Щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь и способ ее получения
Изобретение относится к производству щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, используемых для устройства верхних слоев покрытий автомобильных дорог и аэродромов. Технический результат: увеличение однородности щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси и щебеночно-мастичного асфальтобетона, его длительной водостойкости и долговечности. Щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь включает щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум и композиционный материал УНИРЕМ-001. Смесь дополнительно содержит волокнистую добавку и адгезионную азотсодержащую добавку при следующем содержании компонентов, мас.%: щебень 65,0-75,0, песок из отсевов дробления 5,0-17,0, минеральный порошок 10,0-20,0, битум 5,5-7,5, композиционный материал УНИРЕМ-001 0,3-0,7, волокнистая добавка 0,2-0,6, адгезионная азотсодержащая добавка 0,05-0,15, при этом объемное соотношение композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки составляет соответственно 30-70% и 70-30%. Также описан способ получения асфальтобетонной смеси. 2 н.п. ф-лы, 7 табл.
Изобретение относится к области дорожного строительства, а именно к производству щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, используемых для устройства верхних слоев покрытий автомобильных дорог и аэродромов. Известна щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь (ЩМАС) по ОДМ 218.3.001-2006 (ОДМ 218.3.001-2006 Методические рекомендации по применению полимерно-дисперсного армирования асфальтобетонов с использованием резинового термоэластопласта (РТЭП). Издание второе. Переработанное. - М.: ФГУП «Информавтодор». - 2006 - 33 с.). Для данной ЩМАС в качестве вяжущего используется битум, а в качестве стабилизирующей (битумоудерживающей) добавки используется РТЭП. Возможно дополнительное введение целлюлозных или других волокнистых стабилизирующих добавок. РТЭП согласно ТУ 5718-001-79259416-2006 представляет собой многокомпонентную композицию на основе полиолефинового полимерного носителя, содержащую дорожный битум.
Недостатком указанной ЩМАС с добавкой РТЭП является недостаточная устойчивость к расслаиванию в процессе транспортирования и загрузки-выгрузки, определяемая по показателю стекания вяжущего в соответствии с ГОСТ 31015-2002.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь (ЩМАС) по СТО 61595504-003-2010 (СТО 61595504-003-2010 «Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон с применением композиционного материала «УНИРЕМ-001». Технические условия»). Для данной ЩМАС в качестве вяжущего используется битум, а в качестве стабилизирующей (битумоудерживающей) добавки используется композиционный материал УНИРЕМ-001. УНИРЕМ-001 согласно СТО 61595504-003-2010 представляет собой композиционный материал на основе активного резинового порошка, получаемого методом высокотемпературного сдвигового измельчения. Сырьем для УНИРЕМ-001 является резиновый порошок, получаемый при утилизации изношенных автомобильных шин или отходов резино-технических изделий, а также стабилизирующая добавка, гелеобразователь, адгезив и сшивающий агент.
Недостатком указанной ЩМАС с добавкой УНИРЕМ-001 является недостаточная устойчивость к расслаиванию в процессе транспортирования и загрузки-выгрузки, определяемая по показателю стекания вяжущего в соответствии с ГОСТ 31015-2002.
Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в увеличении однородности ЩМАС и ЩМА, его длительной водостойкости и долговечности.
Технический результат достигается введением в ЩМАС волокнистой добавки и адгезионной азотсодержащей добавки. Отличие предлагаемой ЩМАС состоит в том, что смесь, включающая щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум и композиционный материал УНИРЕМ-001, дополнительно содержит волокнистую добавку и адгезионную азотсодержащую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| щебень | 65,0-75,0 |
| песок из отсевов дробления | 5,0-17,0 |
| минеральный порошок | 10,0-20,0 |
| битум | 5,5-7,5 |
| композиционный материал «УНИРЕМ-001» | 0,3-0,7 |
| волокнистая добавка | 0,2-0,6 |
| адгезионная азотсодержащая добавка | 0,05-0,15, |
при этом объемное соотношение композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки составляет соответственно 30-70% и 70-30%.
Введение в ЩМАС волокнистых стабилизирующих добавок позволяет получить значения показателя стекания, соответствующие требованиям ГОСТ 31015-2002, а введение адгезионной азотсодержащей добавки позволяет улучшить однородность распределения в битуме УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки, получить более однородные битумные пленки и более однородную структуру ЩМАС и ЩМА.
