Способ образования противогололедного слоя на автомобильной дороге

Способ образования противогололедного слоя на автомобильной дороге

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к автомобильно-дорожной отрасли, для устройства противогололедного слоя на дорожном покрытии.

Известен способ приготовления композиции для устройства верхнего слоя дорожного покрытия с противогололедным эффектом, включающий изготовление асфальтобетонного покрытия на асфальтобетонном заводе путем смешения компонентов с добавкой алкилалкенсиликоната щелочного металла и хлористых солей. Асфальтобетонное покрытие изготовленное по данному способу предотвращает повторное льдообразование при переходе температур через 0°С путем таяния льда и снижает коррозийное действие на металлы (патент №2053971, МПК С 04 В 26/26) - прототип.

Недостатком этого способа является усложнение технологического процесса и высокая стоимость, так как антигололедная добавка изготавливается на специализированном предприятии и затем транспортируется на асфальтобетонный завод, где перемешивается со всем объемом асфальтобетонной смеси и после этого транспортируется в район строительства дороги. Кроме того, композиция работает в узком диапазоне температур, при этом наблюдается коррозионное воздействие на металлы и вредное действие солей на окружающую среду.

Техническая задача заявляемого изобретения - упрощение технологического процесса при изготовлении противогололедного слоя на дорожном покрытии, не обладающим коррозионным воздействием на металлы и работающего при температуре окружающего воздуха до - 20°С.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе, включающем нанесение вещества на асфальтобетонную смесь, в качестве вещества используется кремнеорганический модификатор в виде эмульсии или суспензии, расход которого на 1 м² площади предварительно уложенной на дорожное полотно асфальтобетонной смеси с температурой 80-100°С составляет не менее 0.3-0.5 кг и который характеризуется структурной формулой

где n=3-30 - число звеньев

R - органический радикал (в частности алкил, фенил, алкен)

после нанесения модификатора производится укатка асфальтобетонной смеси.

Использование различных модификаторов в асфальтобетонной смеси для получения анигололедных покрытий в технике широко известно. Известен способ получения противогололедного препарата на основе смеси хлоридов металлов с последующим ее измельчением, причем предварительно смесь хлоридов перед измельчением проплавляют при температуре 680-800°С до достижения однородного состава и охлаждают, а в качестве смеси хлоридов металлов используют отходы магниевого производства (патент №2172331, МПК С 09 К 3/18).

Известен способ приготовления композиции для устройства верхнего слоя дорожного покрытия. Способ осуществляется путем смешения минеральных компонентов черного органического вяжущего и антигололедной добавки. В качестве антигололедной добавки применяют порошкообразную водорастворимую смесь алкил-алкенсиликоната щелочного металла и хлоридов щелочных металлов (патент №2053971, МПК С 04 В 26/26).

Однако такие составы асфальтобетонных смесей получают путем прямого смешения компонентов на асфальтобетонных завода и после этого весь объем смеси используется при строительстве дороги. Смеси оказывают коррозионное воздействие на металлы и пагубное воздействие солей на придорожную полосу.

В заявляемом техническом решении модификатор наносится на уложенное на дорожное полотно асфальтобетонное покрытие с температурой 80-100°С и расходом 0.3-0.5 кг/м², до того как производится укатка катком, при этом происходит химическая прививка, сопровождающаяся образованием химических поперечных связей в структуре полимера, что упрочняет покрытие. Модификатор заполняет все поры и микротрещины. После прокатки катком у покрытия появляется новое свойство, а именно появляется более прочный слой глубиной 1-1.5 см, который вытесняет появление центров кристаллизации льда из покрытия на поверхность асфальто-бетонного покрытия. Для отрыва образовавшегося льда на поверхности покрытия достаточно усилий, которые возникают между шиной и покрытием при движении транспортного средства.

Патентно-информационные исследования не выявили совокупность признаков, которая обеспечивает достигаемый результат, поэтому заявляемое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».

С целью ускорения химической реакции в модификатор, перед его внесением в асфальтобетонную смесь, дополнительно вводят катализатор (органические и неорганические кислоты), инициирующий реакцию полимеризации.

Антикоррозионный эффект обеспечивается отсутствием соли в составе модификатора.

В Таблице 1 приведен состав используемой асфальтобетонной смеси (в строке прототип указан противогололедный компонент, входящий в его состав смеси); в Таблице 2 показаны свойства полученного антигололедного слоя асфальтобетона в сравнении с прототипом; в Таблице 3 приведены результаты экспериментов по сцеплению (адгезии) льда с полученным антигололедным асфальтобетонным слоем в сравнении с прототипом, при расходе реагента 0,5 кг/м² и температуре воздуха от -7°С до -10°С.

Из таблицы 2 следует, что физико-механические свойства полученного противогололедного слоя лучше, чем у необработанного модификатором асфальтобетонного покрытия и прототипа. Заявляемый способ образования противогололедного слоя дорожного покрытия снижает сцепление льда с асфальтобетонным покрытием в 7-8 раз, а прототип в 3-4 раза.

