Литая асфальтобетонная смесь для устройства покрытия проезжей части моста
Изобретение относится к области строительства, а именно к составам литых асфальтобетонных смесей, используемых в гражданском, дорожном, аэродромном, гидротехническом и других видах строительства. Технический результат: создание покрытия, сохраняющего высокие эксплуатационные характеристики в течение длительного периода и препятствующего образованию таких дефектов как колеи по полосам наката и волны в продольном сечении дороги. Смесь для литого асфальта для устройства дорожного покрытия проезжей части моста содержит минеральные компоненты - щебень, песок, минеральный порошок и вяжущее. Она также содержит дополнительный минеральный компонент - песок из отсевов дробления горных пород, в качестве вяжущего используют полимерно-битумное вяжущее состава, мас.%: битум «БНД90/130» - 87-91%, стирол-бутадиен-стирольный блок-сополимер «Кратон Д-1101СМ» - 9-13% при следующем соотношении компонентов, мас.%: щебень - 35-41, песок из отсевов дробления - 10-20, песок - 6-16, минеральный порошок - 20-26, указанное полимерно-битумное вяжущее - 10-16. 3 табл., 2 ил.
Изобретение относится к области строительства, а именно к составам литых асфальтобетонных смесей, используемых в гражданском, дорожном, аэродромном, гидротехническом и других видах строительства. Литая асфальтобетонная смесь может быть использована преимущественно для устройства верхнего слоя дорожной одежды проезжей части мостов и путепроводов.
Известны составы асфальтобетона, применяемого при устройстве транспортных сооружений - автомагистралей, шоссе, городских или проселочных автодорог, аэродромов, причалов, подъездных путей, стояночных площадок, городских площадей, тротуаров, путепроводов, мостов и/или тоннелей. Во всех составах содержится битум или полимерно-битумное вяжущее, щебень, минеральный порошок и песок [патенты на изобретение РФ №2011727, 2135671, 2119465].
Однако составы асфальтобетона, приведенные в патентах, не обеспечивают литую структуру смеси.
Известна также асфальтобетонная смесь, приготовленная смешением при 140-160°С щебня, песка, минерального порошка, битума и полимерной добавки. При этом минерального порошка берут первоначально 8-10 мас.%. После перемешивания и охлаждения до 30-40°С в смесь добавляют 1-4 мас.% минерального порошка асфальтобетонной смеси и к полученному концентрату добавляют предварительно приготовленную полимерную добавку в количестве 1-2% от веса асфальтобетонной смеси. Полимерная добавка состоит из минерального масла и полимера, в качестве которого используют дивинилстирольный термопласт или хлорпреновый каучук, катионного или анионоактивного поверхностно-активного вещества, битума при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум 10-15, полимер 2-4, ПАВ 0,5-1, минеральное масло - остальное до 100 [патент на изобретение РФ №2154039, МПК С04В 26/26].
Однако параметры получаемой смеси не соответствуют требованиям, предъявляемым к дорожному покрытию мостов: прочности, трещиностойкости, сдвигоустойчивости, абсолютной водонепроницаемости.
Известна также асфальтобетонная смесь, приготовленная из следующих компонентов, %: щебень фракции 5-15 гранитный - 14, песок природный - 69, минеральный порошок - 17, битум от массы минеральных материалов - 5, сера в порошкообразном состоянии, от массы минеральных материалов - 5 [патент на изобретение РФ №2197445, МПК С04В 26/26].
Однако при применении серы в составе асфальтобетонных смесей для дорожной одежды происходит выделение сероводорода на разных стадиях технологического процесса, что оказывает отрицательное действие на состав атмосферы рабочей зоны, здоровье персонала и окружающую среду. Кроме того, сера не является идеальным модификатором для битума.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является смесь для литого асфальта, предназначенная для текущего ремонта дорожных покрытий, в том числе ямочного, для заделки разрушений у люков колодцев и для устройства покрытий вдоль трамвайных путей. Даная смесь содержит, %: щебень 41-48; песок 17-29; минеральный порошок 10-22 и битум 8,9-11. Количество битума в каждой конкретной смеси рассчитывают по определенной формуле [патент на изобретение РФ №2062762, МПК С04 В 26/26, С04В 111/20].
