Асфальтобетонная смесь
Владельцы патента RU 2508261:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, в частности к горячим мелкозернистым асфальтобетонным смесям, и может быть использовано для изготовления плотного асфальтобетона темно-коричневого цвета, применяемого для устройства верхних слоев автомобильно-дорожных покрытий в районах I, II и частично III дорожно-климатических зон, характеризующихся холодным и влажным климатом. Асфальтобетонная смесь содержит минеральный наполнитель, включающий песок, и битум. Дополнительно смесь включает пыль системы газоочистки электропечи ДСП-60 производства черной металлургии с размером зерен менее 7·10-5 м, щебень и отсев дробления щебня при следующем соотношении компонентов, мас.%: щебень - 40,5-45,5; песок - 29,0-30,0; отсев дробления щебня - 15,0-18,5; битум марки БНД 90/130 - 6,0-6,3; пыль системы газоочистки электропечи ДСП-60 производства черной металлургии - 4,0-5,0. Технический результат: удешевление смеси при приемлемой прочности при сжатии дорожного покрытия, расширение средств дорожно-строительных материалов. 3 табл.
Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, в частности к горячим мелкозернистым асфальтобетонным смесям, и может быть использовано для изготовления цветного плотного асфальтобетона, применяемого для устройства верхних слоев автомобильно-дорожных покрытий в районах I, II и частично III дорожно-климатических зон, характеризующихся холодным и влажным климатом.
Асфальтобетонные смеси для получения цветного асфальтобетона, применяемого для дорожных покрытий, известны как за рубежом, так и в России. Преимущества применения цветного асфальтобетона состоят в следующем: цветное асфальтобетонное покрытие дороги усиливает освещение в тоннелях и на эстакадах, помогает ориентироваться на развязках автострад и на территории автозаправочных станций, не дает потеряться парковкам, велосипедным дорожкам, пешеходным зонам, аварийным выходам и выездам на территориях промышленных предприятий. Особенно эффективно применение цветного асфальтобетона на взлетно-посадочных полосах, территориях морских портов и грузовых терминалов.
Известны асфальтобетонные смеси, производимые Красногорским асфальтобетонным заводом (Россия), применяемые для изготовления до 500 различных видов цветного асфальтобетона, в том числе и темно-коричневого цвета (http://kabz.ru/). Асфальтобетонные смеси изготавливают на асфальтосмесительной установке AMMANN GLOBAL 160 производительностью 160 тонн в час. В качестве наполнителя используют цветной щебень из цветных скальных пород, мелкий по размеру. К наполнителю из гранита, мрамора или известняка добавляют цветные пигменты, такие как желтый крон, цинковое белило или окись хрома. Наполнитель и пигмент смешивают с минимальным количеством битума; при этом используют либо осветленный, либо синтетический битум.
Недостатками асфальтобетонных смесей Красногорского асфальтобетонного завода, применяемых для изготовления цветных асфальтобетонов дорожных покрытий, являются дороговизна и дефицитность используемых исходных компонентов - красителей, импортного осветленного битума.
Известна асфальтобетонная смесь для дорожных покрытий (Руководство по строительству дорожных асфальтобетонных покрытий. - М.: Транспорт, 1978, с.16, 36, 39, 46, 47, 55), включающая 7,0-9,0 мас.% битума и в среднем 7 мас.% минерального порошка из некарбонатных пород от массы минеральной части, причем не менее 70 мас.% минерального порошка имеет средний размер частиц менее 71·10-6 м, остальное - минеральный наполнитель (песок и щебень). Минеральный порошок активирован жирными кислотами, например карбоновыми кислотами, в количестве 3-5 мас.% от массы битума.
Недостатком указанной известной асфальтобетонной смеси является низкая водостойкость (0,7-0,9) и низкая трещиностойкость приготовленного из нее асфальтобетона, необходимость применения активаторов минерального порошка.
Известна асфальтобетонная смесь (патент SU 1248986, МПК С04В 26/26, С04В 18/12, опубл. 07.08.1986), включающая, мас.%: битум 6,3-8,3; активированный жирными кислотами минеральный порошок 2,0-16,0; минеральный наполнитель (песок) - остальное; причем указанная асфальтобетонная смесь в качестве активированного минерального порошка содержит 98,6-99,8 мас.% отходов хвостов флотации первой стадии мокрой магнитной сепарации руды с содержанием магнетита 2-6 мас.% и 0,2-1,4 мас.% активирующего материала в виде отходов производства себациновой кислоты. По зерновому составу минеральный порошок - магнетитсодержащие отходы фракции менее 0,5 мм, относят к мелким дробленым пескам. Асфальтобетон, изготовленный на основе такой асфальтобетонной смеси, имеет повышенные трещиностойкость и водостойкость (0,91-1,00), высокую прочность при сжатии.