Под адгезионной азотсодержащей добавкой подразумевается добавка, улучшающая сцепление битума с кислыми горными породами, которая содержит катионактивные азотсодержащие ПАВ, содержащие амиды, амины, диамины, полиамины, четвертичные аммониевые соединения, амидоамины, имидазолины и их производные, а также смеси этих соединений и т.п.
Введение адгезионной азотсодержащей добавки в битум изменяет растворяющую способность углеводородной дисперсионной среды битумной дисперсной системы. Молекулы и мицеллы азотсодержащих ПАВ частично адсорбируются на поверхности дисперсных битумных частиц (асфальтенов и их ассоциатов), частично находятся в углеводородной дисперсионной среде. В процессе перемешивания УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки с битумом часть молекул и мицелл азотсодержащих ПАВ, а также битумные частицы с адсорбированным слоем ПАВ будет адсорбироваться на поверхности резиновых частиц УНИРЕМ-001 и на поверхности волокон стабилизирующей (битумоудерживающей) добавки, блокируя полярные группы, что приведет к уменьшению межмолекулярного взаимодействия и облегчит распределение резиновых частиц УНИРЕМ-001 и волокон в битуме.Технический результат достигается также способом получения щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси, который включает введение в асфальтосмеситель щебня и песка из отсевов дробления с t=150-195°C и перемешивание, введение ненагретого минерального порошка и перемешивание, введение битума с t=110-165°C и перемешивание, причем после введения минерального порошка и перемешивания вводится смесь композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки в соотношении композиционный материал УНИРЕМ-001 - 30-70% по объему, волокнистая добавка - 70-30% по объему, при этом смесь УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки получается после введения их раздельно в разделенный на две части приемный бункер линии гранулированных добавок и перемешивания в процессе транспортирования по винтовому конвейеру, а в битум до его подачи в асфальтосмеситель вводится и однородно распределяется в нем адгезионная азотсодержащая добавка.
Проведены испытания ЩМАС с использованием предлагаемого соотношения компонентов и предлагаемого способа получения ЩМАС.
Для приготовления щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси ЩМАС-15 использовался гранитный щебень фр. 5-10 мм и фр. 10-15 мм, гранитный отсев от дробления горных пород, известняковый минеральный порошок. Гранулометрический состав минеральных материалов приведен в таблице 1. В качестве вяжущего использовался вязкий дорожный битум БНД 60/90 по ГОСТ 22245-90. Состав минеральной части ЩМАС-15 следующий; мас.%: щебень фр. 10-15 мм - 56, щебень фр. 5-10 мм - 18, отсев фр. 0-5 мм - 13, минеральный порошок - 13. Оптимальное количество битума в смеси составляло 6% от массы минеральной части смеси. Содержание в ЩМАС-15 добавок УНИРЕМ-001 составляло 0,62%, Viatop 66 - 0,42% от массы минеральной части, а содержание адгезионных добавок АМДОР-10, СОНДОР А и Ветфикс BE составляло 1,5% от массы битума.
Композиционный материал УНИРЕМ-001 соответствовал СТО 61595504-001-2010. Показатели свойств материала приведены в таблице 2. Гранулированная волокнистая целлюлозная добавка Viatop 66 соответствовала требованиям ГОСТ 31015-2002 и ТУ 5718-001-18268513-01. Адгезионная азотсодержащая добавка АМДОР-10 является композицией аминопроизводных различного строения и соответствовала требованиям ТУ 0257-003-35475596-96. Показатели свойств добавки приведены в таблице 3. Адгезионная азотсодержащая добавка СОНДОР А в качестве активных компонентов содержит амины, амидоамины и имидазолины и соответствовала требованиям ТУ 0257-033-00151816-2006. Показатели свойств добавки приведены в таблице 4. Адгезионная азотсодержащая добавка Ветфикс BE на основе полиаминов соответствовала требованиям компании AkzoNobel. Показатели свойств добавки приведены в таблице 5.
