Асфальтобетонная смесь

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано для устройства верхних слоев дорожных одежд, покрытий тротуаров, мостовых переходов. Технический результат заключается в улучшении основных физико-механических свойств асфальтобетона, увеличении температурного интервала работоспособности битумного вяжущего, а также снижении экологического ущерба за счет утилизации бытовых отходов. Предлагается асфальтобетонная смесь для дорожного строительства, содержащая гранитный щебень фракции 5-20 мм, песок из отсевов дробления гранитного щебня фракции 0,16-5 мм, минеральный порошок, нефтяной вязкий дорожный битум и полимерную добавку к битуму, причем в качестве полимерной добавки использовали предварительно полученный путем совместной термохимической деструкции методом алкоголиза в присутствии глицерина вторичный полиэтилентерефталат в виде измельченных б/у пластиковых бутылок с размерами частиц от 2 до 20 мм при температуре 220-240 °С в воздушной среде при нормальном атмосферном давлении в соотношении ПЭТ:глицерин - 60:40, при следующем соотношении компонентов, мас. %: гранитный щебень фракции 5-20 мм - 40-45; песок из отсевов дробления гранитного щебня фракции 0,16-5 мм - 39-42; вязкий нефтяной дорожный битум - 4-6; указанная полимерная добавка - 4,5-7,0 от массы битума; активированный известняковый минеральный порошок - остальное. 3 табл.

 

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано для устройства верхних слоев дорожных одежд, покрытий тротуаров, мостовых переходов.

В дорожном строительстве широко применяются асфальтобетонные и полимерасфальтобетонные смеси, изготовленные в соответствии с ГОСТ 9128-2013.

Известна дорожная смесь (патент РФ №2458092 С1, МПК С 08 L 95/100, C04B 26/26, C08J 11/00, опубл. 10.08.2011, бюл. №22), включающая битум, полимерную добавку, минеральный наполнитель, состоящий из смеси отработанного проппанта, представляющего собой нефтесодержащий отход гранулированных алюмосиликатных порошков с размером гранул от 0,2 до 2 мм, и регенерированного цеолита с размером фракций 5-20 мм. В качестве полимерной добавки используются измельченные вторичные отходы полиэтилентерефталата.

Недостатками дорожной смеси являются пониженная трещиностойкость (высокие показатели прочности при сжатии при 0°С, R₀) и невысокая водостойкость (k_в) получаемого органоминерального материала.

Известно полимерно-битумное вяжущее (патент РФ №2573012 C1 МПК C08L95/00, C08J11/24, опубл. 20.01.2016), включающее термопластичный полимер и битум, отличающееся тем, что в качестве термопластичного полимера оно содержит полимерную добавку на основе модифицированного полиэтилентерефталата, полученную путем совместной термохимической деструкции вторичного полиэтилентерефталата в присутствии олигопропиленгликоля или глицерина в среде инертного газа (азота), при следующем соотношении компонентов мас.%: полимерная добавка на основе модифицированного полиэтилентерефталата 6-9, битум остальное.

Недостатками данной технологии получения полимерно-битумного вяжущего являются: применение затратной и усложненной технологии приготовления полимерной добавки, включающей использование реактора с мешалкой и проведение термохимической деструкции ПЭТФ в среде инертного газа (азота) при повышенных температурах 240-260°С. олучаемое полимерно-битумное вяжущее хотя и имеет повышенный интервал пластичности в сравнении с товарными битумами, однако обладает недостаточно высокой температурой хрупкости по Фраасу.

Наиболее близкой к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является асфальтобетонная смесь (патент РФ №2262492, C04 В 26/26, опубл. 20.10.2005, бюл. №29) для дорожного строительства, содержащая известняковый щебень фракции 5-20 мм, песок фракции до 5 мм, минеральный порошок, нефтяной вязкий битум и полимерную добавку, в качестве которой используется вторичный полиэтилентерефталат в виде б/у пластиковых бутылок при следующем соотношении компонентов, мас.%: известняковый щебень фракции 5-20 мм - 35-45, нефтяной вязкий битум - 5,0-5,5, минеральный порошок из доломитовых или известняковых пород - 3-8, указанная полимерная добавка - 0,1-0,25 от массы битума, песок фракции до 5 мм -остальное. Введение полиэтилентерефталата позволяет повысить физико-механические свойства битума, улучшить его адгезию к минеральным компонентам и значительно сократить расход вяжущего. Кроме того, данный способ позволяет утилизировать бытовые отходы ПЭТФ.