Недостатком асфальтобетонной смеси по патенту SU 1248986 является необходимость применения активирующего материала для минерального порошка.
Указанная асфальтобетонная смесь по патенту SU 1248986 выбрана в качестве ближайшего аналога.
Задача предлагаемого изобретения состоит в создании недорогой асфальтобетонной смеси из недефицитного сырья, обеспечивающей получение из нее асфальтобетона темно-коричневого цвета, обладающего приемлемой для дорожного покрытия прочностью при сжатии, что позволит расширить арсенал средств промышленности дорожно-строительных материалов.
Нормативные показатели прочности при сжатии образцов асфальтобетона, приведенные в Руководстве по строительству дорожных асфальтобетонных покрытий (1978), составляют: при 20°С - не менее 20 кгс/см2 (для I, II и III дорожно-климатических зон); при 50°С - не менее 8 кгс/см2 (для I дорожно-климатической зоны) и не менее 9 кгс/см2 (для II и III дорожно-климатических зон).
Техническим решением поставленной задачи является асфальтобетонная смесь, содержащая минеральный наполнитель, включающий песок, и битум, дополнительно включающая пыль системы газоочистки электропечи ДСП-60 производства черной металлургии с размером зерен менее 7·10-5 м, щебень и отсев дробления щебня при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Щебень | 40,5-45,5 |
| Песок | 29,0-30,0 |
| Отсев дробления щебня | 15,0-18,5 |
| Битум марки БНД 90/130 | 6,0-6,3 |
| Пыль системы газоочистки электропечи | |
| ДСП-60 производства черной металлургии | 4,0-5,0. |
Существенными признаками предлагаемого изобретения, совпадающими с ближайшим аналогом, являются наличие в составе асфальтобетонной смеси битума в количестве, частично совпадающем с нижней границей интервала содержания битума в прототипе, и наличие в составе асфальтобетонной смеси минерального наполнителя, в частности песка.
Получение предлагаемой недорогой асфальтобетонной смеси обеспечено применением в качестве исходных компонентов недефицитного и недорогого сырья месторождений Пермского края, а также отходов производства металлургических предприятий Пермского края и минимизацией содержания битума. Кроме того, асфальтобетонную смесь для получения асфальтобетона темно-коричневого цвета готовят без применения дорогостоящих красителей, активирующих материалов для минерального порошка и импортного осветленного битума.
Одним из отличительных существенных признаков предлагаемого изобретения является наличие в асфальтобетонной смеси пыли системы газоочистки электропечи ДСП-60 - отхода производства черной металлургии, представляющей собой тонкодисперсный порошок темно-коричневого цвета с высокой удельной поверхностью 1200…2500 см2/г и объемной массой 3,7…4,2 г/см3. Химический состав пыли системы газоочистки электропечи ДСП-60 производства черной металлургии приведен в табл.1.
| Таблица 1 | ||||||
| Химический состав пыли системы газоочистки электропечи ДСП-60 производства черной металлургии | ||||||
| Компонент | SiO2 | Fe | Al | Ca | Mg | S |
| Содержание компонента | 91,68 | 0,11 | 2,31 | 1,29 | 4,09 | 0,32 |
Зерновой состав пыли системы газоочистки печи ДСП-60 производства черной металлургии, а также других компонентов минерального наполнителя асфальтобетонной смеси, оказывающий значительное влияние на качество получаемого асфальтобетона, представлен в таблице 2, где показаны полные проходы проб компонентов через сита с различными размерами отверстий при их просеивании.
