Асфальтобетонная смесь
Владельцы патента RU 2461523:
Закрытое акционерное общество Фирма "Автоконинвест" (RU)
Изобретение относится к составам асфальтобетонных смесей и может быть использовано для устройства покрытий и оснований автомобильных дорог, аэродромов, городских улиц и площадей, а также при их ремонте. Асфальтобетонная смесь содержит минеральный наполнитель и модифицированное битумное вяжущее, представляющее собой смесь битума с продуктом взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции С6-С20 при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) соответственно в количестве 0,5-2,0 мас.%, при следующем соотношении компонентов асфальтобетонной смеси, мас.%: модифицированное битумное вяжущее 4,53-7,60, минеральный наполнитель остальное. Технический результат - повышение физико-механических свойств и грибостойкости полученного асфальтобетонного покрытия. 6 табл.
Изобретение относится к составам асфальтобетонных смесей и может быть использовано для устройства покрытий и оснований автомобильных дорог, аэродромов, городских улиц и площадей, а также при их ремонте.
Известна асфальтобетонная смесь, содержащая мас.%: нефтяной вязкий битум 5,2-6,0, триэтаноламин 0,1-0,2, регранулят полимерного этилен-пропилена 0,5-1,0 и минеральный наполнитель - остальное (RU 2149848 С1, кл. С04В 26/26, С08L 95/00, 27.05.2000).
Недостатком известной смеси является то, что входящая в ее состав полимерная добавка подвержена старению, что ускоряет процесс старения битума и приводит к преждевременному разрушению асфальтобетонного покрытия.
Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является асфальтобетонная смесь, включающая минеральный наполнитель и модифицированное битумное вяжущее, представляющее собой смесь нефтяного вязкого битума с 1,5-3,0 мас.% добавки, полученной путем конденсации высших жирных кислот или их кубовых остатков с техническим триэтаноламином в соотношении 4-7:1, при следующем соотношении компонентов, мас.%: модифицированное битумное вяжущее 5,66-7,40, минеральный наполнитель - остальное. При этом технический триэтаноламин имеет состав, мас.%: моноэтаноламин 2-10, диэтаноламин 20-60, триэтаноламин 30-60 (RU 2047578 С1, кл. С04В 26/26, С08L 95/00, 10.11.1995).
Недостатком данной асфальтобетонной смеси является относительно низкие показатели стойкости к воздействию плесневых грибов, сдвигоустойчивости и трещиностойкости полученного покрытия. Кроме того, входящий в нее модифицированный битум подвержен достаточно быстрому процессу старения, о чем свидетельствуют изменения его массы и температуры размягчения после прогрева.
Техническим результатом изобретения является повышение физико-механических свойств и грибостойкости полученного асфальтобетонного покрытия.
Данный результат достигается тем, что асфальтобетонная смесь, включающая минеральный наполнитель и модифицированное битумное вяжущее, представляющее собой смесь битума с азотсодержащей добавкой, модифицированное битумное вяжущее в качестве азотсодержащей добавки содержит продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции С6-С20 при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) соответственно в количестве 0,5-2,0 мас.%, при следующем соотношении компонентов асфальтобетонной смеси, мас.%:
| Модифицированное битумное вяжущее | 4,53-7,60 |
| Минеральный наполнитель | остальное |
Отличительной особенностью предложенной смеси является то, что введение в нее битума, модифицированного продуктом взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции С6-С20 при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) в количестве 0,5-2,0 мас.%, позволяет повысить биостойкость дорожного покрытия, сдвигоустойчивость и трещиностойкость. Проведенные исследования показали, что продукт взаимодействия замедляет процесс старения битума, а также повышает его адгезию к каменным материалам.
Введение модифицированного битума менее 4,53 мас.% не позволяет получить асфальтобетонное покрытие с высокими физико-механическими и водоотталкивающими свойствами, введение его более 7,60 мас.% ведет к перерасходу битума.
Проведение процесса взаимодействия борной кислоты с диэтаноламином и смесью жирных кислот растительных масел фракции С6-С20 (далее - продукт взаимодействия) при других мольных соотношениях реагентов, кроме заявленных, не позволяет получить продукт, растворимый в битуме.
Введение продукта взаимодействия менее 0,5 мас.% не дает возможности получить покрытие с высокой стойкостью к старению и грибостойкостью. Введение его более 2,0 мас.% нецелесообразно, так как дальнейшего повышения указанных свойств не происходит.
Жирные кислоты выделяют из растительных масел (подсолнечного, кокосового, льняного, соевого и т.д.) путем расщепления триглицеридов, например, омылением масла щелочью с последующей обработкой образовавшегося мыла минеральной кислотой для выделения смеси кислот фракции С6-С20 (Сырье и полупродукты для лакокрасочных материалов: Справочное пособие / Под ред. М.М.Гольдберга. - М.: Химия, 1978. - С.230, 234).
При синтезе используют борную кислоту, соответствующую ГОСТ 18704-78, диэтаноламин - ТУ 6-09-2652-91.
