щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь и способ ее получения

Формула изобретения

1. Щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь, включающая щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум и смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки, отличающаяся тем, что дополнительно содержит адгезионную азотсодержащую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:

щебень	65,0-75,0
песок из отсевов дробления	5,0-17,0
минеральный порошок	10,0-20,0
битум	5,5-7,5
резиновый термоэластопласт	0,2-0,6
волокнистая целлюлозная добавка	0,2-0,6
адгезионная азотсодержащая добавка	0,05-0,15,

при этом объемное соотношение резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки составляет соответственно 30-70% и 70-30%.

2. Способ получения щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси по п.1, включающий введение в асфальтосмеситель щебня и песка из отсевов дробления с t=150-195°C и перемешивание, введение ненагретого минерального порошка и перемешивание, введение смеси резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки и перемешивание, введение битума с t=110-165°C и перемешивание, причем после введения минерального порошка и перемешивания вводится смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки в соотношении резиновый термоэластопласт 30-70% по объему, волокнистая целлюлозная добавка 70-30% по объему, при этом смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки получается после введения их раздельно в разделенный на две части приемный бункер линии гранулированных добавок и перемешивания в процессе транспортирования по винтовому конвейеру, а в битум до его подачи в асфальтосмеситель вводится и однородно распределяется в нем адгезионная азотсодержащая добавка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области дорожного строительства, а именно к производству щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, используемых для устройства верхних слоев покрытий автомобильных дорог и аэродромов.

Известна щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь по ГОСТ 31015-2002 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные. Технические условия» с использованием в качестве вяжущего дорожного битума, волокнистой целлюлозной добавки, а также других добавок, способных сорбировать (удерживать) битум при технологических температурах, не оказывая отрицательного воздействия на вяжущее и смеси.

Недостатком данной щебеночно-мастичной смеси является недостаточно высокая прочность при 50°С, невысокие значения коэффициента водостойкости при длительном водонасыщении.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь (ЩМАС) по ОДМ 218.3.001-2006 (ОДМ 218.3.001-2006. Методические рекомендации по применению полимерно-дисперсного армирования асфальтобетонов с использованием резинового термоэластопласта (РТЭП). Издание второе, переработанное. - М.: ФГУП «Информавтодор». - 2006. - 33 с.). Для данной ЩМАС в качестве вяжущего используется битум, а в качестве стабилизирующей (битумоудерживающей) добавки используется РТЭП. Возможно дополнительное введение целлюлозных или других волокнистых стабилизирующих добавок. РТЭП согласно ТУ 5718-001-79259416-2006 представляет собой многокомпонентную композицию на основе полиолефинового полимерного носителя, содержащую дорожный битум.

Недостатком указанной ЩМАС с добавкой РТЭП является недостаточная устойчивость к расслаиванию в процессе транспортирования и загрузки-выгрузки, определяемая по показателю отекания вяжущего в соответствии с ГОСТ 31015-2002. После введения в ЩМАС дополнительно к РТЭП волокнистых стабилизирующих добавок показатель отекания соответствует требованиям ГОСТ 31015-2002, но однородность ЩМАС, оцениваемая по коэффициенту вариации показателя предела прочности при сжатии при температуре 50°С и по значениям средней плотности становится низким, что снижает длительную водостойкость и долговечность покрытия из щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА).

Предполагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в увеличении однородности ЩМАС и ЩМА, его длительной водостойкости и долговечности.

Технический результат достигается введением в ЩМАС адгезионной азотсодержащей добавки. Отличие предлагаемой ЩМАС состоит в том, что смесь, включающая щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум и смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки, дополнительно содержит адгезионную азотсодержащую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:

щебень	65,0-75,0
песок из отсевов дробления	5,0-17,0
минеральный порошок	10,0-20,0
битум	5,5-7,5
резиновый термоэластопласт	0,2-0,6
волокнистая целлюлозная добавка	0,2-0,6
адгезионная азотсодержащая добавка	0,05-0,15,

при этом объемное соотношение резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки составляет соответственно 30-70% и 70-30%.

Введение адгезионной азотсодержащей добавки позволяет улучшить однородность распределения в битуме РТЭП и волокнистой целлюлозной добавки, получить более однородные битумные пленки и более однородную структуру ЩМАС и ЩМА.

