Результат интеллектуальной деятельности: ЩЕБЕНОЧНО-МАСТИЧНАЯ АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ

Изобретение относится к производству щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, используемых для устройства верхних слоев дорожных и аэродромных покрытий.

Известна щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь, включающая щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, битум, композиционный материал УНИРЕМ-001, 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 (Патент РФ №2476397 C2, дата приоритета 25.05.2011, дата публикации 27.02.2013, авторы Соломенцев А.Б. и др., RU).

Недостатком известной щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси является низкое значение прочности при 50°C (1,25 МПа) и водостойкости при длительном водонасыщении (0,93). Кроме того, данная смесь представляет собой многокомпонентную композицию, состоящую из дорогостоящих материалов.

Известна также щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь, состоящая из щебня, песка из отсевов дробления, минерального порошка, битума, резинового термоэластопласта, волокнистой целлюлозной и адгезионной азотсодержащей добавок 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 (Патент РФ №2474595 C1, дата приоритета 25.05.2011, дата публикации 10.02.2013, авторы Соломенцев А.Б. и др., RU).

Недостатком этого щебеночно-мастичного асфальтобетона также является многокомпонентность состава, большая стоимость составляющих материалов и недостаточная прочность при 50°C (1,00 МПа) и водостойкость при длительном водонасыщении (0,94).

В качестве прототипа принята щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь, содержащая щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, стабилизирующую добавку и дорожный битум, рационально подобранные в соответствии с требованиями стандарта (ГОСТ 31015-2002 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичный. Технические условия», прототип).

Недостатком прототипа следует признать низкую прочность при 20°С, равную 2,2 МПа, при 50°С, равную 0,65 МПа, и низкую водостойкость (0,85) при длительном водонасыщении асфальтобетона на основе регламентированных стандартом смесей.

Задача, решаемая посредством предлагаемых составов щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, состоит в расширении сырьевой базы путем использования техногенных отходов промышленного производства для получения асфальтобетона с улучшенными физико-механическими свойствами на основе новых составов. Кроме этого, накопленные отходы в отвалах занимают огромную полезную площадь и создают постоянную опасность загрязнения почвы, атмосферы и окружающих водоемов. Поэтому использование отходов промышленности (нефелинового шлама и старых автомобильных шин) в дорожном строительстве помимо технико-экономического эффекта будет способствовать решению не менее важной задачи охраны окружающей среды.

Для решения поставленной задачи щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь, содержащая дорожный битум, щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок, стабилизирующую добавку, согласно изобретению, в качестве минерального порошка она содержит нефелиновый шлам, а в качестве стабилизирующей добавки - отходы кордного волокна с включениями резиновой крошки, получаемые при переработке старых автомобильных шин, при следующем соотношении компонентов, мас. %: щебень 65,0-74,0; песок из отсевов дробления 13,0-19,0; нефелиновый шлам 11,0-19,0; дорожный битум 6,5-7,5 сверх 100% и указанная стабилизирующая добавка 0,2-0,9 сверх 100%.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемых составов, состоит в повышении предела прочности и водостойкости щебеночно-мастичного асфальтобетона.

Технический эффект достигается тем, что в качестве минерального порошка применяется тонкодисперсный наполнитель - нефелиновый шлам, который повышает плотность, прочность и водостойкость щебеночно-мастичного асфальтобетона. Отходы кордного волокна выполняют роль стабилизирующей добавки, которые удерживают битумное вяжущее, не адсорбируемое поверхностью минерального заполнителя, и предотвращают его расслоение и вытекание из смеси в процессе ее приготовления, хранения, транспортировки и укладки. Резиновая крошка, содержащаяся в кордном волокне, выполняет двойную роль: одновременно является стабилизирующей и структурирующей добавкой, которая увеличивает прочность и водостойкость щебеночно-мастичного асфальтобетона.

Для осуществления изобретения производят отбор и подготовку компонентов для их перемешивания в соответствии с требованиями стандартов:

- ГОСТ 31015-2002 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичный. Технические условия» М., МНТКС, 2002;

- ГОСТ 12801-98 «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний», МНТКС, Москва, 1998;

- ГОСТ Р 52129-2003 «Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей», МНТКС, Москва, 2003.

В качестве минерального порошка применялся нефелиновый шлам Ачинского глиноземного комбината. Нефелиновый шлам является отходом при комплексной переработке нефелинового сырья (в результате гидрохимической переработки спека при щелочном способе производства глинозема методом спекания). Проведенные рентгенографические и термические исследования нефелинового шлама показали, что он состоит в основном из минерала кальцита СаСО₃ и двухкальциевого силиката (2CaO·SiO₂).

Исследования нефелинового шлама проводились в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52129-2003 «Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей». Свойства нефелинового шлама в сравнении с требованиями ГОСТ для минеральных порошков марки МП-2 (порошки из некарбонатных горных пород, твердых и порошковых отходов промышленного производства) приводятся в таблице 1.

В таблице 2 приводится зерновой состав нефелинового шлама в сравнении с требованиями ГОСТ.

Как видно из таблиц 1 и 2, по свойствам и зерновому составу нефелиновый шлам соответствует требованиям ГОСТа Р 52129-2003.

В качестве стабилизирующей добавки применялись отходы кордного волокна с включениями резиновой крошки, полученные после переработки старых автомобильных шин на ОАО «Искускожрегенератор» в г. Черногорске. Свойства отходов кордного волокна в сравнении с требованиями ГОСТ 31015-2002 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичный. Технические условия» приводятся в таблице 3.

Преимущества предлагаемых щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей с применением в качестве минерального порошка нефелинового шлама, а в качестве стабилизирующей добавки - отходов кордного волокна с включениями резиновой крошки показаны на составах ЩМА-20, которые по своим гранулометрическим составам удовлетворяют требованиям ГОСТ 31015-2002. Готовили четыре состава щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси, приведенные в таблице 4.

В составах количество минеральной части (щебня, песка и нефелинового шлама) равнялось 100%, а количество дорожного битума и стабилизирующей добавки принималось сверх 100% минеральной части.

Для определения свойств щебеночно-мастичного асфальтобетона использовались образцы - цилиндры с размерами d=h=71,4 мм. Формование образцов проводили в металлической форме с двумя вкладышами, нагретой до температуры 90-100°С. Уплотняли образцы при вибрировании с последующим доуплотнением на прессе.

Качество щебеночно-мастичного асфальтобетона определялось по ГОСТ 12801-98 и сравнивалось со свойствами асфальтобетона по ГОСТ 31015-2002 для II-й и III-й дорожно-климатических зон (прототип).

Результаты испытаний щебеночно-мастичного асфальтобетона, приготовленного по четырем составам предлагаемой асфальтобетонной смеси, содержатся в таблице 5, где приведены средние значения показателей физико-механических свойств по каждому составу в сравнении со свойствами прототипа для II-й и III-й дорожно-климатических зон.

Как видно из таблицы 5, по пределу прочности при 20, 50°C и водостойкости предлагаемые составы щебеночно-мастичного асфальтобетона имеют лучшие показатели, чем известные составы (по прототипу).