Способ получения продукта взаимодействия заключается в следующем.
В реактор, снабженный мешалкой, насадкой Дина-Старка, обратным холодильником и термометром, загружают смесь жирных кислот растительных масел фракции С6-С20 и диэтаноламин (ДЭА). Реакционную массу нагревают при перемешивании до 90-100°С, после чего вводят борную кислоту и поднимают температуру реакционной смеси до 180-200°С, выдерживая ее при этой температуре в течение 2,0-2,5 ч до образования однородной массы с аминным числом не менее 40 мг HCI/г.
Мольное соотношение борная кислота:диэтаноламин:смесь жирных кислот составляет 1:3:(0,5-2,5).
Полученный продукт представляет собой маслянистую вязкую жидкость коричневого цвета. Он растворим в минеральных маслах, битуме, органических растворителях и имеет следующие характеристики.
Кинематическая вязкость при 100°С, сСт - не более 65,0.
Аминное число, мг HCI/ г - не менее 40.
Содержание воды, % - не более 0,5.
Зольность, % - отсутствие.
Температура вспышки в открытом тигле, °С - не ниже 230.
В качестве битума используют нефтяные дорожные битумы по ГОСТ 22245-90.
В качестве минерального наполнителя применяют известные минеральные материалы, обычно используемые в асфальтобетонных смесях.
Характеристика использованных минеральных компонентов.
1. Щебень (ГОСТ 8267-93).
В качестве щебня использовали фракцию 5-20 мм щебня Аланасовского карьера Ростовской области.
2. Песок.
В качестве песка использован песок из отсевов дробления горных пород при производстве щебня и песок природный мытый фракции 0-5 мм по (ГОСТ 8736-93).
3. Щебеночно-песчаная смесь.
Использована готовая щебеночно-песчаная смесь фракции 0-10 мм по (ГОСТ 25607-2009).
4. Минеральный порошок.
В качестве минерального порошка вводили активированный минеральный порошок по ГОСТ Р 52129-2003.
Асфальтобетонную смесь готовили следующим образом.
Битум, разогретый до 130-150°С, смешивали с продуктом взаимодействия в количестве 0,5-2,0% от массы битума и выдерживали при этой температуре в течение 20-30 мин при непрерывном перемешивании. Полученное модифицированное вяжущее совмещали с минеральными материалами, предварительно подогретыми до 140-160°С, полученную смесь тщательно перемешивали.
Конкретные составы битумов с предложенной добавкой представлены в табл.1, показатели их качества - в табл.2. Примеры 4 и 5 являются контрольными.
Для сравнительного анализа показателей качества был получен битум БНК 90/130, модифицированный 2,0 мас.% добавки, полученной путем конденсации в течение 6 ч при 140°С высших жирных кислот с техническим триэтаноламином, взятых в соотношении 7:1 (прототип), с которым были приготовлены аналогичные асфальтобетонные смеси.
Пенетрацию модифицированных битумов определяли по ГОСТ 11501-78, температуру размягчения по кольцу и шару - по ГОСТ 11506-73, изменение массы после прогрева - по ГОСТ 18180-72.
Оценку адгезионной способности модифицированного битума к щебню проводили по следующей методике.
Отдельные частицы щебня размерами не менее 10 мм высушивали до постоянного веса при температуре 105°С. Затем каждую частицу щебня привязывали на тонкую проволоку, нагревали в термостате в течение 1 ч при температуре 140-160°С и погружали на 15 с в чашку с вяжущим, нагретым до этой же температуры. Извлеченные из вяжущего частицы подвешивали на штативе для стекания избытка вяжущего, после этого их охлаждали при температуре 20°С не менее 15 мин. Затем обработанные частицы щебня опускали в стакан с медленно кипящей дистиллированной водой на 30 мин и определяли силу сцепления вяжущего по шкале, приведенной в табл.3.
Составы предложенных асфальтобетонных смесей представлены в табл.4, показатели качества асфальтобетонов типа Б марки II в сравнении с асфальтобетоном по прототипу - в табл.5. Примеры 10 и 11 являются контрольными.
Асфальтобетоны испытывали по ГОСТ 12801-98 на соответствие показателям физико-механических свойств ГОСТ 9128-2009.
Стойкость к воздействию плесневых грибов оценивали по ГОСТ 9.049-91 метод 1. Шкала оценки грибостойкости по методу 1 представлена в табл.6.
