отраслевой дорожный методический документ) «Методические рекомендации по технологии применения поверхностно-активной добавки катионного типа КАДЭМ-ВТ при устройстве асфальтобетонных покрытий», изданные Федеральным дорожным агентством (Росавтодор), М.: - 2007. 24 с). Реагент КАДЭМ-ВТ представляет собой смесь алкиламидополиаминов и алкилимидазолинаминов, полученных на основе кислот С₁₇-С₂₀ растительного или животного происхождения.

Реагент КАДЭМ-ВТ - однородная масса от светло- до темно-коричневого цвета с характерным запахом аммиака, нерастворим в воде, хорошо растворяется в ароматических углеводородах, дизельном топливе, нефтепродуктах. Физико-механические показатели добавки представлены в таблице 3 в сравнении с требованиями к выпускаемому продукту (см. таблицу 1, ОДМ 218.3.001 - 2007).

4. Термоэластопласт резиновый РТЭП представляет собой гранулы темного цвета, сферовидной формы, диаметром около 3 мм (таблица 4). Представлен РТЭП резинополимерным материалом, битумным вяжущим и антиоксидантами. Описание РТЭП дано в ОДМ 218.3.001. - 2006 (Отраслевой дорожный методический документ) «Методические рекомендации по применению полимерно-дисперсного армирования асфальтобетонов с использованием резинового термоэластопласта РТЭП», изданные Федеральным дорожным агентством (Росавтодор). М.: - 2006. с.28. Модификатор обладает повышенной износо- и морозостойкостью, растворяется в углеводородах, битуме, хлороформе, четыреххлористом углероде и т.п. Вредных веществ не содержит.

Температура размягчения добавки не выше 140°С. Увеличение температуры размягчения и эластичность битума с 5-ти процентным содержанием добавки в битуме БНД 60/90 имеют соответственно значения: не менее 15% и не менее 40% (см. ОДМ 218.3.001 - 2006).

Пример. Для экспериментальной проверки заявляемого состава были приготовлены 5 вариантов составов холодных асфальтобетонных смесей типа Б_x. В качестве минеральных материалов использовались вышеописанные материалы подобранного зернового состава (таблица 1).

Приготовление битумной композиции производили в следующем порядке.

Битум БНД 60/90, дизельное топливо и добавка КАДЭМ-ВТ перемешивались в течение 2-3 мин при температуре 100-120°С до получения однородного раствора. Условная вязкость полученной смеси соответствовала марке жидкого нефтяного битума СГ 90/130.

Минеральные материалы в количестве 95-97% подобранного состава: гранитный щебень фракции 5-10 мм, отсев дробления щебня фракции 0-5 мм, минеральный порошок нагревались в лабораторной мешалке до температуры 90-110°С, после чего на нагретые минеральные материалы вводилась полимерно-армирующая добавка термоэластопласта резинового РТЭП. Смесь перемешивалась при указанной температуре в течение 3 минут равномерного распределения РТЭП на поверхности минеральных материалов.

На подготовленный таким образом минеральный материал вводилось приготовленное ранее модифицированное добавкой КАДЭМ-ВТ разжиженное вяжущее в количестве 3-5%.

Компоненты полученной смеси перемешивались в лабораторной мешалке в течение 1 мин до полного обволакивания полученной битумной композицией поверхности минерального материала.

Образцы полученной холодной смеси Б_х изготавливались следующим образом: смесь охлаждалась до комнатной температуры и на гидравлическом прессе изготавливали по 12 образцов из холодных смесей диаметром по 71,4 мм. Нагрузку на образцы постепенно доводили до 40 МПа и выдерживали в течение 3 минут.

Испытывались образцы по ГОСТ 12801-98 в прогретом и непрогретом состоянии. По истечении 1 суток после изготовления часть образцов испытывали в непрогретом состоянии, а другую часть нагревали в сушильном шкафу при температуре 90±2°С. Продолжительность прогрева - 2 часа. Прогретые образцы испытывали на следующий день после прогрева. В таблице 5 представлены результаты испытаний.

Из данных таблицы 5 следует, что битумная композиция предлагаемого состава обеспечивает значительное повышение прочности сухих и водонасыщенных образцов при температурах 20 и 50°С, коэффициента водостойкости, а также заметное снижение показателя слеживаемости холодных смесей, который не превышает 5-7 ударов.

Согласно требованиям ГОСТ 9128-97 холодная смесь Б_х, приготовленная на разработанной битумной композиции, удовлетворяет требованиям к холодным асфальтобетонным смесям типа Б_х I марки, в то время как смесь прототипа пригодна только для II марки, к которой предъявляются более низкие требования.