Под адгезионной азотсодержащей добавкой подразумевается добавка, улучшающая сцепление битума с кислыми горными породами, которая имеет в своем составе катионактивные азотсодержащие поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые содержат амиды, амины, диамины, полиамины, четвертичные аммониевые соединения, амидоамины, имидазолины и их производные, а также смеси этих соединений и т.п.

Введение адгезионной азотсодержащей добавки в битум изменяет растворяющую способность углеводородной дисперсионной среды битумной дисперсной системы. Молекулы и мицеллы азотсодержащих ПАВ частично адсорбируются на поверхности дисперсных битумных частиц (асфальтенов и их ассоциатов), частично находятся в углеводородной дисперсионной среде. В процессе перемешивания РТЭП и волокнистой целлюлозной добавки с битумом часть молекул и мицелл азотсодержащих ПАВ, а также битумные частицы с адсорбированным слоем ПАВ будут адсорбироваться на поверхности надмолекулярных структур полимерных компонентов РТЭП и на поверхности волокон целлюлозной стабилизирующей (битумоудерживающей) добавки, блокируя полярные группы, что приведет к уменьшению межмолекулярного взаимодействия и облегчит распределение полимерных компонентов РТЭП и волокон в битуме.

Технический результат достигается также способом получения щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси, который включает введение в асфальтосмеситель щебня и песка из отсевов дробления с t=150-195°С и перемешивание, введение ненагретого минерального порошка и перемешивание, введение смеси резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки и перемешивание, введение битума с t=110-165°C и перемешивание, причем после введения минерального порошка и перемешивания вводится смесь резинового термоэластопласта и волокнистой целлюлозной добавки в соотношении резиновый термоэластопласт - 30-70% по объему, волокнистая целлюлозная добавка - 70-30% по объему, при этом смесь РТЭП и волокнистой целлюлозной добавки получается после введения их раздельно в разделенный на две части приемный бункер линии гранулированных добавок и перемешивания в процессе транспортирования по винтовому конвейеру, а в битум до его подачи в асфальтосмеситель вводится и однородно распределяется в нем адгезионная азотсодержащая добавка.

Проведены испытания ЩМАС с использованием предлагаемого соотношения компонентов и предлагаемого способа получения ЩМАС.

Для приготовления щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси ЩМАС-15 использовался гранитный щебень фр. 5-10 мм и фр. 10-15 мм, гранитный отсев от дробления горных пород, известняковый минеральный порошок. Гранулометрический состав минеральных материалов приведен в таблице 1.

Таблица 1
Гранулометрический состав минеральных материалов
	Наименование материалов	Зерновой состав (остатки на сите с отверстием, мм), в % по массе
№ п/п	15	10	5	2,5	1,25	0,63	0,315	0,16	0,071	менее 0,071
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	Щебень гранит. фр. 10-15 мм ОАО «Гайворонский спецкарьер»	1,6	95,2	2,8	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,4
2	Щебень гранита. фр. 5-10 мм ОАО «Гайворонский спецкарьер»		0,6	94,8	4,0	0,1	0,0	0,0	0,0	0,0	0,5
3	Отсев гранит. ОАО «Павловскгранит»		0,9	4,4	24,8	11,4	15,2	11,9	9,2	8,2	14,0
4	Минеральный порошок ОАО «Гурово-бетон»						0,1	0,4	9,3	12,7	77,5

В качестве вяжущего использовался вязкий дорожный битум БНД 60/90 по ГОСТ 22245-90. Состав минеральной части ЩМАС-15 следующий; мас.%: щебень фр. 10-15 мм - 56, щебень фр. 5-10 мм - 18, отсев фр. 0-5 мм - 13, минеральный порошок - 13. Оптимальное количество битума в смеси составляло 6% от массы минеральной части смеси. Содержание каждой гранулированной добавки РТЭП и Viatop 66 в ЩМАС-15 составляло 0,42% от массы минеральной части, а содержание адгезионной добавки «АМДОР-10» составляло 1,5% от массы битума.

Гранулированная добавка РТЭП соответствовала требованиям ТУ 5718-001-79259416-2006, гранулированная волокнистая целлюлозная добавка Viatop 66 соответствовала требованиям ГОСТ 31015-2002 и ТУ 5718-001-18268513-01, а адгезионная азотсодержащая добавка «АМДОР-10» соответствовала требованиям ТУ 0257-003-35475596-96. Показатели свойств добавки приведены в таблице 2.