Пример 1.

В качестве органического радикала R используем алкил (-СН₃), число n принимаем равным 30.

В обрабатываемую ячейку, представляющую собой металлическое кольцо диаметром 140 мм и высотой 70 мм (см.чертеж), вносим асфальтобетонную смесь Тип Б, II марки (по ГОСТ 9128-97) нагретую до 100°С. Сверху наносят модификатор в виде раствора с концентрацией основного вещества 30%. Количество модификатора (по основному веществу) составляет 0,5 кг/м². Затем формуют образец асфальтобетонного покрытия под нагрузкой 400 кг/см².

На чертеже представлена установка для определения адгезии льда с образцом асфальтобетонного покрытия: 1 - корпус установки, 2 - кольцо с асфальтобетоном, кольцо со льдом, 4 - динамометр, 5 - червячная передача, 6 - зажим, 7 - лед, 8 - образец асфальтобетонного покрытия, 9 - технический вазелин.

После остывания, сверху на пробу было установлено кольцо диаметром 120 мм и высотой 30 мм, смазанное снизу техническим вазелином для герметичности, в которое была помещена вода. Вода была заморожена при температуре на установке для определения адгезии льда с асфальтобетонным покрытием (см.чертеж), было измерено сдвиговое усилие, необходимое для отрыва льда от образца поверхности асфальта.

По сравнению с холостой пробой (без модификатора) сдвиговое усилие уменьшилось соответственно с 0.95 кг/см² до 0, 11 кг/ см².

Пример 2.

В качестве органического радикала R используем алкен (-СН=СН₂)

Число n принимаем равным 14.

В обрабатываемую ячейку (аналогично примеру 1) вносится образец асфальтобетонной смеси, нагретой до 90°С. Сверху наносится модификатор в количестве 0,4 кг/м².

Условия замораживания и получения льда, как в примере 1.

Температура заморозки -10°С.

Сдвиговая нагрузка, необходимая для отрыва льда от образца асфальтобетонного покрытия, по сравнению с холостой пробой снизилась от 0.95 кг/см² до 0,15 кг/см².

Пример 3.

В качестве органического радикала R используем фенил (Ph).

Число n принимаем равным 3.

В обрабатываемую ячейку (аналогично примеру 1) вносится образец асфальтобетонной смеси, нагретой до 80°С. Сверху наносится модификатор в количестве 0,3 кг/м.

Условия замораживания и получения льда, как в примере 1.

Температура заморозки -10°С.

Сдвиговая нагрузка, необходимая для отрыва льда от образца асфальтобетонного покрытия, по сравнению с холостой пробой снизилась от 0,95 кг/см² до 0,18 кг/см².

При проведении испытаний с уменьшением расхода реагента (<0,3 кг/м²) и снижением температуры (<80°С ), увеличивается сцепление льда с асфальтобетоном, что существенно снижает эффективность антигололедных свойств.

При проведении испытаний с увеличением расхода реагента (>0,5 кг/м²) сцепление льда с асфальтобетоном изменяется незначительно.

Способ осуществляется следующим образом.

На подготовленную дорожную одежду сначала укладывается асфальтобетонная смесь, затем на асфальтобетонную смесь наносится кремнеорганический модификатор в виде эмульсии или суспензии, расход которого на 1 м² площади асфальтобетонной смеси с температурой 80-100°С составляет не менее 0.3-0.5 кг., после этого производится укатка асфальтобетонной смеси катком.

Таблица 1
Состав	Щебень, мас.%	Песок, мас.%	Минеральный порошок, мас.%	Противогололедный компонент, мас.%	Битум, мас.%
Асфальтобетон тип В, марка II	38	52	10	-	6
Прототип	40	48	7	5	7

Пояснение к Таблице 1.

В соответствии со СниП 3.06.03-85 битум не входит основной состав асфальтобетонной смеси, поэтому в Таблице 1 суммарное содержание всех компонентов больше 100%.

Таблица 2
Показатель	ГОСТ 9128-97	Составы
Асфальтобетон без модификатора	Асфальтобетон с модификатором 0,5 кг/м2	Асфальтобетон с модификатором 0.3 кг/м2	прототип
Прочность при 20°С	2,0-2,2	3,8	4.96	4,88	2,5
Коэффициент водостойкости	0.75-0.85	0.87	0.96	0.96	0.91
Водонасыщение	1.5-4.0	3.5	1.36	1.44	1.6

Способ образования противогололедного слоя на автомобильной дороге, включающий нанесение вещества на асфальтобетонную смесь, отличающийся тем, что в качестве вещества используется кремнеорганический модификатор в виде эмульсии или суспензии, расход которого на 1 м² площади предварительно уложенной на дорожное полотно асфальтобетонной смеси с температурой 80-100°С составляет не менее 0.3-0.5 кг, который характеризуется структурной формулой

где n=3-30 - число звеньев

R - органический радикал (в частности алкил, фенил, алкен),

после нанесения модификатора производится укатка асфальтобетонной смеси.