Результат интеллектуальной деятельности: ЛИТОЙ АРМИРОВАННЫЙ ФИБРОАСФАЛЬТОБЕТОН

Изобретение относится к дорожному покрытию, а именно к покрытиям из щебня с применением вяжущих материалов, и может быть использовано для однослойного покрытия проезжей части мостовых сооружений.

Известен патент на изобретение РФ №2338027, МПК E01C 7/08 «Способ ремонта дорожного покрытия». Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано при выборочном ремонте деформированного асфальтобетонного дорожного покрытия. Технический результат - увеличение прочности и долговечности реконструируемого участка дороги, а также снижение себестоимости работ в 2,5 раза. Способ ремонта дорожного покрытия, включающий измельчение материала верхней части покрытия с предварительным нагревом, введение в дорожно-строительную смесь пластифицирующих веществ с перемешиванием, разравнивание и уплотнение полученной массы. Причем производят разогрев асфальтобетона в местах деформируемого дорожного покрытия до температуры 120°C в течение 5-8 мин, рыхление разогретого асфальтобетона в течение 5 мин, отступив на 10-15 см от краев участка разогретого ремонтируемого покрытия, добавляют в полученную смесь пластификатор в количестве 0,6 кг/м² и холодный асфальтобетон в количестве 100-150 кг/м², последовательно по периметру уплотняют места «спайки» ремонтируемого участка дорожного покрытия, а затем - его середину. Отремонтированный участок полностью покрывают гидроизоляционной жидкостью и создают на нем шероховатость покрытия россыпью силиката алюминия.

Недостатком данного решения является использование дополнительных материалов, например россыпь силиката алюминия, а также не достаточная устойчивость предлагаемого покрытия к температурным перепадам и механическим нагрузкам.

Наиболее близким (прототип) к заявляемому изобретению является патент на изобретение РФ №2267465, МПК E01C 7/08, C04B 26/26 «Битумоминеральная открытая смесь». Изобретение относится к строительству и ремонту автомобильных дорог и может быть использовано для устройства шероховатых слоев дорожных покрытий. Технический результат: повышение прочностных показателей смеси, коэффициента водостойкости при длительном водонасыщении, снижение предела набухания. Битумоминеральная открытая смесь содержит щебень фракции до 15 мм, отсев дробления щебня фракции 0-5 мм, минеральный порошок, битум и полимерно-армирующую добавку - отход гидроизоляции трубопроводов - АрмПЭВА, представляющий собой отход двухслойной ленты усадочного материала для изоляции труб, состоящий из слоя адгезионной активной композиции клея-расплава на основе сополимера этилена с винилацетатом и слоя радиационно-сшитого полиэтилена, обработанного электронами с нанесенным на него термоплавким клеем, и пластифицирующую добавку мазут при следующем соотношении, мас. %: щебень фракции до 15 мм - 65-75, отсев дробления щебня фракции 0-5 мм - 17,0-23,5, минеральный порошок - 3,0-5,0, битум - 4,4-5,5, указанный отход - 0,4-0,6, мазут - 0,2-0,4.

Недостатком данного способа является не достаточная устойчивость покрытия к температурным перепадам и механическим нагрузкам.

Литой асфальт отличается от обычного асфальтобетона технологией укладки. Состав у обеих смесей приблизительно одинаковый, то есть компоненты асфальта одни и те же (щебень, минеральный порошок, песок и битум), но их пропорции разные. Так, литой асфальтобетон содержит повышенное количество битума (от 8 до 12% от всей массы) и минерального порошка (от 20 до 35%), что делает его тягучим и в некоторой степени жидким. Технология укладки литого асфальта предполагает заливание необходимого участка асфальтобетонной смесью. Асфальт разравнивается вручную либо с помощью специальной установки. Уплотнения катком литого асфальта не требуется.

Литой асфальтобетон используют для строительства трасс, мостового дорожного покрытия, велосипедных и тротуарных дорожек. Для каждого вида дороги соответствует своя величина фракций щебня (от 5 до 20 мм). Также из-за свойств смеси ее часто используют для устилания полов в жилых и производственных помещениях, а также для гидроизоляции.

