Щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь и способ ее получения

Щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь и способ ее получения

Реферат

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 (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 стекания вяжущего в соответствии с ГОСТ 31015-2002.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь (ЩМАС) по СТО 61595504-003-2010 (СТО 61595504-003-2010 «Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон с применением композиционного материала «УНИРЕМ-001». Технические условия»). Для данной ЩМАС в качестве вяжущего используется битум, а в качестве стабилизирующей (битумоудерживающей) добавки используется композиционный материал УНИРЕМ-001. УНИРЕМ-001 согласно СТО 61595504-003-2010 представляет собой композиционный материал на основе активного резинового порошка, получаемого методом высокотемпературного сдвигового измельчения. Сырьем для УНИРЕМ-001 является резиновый порошок, получаемый при утилизации изношенных автомобильных шин или отходов резино-технических изделий, а также стабилизирующая добавка, гелеобразователь, адгезив и сшивающий агент.

Недостатком указанной ЩМАС с добавкой УНИРЕМ-001 является недостаточная устойчивость к расслаиванию в процессе транспортирования и загрузки-выгрузки, определяемая по показателю стекания вяжущего в соответствии с ГОСТ 31015-2002.

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

Технический результат достигается введением в ЩМАС волокнистой добавки и адгезионной азотсодержащей добавки. Отличие предлагаемой ЩМАС состоит в том, что смесь, включающая щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум и композиционный материал УНИРЕМ-001, дополнительно содержит волокнистую добавку и 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
композиционный материал «УНИРЕМ-001»	0,3-0,7
волокнистая добавка	0,2-0,6
адгезионная азотсодержащая добавка	0,05-0,15,

при этом объемное соотношение композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки составляет соответственно 30-70% и 70-30%.

Введение в ЩМАС волокнистых стабилизирующих добавок позволяет получить значения показателя стекания, соответствующие требованиям ГОСТ 31015-2002, а введение адгезионной азотсодержащей добавки позволяет улучшить однородность распределения в битуме УНИРЕМ-001 и волокнистой 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 содержит катионактивные азотсодержащие ПАВ, содержащие 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 УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки с битумом часть молекул и мицелл азотсодержащих ПАВ, а также битумные частицы с адсорбированным слоем ПАВ будет адсорбироваться на поверхности резиновых частиц УНИРЕМ-001 и на поверхности волокон стабилизирующей (битумоудерживающей) добавки, блокируя полярные группы, что приведет к уменьшению межмолекулярного взаимодействия и облегчит распределение резиновых частиц УНИРЕМ-001 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°C и перемешивание, введение ненагретого минерального порошка и перемешивание, введение битума с t=110-165°C и перемешивание, причем после введения минерального порошка и перемешивания вводится смесь композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки в соотношении композиционный материал УНИРЕМ-001 - 30-70% по объему, волокнистая добавка - 70-30% по объему, при этом смесь УНИРЕМ-001 и волокнистой 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. 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 в ЩМАС-15 добавок УНИРЕМ-001 составляло 0,62%, Viatop 66 - 0,42% от массы минеральной части, а содержание адгезионных добавок АМДОР-10, СОНДОР А и Ветфикс BE составляло 1,5% от массы битума.

Композиционный материал УНИРЕМ-001 соответствовал СТО 61595504-001-2010. Показатели свойств материала приведены в таблице 2. Гранулированная волокнистая целлюлозная добавка Viatop 66 соответствовала требованиям ГОСТ 31015-2002 и ТУ 5718-001-18268513-01. Адгезионная азотсодержащая добавка АМДОР-10 является композицией аминопроизводных различного строения и соответствовала требованиям ТУ 0257-003-35475596-96. Показатели свойств добавки приведены в таблице 3. Адгезионная азотсодержащая добавка СОНДОР А в качестве активных компонентов содержит амины, амидоамины и имидазолины и соответствовала требованиям ТУ 0257-033-00151816-2006. Показатели свойств добавки приведены в таблице 4. Адгезионная азотсодержащая добавка Ветфикс BE на основе полиаминов соответствовала требованиям компании AkzoNobel. Показатели свойств добавки приведены в таблице 5.