Однако соотношение минеральных компонентов в данной смеси подобрано исключительно для ямочного ремонта или работ на небольших площадях и смесь не пригодна для устройства дорожного полотна большой протяженности. Применение битума марки БНД 40/60 в данной смеси не обеспечивает требуемой трещиностойкости дорожного покрытия в зимний период. Отсутствие промежуточной фракции каменного материала не позволяет получить равномерный и прочный скелет покрытия, что ухудшает эксплуатационные характеристики. Кроме того, не обеспечивается в должной мере сцепление колес автомобилей с покрытием из литого асфальтобетона.
Задачей изобретения является создание смеси для устройства непрерывного покрытия, обладающего трещиностойкостью в зимний период и высокой сдвигоустойчивостью и прочностью в условиях летней эксплуатации.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в создании покрытия, сохраняющего высокие эксплуатационные характеристики в течение длительного периода и препятствующего образованию таких дефектов как колеи по полосам наката и волны в продольном сечении дороги. При этом покрытие удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к устройству покрытий мостовых сооружений.
Поставленная задача решается тем, что смесь для литого асфальта для устройства дорожного покрытия проезжей части моста, содержащая минеральные компоненты - щебень, песок, минеральный порошок и вяжущее - битум, согласно предлагаемому решению, содержит дополнительный минеральный компонент - песок из отсевов дробления, в качестве вяжущего используют полимерно-битумное вяжущее при следующем соотношении компонентов мас.%:
щебень - 35-41,
песок из отсевов дробления - 10-20,
песок - 6-16,
минеральный порошок - 20-26,
полимерно-битумное вяжущее - 10-16.
Кроме того, количество минеральных компонентов из интервала выбранных значений определяют методом построения предельных кривых и кривой рассева минеральных компонентов на ситах с фиксированными размерами отверстий, мм: 20, 16, 12, 8, 5,6, 4, 2, 1, 0,5, 0,25, 0,125, 0,063.
В полимерно-битумном вяжущем используют компоненты при следующем соотношении, мас.%: битум «БНД90/130» - 87-91%, стирол-бутадиен-стирольный блок-сополимер «Кратон Д-1101СМ» - 9-13%.
Предлагаемое решение поясняется фиг.1 и фиг.2, на которых обозначены: 1, 3 - предельные графики, 2 - график зависимости итогового количества компонентов от фракции.
Литая асфальтобетонная смесь включает полимерно-битумное вяжущее, минеральные компоненты - щебень с крупностью фракций 5-20 мм, песок из отсевов дробления с крупностью фракций 0,01-5 мм, песок речной и минеральный порошок при вышеуказанном соотношении.
Литую асфальтобетонную смесь для устройства дорожного покрытия проезжей части моста приготавливают следующим образом. В асфальтосмеситель циклического действия помещают перечисленные компоненты и перемешивают их при температуре 180°С в течение 2,5 минут. После перемешивания смесь загружают в Кохер, поднимают температуру до 210°С и транспортируют к месту укладки. Укладку производят при рабочей температуре смеси 180-210°С. Максимальное время нахождения смеси в Кохере при рабочей температуре - не более 48 часов. При этом смесь периодически перемешивают для предотвращения расслаивания и местного перегрева.
При изготовлении полимерно-битумного вяжущего используют битум и полимер. Использование битума «БНД 90/130» по ГОСТ 22245-90 в качестве исходного материала обусловлено его доступностью, относительно низкой вязкостью, позволяющей обеспечить наилучшее растворение полимера и другими его параметрами. В качестве полимера выбран стирол-бутадиен-стирольный блок-сополимер «Кратон D-1101 СМ» фирмы Шелл. Полимерно-битумное вяжущее получают путем растворения полимера в битуме в следующем процентном соотношении по массе: битум «БНД90/130» - 87-91%, стирол-бутадиен-стирольный блок-сополимер «Кратон Д-1101СМ» - 9-13%.
Количество минеральных компонентов в смеси может быть подобрано по методу построения предельных кривых, в соответствии с которым определяют гранулометрический состав каждого исходного минерального компонента, для чего производят их рассев на ситах с отверстиями, размеры которых составляют следующие величины, мм: 20, 16, 12, 8, 5,6, 4, 2, 1, 0,5, 0,25, 0,125, 0,063.
На основании полученных результатов строят график зависимости итогового количества компонентов от фракции (кривая 2 фиг.1, 2) и предельные графики (кривые 1, 3 фиг.1, 2), установленные Стандартом предприятия. Если полученный график проходит плавно между предельными, считают подбор минеральных составляющих законченным. Если полученный график пересекает предельные кривые 1 и 3, то изменяют соотношение между составляющими материалами.
