Асфальтобетонная смесь
Владельцы патента RU 2500635:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)
Изобретение относится к области дорожных строительных материалов, в частности к переработке отходов ремонта мягких кровель с получением битумного вяжущего, и может быть использовано при приготовлении асфальтобетонных смесей. Технический результат: повышение предела прочности при одновременном снижении восприимчивости асфальтобетона к температурам. Асфальтобетонная смесь содержит щебень, песок, минеральный порошок и битумное вяжущее из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном в следующем соотношении компонентов, мас.%: битум, содержащий до 15% примеси минерального наполнителя и волокон основы - 49…65, прямогонный гудрон - 51…35. 6 табл.
Настоящее изобретение относится к области дорожных строительных материалов, в частности к переработке отходов ремонта мягких кровель с получением битумного вяжущего и может быть использовано при приготовлении асфальтобетонных смесей.
Известна композиция (RU 2010110798, C04B 26/20, опубл. 27.09.11, бюл. №27), содержащая регенерированный асфальтобетон, наполнители и органоминеральный порошок в качестве добавки из измельченных битумосодержащих кровельных отходов в количестве 0,1-7,5 мас.%. Недостатком известной асфальтобетонной смеси следует признать увеличение жесткости смеси при использовании измельченных битумосодержащих кровельных отходов.
Известна также композиция (RU 2323909, C04B 26/26 C08L9 5/00 E01C 7/26, опубл. 10.05.2008, бюл. №13), содержащая (мас.%): щебень 38-50; битум 4-6; отходы мягкой кровли 1,5-3,0; минеральный порошок 7-20 и песок. Недостатком данного изобретения можно признать увеличение жесткости асфальтобетонной смеси при минимальном уменьшении экологического ущерба за счет утилизации кровельных отходов.
Наиболее близкой к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является асфальтобетонная смесь, приготовленная в соответствии с ГОСТ 9128-97 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон» М., МНТКС, 1998, содержащая щебень, песок, минеральный порошок и битум. Недостатком известного решения является повышенная восприимчивость асфальтобетона к температуре, и вследствие этого высокая температура хрупкости.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение асфальтобетонных смесей с улучшенными физико-механическими свойствами и меньшей себестоимостью за счет использования вторичного сырья (отходов ремонта мягких кровель), утилизация которого в значительной степени способствует снижению наносимого экологии ущерба.
Технический результат: повышение предела прочности при одновременном снижении восприимчивости асфальтобетона к температурам. При этом достигается исключение стандартного битума из состава асфальтобетонных смесей и снижение расхода минерального порошка, а также утилизация отходов ремонта мягких кровель
Для получения указанного технического результата предложено использовать асфальтобетонную смесь, содержащую щебень, песок, минеральный порошок и битумное вяжущее из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном в следующем соотношении компонентов, мас.%: битум, содержащий до 15% примеси минерального наполнителя и волокон основы - 49…65, прямогонный гудрон - 51…35.
Особенностью предлагаемой асфальтобетонной смеси является использование в качестве вяжущего вещества битумное вяжущее из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном. При пластифицировании прямогонным гудроном восприимчивость битумного вяжущего к температуре ниже, и вследствие этого трещиностойкость выше, т.е. ниже температура хрупкости.
Битумный порошок для вяжущего из отходов ремонта мягких кровель получают в установке ПБМ 1.01 ТУ 4845-005-4874011-2003, без последующей сортировки. Измельченная смесь из отходов ремонта кровельных материалов содержит битумизированный картон, дробленый битум, минеральный наполнитель (мелкий песок и пыль). Состав измельченной смеси из отходов ремонта мягких кровель следующий, мас.%: измельченный битумизированный картон 37,5-33,3; минеральный наполнитель 6,0; дробленый битум - остальное. В серийно выпускаемую автоматизированную битумоплавильную установку УБП 2 (ТУ 4845-005-4874011-003) циклического действия вместимостью 2 т, оснащенную перемешивающим горизонтальным валом с лопатками, заливают отработанные нефтепродукты: масла группы ММО ГОСТ 21046-86, нагревают, загружают измельченные отходы битумных кровельных материалов порционно, причем при загрузке каждой порции выполняют периодическое перемешивание и нагрев.
Полученное по данной технологии битумное вяжущее из отходов ремонта мягких кровель было исследовано с целью определения группового состава. Результаты представлены в таблице 1.
| Таблица 1 | |
| Групповой состав битума, полученного на промышленной установке | |
| Соединения | Количество, % |
| 1. Парафино-нафтеновые | 28,5 |
| 2. Легкие ароматические | 9,4 |
| 3. Средние ароматические | 3,0 |
| 4. Тяжелые ароматические | 19,4 |
| 5. Смолы I | 8,9 |
| 6. Смолы II | 14,7 |
| 7. Асфальтены | 16,1 |
Как следует из результатов анализа, в полученном битумном вяжущем из отходов ремонта мягких кровель присутствуют все основные группы соединений, характерные для битумов. По сравнению с битумами дорожными нефтяными в исследуемом образце наблюдается пониженное содержание масел.