Таблица 1
Гранулометрический состав минеральных материалов
№ п/п		Зерновой состав (остатки на сите с отверстием, мм), в % по массе
Наименование материалов	15	10	5	2,5	1,25	0,63	0,315	0,16	0,071	менее 0,071
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

Таблица 2
Показатели свойств композиционного материала УНИРЕМ-001
№ п/п	Наименование показателей	Требования по ТУ	Результаты испытаний
1	Размер частиц, мм	остаток на сите 0,9 мм, не более 2%	1
2	Индекс агломерации, баллы	не менее 8	9
3	Насыпная плотность, г/см3	0,47±0,05	0,49
4	Влажность, %	не более 8	2

Таблица 3
Показатели свойств адгезионной азотсодержащей добавки АМДОР-10
№ п/п	Наименование показателей	Требования по ТУ	Результаты испытаний
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

Таблица 4
Показатели свойств адгезионной азотсодержащей добавки СОНДОР А
№ п/п	Наименование показателей	Требования по ТУ	Результаты испытаний
1	Внешний вид	Маслянистая жидкость от желтого до темно-коричневого цвета	Маслянистая жидкость коричневого цвета
2	Сцепление битума с мокрым песком при содержании добавки 0,3 мас.%	по №1	по №1
3	Щелочное число, мг КОН/г, в пределах	400-600	566,29
4	Температура вспышки в открытом тигле, °С, не ниже	200	231

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

Таблица 5
Показатели свойств адгезионной азотсодержащей добавки Ветфикс BE
№ п/п	Наименование показателей	Требования компании AkzoNobel	Результаты испытаний
1	Внешний вид	Коричневая вязкая жидкость	Коричневая вязкая жидкость
2	Плотность при 20°С, кг/м3	980	980
3	Точка текучести, °С	<0	-1
4	Точка вспышки, °С	>100	120
5	Общее аминное число, мг HCl/г	159-169	162
6	Кислотное число, мг КОН/г	<10	8

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=175°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 битум и перемешивали 30 секунд, затем вводили УНИРЕМ-001 и перемешивание продолжалось в течении 3 минут до образования однородной смеси. Общее время перемешивания составляло 4,5 минуты.

При получении ЩМАС №2 щебень и отсев загружали вручную в смеситель и перемешивали, далее загружали минеральный порошок и перемешивали, затем одновременно вводили добавки УНИРЕМ-001 и Viatop 66 и перемешивали 30 секунд, далее вводили битум и перемешивание продолжалось в течение 3 минут до образования однородной смеси. В разогретый до 155°С битум предварительно было добавлено требуемое количество добавки «АМДОР-10». Общее время перемешивания составляло 4,5 минуты. Далее ЩМАС выдерживалась перед изготовлением образцов в течение 30 минут при температуре 160°С.

Получение ЩМАС №3 производилось аналогично смеси ЩМАС №2, вместо добавки АМДОР-10 использовалась добавка СОНДОР А.

Получение ЩМАС №4 производилось аналогично смеси ЩМАС №2, вместо добавки АМДОР-10 использовалась добавка Ветфикс BE.

Образцы из ЩМАС-15 были изготовлены в соответствии с ГОСТ 12801-98. Испытания образцов проводилось по ГОСТ 12801-98 и ГОСТ 31015-2002. Результаты испытаний образцов приведены в таблице 6.

Из данных таблицы 6 следует, что стекание вяжущего для ЩМАС №1 с добавкой УНИРЕМ-001 значительно превосходит допустимые значения. Введение в эту смесь добавок Viatop 66 (ЩМАС №2, №3, №4) и азотсодержащих добавок АМДОР-10, СОНДОР А, Ветфикс BE приводит к снижению показателя стекания до допустимых пределов, увеличению водостойкости при длительном водонасыщении и позволяет повысить однородность ЩМАС.

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. Затем в смеситель подавалась отдозированная порция битума с температурой 155°С, и перемешивание продолжалось 10 секунд. УНИРЕМ-001 через приемный бункер и питатель транспортировался по винтовому конвейеру и после дозирования поступал в смеситель. Перемешивание минеральной части смеси и битума с «УНИРЕМ-001» продолжалось 30 секунд. Готовая ЩМАС №1 выгружалась из смесителя, выдерживалась при t=160°C в течение 30 минут и из нее формовались образцы по ГОСТ 12801-98, определялось стекание, водостойкость при длительном водонасыщении, однородность смеси.

