Стабилизирующая добавка для асфальтобетонной смеси

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СТАБИЛИЗИРУЮЩАЯ ДОБАВКА ДЛЯ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Веренько Владимир Адольфович Занкович Виталий Валерьевич Афанасенко Алексей Александрович(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) Стабилизирующая добавка для асфальтобетонной смеси, содержащая целлюлозное волокно и битум, отличающаяся тем, что дополнительно содержит волокно КНОПС и термостабилизатор при следующем соотношении компонентов, мас.целлюлозное волокно 39-48 битум 8-12 волокно КНОПС 38-47 термостабилизатор 6-9. Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов, а именно к стабилизирующим добавкам в асфальтобетонные смеси. Известна волоконная добавка 1, включающая отходы стекловолокна, измельченные до размера в 20-40 мм, предварительно прокипяченные в 0,2-0,8 растворе натриевых солей, алкиларилсульфатов в течение пяти минут, что позволяет повысить водостойкость и прочность асфальтобетона. Недостатком добавки является невысокая способность удерживать битум, что ведет к повышенной сегрегации (расслоению) смеси. Известна стабилизирующая добавка для щебеночно-мастичного асфальтобетона 2,включающая органическое вяжущее и структурообразователь, в качестве органического вяжущего применяют деготь, битум или битумную эмульсию, а в качестве структурообразователя пух подвальный и или пух распыл, представляющие собой отходы хлопчатобумажного производства. Добавка имеет меньшую стоимость по отношению к аналогам и обладает способностью сорбировать вяжущее в асфальтобетонных смесях. Основным недостатком данной стабилизирующей добавки является то, что она не повышает физико-механические показатели асфальтобетона.(отход гидроизоляции труб) и поверхностно-активное вещество катионного типа. Стабилизатор предназначен для снижения расслоения асфальтобетонной смеси, а также для повышения прочности при 50 С, повышения коэффициента длительного водонасыщения и адгезии вяжущего к минеральному материалу 3. Недостатком данного стабилизатора является невысокая устойчивость к старению асфальтобетона, а также значительная потребность в энерго- и трудозатратах при его изготовлении. Известна композиция, состоящая из битума и модификатора 4, в которой в качестве модификатора используется отдельно взятые или смесь компонентов, 20-50 этиленпропиленового эластомерного сополимера, 0-25 полипропилена, 0-70 аморфного пропилена, 0-25 полиэтилена, 0-25 этилен-винил-ацетата, и инертного наполнителя(кремнезем, каолин, слюда, карбонат кальция), что позволяет увеличить устойчивость битума при высоких температурах и эластичность при низких. К недостаткам данной композиции можно отнести недостаточную температуру хрупкости битума, а также использование дорогих компонентов в своем составе, что ведет к значительному удорожанию конечного продукта. Известна битумно-резиновая композиция, получаемая посредством фракционной перегонки сырой нефти при температуре 300 С с введением в состав нефти девулканизированной резины. Данная модификация битума позволяет снизить процессы старения асфальтобетона и повысить трещиностойкость дорожного покрытия, за счет чего и продлевается срок службы дорожной одежды 5. Существенным недостатком данной композиции является низкая удерживающая способность, при которой с использованием значительного количества битума в составе асфальтобетонной смеси, необратимо произойдет расслоение асфальтобетона. Наиболее близкой к заявляемому изобретению по технической сущности, является стабилизирующая добавка в гранулах на основе целлюлозного волокна и битума 6, которая позволяет увеличить стабильность и устойчивость смеси за счет дисперсности и фильтрационной стабильности волокон целлюлозы. Широкое применение в дорожном строительстве нашли следующие добавки на основе целлюлозных волокон с коммерческими названиями , , , , ,и др. Однако применение данных добавок основано только на повышении технологической устойчивости асфальтобетонных смесей и не позволяет добиться высокой устойчивости к старению и долговременной прочности асфальтобетона. Кроме того, приведенные выше импортные стабилизирующие добавки имеют высокую стоимость. Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является получение добавки, которая обеспечит повышение долговременной прочности и устойчивости к старению, а также приведет к снижению стоимости асфальтобетонных смесей, которые в своем составе содержат структурирующие добавки (в частности щебеночно-мастичный асфальтобетон). Поставленная задача решается тем, что стабилизирующая добавка для асфальтобетонной смеси, содержащая целлюлозное волокно и битум, дополнительно содержит волокно КНОПС и термостабилизатор при следующем соотношении компонентов, мас.целлюлозное волокно 39-48 битум 8-12 волокно КНОПС 38-47 термостабилизатор 6-9. При этом повышение долговременной прочности и устойчивости к старению, а также снижение стоимости щебеночно-мастичной смеси достигается путем ввода заявляемой 12332 1 2009.08.30 гранулируемой добавки в асфальтобетонную смесь в количестве 0,3-0,7 от минеральной части. Наличие целлюлозного волокна в составе заявляемой добавки позволяет обеспечить хорошее смачивание битума, тем самым стабилизируется смесь и увеличивается ее устойчивость. В качестве целлюлозного волокна может использоваться измельченная бумага,для снижения стоимости конечного продукта рекомендуется использовать измельченную макулатуру, показатели свойств которой должны соответствовать ГОСТ 10700-97 Макулатура бумажная и картонная. Технические условия. КНОПС - волокно химическое, органическое или их смесь, относится к невозвратным отходам от производства меха искусственного, нетканого полотна и ватина (ТУ 400076540.043-2005 Отходы производства). Размер отходов от 1 до 40 мм, при нормальных условиях хранения не является токсичным, не выделяет вредных продуктов, опасных для здоровья человека, не огнеопасен, однако относится к горючим материалам. Органические и синтетические волокна, содержащиеся в КНОПСе, позволяют создать пространственный длинноволокнистый каркас, обеспечив тем самым повышение долговременной прочности асфальтобетона и стабильности смеси. Термостабилизатор позволяет повысить устойчивость добавки к слипанию, а также уменьшить термоокислительные процессы в пленке битума, что обеспечивает термостабильность асфальтобетонной смеси. В качестве термостабилизатора могут использоваться любые антиоксиданты или антиозонанты. Наибольший эффект достигается при использовании Диафпена ФП или его аналогов с торговыми названиями 3,, 4010, ,3 С,810 , , ,115, ,36,и др. Диафпен ФП - коричнево-серый кристаллический порошок выпускается также в виде чешуек, хлопьев, гранул, температура плавления более 70 С. Очень легко растворяется в бензоле, четыреххлористом углероде, этилацетате и растворах кислот, растворим в этиловом спирте, нерастворим в воде. Стабилен при хранении. Один из наиболее эффективных антиоксидантов, антиозонантов и противоутомителей. Хорошо защищает от теплового старения, повышает выносливость при многократных деформациях. Особенно эффективно защищает статически и динамически напряженные резины от атмосферного старения. Свойства Диафпена ФП должны соответствовать ТУ 2492-002-05761637-99 Диафпен ФП. Для обеспечения наибольшей однородности заявляемой добавки и придания ей наиболее оптимальной с точки зрения производственного использования формы гранул, в качестве вяжущего применяется битум нефтяной дорожный БНД 60/90. По показателям свойств исходный битум должен удовлетворять требованиям ГОСТ 22245-90 Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия. Ввод заявляемой добавки эффективен только при наличии КНОПСа, поскольку происходит взаимодействие с активными группами акрилата, что обеспечивает хорошее перемешивание асфальтобетонной смеси. Заявляемая добавка изготавливается следующим образом. В заявляемых пропорциях производят смешение волокна КНОПСа с целлюлозным волокном до получения однородной массы, после чего добавляют битум. Битум предварительно разогревают до рабочей