| Таблица 2 | ||||||||||
| Зерновой состав компонентов минерального наполнителя асфальтобетонной смеси | ||||||||||
| Компонент | Размер отверстий сита, мм | |||||||||
| 20 | 15 | 10 | 5 | 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,31 | 0,16 | 0,07 | |
| Пыль системы газоочистки электропечи ДСП-60 | ||||||||||
| 100* | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 99,6 | |
| Щебень | 99,7 | 59,2 | 31,5 | 7,1 | 4,2 | 3,8 | 3,5 | 3,0 | 2,4 | 1,8 |
| Отсев дробления щебня | ||||||||||
| 100 | 100 | 100 | 97,2 | 61,8 | 45,0 | 24,8 | 11,0 | 5,0 | 3,8 | |
| Песок | 100 | 100 | 100 | 99,8 | 99,6 | 99,4 | 98,6 | 67,2 | 10,6 | 4,6 |
| * - полный проход пробы компонента асфальтобетонной смеси через сито с указанным размером отверстий, мас.%. |
Из таблиц 1 и 2 видно, что 91,68 мас.% пыли системы газоочистки электропечи ДСП-60 производства черной металлургии составляет оксид кремния, причем практически вся она (99,6 мас.%) состоит из зерен размером менее 0,07 мм (или менее 7·10-5 м). Именно темно-коричневая пыль системы газоочистки электропечи ДСП-60 указанного состава и дисперсности в совокупности с использованием светлого щебня и светлых отсевов его дробления, а также оптимального соотношения компонентов асфальтобетонной смеси, в частности минимального содержания битума, обеспечивает темно-коричневый цвет получаемого из заявляемой асфальтобетонной смеси асфальтобетона. Оптимальное содержание пыли системы газоочистки электропечи ДСП-60 производства черной металлургии в асфальтобетонной смеси определено экспериментально и составляет 4,0-5,0 мас.%. При более низком или более высоком ее содержании прочность при сжатии образцов асфальтобетона, получаемых из асфальтобетонной смеси, не достигает нормативных показателей.
Наличие щебня - традиционного компонента минерального наполнителя асфальтобетонных смесей, отнесено к отличительным признакам в силу его отсутствия в составе прототипа. Как уже сказано выше, в предлагаемом изобретении используют светлый щебень, способствующий получению асфальтобетона темно-коричневого цвета. Согласно табл.2 для приготовления предлагаемой асфальтобетонной смеси используют щебень, на 99,7 мас.% состоящий из зерен размером менее 20 мм. Оптимальное содержание щебня в асфальтобетонной смеси составляет 40,5-45,5 мас.%.
Наличие в заявляемой асфальтобетонной смеси отсевов дробления щебня также является отличительным признаком. Они представляют собой светлый минеральный материал с зернами размером менее 5 мм, получаемый при производстве фракционированного щебня. Прочность исходной горной породы при ее получении соответствует требованиям ГОСТ 9128-76 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия». Отсевы дробления щебня в составе асфальтобетона частично или полностью выполняют функции двух компонентов: песка и минерального порошка. Оптимальное содержание отсевов дробления щебня в асфальтобетонной смеси определено экспериментально и составляет 15,0-18,5 мас.%.
Для приготовления предлагаемой асфальтобетонной смеси применяют традиционный компонент минерального наполнителя - песок с размером зерен менее 5 мм. Его оптимальное количество в составе асфальтобетонной смеси составляет 29,0-30,0 мас.%.
Введение в асфальтобетонную смесь щебня, отсевов его дробления и песка в меньших или больших количествах по сравнению с заявляемыми оптимальными содержаниями приводит к снижению прочности при сжатии образцов асфальтобетона, получаемых из экспериментальных смесей.
Поскольку максимальный размер зерен используемых компонентов не превышает 20 мм, то предлагаемая асфальтобетонная смесь является мелкозернистой.
В качестве связующего компонента используют битум, предназначенный для приготовления горячих асфальтобетонных смесей. Содержание битума в предлагаемой асфальтобетонной смеси оптимизировано в сторону уменьшения его содержания с целью получения цветного асфальтобетона без снижения показателей его качества, в частности прочности при сжатии. Экспериментально установленное оптимальное содержание битума в предлагаемой асфальтобетонной смеси составляет 6,0-6,3 мас.%.
Примеры практической реализации предлагаемого изобретения приведены ниже.
В качестве исходных компонентов для приготовления асфальтобетонной смеси используют битум нефтяной вязкий дорожный марки БНД 90/130 (ГОСТ 22245-90), щебень и отсев дробления щебня Теплогорского карьера Пермского края, имеющие светлую окраску (ГОСТ 8267-93), песок (ГОСТ 8736-93) и пыль системы газоочистки электропечи ДСП-60 производства черной металлургии завода «Кама-сталь» Пермского края с размером зерен менее 7·10-5 м.
Технология приготовления асфальтобетонной смеси традиционна и состоит из следующих операций: подготовки компонентов минерального наполнителя, подготовки битума, дозирования составляющих, перемешивания компонентов минерального наполнителя с битумом и выгрузки готовой асфальтобетонной смеси.