Таблица 6
Показатели физико-механических свойств ЩМАС
№ п/п	Наименование показателей	Значения показателей
для ЩМАС	по ГОСТ 31015-2002
№1	№2	№3	№4
1	Средняя плотность, г/см2	2,43	2,48	2,47	2,48	-
2	Водонасыщение, % по объему	3,2	2,12	2,15	2,3	1,0-4,0
3	Пористость минеральной части, %	18,5	17,4	17,8	17,9	15-19
4	Остаточная пористость, %	3,8	3,4	3,5	3,4	1,5-4,5
5	Предел прочности при сжатии, МПа	3,5	3,9	3,9	4,0	не менее 2,2
при температуре 20°С
при температуре 50°С	1,39	1,25	1,30	1,29	не менее 0,65
6	С двигоустойчивость: коэффициент внутреннего трения	0,93	0,96	0,97	0,96	не менее 0,93
сцепление при сдвиге при температуре 50°С, МПа	0,35	0,36	0,36	0,36	не менее 0,18
7	Трещиностойкость - предел прочности на растяжение при расколе при температуре 0°С, МПа	4,0	4,2	4,3	4,5	2,5-6,0
8	Водостойкость при длительном водонасыщении	0,93	1,02	1,00	1,01	не менее 0,85
9	Стекание вяжущего, % по массе	1,38	0,15	0,17	0,16	не более 0,2
10	Однородность смеси: коэффициент вариации предела прочности при сжатии при температуре 50°С, МПа	0,16	0,14	0,12	0,13	не более 0,16

При получении ЩМАС №2 (см. пример 1) в асфальтосмесительной установке УНИРЕМ-001 и Viatop 66 подавались и дозировались раздельно в две секции приемного бункера линии гранулированных добавок, перемешивались в процессе транспортирования по винтовому конвейеру. После подачи в асфальтосмеситель и перемешивания щебня, песка и минерального порошка осуществлялась подача добавок УНИРЕМ-001 и Viatop 66, и перемешивание продолжалось 7 секунд. Затем в смеситель подавалась отдозированная порция битума с температурой 155°С и перемешивание продолжалось 30 секунд. Требуемое количество добавки «АМДОР-10» добавлялось предварительно в расходную битумную емкость и распределялось в битуме насосом-смесителем в течение 30 минут до однородного состояния. Готовая ЩМАС №2 выгружалась из смесителя, выдерживалась при t=160°C в течение 30 минут, и из нее формовались образцы, определялось стекание, водостойкость при длительном водонасыщении, однородность смеси.

Получение ЩМАС №3 производилось аналогично смеси ЩМАС №2, вместо добавки АМДОР-10 использовалась добавка СОНДОР А.

Получение ЩМАС №4 производилось аналогично смеси ЩМАС №2, вместо добавки АМДОР-10 использовалась добавка Ветфикс BE.

Результаты определения стекания, длительной водостойкости и однородности приведены в таблице 7. Из данных таблицы 7 следует, что стекание вяжущего для ЩМАС №1 с добавкой УНИРЕМ-001 значительно превосходит допустимые значения. Введение в эту смесь добавок Viatop 66 и азотсодержащих добавок АМДОР-10, СОНДОР А, Ветфикс BE (ЩМАС №2, №3, №4) приводит к снижению показателя стекания до допустимых пределов, увеличению водостойкости при длительном водонасыщении и позволяет повысить однородность ЩМАС.

Таблица 7
Показатели стекания, длительной водостойкости и однородности ЩМАС
№ п/п	Наименование показателей	№1	Значение показателей
для ЩМАС	По ГОСТ 31015-2002
№2	№3	№4
1	2	3	4	5	6	7
1	Стекание вяжущего, % по массе	1,26	0,16	0,17	0,14	не более 0,2
2	Водостойкость при длительном водонасыщении	0,96	0,99	0,99	0,99	не менее 0,85
3	Однородность смеси: коэффициент вариации предела прочности при сжатии при температуре 50°С	0,16	0,14	0,12	0,13	Не более 0,16

1. Щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь, включающая щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум и композиционный материал УНИРЕМ-001, отличающаяся тем, что дополнительно содержит волокнистую добавку и адгезионную азотсодержащую добавку при следующем содержании 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
композиционный материал УНИРЕМ-001	0,3-0,7
волокнистая добавка	0,2-0,6
адгезионная азотсодержащая добавка	0,05-0,15,

при этом объемное соотношение композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой 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 композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки и перемешивание, введение битума с t=110-165°C и перемешивание, причем смесь композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки вводят в соотношении: композиционный материал УНИРЕМ-001 - 30-70% по объему, волокнистая добавка - 70-30% по объему, при этом смесь композиционного материала УНИРЕМ-001 и волокнистой добавки получают 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 вводят и однородно распределяют в нем адгезионную азотсодержащую добавку.