Определение качественных показателей битумного вяжущего из отходов ремонта мягких кровель привели к следующим результатам:
а) температура размягчения - 88,4°C,
б) глубина проникания иглы при 25°C, 0,1 мм - 14;
в) температура хрупкости - (-3°C);
г) растяжимость при 25°C, см - 2,8.
Для использования битумного вяжущего из отходов ремонта мягких кровель в дорожном строительстве необходимо снизить его вязкость, увеличить растяжимость и понизить температуру хрупкости.
Такие результаты достигаются путем пластифицирования битумного вяжущего из отходов ремонта мягких кровель прямогонным гудроном в следующем соотношении компонентов, мас.%: битум, извлеченный из старых кровельных ковров, содержащий до 15% примеси минерального наполнителя и волокон основы - 49…65, прямогонный гудрон - 51…35. Температура смешения компонентов 180°С. Время непрерывного перемешивания компонентов составило 30 минут, время термостабилизации 4 часа при 160°С.
Результаты экспериментов по определению качественных показателей битумного вяжущего из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном, приведены в таблицах 2 и 3.
| Таблица 2 | |||
| Изменение состава битумов в результате пластификации его гудроном | |||
| Соединения | Количество, % | ||
| Разбавлено гудроном | Битум, извлеченный из старых кровельных ковров | ||
| на 40 мас.% | на 50 мас.% | ||
| 1. Парафино-нафтеновые | 12,6 | 16,6 | 9,1 |
| 2. Легкие ароматические | 12,4 | 15,2 | 9,9 |
| 3. Средние ароматические | 9,2 | 8,7 | 6,3 |
| 4. Тяжелые ароматические | 28,8 | 24,7 | 15,4 |
| 5. Смолы I | 9,7 | 9,9 | 9,0 |
| 6. Смолы II | 12,8 | 13,2 | 14,2 |
| 7. Асфальтены | 14,5 | 11,7 | 36,0 |
| Таблица 3 | |||||
| Характеристики битумных вяжущих, пластифицированных ном в сопоставлении с требованиями стандартов | |||||
| Наименование показателей, единицы измерения | Требования ГОСТ | Фактические показатели | |||
| БНД 60/90 | БНД 90/130 | Исходное вяжущее | Разбавлено гудроном | ||
| на 40 мас.% | на 50 мас.% | ||||
| 1. Глубина проникания иглы, 0,1 мм, при 25°C при 0°C | 61-90 | 91-130 | 8 | 54 | 114 |
| не менее 20 | не менее 28 | - | 21 | 27 | |
| 2. Температура размягчения, °C | не ниже 47 | не ниже 43 | 104,4 | 52,6 | 44 |
| 3. Растяжимость, см | |||||
| при 25°C | 55 | 65 | 2,2 | 15 | 29,2 |
| при 0°C | 3,5 | 4,0 | - | 3,2 | 3,8 |
| 4. Температура хрупкости, °C | не выше -15 | не выше -17 | -3 | -19 | -21,5 |
| 5. Растворимость, % | - | - | ниже нормы | - | - |
Пластифицированное битумное вяжущее характеризуются пониженным показателем «растяжимость при 25°C». Однако эластичные свойства пластифицированного битумного вяжущего изменяются с температурой менее резко, чем у стандартных битумов, то есть восприимчивость пластифицированного битумного вяжущего к температуре ниже и вследствие этого трещиностойкость выше, т.е. ниже температура хрупкости.
По результатам проведенных исследований можно сделать вывод о возможности получения битумов различных марок при пластифицировании битумного вяжущего прямогонным гудроном при разном соотношении битума, извлеченного из старых кровельных ковров, и прямогонного гудрона.
Необходимо отметить, что для первых двух марок битума содержание гудрона в компаунде определяется показателем глубины проникания иглы (пенетрацией). Для марки БНД 90/130 нижний предел содержания гудрона (35%) определяется пенетрацией, а верхний (51%) - требуемой температурой размягчения по КиШ.
При таком определенном соотношении дорожные битумы, полученные отходов ремонта мягких кровель, будут иметь следующие показатели (таблица 4).
| Таблица 4 | ||||
| Характеристики битумных вяжущих, пластифицированных гудроном | ||||
| Получаемая марка битума | Содержание гудрона в смеси, % | Количество гудрона для обеспечения стандартных показателей, мас.% | ||
| Температура размягчения, °C | Пенетрация, 0,1 мм | Температура хрупкости, °С | ||
| БНД 40/60 | 35…41,5 | 53,5…60 | 41…60 | -16,5…-19,5 |
| БНД 60/90 | 41,5…46,5 | 47…53,5 | 61…90 | -19…-20,5 |
| БНД 90/130 | 46,5…51 | 43…47 | 91…128 | -20,5…-23 |
Следовательно, в соответствии с таблицей 4 можно путем разбавления битумного вяжущего прямогонным гудроном получить марку битума, рекомендуемую для строительства асфальтобетонных дорог в определенной дорожно-климатической зоне.