Преимущества литого асфальтного покрытия нельзя не отметить. В отличие от обычного асфальтобетона литой обладает водонепроницаемостью. В силу того, что асфальтобетонная смесь не пористая, вода не попадает внутрь асфальтобетона и не разрушает его изнутри. Также он безвреден и более экологичен. Такой асфальт не чувствителен к высоким температурам. К несомненным положительным качествам литого асфальта можно отнести его долговечность. Так, при правильном использовании и приготовлении асфальтобетонной смеси без нарушения технологии дорога прослужит 20, а то и 30 лет. Литой асфальт не чувствителен к соли и химикатам. Литую асфальтобетонную смесь часто используют для мостового покрытия, так как она способна гасить колебания.

Удобство укладки играет большую роль в выборе асфальтового покрытия. Литой асфальт укладывают при уличной температуре до -10°, и это обусловлено лишь комфортом самих дорожников, а не свойством смеси. Укладка производится при температуре асфальтобетона в 190-250°. Такая высокая температура способствует текучести асфальта. Консистенция его напоминает мастику, поэтому асфальт сам равномерно распределяется по поверхности, не требуя работы катка для уплотнения. Для улучшения характеристик литого покрытия некоторые производители добавляют в смесь модифицированный полимерными добавками минеральный порошок. Это помогает увеличить или уменьшить вяжущие свойства битумов.

Литой асфальтобетон легко поддается ремонту и восстановлению.

Литой асфальт характеризуется хорошей сцепкой, то есть колесо не скользит по поверхности литого асфальтобетона даже во время дождя. В России коэффициент сцепления повышают с помощью погружения щебня (5-20 мм) в еще горячую, не застывшую асфальтную смесь. Эта технология укладки литого асфальта защищает дорогу от повреждений шипованными колесами грузовиков.

Литой асфальтобетон подходит для укладки на неровных поверхностях или поверхностях со сложной геометрической формой. Также смесь легко окрашивается в необходимые цвета, гамма которых очень широкая.

Задачей предлагаемого изобретения является усиление устойчивости покрытия к температурным перепадам и механическим нагрузкам.

Поставленная задача решается за счет того, что литой армированный фиброасфальтобетон содержит: кубовидный щебень фракции 5-20; отсев песка; минеральный порошок; пластифицирующую добавку, в виде битума; резиновую крошку и фибру, в виде мелких удлиненных металлических элементов, а исходные компоненты берут в следующем соотношении, масс. %: отсев (песок) 10-20, щебень 30-50, минеральный порошок 20-35, битум 8-12, резиновая крошка 2,5-6, фибра 1,5-2.

Примеры состава композиций литого армированного фиброасфальтобетона

Состав литого армированного фиброасфальтобетона (масс.%) показан в таблице 1.

Характеристики составляющих:

1. Щебень, получаемый дроблением плотных горных пород, например гранитный щебень (также допускается использование гравийного щебня), соответствующий требованиям ГОСТ 8267. Для приготовления смесей литых применяют щебень фракций от 5 до 10 мм; свыше 10 до 15 мм; свыше 10 до 20 мм; свыше 15 до 20 мм, а также смеси этих фракций. В щебне не должно быть посторонних засоряющих примесей. Физико-механические показатели щебня должны соответствовать требованиям, указанным в таблице №2.

2. Песок из отсевов дробления, природный песок, а также их смесь. Песок должен соответствовать требованиям ГОСТ 8736. При производстве смесей литых для верхних слоев покрытий дорог и мостовых сооружений следует использовать песок из отсевов дробления или его смесь с природным песком, содержащую не более 50% природного песка. Зерновой состав природного песка по крупности должен соответствовать песку не ниже мелкой группы. Физико-механические показатели песка должны соответствовать требованиям, указанным в таблице №3.

3. Минеральный порошок неактивированный и активированный, соответствующий требованиям ГОСТ Р 52129. Допустимое содержание порошка из осадочных (карбонатных) горных пород от общей массы минерального порошка должно составлять не менее 60%. Допускается применение технической пыли уноса основных и средних горных пород из системы пылеулавливания смесительных установок в количестве до 40% общей массы минерального порошка. Использование пыли уноса кислых горных пород допускается при условии ее содержания в общей массе минерального порошка в количестве не более 20%. Значения показателей пыли уноса должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 52129 для порошка марки МП-2.