Таблица 2
Показатели свойств адгезионной азотсодержащей добавки «АМДОР-10»
№ п/п	Наименование показателей	Требования по ТУ	Результаты испытаний
1	2	3	4
1	Внешний вид	Вязкая жидкость коричневого цвета	Вязкая жидкость коричневого цвета
2	Сцепление с минеральным материалом битума, содержащего 0,4% добавки	Не хуже контрольного образца № 1	Соответствует контрольному образцу № 1
3	Кислотное число, мг КОН/г добавки, не более	15	9,0
4	Массовая доля воды, не более	2,0	Отсутствует вода
5	Температура текучести, °С, не более	10	7
6	Аминное число, г HCl с массовой долей 100% на 100 г добавки, не менее	20,0	26,1

ЩМАС-15 была получена с использованием лабораторного смесителя, а также на асфальтосмесительной установке периодического действия с двухвальным лопастным смесителем, оборудованной линией подачи гранулированных добавок.

Пример 1. Приготовление ЩМАС-15 с использованием лабораторного смесителя производилось следующим образом. Отдозированные компоненты смеси, за исключением минерального порошка и добавок, нагревались до требуемых температур: щебень и отсев до t=165°C, битум до t=155°C. Внутренняя поверхность лабораторного смесителя прогревалась до температуры 155°С.

Для получения ЩМАС № 1 щебень и отсев загружали вручную в смеситель и перемешивали, далее загружали минеральный порошок и перемешивали, вводили добавку РТЭП и перемешивали 30 секунд, затем вводили битум и перемешивание продолжалось в течение 3 минут до образования однородной смеси. Общее время перемешивания составляло 4,5 минут.

При получении ЩМАС № 2 в состав ЩМАС № 1 одновременно с добавкой РТЭП вводилась дополнительно добавка Viatop 66. Последовательность введения компонентов, температурный режим и время перемешивания было аналогично ЩМАС № 1.

При получении ЩМАС № 3 использовался состав ЩМАС № 2 с изменением, а именно: в разогретый до t=155°C битум добавлялось предварительно требуемое количество добавки «АМДОР-10». Последовательность введения компонентов, температурный режим и время перемешивания были аналогичны составам ЩМАС № 1 и ЩМАС № 2.

Образцы из ЩМАС-15 были изготовлены в соответствии с ГОСТ 12801-98. Испытание образцов проводилось по ГОСТ 12801-98 и ГОСТ 31015-2002. Результаты испытаний образцов приведены в таблице 3.

Таблица 3
Показатели физико-механических свойств ЩМАС
№ п/п	Наименование показателей	Значения показателей
для ЩМАС № 1	для ЩМАС № 2	для ЩМАС № 3	По ОДМ 218.3.001-2006
1	2	3	4	5	6
1	Средняя плотность, г/см 2	2,50	2,49	2,49	-
2	Водонасыщение, % по объему	1,87	2,84	2,70	1,0-4,0
3	Пористость минеральной части, %	16,45	16,78	16,30	15-19
4	Остаточная пористость, %	3,20	3,60	3,40	1,5-4,5
5	Предел прочности при сжатии, МПа
при температуре 20°С	3,30	3,43	3,60	не менее 2,7
при температуре 50°С	1,29	1,00	1,27	не менее 0,75
6	Сдвигоустойчивость: коэффициент внутреннего трения	0,93	0,94	0,94	не менее 0,93
сцепление при сдвиге при температуре 50°С, МПа	0,26	0,31	0,30	не менее 0,22
7	Трещиностойкость - предел прочности на растяжение при расколе при температуре 0°С, МПа	4,6	4,0	3,8	2,5-6,0
8	Водостойкость при длительном водонасыщении	0,94	0,98	1,02	не менее 0,85
9	Стекание вяжущего, % по массе	2,69	0,13	0,11	не более 0,3
10	Однородность смеси: коэффициент вариации предела прочности при сжатии при температуре 50°С, МПа	0,16	0,18	0,13	не более 0,16
11	Расхождение по значениям средней плотности	0,03	0,04	0,02	не более 0,03 г/см2