| Таблица 1 | |||||||||||
| Гранулометрический состав минеральных материалов | |||||||||||
| № п/п | Зерновой состав (остатки на сите с отверстием, мм), в % по массе | ||||||||||
| Наименование материалов | 15 | 10 | 5 | 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,16 | 0,071 | менее 0,071 | |
| 1 | Щебень гранит.фр.10-15 мм ОАО «Гайворонский спецкарьер» | 1,6 | 95,2 | 2,8 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,4 |
| 2 | Щебень гранита. фр.5-10 мм ОАО «Гайворонский спецкарьер» | 0,6 | 94,8 | 4,0 | 0,1 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,5 | |
| 3 | Отсев гранит. ОАО «Павловскгранит» | 0,9 | 4,4 | 24,8 | 11,4 | 15,2 | 11,9 | 9,2 | 8,2 | 14,0 | |
| 4 | Минеральный порошок ОАО «Гурово-бетон» | 0,1 | 0,4 | 9,3 | 12,7 | 77,5 |
| Таблица 2 | |||
| Показатели свойств композиционного материала УНИРЕМ-001 | |||
| № п/п | Наименование показателей | Требования по ТУ | Результаты испытаний |
| 1 | Размер частиц, мм | остаток на сите 0,9 мм, не более 2% | 1 |
| 2 | Индекс агломерации, баллы | не менее 8 | 9 |
| 3 | Насыпная плотность, г/см3 | 0,47±0,05 | 0,49 |
| 4 | Влажность, % | не более 8 | 2 |
| Таблица 3 | |||
| Показатели свойств адгезионной азотсодержащей добавки АМДОР-10 | |||
| № п/п | Наименование показателей | Требования по ТУ | Результаты испытаний |
| 1 | Внешний вид | Вязкая жидкость коричневого цвета | Вязкая жидкость коричневого цвета |
| 2 | Сцепление с минеральным материалом битума, содержащего 0,4% добавки | Не хуже контрольного образца №1 | Соответствует контрольному образцу №1 |
| 3 | Кислотное число, мг КОН/г добавки, не более | 15 | 9,0 |
| 4 | Массовая доля воды, не более | 2,0 | Отсутствует вода |
| 5 | Температура текучести, °С, не более | 10 | 7 |
| 6 | Аминное число, г HCl с массовой долей 100% на 100 г добавки, не менее | 20,0 | 26,1 |
| Таблица 4 | |||
| Показатели свойств адгезионной азотсодержащей добавки СОНДОР А | |||
| № п/п | Наименование показателей | Требования по ТУ | Результаты испытаний |
| 1 | Внешний вид | Маслянистая жидкость от желтого до темно-коричневого цвета | Маслянистая жидкость коричневого цвета |
| 2 | Сцепление битума с мокрым песком при содержании добавки 0,3 мас.% | по №1 | по №1 |
| 3 | Щелочное число, мг КОН/г, в пределах | 400-600 | 566,29 |
| 4 | Температура вспышки в открытом тигле, °С, не ниже | 200 | 231 |
ЩМАС-15 была получена с использованием лабораторного смесителя, а также на асфальтосмесительной установке периодического действия с двухвальным лопастным смесителем, оборудованной линией подачи гранулированных добавок.
| Таблица 5 | |||
| Показатели свойств адгезионной азотсодержащей добавки Ветфикс BE | |||
| № п/п | Наименование показателей | Требования компании AkzoNobel | Результаты испытаний |
| 1 | Внешний вид | Коричневая вязкая жидкость | Коричневая вязкая жидкость |
| 2 | Плотность при 20°С, кг/м3 | 980 | 980 |
| 3 | Точка текучести, °С | <0 | -1 |
| 4 | Точка вспышки, °С | >100 | 120 |
| 5 | Общее аминное число, мг HCl/г | 159-169 | 162 |
| 6 | Кислотное число, мг КОН/г | <10 | 8 |
Пример 1. Приготовление ЩМАС-15 с использованием лабораторного смесителя производилось следующим образом. Отдозированные компоненты смеси, за исключением минерального порошка и добавок, нагревались до требуемых температур: щебень и отсев до t=175°C, битум до t=155°C. Внутренняя поверхность лабораторного смесителя прогревалась до температуры 155°С.
Для получения ЩМАС №1 щебень и отсев загружали вручную в смеситель и перемешивали, далее загружали минеральный порошок и перемешивали, вводили битум и перемешивали 30 секунд, затем вводили УНИРЕМ-001 и перемешивание продолжалось в течении 3 минут до образования однородной смеси. Общее время перемешивания составляло 4,5 минуты.