Использование предложенной асфальтобетонной смеси позволяет получать биостойкие дорожные покрытия с высокими физико-механическими и водоотталкивающими свойствами.
| Таблица 1. | |||||
| Компоненты | Состав модифицированного вяжущего по примерам, мас.% | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и смеси жирных кислот растительных масел фракции С6-С20 в мольном соотношении 1:3:0,5 | 0,5 | 0,3 | |||
| Продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и смеси жирных кислот растительных масел фракции С6-С20 в мольном соотношении 1:3:1,5 | 1,25 | 2,5 | |||
| Продукт взаимодействия борной кислоты, ДЭА и смеси жирных кислот растительных масел фракции С6-С20 в мольном соотношении 1:3:2,5 | 2,0 | ||||
| Битум | |||||
| БНД 60/90 | 99,5 | 98,0 | 99,7 | ||
| БНД90/130 | 98,75 | 97,5 |
| Таблица 2. | ||||||
| Показатель | Значение показателя по примерам | Прототип | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| Глубина проникания иглы при 25°С, 0,1 мм | 75 | 102 | 78 | 74 | 103 | 100 |
| Температура размягчения по кольцу и шару, °С | 50 | 55 | 52 | 49 | 57 | 50 |
| Изменение температуры размягчения после прогрева, °С | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 1 | 0,5 | 4 |
| Изменение массы после прогрева, % | 0,07 | 0,05 | 0,03 | 0,1 | 0,05 | 0,5 |
| Адгезия к минеральным материалам, баллы | 5 | 5 | 5 | 4 | 5 | 4 |
| Таблица 3. | |
| Оценка сцепления битума со щебнем, баллы | Характеристика поверхности минеральных частиц, обработанных вяжущим, при оценке смачивания до кипячения, а сцепления - после кипячения |
| 5 (отличное) | Вся поверхность минеральных частиц равномерно покрыта вяжущим, т.е. пленка вяжущего полностью сохраняется |
| 4 (хорошее) | Вся поверхность минеральных частиц покрыта вяжущим, но вяжущее распределено по толщине неравномерно |
| 3 (удовлетворительное) | Отдельные участки поверхности минеральных частиц не покрыты вяжущим, т.е. пленка вяжущего смещается водой. Наблюдается обнажение отдельных участков на поверхности частиц (не менее 50%) |
| 2 (плохое) | Поверхность минеральных частиц обнажена на более, чем 50% |
| Таблица 4. | ||||||
| Компоненты | Состав асфальтобетонной смеси по примерам, мас.% | |||||
| 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | |
| Щебень фракции 5-20 мм | 40,00 | 15,00 | 25,00 | - | 40,00 | - |
| Щебеночно-песочная смесь фракции 0-10 мм | - | 50,00 | - | - | - | - |
| Песок из отсевов дробления | 30,00 | - | 50,00 | 70,00 | 30,00 | 70,00 |
| Песок природный мытый фракции 0-5 мм | 25,47 | 25,00 | 15,00 | 20,00 | 25,6 | 19,00 |
| Минеральный порошок активированный | - | 3,93 | 3,43 | 2,4 | - | 3,3 |
| Модифицированное вяжущее: | ||||||
| по примеру 1 | 4,53 | 6,07 | - | - | 4,4 | - |
| по примеру 2 | - | - | 6,57 | - | - | - |
| по примеру 3 | - | - | - | 7,60 | - | 7,7 |
| Таблица 5. | |||||||
| Показатель | Значение показателя по примерам | Прототип | |||||
| 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | ||
| Предел прочности при сжатии, МПа, при температуре | |||||||
| 50°С | 1,16 | 1,20 | 1,22 | 1,25 | 1,10 | 1,25 | 1,14 |
| 20°С | 3,25 | 3,30 | 3,35 | 3,40 | 3,23 | 3,21 | 3,14 |
| 0°С | 10,0 | 9,8 | 9,7 | 9,5 | 10,1 | 9,5 | 10,1 |
| Коэффициент водостойкости | 1,07 | 1,08 | 1,09 | 1,10 | 0,99 | 1,11 | 1,07 |
| Сдвигоустойчивость по коэффициенту внутреннего трения | 1,2 | 1,4 | 1,5 | 1,6 | 1,0 | 1,6 | 1,0 |
| Трещиностойкость по пределу прочности на растяжение при расколе при температуре 0°С и скорости деформирования 50 мм/мин, МПа | 5,0 | 5,3 | 5,4 | 5,6 | 4,6 | 5,6 | 4,5 |
| Грибостойкость, баллы | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 1 | 3 |
| Таблица 6. | |||
| Метод | Степень развития плесневых грибов | Оценка материала | |
| ГОСТ 9.049 | ИСО 846 | ||
| 1 | 0 | Материал не является питательней средой (нейтрален или фунгистатичен) | |
| 1, 2 | Материал содержит питательные вещества, которые обеспечивают незначительное развитие грибов | ||
| 3, 4, 5 | Материал содержит достаточное количество питательных веществ, благоприятствующих развитию грибов |
Асфальтобетонная смесь, включающая минеральный наполнитель и модифицированное битумное вяжущее, представляющее собой смесь битума с азотсодержащей добавкой, отличающаяся тем, что модифицированное битумное вяжущее в качестве азотсодержащей добавки содержит продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот растительных масел фракции С6-С20 при мольном соотношении реагентов 1:3:(0,5-2,5) соответственно в количестве 0,5-2,0 мас.% при следующем соотношении компонентов асфальтобетонной смеси, мас.%:
| модифицированное битумное вяжущее | 4,53-7,60 |
| минеральный наполнитель | остальное |