температуры, при этом в его состав вводят термостабилизатор (Диафпен ФП), полученное вяжущее перемешивается в течение 20-40 секунд. Образовавшаяся композиция(КНОПСцеллюлозное волокнобитум с растворенным в нем термостабилизатором) перемешивается в экструдере до получения однородной консистенции и гранулируется. Для экспериментальной проверки заявляемой добавки были изготовлены различные серии состава, при этом добавка вводилась в щебеночно-мастичную смесь в количестве 0,1-0,8 от минеральной части. Гранулометрический состав щебеночно-мастичной смеси, представлен в табл. 1. При приготовлении асфальтобетона использовался битум БНД 90/130 в количестве 6,6 от минеральной части. Из полученной смеси по СТБ 1115-2004 3 12332 1 2009.08.30 были изготовлены образцы-цилиндры диаметром 71,4 мм, которые испытывались в соответствии с методикой СТБ 1115-2004 для горячего асфальтобетона, кроме этого, был определен показатель изменения свойств асфальтобетона после прогрева (старение), как отношение предела прочности при растяжении при 0 С до прогрева, к пределу прочности при растяжении после прогрева. Прогрев осуществлялся в сушильном шкафу при температуре 163 С и времени прогрева 8 часов. Результаты исследований представлены в табл. 2. Таблица 1 Гранулометрический состав щебеночно-мастичной смеси Размер зерен 0,071 0,14 0,315 0,63 1,25 2,5 5 10 15 Верхний предел 15 17 20 23 26 30 40 100 100 Подобранный состав 9,7 13,32 15,57 17,48 19,6 22,53 28,73 93,67 100 Нижний предел 6 8 10 12 15 20 25 80 100 Таблица 2 Предел прочности при растяжении,при 50 С, МПа Предел прочности при растяжении,при 0 С, МПа Физико-механические свойства щебеночно-мастичной смеси Содержание компонента в заявляеПоказатели мой добавке,Примечание каждое испытание производили на трех образцах, в таблице представлено среднее значение. Ниже приведены сравнительные характеристики свойств щебеночно-мастичных смесей, приготовленных с использованием в качестве стабилизирующей добавки прототипа 6 и заявляемой добавки (смотри табл. 3), при этом также использовалась щебеночномастичная смесь, которая описана выше (смотри табл. 2). Долговременная прочность ас 4 12332 1 2009.08.30 фальтобетона определялась на образцах-балочках размером 4416 см, при температуре 20 С и напряжении 0,5 МПа. Таблица 3 Сравнительные характеристики Показатели Количество доВид приСтоимость бавки в смеси,Стекание Коэффици- Долговременнаяп/п меняемой 1 т смеси, в от минеральной вяжущего, ент старе- прочность, мидобавки ценах 91 г.,части ния нуты руб 1 Прототип 0,1 0,17 0,87 340 23,14 2 Прототип 0,3 0,14 0,88 370 25,50 3 Прототип 0,7 0,07 0,87 350 27,87 4 Заявляемая 0,1 0,28 0,91 420 22,82 5 Заявляемая 0,3 0,15 0,94 480 24,40 6 Заявляемая 0,7 0,09 0,95 490 25,98 Примечание каждое испытание производили на трех образцах, в таблице представлено среднее значение. Результаты экспериментальных исследований показывают, заявляемая структурирующая добавка не уступает по своим физико-механическим показателям прототипу и превосходит его по показателю долговременной прочности, устойчивости к старению, а также снижает стоимость асфальтобетонной смеси. Прямой экономический эффект от применения заявляемой добавки, в зависимости от количественного содержания ее в смеси, за счет снижения стоимости асфальтобетона, составит от 2 до 6 . Ожидаемый экономический эффект от применения заявляемой добавки, за счет продления сроков службы дорожного покрытия, связанный с увеличением долговременной прочности, составляет от 3,61 до 5,84 рублей (в ценах 91 г.) на 1 тонну материала или от 14 до 19 . Следовательно, применение предлагаемой структурирующей и стабилизирующей добавки оправдано технически и экономически. Источники информации 1. А.с. СССР 1133280, МПК С 08 95/00, 1985. 2. Патент 2 273 615, МПК С 04 В 26/26, 2006. 3. Патент 2 272 795, МПК С 04 В 26/26, 2006. 4. Патент США 4829109, 1989. 5. Патент США 5683498, 1997. 6. СТБ 1033-2004. Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия. - С. 10. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5