Таблица 1 - Зерновой состав минеральной части холодной асфальтобетонной смеси
Наименование	Содержание материала, %	Размер зерен, мм, мельче
15	10	5	2,5	1,25	0,63	0,315	0,16	0,07
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Щебень фр. 5-10	100	100	84,2	26,1	9,1
Отсев дробления фр. 0-5 мм	100	100	99,2	88,6	64,7	53,1	41,4	31,8	22,9	15
Минеральный порошок	100	100	100	100	100	100	99,7	98	97,2	68,7
Щебень фр. 5-10	47	47	39,6	12,3	4,3	-	-	-	-	-
Отсев дробления фр. 0-5 мм	50	50	49,6	44,3	32,4	26,6	20,7	15,9	11,5	7,5
Минеральный порошок	3	3	3	3	3	3	3	2,9	2,9	2,1
Готовая холодная асфальтобетонная смесь	100	100	92,2	59,6	39,7	29,6	23,7	18,8	14,4	9,6
Требования ГОСТ 9128-97 к зерновому составу холодных асфальтобетонных смесей Бх		85-100	70-100	50-60	33-46	21-38	15-30	10-22	9-16	8-12

Таблица 2 - Физико-механические показатели битума
Пенетрация при	Растяжимость, см, при	Температура, °С	Интервал пластичности, °С	Прилипаемость по контрольному образцу
25°С	0°С	25°С	0°С	размягчения	хрупкости	вспышки	к песку	к мрамору
72	24	100	4,3	47	-18,0	255	65	№3	№2

Таблица 3 - Физико-механические показатели поверхностно-активной добавки КАДЭМ-ВТ
Наименование показателей	Норма	Значения показателя
1. Внешний вид при 20°С	Однородная паста без посторонних включений	Однородная паста без посторонних включений
2. Температура застывания, °С	не более 30	26
3. Плотность при 20°С, г/см3.	0,94-0,96	0,95
4. Аминное число, мг HCl/г	100-50	75
5. Потери массы продукта при выдерживании в пенетрационной чашке слоем 1/2 чашки в течение 5 ч при 170°С, %	не более 8	6
6. Кислотное число, мг КОН/г	не более 10	7,0
7. Температура вспышки в закрытом тигле, °С	185-195	192
Таблица 4 - Физико-механические показатели термоэластопласта резинового РТЭП
Наименование показателя	Норма	Значения показателя
1. Цвет	черный	черный
2. Температура размягчения добавки, °С	не выше 140	130
3. Увеличение температуры размягчения битума БНД 60/90 с 5-процентным содержанием добавки, %	не менее 15	16
4. Эластичность битума с 5-процентным содержанием добавки при температуре 25°С, %	не менее 40	60

Таблица 5 - Составы битумной композиции и физико-механические показатели холодных асфальтобетонных смесей
Составы смесей и наименования показателей	Состав предлагаемый	Прототип 2 марка	Требования ГОСТ 9128-97 для 1 марки
Составы битумной композиции
Битум БНД 60/90	75,0	78,0	83,0	87,0	88,7	78,0
Дизельное топливо	19,0	17,8	13,6	10,7	8,0
Структурирующий термоэластопласт РТЭП	5,2	3,5	3,0	2,0	3,1
КАДЭМ-ВТ-ПАВ	0,8	0,7	0,4	0,3	0,2	1,5-3,0
Ускоритель формирования ПВАД по ГОСТ18992-80	-	-	-	-	-	1,0-2,0
Физико-механические показатели холодных асфальтобетонных смесей
Предел прочности при сжатии при температуре 20°С, МПа, не менее до прогрева:
сухих	1,8	2,24	2,53	2,67	2,89	1,13	1,5
водонасыщенных	1,27	1,91	2,27	2,39	2,51		1,1
после прогрева:
сухих	2,0	2,43	2,63	3,23	3,66	1,38	1,8
водонасыщенных	1,53	2,20	2,49	2,99	3,19		1,6
Коэффициент водостойкости: до прогрева	0,71	0,86	0,89	0,89	0,87	0,69
после прогрева	0,77	0,91	0,94	0,93	0,88	0,81	-
Набухание, % по объему, не более	0,38	0,29	0,250	0,28	0,31	0,46	-
Водонасыщение, % по объему	9,30	7,12	5,70	5,31	6,03	5,20	5-9
Слеживаемость смеси, число ударов, не более	11	6	5	7	13	10	10
Плотность образцов, г/см3	2,363	2,376	2,383	2,387	2,360	2,370	-

Битумная композиция для ремонта влажного асфальтобетонного покрытия, включающая битум БНД 60/90, разжижитель - дизельное топливо, поверхностно-активное вещество КАДЭМ-ВТ, отличающаяся тем, что дополнительно содержит структурирующий компонент термоэластопласт РТЭП при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Битум БНД 60/90	78,0-87,0
Разжижитель - дизельное топливо	10,7-17,8
Поверхностно-активное вещество КАДЭМ-ВТ	0,3-0,7
Структурирующий термоэластопласт РТЭП	2,0-3,5