Недостатками этой смеси являются: невысокие показатели прочности (прочность при сжатии при 20°С, R₂₀) и теплостойкости (прочность при сжатии при 50°С,R₅₀); не соответствующий ГОСТ 9128-2013 показатель прочности при сжатии при 0°С (R₀), что косвенно свидетельствует о недостаточной трещиностойкости материала; низкий коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении (k_вд).

Техническим результатом изобретения является улучшение основных характеристик физико-механических свойств асфальтобетонной смеси, увеличение температурного интервала ее работоспособности, а также снижение экологического ущерба за счет утилизации бытовых отходов - бывших в употреблении пластиковых бутылок из полиэтилентерефталата (ПЭТФ), снижение сложности получения полимерной добавки.

Технический результат достигается тем, что в асфальтобетонной смеси для дорожного строительства, содержащей щебень фракции 5-20 мм, песок фракции до 5 мм, минеральный порошок, нефтяной вязкий дорожный битум и полимерную добавку к битуму, в качестве которой используется вторичный полиэтилентерефталат в виде б/у пластиковых бутылок, используется гранитный щебень фракции 5-20 мм, песок из отсевов дробления гранитного щебня фракции 0,16-5 мм, активированный известняковый минеральный порошок, в качестве полимерной добавки используется предварительно полученный путем совместной термохимической деструкции методом алкоголиза в присутствии глицерина вторичный полиэтилентерефталат в виде измельченных б/у пластиковых бутылок с размерами частиц от 2 мм до 20 мм при температуре 220-240°С в соотношении ПЭТ:глицерин - 60:40, при следующем соотношении компонентов, мас.%: гранитный щебень фракции 5-20 мм - 40-45; песок из отсевов дробления гранитного щебня фракции 0,16-5 мм - 39-42; вязкий нефтяной дорожный битум - 4-6; указанная полимерная добавка - 4,5-7,0 от массы битума; активированный известняковый минеральный порошок - остальное.

Введение в битум полимерной добавки на основе подвергнутого термохимической деструкции вторичного полиэтилентерефталата позволяет увеличить интервал пластичности вяжущего и существенно улучшить основные физико-механические характеристики асфальтобетона (водостойкость, теплостойкость, трещиностойкость) (таблица 1). К тому же, утилизируются бывшие в употреблении пластиковые бутылки, что позволяет улучшить экологическое состояние окружающей среды.

Преимущества предложенной технологии получения полимерно-битумного вяжущего в сравнении с известной следующие: снижение энергопотребления и технологической температуры процесса термохимической деструкции вторичного полиэтилентерефталата в среднем на 20°С; проведение процесса термохимической деструкции в естественной воздушной среде (в отсутствии азота). По своим основным физико-механическим свойствам предлагаемое полимерно-битумное вяжущее выгодно отличается от аналога (таблица 3).

Характеристики исходных материалов:

1. Вторичный полиэтилентерефталат (ГОСТ Р 57057-2016, производства ООО «Передовые экструзионные технологии», Ставропольский край, город Невинномысск) - бывшие в употреблении измельченные пластиковые бутылки с размерами частиц от 2 мм до 20 мм. Полиэтилентерефталат относится к группе алифатически-ароматических полиэфиров. ПЭТФ - это термопластичный материал (плотность в аморфном состоянии 1,335 г/см³, в кристаллическом - 1,42 г/см³ предел прочности при растяжении 172 МПа; модуль упругости при растяжении 1,41⋅104 МПа; относительной удлинение при разрыве 12-55%; температура плавления 250-265°С). В качестве полимерной добавки для битума использовался полиэтилентерефталат из измельченных б/у пластиковых бутылок после термохимической деструкции методом алкоголиза.

2. Глицерин ч.д.а (ГОСТ 6259-75, производства «DuaKuda» Индонезия) с плотностью 1,258 г/см³, массовой долей основного вещества 99,4%.

3. Вяжущее.

