способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав

Классы МПК:E01C7/18 из щебня и битуминозного вяжущего материала 
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Общество с ограниченной ответственностью "Белдорстрой" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2010-03-03
публикация патента:

Изобретение относится к технологии приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее составу и может быть использовано для дорожного строительства. В способе приготовления цементно-асфальтобетонной смеси в качестве минерального материала использован щебень и песок, а смешение осуществляется в две стадии: на первой стадии раздельно друг от друга приготовляют черный щебень и цементно-песчаный раствор, при этом черный щебень приготовляют посредством перемешивания щебня с битумной эмульсией, а цементно-песчаный раствор приготовляют посредством смешивания песка, портландцемента и воды, а на второй стадии смешивают приготовленные черный щебень с цементно-песчаным раствором и получают смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%: щебень 40-72, песок 26-58, портландцемент 2-14, битумная эмульсия (сверх 100%) 1-5, водоцементное соотношение (без учета воды, присутствующей в битумной эмульсии) 0,2-0,5. Охарактеризован состав цементно-асфальтобетонной смеси. Технический результат: снижение количества комплексного вяжущего при улучшении физико-механических показателей получаемого материала: повышение водостойкости и длительной водостойкости, сопротивляемости попеременному замораживанию и оттаиванию, повышение модуля деформации и прочности. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл.

способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888

Формула изобретения

1. Способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси, включающий смешение минерального материала с битумной эмульсией, портландцементом и водой, отличающийся тем, что в качестве минерального материала использован щебень и песок, а смешение осуществляется в две стадии: на первой стадии раздельно друг от друга приготовляют черный щебень и цементно-песчаный раствор, при этом черный щебень приготовляют посредством перемешивания щебня с битумной эмульсией, а цементно-песчаный раствор приготовляют посредством смешивания песка, портландцемента и воды, а на второй стадии смешивают приготовленные черный щебень с цементно-песчаным раствором и получают смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

щебень40-72
песок 26-58
портландцемент 2-14
битумная эмульсия (сверх 100%) 1-5
водоцементное соотношение(без учета
способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888 0,2-0,5 воды, присутствующей в битумной эмульсии)

2. Состав цементно-асфальтобетонной смеси, приготавливаемый двухстадийным способом и включающий щебень, песок, битумную эмульсию, воду и портландцемент, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

щебень40-72
песок 26-58
портландцемент 2-14
битумная эмульсия (сверх 100%) 1-5
водоцементное соотношение(без учета
способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888 0,2-0,5 воды, присутствующей в битумной эмульсии)

3. Состав цементно-асфальтобетонной смеси по п.2, отличающийся тем, что используют щебень фракции 5-20 мм и песок.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится к технологии приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее составу и может быть использовано для дорожного строительства.

Предшествующий уровень техники

Известен способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси (ближайший аналог - авторское свидетельство № 193562, кл. E01C 7/18, публ. 13.03.1967. Бюл.7) и ее состав, включающий минеральный материал, битумную эмульсию, воду и портландцемент. В процессе приготовления цементно-асфальтобетонной смеси в заполнители вводят битумную эмульсию в количестве 7-11% свыше 100% общего веса сухих составляющих цементно-асфальтобетонной смеси, а затем в полученную смесь вводят портландцемент в количестве 7-15% от веса сухих составляющих цементно-асфальтобетонной смеси.

Недостатками известного способа приготовления и состава цементно-асфальтобетонной смеси являются: большое количество комплексного вяжущего - битумной эмульсии и портландцемента, что увеличивает себестоимость продукции; низкие физико-механические показатели, выраженные в недостаточной прочности покрытия из цементно-асфальтобетонной смеси.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения направлена на обеспечение эффективного процесса получения цементно-асфальтобетонной смеси с повышенными физико-механическими свойствами.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного способа и состава, заключается в снижении количества комплексного вяжущего; в улучшении физико-механических показателей цементно-асфальтобетонной смеси, в частности в повышении водостойкости и длительной водостойкости; в повышении сопротивляемости материала попеременному замораживанию и оттаиванию; в повышении модуля деформации и прочности.