Пример 1. Изготовлено 5 смесей с различным количеством компонентов, приведенным в таблице 1. Количество компонентов приведено к 100%. Вяжущее принимают сверх 100%, в качестве вяжущего применено полимерно-битумное вяжущее марки ПБВ 100.
| Таблица 1 | |||||||
| № смеси | Содержание компонентов, % от массы | Результаты испытаний | |||||
| Сдвигоустойчивость по штампу при 25°С, мм | |||||||
| Минеральный порошок | Песок | Отсев дробления | Щебень | Полимерно-битумное вяжущее | Фактически | По норме | |
| 1 | 26 | 12 | 18 | 44 | 8 | 0,21 | 2-9 |
| 2 | 26 | 10 | 18 | 46 | 10 | 2,25 | |
| 3 | 26 | 12 | 18 | 44 | 12 | 5,51 | |
| 4 | 26 | 12 | 20 | 42 | 14 | 7,51 | |
| 5 | 26 | 12 | 18 | 44 | 16 | 9,71 |
Из таблицы видно, что составы смесей №2, 3, 4 обеспечивают главный параметр, определяющий качество и свойства получаемой литой асфальтобетонной смеси - сдвигоустойчивость по штампу при 25°С. Для литых асфальтобетонных смесей, применяемых для устройства покрытия на проезжей части, он должен находиться в пределах 2-9 мм. Состав №1 имеет сдвигоустойчивость по штампу 0,21 мм, что ниже нормы. Состав №5 имеет сдвигоустойчивость по штампу 9,71 мм, что превышает норму. Составы асфальтобетона из смеси №1 и 5 не удовлетворяют требуемым свойствам.
Пример 2. Заявляемым способом была изготовлена смесь с количеством щебня - 44 мас.%, песка из отсевов дробления - 18 мас.%, песка - 12 мас.%, минерального порошка -26 мас.%. Количество компонентов приведено к 100%. Вяжущее принимают 11 мас.% сверх 100%. При переводе количества минеральных компонентов и вяжущего к 100% количество компонентов принято: щебня - 39 мас.%, песка из отсевов дробления - 16 мас.%, песок - 11 мас.%, минеральный порошок - 23 мас.%. При этом количество минеральных компонентов определенной фракции (указанной в таблице 2) обеспечило состав смеси, удовлетворяющей всем предъявляемым требованиям.
| Таблица 2 | |||||||||||||
| Наименование материалов | % | Полные проходы, % по массе, на ситах с отверстиями | |||||||||||
| 20 | 16 | 12 | 8 | 5,6 | 4 | 2 | 1 | 0,5 | 0,25 | 0,125 | 0,063 | ||
| Щебень Орский 5/20 | 44 | 44 | 41,2 | 25,3 | 10,7 | 3,9 | 0,4 | 0,2 | |||||
| Отсев Павловский | 18 | 18 | 18 | 17,8 | 17,8 | 17,7 | 16,8 | 12,4 | 9,1 | 6,7 | 4,9 | 3,6 | 2,6 |
| Песок | 12 | 12,0 | 12,0 | 12,0 | 12,0 | 11,9 | 11,9 | 11,9 | 11,9 | 11,3 | 3,9 | 0,1 | 0,0 |
| Мин. порошок | 26 | 26 | 26 | 26 | 26 | 26 | 26 | 26 | 26 | 26 | 26 | 25,8 | 20,8 |
| Итого | 100 | 97,2 | 81,2 | 66,5 | 59,5 | 55,2 | 50,5 | 47,0 | 44 | 34,8 | 29,6 | 23,5 |
Для данного состава график (фиг.1) зависимости количества минеральных компонентов от фракции 2 не пересекает предельные графики 1 и 3. Верхний и нижний графики отражают зависимость максимального и минимального количества минерального материала от заданной фракции. Средний график - фактический результат, полученный при испытании указанных материалов в заданных соотношениях при рассеве, указанном в таблице 2. Параметры предлагаемой литой асфальтобетонной смеси удовлетворяют предъявляемым требованиям.