При получении ЩМАС №2 щебень и отсев загружали вручную в смеситель и перемешивали, далее загружали минеральный порошок и перемешивали, затем одновременно вводили добавки УНИРЕМ-001 и Viatop 66 и перемешивали 30 секунд, далее вводили битум и перемешивание продолжалось в течение 3 минут до образования однородной смеси. В разогретый до 155°С битум предварительно было добавлено требуемое количество добавки «АМДОР-10». Общее время перемешивания составляло 4,5 минуты. Далее ЩМАС выдерживалась перед изготовлением образцов в течение 30 минут при температуре 160°С.
Получение ЩМАС №3 производилось аналогично смеси ЩМАС №2, вместо добавки АМДОР-10 использовалась добавка СОНДОР А.
Получение ЩМАС №4 производилось аналогично смеси ЩМАС №2, вместо добавки АМДОР-10 использовалась добавка Ветфикс BE.
Образцы из ЩМАС-15 были изготовлены в соответствии с ГОСТ 12801-98. Испытания образцов проводилось по ГОСТ 12801-98 и ГОСТ 31015-2002. Результаты испытаний образцов приведены в таблице 6.
Из данных таблицы 6 следует, что стекание вяжущего для ЩМАС №1 с добавкой УНИРЕМ-001 значительно превосходит допустимые значения. Введение в эту смесь добавок Viatop 66 (ЩМАС №2, №3, №4) и азотсодержащих добавок АМДОР-10, СОНДОР А, Ветфикс BE приводит к снижению показателя стекания до допустимых пределов, увеличению водостойкости при длительном водонасыщении и позволяет повысить однородность ЩМАС.
Пример 2. ЩМАС №1 (см. пример 1) приготавливали в асфальтосмесительной установке, оборудованной линией подачи в смеситель гранулированных стабилизирующих добавок. Отдозированные щебеночные и песчаные фракции с температурой 165°С подавались в смеситель, туда же поступал отдозированный минеральный порошок, перемешивание продолжалось 3 секунды. Затем в смеситель подавалась отдозированная порция битума с температурой 155°С, и перемешивание продолжалось 10 секунд. УНИРЕМ-001 через приемный бункер и питатель транспортировался по винтовому конвейеру и после дозирования поступал в смеситель. Перемешивание минеральной части смеси и битума с «УНИРЕМ-001» продолжалось 30 секунд. Готовая ЩМАС №1 выгружалась из смесителя, выдерживалась при t=160°C в течение 30 минут и из нее формовались образцы по ГОСТ 12801-98, определялось стекание, водостойкость при длительном водонасыщении, однородность смеси.
| Таблица 6 | ||||||
| Показатели физико-механических свойств ЩМАС | ||||||
| № п/п | Наименование показателей | Значения показателей | ||||
| для ЩМАС | по ГОСТ 31015-2002 | |||||
| №1 | №2 | №3 | №4 | |||
| 1 | Средняя плотность, г/см2 | 2,43 | 2,48 | 2,47 | 2,48 | - |
| 2 | Водонасыщение, % по объему | 3,2 | 2,12 | 2,15 | 2,3 | 1,0-4,0 |
| 3 | Пористость минеральной части, % | 18,5 | 17,4 | 17,8 | 17,9 | 15-19 |
| 4 | Остаточная пористость, % | 3,8 | 3,4 | 3,5 | 3,4 | 1,5-4,5 |
| 5 | Предел прочности при сжатии, МПа | 3,5 | 3,9 | 3,9 | 4,0 | не менее 2,2 |
| при температуре 20°С | ||||||
| при температуре 50°С | 1,39 | 1,25 | 1,30 | 1,29 | не менее 0,65 | |
| 6 | С двигоустойчивость: коэффициент внутреннего трения | 0,93 | 0,96 | 0,97 | 0,96 | не менее 0,93 |
| сцепление при сдвиге при температуре 50°С, МПа | 0,35 | 0,36 | 0,36 | 0,36 | не менее 0,18 | |
| 7 | Трещиностойкость - предел прочности на растяжение при расколе при температуре 0°С, МПа | 4,0 | 4,2 | 4,3 | 4,5 | 2,5-6,0 |
| 8 | Водостойкость при длительном водонасыщении | 0,93 | 1,02 | 1,00 | 1,01 | не менее 0,85 |
| 9 | Стекание вяжущего, % по массе | 1,38 | 0,15 | 0,17 | 0,16 | не более 0,2 |
| 10 | Однородность смеси: коэффициент вариации предела прочности при сжатии при температуре 50°С, МПа | 0,16 | 0,14 | 0,12 | 0,13 | не более 0,16 |
При получении ЩМАС №2 (см. пример 1) в асфальтосмесительной установке УНИРЕМ-001 и Viatop 66 подавались и дозировались раздельно в две секции приемного бункера линии гранулированных добавок, перемешивались в процессе транспортирования по винтовому конвейеру. После подачи в асфальтосмеситель и перемешивания щебня, песка и минерального порошка осуществлялась подача добавок УНИРЕМ-001 и Viatop 66, и перемешивание продолжалось 7 секунд. Затем в смеситель подавалась отдозированная порция битума с температурой 155°С и перемешивание продолжалось 30 секунд. Требуемое количество добавки «АМДОР-10» добавлялось предварительно в расходную битумную емкость и распределялось в битуме насосом-смесителем в течение 30 минут до однородного состояния. Готовая ЩМАС №2 выгружалась из смесителя, выдерживалась при t=160°C в течение 30 минут, и из нее формовались образцы, определялось стекание, водостойкость при длительном водонасыщении, однородность смеси.