4. Битумы нефтяные дорожные вязкие марок БНД 40/60, БНД 60/90 по ГОСТ 22245, а также модифицированные и другие битумные вяжущие с улучшенными свойствами по нормативной и технической документации, согласованной и утвержденной заказчиком в установленном порядке, при условии обеспечения показателей качества асфальтобетона литого из этих смесей на уровне не ниже, чем установленные настоящим стандартом. При применении литых армированных асфальтобетонов на мостовых сооружениях, в верхних и нижних слоях покрытий дорог с высокими показателями интенсивности движения и расчетных нагрузок на ось следует применять модифицированные полимерами битумы. В этих случаях предпочтение следует отдавать полимерно-битумным вяжущим на основе блоксополимеров типа стирол-бутадиен-стирол марок ПБВ 40 и ПБВ 60 по ГОСТ Р 52056. При проектировании составов смесей вид вяжущего должен назначаться с учетом климатических особенностей района строительства, назначения и места применения конструктивного слоя, требуемых (запроектированных) деформативных свойств литых армированных асфальтобетонов на их основе. Пригодность вяжущего для достижения требуемых функциональных характеристик литых армированных асфальтобетонов на их основе подтверждают в процессе обязательных и факультативных испытаний, указанных в ГОСТ Р 54400.5.8.7. При производстве смесей допустимо применение вяжущих, модифицированных путем введения в их состав дефлегматоров, позволяющих снижать температуры производства, хранения и укладки смесей литых на величину от 10°C до 30°C без ухудшения их удобоукладываемости. Введение дефлегматоров производят в битум (полимерно-битумное вяжущее) или в смесь литую в процессе ее производства на асфальтосмесительной установке.

5. Армирующая добавка в виде мелких удлиненных металлических элементов, может быть выполнена практически из любого распространенного металла, например, алюминия, меди, и т.д. и их сплавов. Длина металлических элементов может колебаться от 30 до 100 мм, а в сечении металлические элементы используют различной формы 0,5-2,0 мм в диаметре.

6. Резиновая крошка мелкодисперсная из резин общего назначения, в том числе получаемая дроблением изношенных автомобильных шин или других РТИ. Крошка должна иметь размеры частиц в диапазоне 0,2-1 мм и отвечать требованиям технических условий ТУ 38.108035-97 к крошке РД 0,5 или специальным требованиям, устанавливаемым по согласованию с потребителем. Резиновая крошка в готовом вяжущем должна быть распределена равномерно, не должно быть не покрытых битумом частиц. Должны отсутствовать комки резиновой крошки и посторонние включения. Содержание резиновой крошки в вяжущем должно быть не менее 2,5% по массе. Следует отметить, что улучшение сцепления вяжущего с поверхностью заметно возрастает при введении в исходный битум резиновой крошки.

Заданный состав литого армированного асфальтобетона должен обеспечиваться в процессе ее производства на асфальтосмесительной установке. Запрещено изменять состав после завершения процесса ее производства путем введения в мобильный кохер вяжущего, нефтепродуктов, пластификаторов, смол, минеральных материалов и прочих веществ с целью изменения вязкости смеси и физико-механических характеристик литых асфальтобетонов. Допускается использование переработанного асфальтобетона (асфальтогранулянта) в качестве заполнителя в смеси. При этом его содержание не должно превышать 10% массовой доли состава смеси для устройства нижнего или верхнего слоев дорожного покрытия и ямочного ремонта и 20% массовой доли состава смеси для устройства выравнивающего слоя. По требованию потребителя допустимый процент содержания асфальтогранулята в смеси может быть уменьшен. Максимальный размер зерен щебня, содержащегося в асфальтогрануляте, не должен превышать максимальный размер зерен щебня в смеси. При проектировании составов смесей с применением асфальтогранулята следует учитывать массовую долю содержания и свойства вяжущего в составе данного заполнителя.

Способ приготовления

1. Для приготовления литого армированного фиброасфальтобетона: влажные и холодные щебень и песок, которые со склада подают к агрегату питания, а затем по наклонному конвейеру в сушильный барабан, где они просушиваются и нагреваются до рабочей температуры. Щебень и песок подают в бункеры-накопители и после взвешивания в мешалку. Холодный и влажный минеральный порошок элеватором перемещают в нагреватель, где просушивают и нагревают до рабочей температуры, а затем - в расходный бункер. После взвешивания порошок поступает в мешалку обычной или специальной конструкции с вертикальным лопастным валом. Разогретый до рабочей температуры битум из цистерны и природный битум из нагревателя последовательно подают на дозатор и в мешалку. После чего добавляют в мешалку резиновую крошку и фибру (которые перед подачей взвешивают). Приготовленную смесь после перемешивания и тепловой обработки выгружают в специализированные транспортные средства (автомобили с котлами, снабженными системой подогрева и смешивания в пути) или кохеры.