Технический результат достигается тем, что в способе приготовления цементно-асфальтобетонной смеси, включающем смешение минерального материала с битумной эмульсией, портландцементом и водой, смешение осуществляется в две стадии: на первой стадии раздельно приготовляют черный щебень с использованием битумной эмульсии в количестве 1-5% свыше 100% от общего веса сухих составляющих, и цементно-песчаный раствор с применением портландцемента в количестве 2-14% от веса сухих составляющих и водой при водоцементном соотношении 0,2-0,5, а на второй стадии смешивают приготовленные черный щебень с цементно-песчанным раствором.

Также технический результат достигается тем, что в составе цементно-асфальтобетонной смеси, включающей минеральный материал, битумную эмульсию, воду и портландцемент, в качестве минерального материала используют щебень и песок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Щебень40-72
Песок 26-58
Портландцемент 2-14
Битумная эмульсия (сверх 100%) 1-5
Водоцементное соотношение (без учета воды, способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888
присутствующей в битумной эмульсии) 0,2-0,5

В составе цементно-асфальтобетонной смеси в качестве минерального материала может быть использован асфальтогранулят при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Асфальтогранулят 30-100
Щебень и песок0-70

В составе цементно-асфальтобетонной смеси может быть использован щебень фракции 5-20 мм и песок.

Сущность технического решения, а именно способа приготовления цементно-асфальтобетонной смеси поясняется технологической схемой.

Материал, полученный из цементно-асфальтобетонной смеси, представляет собой скелет из мелких частиц минерального материала (песка), соединенных цементным вяжущим, и непрерывного кластера из битумного связующего на поверхности частиц крупного минерального заполнителя (щебня). Структурообразование в нем протекает в трех направлениях:

а) образование связей при уплотнении между частицами крупного заполнителя благодаря адсорбирующимся на них битумным слоям (после распада эмульсии);

б) образование структурных связей в цементно-песчаном растворе, который заполняет пространство между крупным заполнителем и создает объемный скелет, что повышает прочность материала, которая в меньшей мере (по сравнению с ближайшим аналогом) зависит от температуры;

в) образование структурных связей на поверхности крупного заполнителя, имеющего битумную пленку (после распада эмульсии), с цементно-песчаным раствором.

На технологической схеме представлен предлагаемый способ приготовления цементно-асфальтобетоной смеси.

В качестве минерального материала использован щебень и песок. Из технологической схемы видно, что на первой стадии раздельно друг от друга приготовляются черный щебень и цементно-песчаный раствор. Черный щебень приготовляется следующим образом: щебень из расходного бункера дозируется и поступает в первую смесительную установку, куда подается битумная эмульсия в количестве 1-5% свыше 100% от общего веса всех сухих составляющих - указанные компоненты перемешиваются. Цементно-песчанный раствор приготовляется следующим образом: песок из расходного бункера дозируется и поступает во вторую смесительную установку, куда подается портландцемент в количестве 2-14% от веса сухих составляющих и вода при водоцементном соотношении 0,2-0,5 без учета воды, присутствующей в битумной эмульсии, - указанные компоненты перемешиваются. На второй стадии предлагаемого способа приготовленный черный щебень вводится во вторую смесительную установку и перемешивается до однородной массы с приготовленным цементно-песчанным раствором. Необходимо предусмотреть, чтобы производительность второй смесительной установки была примерно в 2 раза выше, чем производительность первой смесительной установки, так как в ней происходит смешение большего количества материала (и черного щебня, и цементно-песчанного раствора). После этого приготовленная цементно-асфальтобетонная смесь должна быть доставлена на объект строительства, распределена и уплотнена. При этом все эти операции должны быть выполнены до начала момента схватывания портландцемента по ГОСТ 31108-2003.