Получение ЩМАС №3 производилось аналогично смеси ЩМАС №2, вместо добавки АМДОР-10 использовалась добавка СОНДОР А.
Получение ЩМАС №4 производилось аналогично смеси ЩМАС №2, вместо добавки АМДОР-10 использовалась добавка Ветфикс BE.
Результаты определения стекания, длительной водостойкости и однородности приведены в таблице 7. Из данных таблицы 7 следует, что стекание вяжущего для ЩМАС №1 с добавкой УНИРЕМ-001 значительно превосходит допустимые значения. Введение в эту смесь добавок Viatop 66 и азотсодержащих добавок АМДОР-10, СОНДОР А, Ветфикс BE (ЩМАС №2, №3, №4) приводит к снижению показателя стекания до допустимых пределов, увеличению водостойкости при длительном водонасыщении и позволяет повысить однородность ЩМАС.
| Таблица 7 | ||||||
| Показатели стекания, длительной водостойкости и однородности ЩМАС | ||||||
| № п/п | Наименование показателей | №1 | Значение показателей | |||
| для ЩМАС | По ГОСТ 31015-2002 | |||||
| №2 | №3 | №4 | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 1 | Стекание вяжущего, % по массе | 1,26 | 0,16 | 0,17 | 0,14 | не более 0,2 |
| 2 | Водостойкость при длительном водонасыщении | 0,96 | 0,99 | 0,99 | 0,99 | не менее 0,85 |
| 3 | Однородность смеси: коэффициент вариации предела прочности при сжатии при температуре 50°С | 0,16 | 0,14 | 0,12 | 0,13 | Не более 0,16 |
1. Щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь, включающая щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум и композиционный материал УНИРЕМ-001, отличающаяся тем, что дополнительно содержит волокнистую добавку и адгезионную азотсодержащую добавку при следующем содержании компонентов, мас.%:
| щебень | 65,0-75,0 |
| песок из отсевов дробления | 5,0-17,0 |
| минеральный порошок | 10,0-20,0 |
| битум | 5,5-7,5 |
| композиционный материал УНИРЕМ-001 | 0,3-0,7 |
| волокнистая добавка | 0,2-0,6 |
| адгезионная азотсодержащая добавка | 0,05-0,15, |
при этом объемное соотношение композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки составляет соответственно 30-70 и 70-30%.
2. Способ получения щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси по п.1, включающий введение в асфальтосмеситель щебня и песка из отсевов дробления с t=150-195°C и перемешивание, введение ненагретого минерального порошка и перемешивание, введение композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки и перемешивание, введение битума с t=110-165°C и перемешивание, причем смесь композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки вводят в соотношении: композиционный материал УНИРЕМ-001 - 30-70% по объему, волокнистая добавка - 70-30% по объему, при этом смесь композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки получают после введения их раздельно в разделенный на две части приемный бункер линии гранулированных добавок и перемешивания в процессе транспортирования по винтовому конвейеру, а в битум до его подачи в асфальтосмеситель вводят и однородно распределяют в нем адгезионную азотсодержащую добавку.