В качестве вяжущего использовался битум нефтяной дорожный марки БНД 60/90 производства Саратовского НПЗ. Физико-механические характеристики битума представлены в таблице 3. По физико-механическим показателям исходный битум соответствует требованиям ГОСТ 22245-90.

4. Гранитный щебень фракции 5-20 мм.

В качестве крупного заполнителя использовался щебень из отсевов дробления горных пород производства ГУП СК «Кочубеевский карьер» (Ставропольский край).

5. Песок из отсевов дробления гранитного щебня фракции 0,16-5 мм.

В качестве мелкого заполнителя использовался песок из отсевов дробления горных пород производства ГУП СК «Кочубеевский карьер» (Ставропольский край).

6. Активированный известняковый минеральный порошок.

В качестве наполнителя применялся активированный минеральный порошок производства ЗАО «Известняк» Джегонасского карьера г.Усть-Джегута (Карачаево-Черкесская Республика).

Пример. Для изучения влияния битумного, вяжущего на основе вторичного полиэтилентерефталата на свойства асфальтобетонов, запроектировали составы горячих мелкозернистых асфальтобетонных смесей типа Б марки II. Определение физико-механических характеристик образцов из предложенных асфальтобетонных смесей проводили согласно ГОСТ 12801-98.

С целью обеспечения постоянства гранулометрического состава асфальтобетонных смесей минеральные материалы предварительно рассеивались, а затем из отдельных фракций для каждой партии смеси подбирались минеральные части (таблица 2). Было изготовлено 7 вариантов смесей. Одна с битумом БНД 60/90, остальные 6 - с различным процентным содержанием в битуме предложенной полимерной добавки (4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6.5; 7,0 от массы битума).

Образцы изготавливались следующим образом: в предварительно нагретые до 160°С минеральные материалы (гранитный щебень фракции 5-20 мм, песок из отсевов дробления гранитного щебня фракции 0,16-5 мм, активированный известняковый минеральный порошок) вводилось нагретое до температуры 150°С предложенное битумное вяжущее. Смесь перемешивалась в лопастной лабораторной мешалке при температуре 150-160°С в течение 5 минут до образования однородной массы. После чего изготавливали образцы-цилиндры 71,4×71,4 мм и испытывали согласно ГОСТ 12801-98. Проводился сравнительный анализ полученных результатов. Было установлено, что асфальтобетон предлагаемого состава обладает лучшими физико-механическими характеристиками по сравнению с асфальтобетоном на исходном битуме без добавки и с асфальтобетоном-прототипом. Оптимальные показатели физико-механических свойств зафиксированы при введении полимерной добавки в вяжущее в количестве от 5 до 6% от массы битума. Результаты испытаний сведены в таблицу 1.

Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы. Основными преимуществами предлагаемой асфальтобетонной смеси являются: улучшение качества получаемого асфальтобетона за счет увеличения интервала пластичности полимерно-битумного вяжущего, модифицированного отходами б/у ПЭТФ; снижение битумоемкости смеси; повышение прочности, водо- и теплоустойчивости асфальтобетона. В совокупности вышеперечисленные преимущества будут способствовать увеличению долговечности дорожных покрытий из предлагаемого материала.

Асфальтобетонная смесь для дорожного строительства, содержащая щебень фракции 5-20 мм, песок фракции до 5 мм, минеральный порошок, нефтяной вязкий дорожный битум и полимерную добавку к битуму, в качестве которой используется вторичный полиэтилентерефталат в виде бывших в употреблении пластиковых бутылок, отличающаяся тем, что используется гранитный щебень фракции 5–20 мм, песок из отсевов дробления гранитного щебня фракции 0,16–5 мм, активированный известняковый минеральный порошок, в качестве полимерной добавки используется предварительно полученный путем совместной термохимической деструкции методом алкоголиза в присутствии глицерина вторичный полиэтилентерефталат в виде измельченных бывших в употреблении пластиковых бутылок с размерами частиц от 2 до 20 мм при температуре 220–240 °С в соотношении ПЭТ:глицерин – 60:40, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

гранитный щебень фракции 5–20 мм – 40–45;

песок из отсевов дробления гранитного щебня фракции 0,16–5 мм – 39–42;

вязкий нефтяной дорожный битум – 4–6;

указанная полимерная добавка – 4,5–7,0 от массы битума;

активированный известняковый минеральный порошок – остальное.