Состав цементно-асфальтобетонной смеси, приготавливаемой вышеописанным способом, включает в себя минеральный материал, битумную эмульсию, воду и портландцемент, при этом в качестве минерального материала используют щебень и песок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Щебень40-72
Песок 26-58
Портландцемент 2-14
Битумная эмульсия (сверх 100%) 1-5
Водоцементное соотношение (без учета способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888
воды, присутствующей в битумной эмульсии) 0,2-0,5

С целью утилизации ранее использованного дорожного покрытия в качестве минерального материала может быть использован асфальтогранулят, щебень и песок при следующем соотношении, мас.%:

Асфальтогранулят 30-100
Щебень и песок0-70

Асфальтогранулят - вторичное сырье, получаемое при переработке ранее использованного дорожного покрытия.

Для получения цементно-асфальтобетонной смеси, используемой в качестве верхних слоев дорожного покрытия, желательно использовать щебень фракции 5-20 мм и песок.

Для экспериментальной проверки способа приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состава были подготовлены пять составов цементно-асфальтобетонной смеси (см. таблицу № 1); сравнение проводили с ранее указанным ближайшим аналогом (см. авторское свидетельство № 193562), состав которого взяли в пределах, указанных в его описании, при этом в качестве заполнителя или минерального зернистого материала, указанного в ближайшем аналоге, была взята смесь щебня и песка.

Таблица 1
Наименование компонента Количество, % по массе
Ближайший аналог Состав 1Состав 2Состав 3 Состав 4Состав 5
1 2 34 56 7
Щебень фракции 5-20 мм 6740 4848 4872
Песок 5841,5 3838 26
Минеральный порошок18 00 00 0
Портландцемент 15 210,5 1414 2
Битумная эмульсия, сверх 100% 111 2,51 55
Водоцементное соотношение (без учета воды, присутствующей в битумной эмульсии) 0,00,5 0,350,5 0,20,2

Физико-механические свойства определяли на цилиндрических образцах диаметром 71 мм, получаемых уплотнением смеси в стальной форме под давлением 40 МПа, и на образцах-балочках размером 100×100×400 мм. Формы и методика изготовления образцов соответствуют ГОСТ 12801-98. Изготовленные образцы выдерживались 26 суток в камере воздушно-влажного хранения, а затем 2 суток в воде - с погружением образцов в воду на 1/3 высоты в первые сутки и полным погружением во вторые сутки. После этого образцы испытывали на сжатие при различных температурах и на растяжение при изгибе по методикам ГОСТ 12801-98. Коэффициент водостойкости и длительной водостойкости цементно-асфальтобетона определяли на образцах после твердения в течение 28 суток в нормальных для цементобетона условиях по методике ГОСТ 12801-98.

Сравнительные физико-механические свойства материалов, полученных в результате испытаний, представлены в таблице 2.

Таблица 2
ПоказателиБлижайший аналогСостав 1 Состав 2 Состав 3Состав 4Состав 5
1 23 45 67
Предел прочности при сжатии, t=0°C, t=20°C, t=50°C, МПа: способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888 способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888 способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888 способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888 способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888 способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888
R 0способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888 сж 12,313,7 13,6214,5 12,79,8
R20способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888 сж 5,653,15 10,9412,9 9,13,5
R50способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888 сж 1,522,91 8,239,72 7,62,63
Предел прочности на растяжении при изгибе R20, МПа 1,242,35 3,813,84 2,952,29
Средняя плотность, кг/м3 24302340 23902410 24202390
Модуль деформации, МПа290 340960 1150790 320
Коэффициент водостойкости0,91 0,92 0,970,98 0,950,94
Коэффициент длительной водостойкости0,78 1,01 1,031,04 1,010,95
Уменьшение прочности при попеременном замораживании и оттаивании за 50 циклов, % 14,51 12,238,34 7,859,15 12,1

С целью утилизации ранее использованного дорожного покрытия в состав цементно-асфальтобетонной смеси в качестве минерального материала может быть дополнительно введен асфальтогранулят. Полученные составы смесей отражены в таблице 3, а физико-механические свойства, полученные в результате испытаний этих материалов, представлены в таблице 4.