При совмещении переработки отходов ремонта мягких кровель и приготовления асфальтобетонных смесей в одном предприятии можно избежать операции очистки битумного порошка от примесей. При этом нужно лишь учитывать их присутствие при проектировании асфальтобетонной смеси.
Например, при определении количества примесей в битумном порошке было обнаружено, что в исследуемой партии порошка содержится примерно 15% примесей, которые состоят из минеральной части (песка) и волокон раздробленной картонной основы (целлюлозы). Принимаем, в первом приближении, что соотношение песок: целлюлоза равняется 1:1, т.е. в битумном порошке содержится по 7,5% минерального и органического компонента примесей.
Если на основе этого битумного порошка готовить асфальтобетонную смесь, то удалять данные примеси не нужно, так как в смесь все равно добавляется минеральный порошок и нужно лишь учитывать это при расчете количества минерального порошка в составе смеси. Целлюлозные волокна также не будут ухудшать свойства бетона, а наоборот, будут стабилизировать, за счет дисперсного армирования консистенцию смеси и предотвращать ее расслаивание.
Разбавление расплавленного битумного вяжущего из отходов ремонта мягких кровель также должно производиться с учетом наличия примесей. В частности, если в битумном вяжущем из отходов ремонта мягких кровель соотношение битум: гудрон должно быть 1:1, то на одну часть битумного порошка, содержащую 0,85 частей битума и 0,15 частей примесей необходимо добавить 0,85 частей гудрона. Таким же образом необходимо рассчитать количество вводимого в асфальтобетонную смесь минерального порошка, уменьшив его на величину, содержащуюся в битумном вяжущем.
Были изготовлены две серии образцов мелкозернистого асфальтобетона типа Б марки III. Минеральная часть асфальтобетонных смесей была одинакова. Для первой серии (контрольной) использовался битум БНД 90/130 по ГОСТ 22245, для второй серии (опытной) - битумное вяжущее из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном (таблица 5).
| Таблица 5 | ||
| Состав асфальтобетонных смесей | ||
| Материал | Количество, % для смеси | |
| Контрольной | Опытной | |
| Щебень, фр. 0-20 | 75 | 75 |
| Отсев дробления фр. 0-5 | 25 | 24,7 |
| Битум БНД 90/130 | 6 | - |
| Битумное вяжущее | - | 6,5 |
| Примечание: шпильки меньшая масса материалов в контрольной смеси 106 против 106,2 единиц объясняется наличием в опытном составе волокон целлюлозы. |
Испытания асфальтобетонных образцов проведены в соответствии с ГОСТ 9128-97. Из анализа полученных данных (таблица 6) следует, что асфальтобетон на битумном вяжущем из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном, удовлетворяет требованиям стандарта для асфальтобетона типа Б марки III по показателям водонасыщения, прочности при 20°C и при 50°C, а также коэффициенту водостойкости.
| Таблица 6 | ||||
| Свойства асфальтобетона на различном вяжущем | ||||
| Наименование показателя | Ед. изм. | Величина показателей для асфальтобетона на вяжущем | Требования ГОСТ | |
| стандартном (битум БНД 90/130) | полученном из отходов | |||
| 1. Средняя плотность | г/см3 | 2,35 | 2,34 | - |
| 2. Водонасыщение | % | 3,5 | 4,0 | 1,5…4,0 |
| 3. Предел прочности при сжатии при температуре: | ||||
| 20°C | МПа | 2,95 | 5,95 | ≥2,0 |
| 50°C | МПа | 0,72 | 1,38 | ≥0,9 |
| 4. Коэффициент водостойкости | 0,97 | 0,93 | ≥0,75 |
Настоящее техническое решение дает возможность производить асфальтобетонные смеси на битумном вяжущем из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном, с повышением показателя предела прочности при одновременном снижении восприимчивости асфальтобетона к температурам. При этом достигается снижение расхода минерального порошка и утилизация отходов ремонта мягких кровель.
Асфальтобетонная смесь, содержащая щебень, песок, минеральный порошок и битум, отличающаяся тем, что в качестве битума используют битумное вяжущее из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном в следующем соотношении компонентов, мас.%: битум, содержащий до 15% примеси минерального наполнителя и волокон основы - 49…65, прямогонный гудрон - 51…35.