Из данных таблицы 3 следует, что стекание вяжущего для ЩМАС № 1 с добавкой РТЭП значительно превосходит допустимые значения. Введение в эту смесь добавки Viatop 66 (ЩМАС № 2) приводит к снижению показателя стекания до допустимых пределов и увеличению водостойкости при длительном водонасыщении. Введение в ЩМАС № 2 добавки «АМДОР-10» приводит к увеличению водостойкости при длительном водонасыщении и незначительному снижению показателя стекания вяжущего. Однородность смеси ЩМАС № 1 снижается при введении в нее добавки Viatop-66 (смесь ЩМАС № 2). Введение добавки «АМДОР-10» позволяет повысить однородность ЩМАС № 3 по сравнению со смесями ЩМАС № 1 и ЩМАС № 2.

Пример 2. ЩМАС № 1 (см. пример 1) приготавливали в асфальтосмесительной установке, оборудованной линией подачи в смеситель гранулированных стабилизирующих добавок. Отдозированные щебеночные и песчаные фракции с температурой 165°С подавались в смеситель, туда же поступал отдозированный минеральный порошок, перемешивание продолжалось 3 секунды. РТЭП через приемный бункер и питатель транспортировался по винтовому конвейеру и после дозирования поступал в смеситель. Перемешивание минеральной части смеси с РТЭП продолжалось 7 секунд. Затем в смеситель подавалась отдозированная порция битума с температурой 155°С и перемешивание продолжалось 30 секунд. Готовая ЩМАС № 1 выгружалась из смесителя и из нее формовались образцы по ГОСТ 12801-98, определялось стекание, водостойкость при длительном водонасыщении, однородность смеси.

При получении ЩМАС № 2 (см. пример 1) в асфальтосмесительной установке РТЭП и Viatop 66 подавались и дозировались раздельно в две секции приемного бункера линии гранулированных добавок, перемешивались в процессе транспортирования по винтовому конвейеру. Последовательность введения компонентов, температурный режим и время перемешивания аналогично ЩМАС № 1. Готовая ЩМАС № 2 выгружалась из смесителя и из нее формовались образцы, определялось стекание, водостойкость при длительном водонасыщении, однородность смеси.

ЩМАС № 3 (см. пример № 1) в асфальтосмесительной установке приготавливалась также, как ЩМАС № 2 с изменением, а именно: в расходную битумную емкость добавлялось предварительно требуемое количество добавки «АМДОР-10» и распределялось в битуме насосом-смесителем в течение 30 минут до однородного состояния. Последовательность введения компонентов, температурный режим и время перемешивания были аналогичны приготовлению составов ЩМАС № 1 и № 2. Готовая ЩМАС № 3 выгружалась из смесителя, и из нее формовались образцы по ГОСТ 12801-98, определялось стекание, водостойкость при длительном водонасыщении, однородность смеси.

Результаты определения стекания, длительной водостойкости и однородности приведены в таблице 4.

Таблица 4
Показатели стекания, длительной водостойкости и однородности ЩМАС
№ п/п	Наименование показателей	Значение показателей
для ЩМАС № 1	для ЩМАС № 2	для ЩМАС № 3	по ОДМ 218.3.001-2006
1	2	3	4	5	6
1	Стекание вяжущего, % по массе	1,94	0,15	0,13	не более 0,3
2	Водостойкость при длительном водонасыщении	0,96	0,99	1,1	не менее 0,85
3	Однородность смеси: коэффициент вариации предела прочности при сжатии при температуре 50°С	0,16	0,19	0,14	не более 0,16
4	Расхождение по значениям средней плотности	0,03	0,04	0,01	не более 0,03 г/см3

Из данных таблицы 4 следует, что стекание вяжущего для ЩМАС № 1 с добавкой РТЭП значительно превосходит допустимые значения. Введение в эту смесь добавки Viatop 66 (ЩМАС № 2) приводит к снижению показателя стекания до допустимых пределов и увеличению водостойкости при длительном водонасыщении. Введение в ЩМАС № 2 добавки «АМДОР-10» приводит к увеличению водостойкости при длительном водонасыщении, стекание вяжущего незначительно снижается. Однородность смеси ЩМАС № 1 снижается при введении в нее добавки Viatop 66 (смесь ЩМАС № 2). Введение добавки «АМДОР-10» позволяет повысить однородность ЩМАС № 3 по сравнению со смесями ЩМАС № 1 и ЩМАС № 2.