способ приготовления цементно-асфальтобетонной смеси и ее состав
Классы МПК: | E01C7/18 из щебня и битуминозного вяжущего материала |
Автор(ы): | Степашов Николай Евгеньевич (RU), Евтушенко Сергей Викторович (RU), Мирошниченко Сергей Иванович (RU) |
Патентообладатель(и): | Общество с ограниченной ответственностью "Белдорстрой" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2010-03-03 публикация патента:
20.12.2011 |
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.
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.%:
щебень | 40-72 |
песок | 26-58 |
портландцемент | 2-14 |
битумная эмульсия (сверх 100%) | 1-5 |
водоцементное соотношение | (без учета |
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.%:
щебень | 40-72 |
песок | 26-58 |
портландцемент | 2-14 |
битумная эмульсия (сверх 100%) | 1-5 |
водоцементное соотношение | (без учета |
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.%:
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 |
В составе цементно-асфальтобетонной смеси в качестве минерального материала может быть использован асфальтогранулят при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Асфальтогранулят | 30-100 |
Щебень и песок | 0-70 |
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.%:
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 |
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 песок | 0-70 |
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 1 | Состав 2 | Состав 3 | Состав 4 | Состав 5 | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
Щебень фракции 5-20 мм | 67 | 40 | 48 | 48 | 48 | 72 |
Песок | 58 | 41,5 | 38 | 38 | 26 | |
Минеральный порошок | 18 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Портландцемент | 15 | 2 | 10,5 | 14 | 14 | 2 |
Битумная эмульсия, сверх 100% | 11 | 1 | 2,5 | 1 | 5 | 5 |
Водоцементное соотношение (без учета воды, присутствующей в битумной эмульсии) | 0,0 | 0,5 | 0,35 | 0,5 | 0,2 | 0,2 |
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 | ||||||
Показатели | Ближайший аналог | Состав 1 | Состав 2 | Состав 3 | Состав 4 | Состав 5 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
Предел прочности при сжатии, t=0°C, t=20°C, t=50°C, МПа: | ||||||
R 0 сж | 12,31 | 3,7 | 13,62 | 14,5 | 12,7 | 9,8 |
R20 сж | 5,65 | 3,15 | 10,94 | 12,9 | 9,1 | 3,5 |
R50 сж | 1,52 | 2,91 | 8,23 | 9,72 | 7,6 | 2,63 |
Предел прочности на растяжении при изгибе R20, МПа | 1,24 | 2,35 | 3,81 | 3,84 | 2,95 | 2,29 |
Средняя плотность, кг/м3 | 2430 | 2340 | 2390 | 2410 | 2420 | 2390 |
Модуль деформации, МПа | 290 | 340 | 960 | 1150 | 790 | 320 |
Коэффициент водостойкости | 0,91 | 0,92 | 0,97 | 0,98 | 0,95 | 0,94 |
Коэффициент длительной водостойкости | 0,78 | 1,01 | 1,03 | 1,04 | 1,01 | 0,95 |
Уменьшение прочности при попеременном замораживании и оттаивании за 50 циклов, % | 14,51 | 12,23 | 8,34 | 7,85 | 9,15 | 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 1 | Состав 2 | Состав 3 | Состав 4 | Состав 5 | Состав 6 | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
Щебень фракции 5-20 мм | 39,2 | 0,0 | 35,0 | 0,0 | 36,2 | 0,0 |
Песок | 29,4 | 0,0 | 25 | 0,0 | 26,5 | 0,0 |
Асфальтогранулят фракции 0-20 мм | 29,4 | 98,0 | 26 | 86 | 26,8 | 89,5 |
Портландцемент | 2,0 | 2,0 | 14 | 14 | 10,5 | 10,5 |
Битумная эмульсия, сверх 100% | 1,0 | 5,0 | 1,0 | 5,0 | 2,5 | 2,5 |
Водоцементное соотношение (без учета воды, присутствующей в битумной эмульсии) | 0,5 | 0,2 | 0,5 | 0,2 | 0,35 | 0,35 |
Таблица 4 | ||||||
Показатели | Состав 1 | Состав 2 | Состав 3 | Состав 4 | Состав 5 | Состав 6 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
Предел прочности при сжатии, t=0°C, t=20°C, t=50°C, МПа: | ||||||
R 0 сж | 3,5 | 3,4 | 12,22 | 11,85 | 12,4 | 12,2 |
R 20 сж | 3,1 | 3,0 | 9,84 | 7,19 | 8,71 | 8,4 |
R50 сж | 2,72 | 2,61 | 7,13 | 4,72 | 7,26 | 6,86 |
Предел прочности на растяжении при изгибе R20, МПа | 2,31 | 2,25 | 3,65 | 3,21 | 2,73 | 2,52 |
Средняя плотность, кг/м3 | 2320 | 2330 | 2370 | 2380 | 2410 | 2400 |
Модуль деформации, МПа | 320 | 330 | 930 | 1150 | 760 | 750 |
Коэффициент водостойкости | 0,91 | 0,92 | 0,95 | 0,98 | 0,94 | 0,93 |
Коэффициент длительной водостойкости | 1,01 | 0,97 | 1,03 | 1,01 | 1,01 | 1,01 |
Уменьшение прочности при попеременном замораживании и оттаивании за 50 циклов, % | 13,15 | 13,23 | 8,74 | 8,85 | 9,76 | 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