2. Также можно предварительно изготавливать брикеты литого армированного фиброасфальтобетона. Для этого влажные и холодные щебень и песок со склада подают к агрегату питания, а затем по наклонному конвейеру в сушильный барабан, где они просушиваются и нагреваются до рабочей температуры. Щебень и песок подают в бункеры-накопители и после взвешивания - в мешалку. Холодный и влажный минеральный порошок элеватором перемещают в нагреватель, где просушивают и нагревают до рабочей температуры, а затем - в расходный бункер. После взвешивания порошок поступает в мешалку обычной или специальной конструкции с вертикальным лопастным валом. Разогретый до рабочей температуры битум из цистерны и природный битум из нагревателя последовательно подают на дозатор и в мешалку. После чего добавляют в мешалку резиновую крошку и фибру (которые перед подачей взвешивают). Приготовленную смесь после перемешивания и тепловой обработки выгружают в специализированные формы и оставляют до высыхания. После доставки готовых брикетов на место укладки брикеты загружают в специализированные кохеры, снабженные системой подогрева и перемешивания, нагревают до температуры не ниже 150 °C, перемешивая. После этого полученная смесь готова к укладке. Второй способ более применим, так как занимает гораздо меньше времени, нет необходимости предварительной подготовки материалов. Кроме этого, транспортировать брикеты гораздо удобнее, так как это не требует специализированного транспорта, а брикеты укладывают на поддоны и транспортируют на любом грузовом транспорте с плоским дном.

В предлагаемом составе литого армированного фиброасфальтобетона дополнительно используют резиновую крошку от 2,5 до 6%, что позволяет усилить такие качества литого асфальтобетона, как водонепроницаемость; износостойкость; высокая плотность, снижающая негативное влияние больших нагрузок; морозоустойчивость и др.

В предлагаемом составе литого армированного фиброасфальтобетона также дополнительно используют фибру в виде мелких удлиненных металлических элементов - это обеспечивает покрытие не направленным армированием (при смешивании компонентов металлические элементы располагаются хаотично).

Устойчивость к механическим нагрузкам и температурным перепада в предлагаемом составе литого армированного фиброасфальтобетона увеличивается до 30% по сравнению с другими поверхностями.

Основные преимущества предлагаемого состава литого армированного фиброасфальтобетона:

1. Увеличение износостойкости за счет не направленного армирования, так как хаотичное расположение металлических элементов (фибры) предотвращает появление трещин.

2. Повышенная устойчивость к большим нагрузкам, так как армирование позволяет уменьшить сжатие и расширение покрытия при деформации.

3. Повышенная устойчивость к перепадам температур за счет разнородности состава.

Преимущества литого армированного фиброасфальтобетона перед другими поверхностями

Литой армированный фиброасфальтобетон обладает рядом преимуществ перед другими напольными и дорожными поверхностями. Среди них можно перечислить следующие:

- Небольшая масса.

- Высокая водонепроницаемость.

- Повышенная долговечность, обеспеченная высокой износостойкостью (срок эксплуатации до 30 лет).

- Устойчивость к солям и химикалиям.

- Возможность повторного использования почти в полном объеме при реконструкции дороги при минимальном добавлении новых материалов.

- Высокая плотность, которая снижает негативное влияние больших нагрузок.

- Морозоустойчивость. Покрытие не промерзает, не трескается, не образует ям и выбоин.

- Возможность круглогодичной укладки независимо от окружающей температуры. (Минимальная температура укладки обозначается как -10°C и связана она не со свойствами покрытия, а с некомфортными условиями работы для человека.

- Идеально подходит для укладки на сложных рельефах.

- Высокая экологичность - не содержит вредных для окружающей среды и человека примесей.

- Устойчивость к гниению.

В отличие от бетонного покрытия на литом армированном фиброасфальтобетоне в процессе эксплуатации практически не образуется пыли, поэтому нет необходимости постоянно наносить обеспыливающие средства, а это в свою очередь существенно сокращает затраты на уборку.

Промышленная применимость заключается в том, что для осуществления заявляемого способа используют известное оборудование, применяемое в различных областях и не требующее дополнительного изготовления и доработки.

Все вышеизложенное свидетельствует о решении поставленной задачи, а именно усиление устойчивости покрытия к температурным перепадам и механическим нагрузкам.