При изготовлении предлагаемой литой асфальтобетонной смеси использован кубовидный щебень фракции 5-20 мм по ГОСТ 8269-87, песок из отсевов дробления по ГОСТ 8736-93, песок речной Мкр≥1,2 по ГОСТ 8736-93, порошок минеральный по ГОСТ Р 52129-2003 и полимерно-битумное вяжущее (состоящее из стирол-бутадиен-стирольного полимера Кратон Д-1101 - 9 мас.% и битума «БНД 90/130» по ГОСТ 22245-90-91 мас.%). Перемешивание компонентов проводили в течение 2,5 минут при температуре 180°С, смесь укладывали при температуре 210°С. Полученный слой из литой асфальтобетонной смеси обладает высокой прочностью, сдвигоустойчивостью, трещиностойкостью и водонепроницаемостью. Кроме того, за счет использования минеральных компонентов с различными фракциями образовался более прочный скелет слоя.
Пример 3. Изготовлена литая асфальтобетонная смесь, содержащая минеральные компоненты, количество которых (приведено к 100%) указано в таблице 3.
| Таблица 3 | |||||||||||||
| Наименование материалов | % | Полные проходы, % по массе, на ситах с отверстиями | |||||||||||
| 20 | 16 | 12 | 8 | 5,6 | 4 | 2 | 1 | 0,5 | 0,25 | 0,125 | 0,063 | ||
| Щебень Орский 5/20 | 50 | 50 | 46,9 | 28,8 | 12,2 | 4,5 | 0,5 | 0,2 | |||||
| Отсев Павловский | 25 | 25 | 25 | 24,8 | 24,7 | 24,5 | 23,4 | 17,2 | 12,6 | 9,3 | 6,8 | 5 | 3,7 |
| Песок | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 11,9 | 11,9 | 11,9 | 11,9 | 11,3 | 3,9 | 0,1 | |
| Мин. порошок | 13 | 13 | 13 | 13 | 13 | 13 | 13 | 13 | 13 | 13 | 13 | 12,9 | 10,4 |
| Итого | 100 | 96,9 | 78,6 | 61,9 | 53,9 | 48,8 | 42,4 | 37,5 | 33,5 | 23,7 | 18,1 | 14,1 |
Для данного состава график (фиг.2) зависимости фракции минеральных компонентов от их количества 2 пересекает нижний 1 предельный график.
Параметры предлагаемой литой асфальтобетонной смеси не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к дорожным покрытиям: трещиностойкости, сдвигоустойчивости и др.
Литые асфальтобетонные смеси, приготовленные с использованием полимерно-битумного вяжущего, обладают высоким сопротивлением к упругим деформациям и усталостным проявлениям. Это обеспечивает долговечность покрытия. Кроме того, предлагаемая смесь обладает высокой подвижностью при температуре укладки и способна после распределения в полотне дорожного покрытия самовыравниваться и после остывания естественным образом формироваться в эластичный монолит повышенной плотности.
При изготовлении предлагаемой литой асфальтобетонной смеси использован кубовидный щебень фракции 5-20 мм по ГОСТ 8269-87 - 39 мас.%, песок из отсевов дробления по ГОСТ 8736-93 - 16 мас.%, песок речной Мкр≥1,2 по ГОСТ 8736-93 - 11 мас.%, порошок минеральный по ГОСТ Р 52129-2003 - 23 мас.%, полимерно-битумное вяжущее (состоящее из стирол-бутадиен-стирольного полимера Кратон Д-1101 - 9 мас.% и битума «БНД 90/130» по ГОСТ 22245-90 - 91 мас.%) - 11 мас.%. Перемешивание компонентов проводили в течение 2,5 минут при температуре 180°С, укладку смеси проводили при температуре 210°С. Полученный слой из литой асфальтобетонной смеси обладает пластичностью, водонепроницаемостью, особой прочностью и способен восстанавливать деформации от приложения сконцентрированных нагрузок.
Смесь для литого асфальта для устройства дорожного покрытия проезжей части моста, содержащая минеральные компоненты - щебень, песок, минеральный порошок и вяжущее, отличающаяся тем, что содержит дополнительный минеральный компонент - песок из отсевов дробления горных пород, в качестве вяжущего используют полимерно-битумное вяжущее состава, мас.%:
| битум «БНД90/130» | 87-91 |
| стирол-бутадиен-стирольный блок-сополимер | |
| «Кратон Д-1101СМ» | 9-13 |
при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| щебень | 35-41 |
| песок из отсевов дробления | 10-20 |
| песок | 6-16 |
| минеральный порошок | 20-26 |
| указанное полимерно-битумное вяжущее | 10-16 |