Подготовка минеральных материалов включает подачу и дозировку. Полностью просушенные щебень и песок имеют до поступления в мешалку температуру на 8±2°С больше, чем температура битума. После сушки и нагрева все компоненты подают в смесительный агрегат, который имеет грохот, многофракционный дозатор для щебня, песка и других компонентов минерального наполнителя асфальтобетонной смеси и вяжущего - битума, а также смеситель и другие механизмы и бункеры. Исходные компоненты взвешивают с помощью весового устройства и загружают в одновальную лопастную мешалку, в которую из дозирующего устройства подают битум. Время перемешивания до получения однородной по массе асфальтобетонной смеси составляет 5-8 мин при массе одного замеса 30 кг. Температура готовой используемой в горячем состоянии асфальтобетонной смеси - 150±10°С.
В таблице 3 приведено содержание компонентов в экспериментальных асфальтобетонных смесях и прочность при сжатии полученных из этих смесей образцов асфальтобетона.
| Таблица 3 | |||||||
| Содержание компонентов в экспериментальных асфальтобетонных смесях и прочность при сжатии полученных из этих смесей образцов асфальтобетона | |||||||
| № асфальтобетонной смеси | Содержание компонентов в асфальтобетонной смеси, мас.% | Прочность при сжатии образцов асфальтобетона, кгс/см2 | |||||
| Отсев дробления щебня | Пыль системы газоочистки печи ДСП-60 | ||||||
| Битум | Щебень | Песок | При 20°С | При 50°С | |||
| 1 | 6,3 | 45,2 | 15,5 | 29,0 | 4,0 | 20,9 | 9,4 |
| 2 | 6,0 | 45,5 | 15,5 | 29,0 | 4,0 | 20,9 | 9,1 |
| 3 | 6,0 | 45,5 | 16,5 | 29,0 | 3,0 | 19,1 | 8,8 |
| 4 | 6,0 | 40,5 | 15,5 | 30,0 | 8,0 | 17,3 | 7,8 |
| 5 | 6,0 | 42,5 | 15,5 | 30,0 | 6,0 | 19,3 | 8,9 |
| 6 | 6,0 | 45,0 | 15,0 | 29,0 | 5,0 | 20,8 | 9,3 |
| 7 | 6,0 | 45,5 | 8,0 | 35,5 | 5,0 | 18,4 | 5,2 |
| 8 | 6,0 | 40,5 | 18,5 | 30,0 | 5,0 | 20,5 | 8,3 |
| 9 | 6,0 | 39,0 | 23,0 | 27,0 | 5,0 | 19,5 | 8,8 |
Из асфальтобетонных смесей №№1, 2, 6 и 8 получены образцы цветного асфальтобетона, обладающие приемлемой прочностью на сжатие как при 20°С, так и при 50°С.
Также определены плотность и водонасыщение образцов цветного асфальтобетона, имеющих приемлемые показатели прочности на сжатие.
Плотность образцов готового цветного асфальтобетона, полученных из экспериментальных асфальтобетонных смесей №№1, 2, 6 и 8, составляет 2,47…2,49 г/см3, а водонасыщение - 3,50…3,55%.
Кроме того, проведено визуальное сравнение оттенков цвета образцов асфальтобетона, полученных из экспериментальных асфальтобетонных смесей.
Образцы асфальтобетона на основе асфальтобетонных смесей №№1, 2, 6 и 8 имеют четко выраженный темно-коричневый цвет, хорошо выделяющийся на фоне обычного серого асфальтобетона.
Согласно Руководству по строительству дорожных асфальтобетонных покрытий (1978 г.) разработанная асфальтобетонная смесь соответствует типу Б марки III и может быть применена для устройства верхних слоев автодорожных покрытий в районах I, II и частично III дорожно-климатических зон.
Таким образом, из недефицитного сырья создана недорогая горячая мелкозернистая асфальтобетонная смесь, обеспечивающая получение из нее асфальтобетона темно-коричневого цвета, обладающего приемлемой для дорожного покрытия прочностью при сжатии, что позволяет расширить арсенал средств промышленности дорожно-строительных материалов.
Асфальтобетонная смесь, содержащая минеральный наполнитель, включающий песок, и битум, отличающаяся тем, что дополнительно включает пыль системы газоочистки электропечи ДСП-60 производства черной металлургии с размером зерен менее 7·10-5 м, щебень и отсев дробления щебня при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Щебень | 40,5-45,5 |
| Песок | 29,0-30,0 |
| Отсев дробления щебня | 15,0-18,5 |
| Битум марки БНД 90/130 | 6,0-6,3 |
| Пыль системы газоочистки электропечи | |
| ДСП-60 производства черной металлургии | 4,0-5,0. |