Таблица 3
Наименование компонента Количество, % по массе
Состав 1Состав 2Состав 3 Состав 4Состав 5Состав 6
1 23 45 67
Щебень фракции 5-20 мм 39,2 0,035,0 0,036,2 0,0
Песок 29,4 0,025 0,026,5 0,0
Асфальтогранулят фракции 0-20 мм 29,498,0 2686 26,889,5
Портландцемент 2,0 2,014 1410,5 10,5
Битумная эмульсия, сверх 100% 1,05,0 1,05,0 2,52,5
Водоцементное соотношение (без учета воды, присутствующей в битумной эмульсии) 0,50,2 0,50,2 0,350,35

Таблица 4
ПоказателиСостав 1Состав 2 Состав 3Состав 4Состав 5 Состав 6
12 34 56 7
Предел прочности при сжатии, t=0°C, t=20°C, t=50°C, МПа: способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888 способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888 способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888 способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888 способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888 способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888
R 0способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888 сж 3,53,4 12,2211,85 12,4 12,2
R 20способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888 сж 3,13,0 9,847,19 8,718,4
R50способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав, патент № 2436888 сж 2,722,61 7,134,72 7,266,86
Предел прочности на растяжении при изгибе R20, МПа 2,312,25 3,653,21 2,732,52
Средняя плотность, кг/м3 23202330 23702380 24102400
Модуль деформации, МПа320 330930 1150760 750
Коэффициент водостойкости0,91 0,92 0,950,98 0,940,93
Коэффициент длительной водостойкости1,01 0,97 1,031,01 1,011,01
Уменьшение прочности при попеременном замораживании и оттаивании за 50 циклов, % 13,15 13,238,74 8,859,76 10,05

Использование предложенного состава и способа приготовления цементно-асфальтобетонной смеси обеспечивает по сравнению с существующими способами и составами, в частности с ближайшим аналогом, следующие преимущества: уменьшено количество комплексного вяжущего; повысились водостойкость и длительная водостойкость, сопротивляемость материала попеременному замораживанию и оттаиванию; увеличились модуль деформации, прочность на растяжение при изгибе и прочность материала при высоких эксплуатационных температурах, в частности при температуре 50°C прочность образцов цементно-асфальтобетона по сравнению с ближайшим аналогом возросла до 2,61-9,72 МПа. Модуль деформации полученного дорожного покрытия занимает промежуточное значение между асфальтобетоном и цементобетоном. Его деформативность выше деформативности цементобетона более чем в 10 раз, поэтому толщины слоев заявленного дорожного покрытия могут значительно уменьшиться, что снизит материалоемкость и финансовые затраты.

Предлагаемый способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав являются простыми по исполнению, технологичными, позволяют утилизировать ранее использованное дорожное покрытие и получить дорожное покрытие повышенной прочности и долговечности со значительным экономическим эффектом.

Класс E01C7/18 из щебня и битуминозного вяжущего материала 

дорожная одежда -  патент 2504612 (20.01.2014)
модификаторы адгезии и когезии для асфальта -  патент 2489462 (10.08.2013)
способ теплой регенерации асфальтобетона (варианты) -  патент 2482085 (20.05.2013)
способ холодной регенерации асфальтобетонных слоев дорожной одежды -  патент 2441961 (10.02.2012)
способ устройства или ремонта дорожного покрытия и способ ремонта дорожного покрытия с колеями -  патент 2369679 (10.10.2009)
способ усиления дорожной одежды -  патент 2365698 (27.08.2009)
способ упрочнения и гидроизоляции дорожного покрытия (варианты) -  патент 2347031 (20.02.2009)
дорожная одежда -  патент 2332535 (27.08.2008)
способ холодной регенерации слоев дорожной одежды -  патент 2331728 (20.08.2008)
способ устройства дорожного покрытия -  патент 2318947 (10.03.2008)
Наверх