Холодная литая асфальтобетонная смесь

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ХОЛОДНАЯ ЛИТАЯ АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Крутько Николай Павлович Опанасенко Ольга Николаевна Мельников Кузьма Николаевич Островская Екатерина Францевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси(56) Изменение 1 РД 0219.1.09-99. Дорожные технологии на основе катионных битумных эмульсий. РД 0219.1.09-99. Дорожные технологии на основе катионных битумных эмульсий. СТБ 1245-2007 Эмульсии битумные катионные дорожные Технические условия.1081259 А, 1984.2215084 1, 2003.1442852, 1976.2112931, 1972.437719, 1935.(57) Холодная литая асфальтобетонная смесь, содержащая медленнораспадающуюся катионную битумную эмульсию, полученную с применением ортофосфорной кислоты, активную минеральную добавку, воду, щебень и песок из отсевов дробления, отличающаяся тем, что в качестве активной минеральной добавки содержит строительную известь и содержит дробленый щебень кубовидной формы и песок из отсевов его дробления, содержащие роговую обманку и биотит, при следующем соотношении компонентов, мас.медленнораспадающаяся катионная битумная эмульсия 8,5-12,0 строительная известь 0,2-1,6 вода 4,0-7,5 дробленый щебень и песок из отсевов его дробления остальное. Изобретение относится к строительству и ремонту автомобильных дорог и может быть использовано в технологиях устройства защитных слоев и тонкослойных покрытий из холодных литых асфальтобетонных смесей (ХЛАС), приготавливаемых непосредственно на месте укладки. В последнее время отличительной тенденцией в разработке и применении дорожностроительных материалов и технологий является широкое применение эмульсионноминеральных смесей с использованием в качестве вяжущих материалов битумных эмульсий. 12229 1 2009.08.30 Защитные слои и тонкослойные покрытия из ХЛАС с использованием в качестве битумного связующего медленнораспадающихся битумных эмульсий предназначены для повышения водоустойчивости, шероховатости и износостойкости различных типов покрытий на основе органических и неорганических вяжущих материалов и применяются при строительстве дорог, в процессе их эксплуатации, а также при реконструкции старых дорог. Известны эмульсионно-минеральные смеси, включающие в качестве битумного связующего катионную битумную эмульсию, аминный стабилизатор и минеральный наполнитель, а также способы их приготовления 1-3. Недостатком этой смеси является необходимость использования стабилизатора и постоянной корректировки его количества для предотвращения преждевременного схватывания эмульсионно-минеральной смеси и остановки производственного процесса. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является холодная литая асфальтобетонная смесь, используемая для восстановления шероховатости существующих асфальтобетонных и цементобетонных покрытий. Смесь состоит из минерального материала, в качестве которого используют щебень и песок из отсевов дробления горных пород, минерального наполнителя (цемент по ГОСТ 10178),воды и медленнораспадающейся катионной битумной эмульсии, полученной с применением ортофосфорной кислоты 4 - прототип. Недостатками таких смесей являются невысокая скорость формирования покрытия и,как правило, низкие значения показателя сцепления битума с минеральным материалом. Задачей данного изобретения является сокращение сроков формирования покрытия без уменьшения времени потери подвижности эмульсионно-минеральной смеси для предотвращения ее преждевременного схватывания и повышение показателя сцепления битума с минеральным материалом. Поставленная задача решается тем, что холодная литая асфальтобетонная смесь содержит в качестве активной минеральной добавки известь строительную по ГОСТ 9179-77, а используемый минеральный материал, по физико-механическим показателям отвечающий соответствующим нормативным документам 4, содержит кальций- и магнийсодержащие минералы, такие как роговая обманка и биотит. Применение в качестве активной минеральной добавки строительной извести позволяет оптимизировать скорость разрушения битумной эмульсии, сократить сроки формирования холодной литой асфальтобетонной смеси и снизить ее стоимость за счет замены дорогостоящего цемента, используемого в составе прототипа. Наличие в минеральной части заявляемого состава кальций- и магнийсодержащих минералов позволит повысить прочность тонкослойного асфальтобетонного покрытия за счет увеличения адгезионного взаимодействия битумной эмульсии, полученной с использованием ортофосфорной кислоты с минеральным материалом. В результате взаимодействия дисперсионной среды битумной эмульсии с двухвалентными ионами кальция и магния на поверхности минерального материала образуются нерастворимые соли ортофосфорной кислоты, что приводит к быстрой коалесценции и коагуляции битумных капель с образованием плотной битумной пленки и полному отделению воды. Кроме того, присутствие кальций- и магнийсодержащих минералов, таких как биотит и роговая обманка, определяет реакционную способность минеральных материалов по отношению ккатионным ПАВэмульгаторам битумных эмульсий. В табл. 1 представлены результаты исследования влияния минералогического состава на взаимодействие минеральных материалов с битумной эмульсией. Суммарный основной ионообменный потенциал (СОИП) характеризует способность минеральных материалов к ионообмену в кислой среде, моделирующей дисперсионную среду битумной эмульсии, и рассчитывается как сумма мольных масс эквивалентов основных ионов,, Са 2 , 2 , концентрация которых определена в растворе фосфорной кислоты (рН 2) после взаимодействия с минеральным материалом. Показатель сцепления с минеральным материалом характеризует адгезию битумной пленки, образовавшейся в результате разрушения медленнораспадающейся катионной битумной эмульсии, полученной с применением ортофосфорной кислоты. Как видно из данных табл. 1 2 12229 1 2009.08.30 существует прямая взаимосвязь между минералогическим составом, т.е. наличием в минеральном материале роговой обманки и биотита, СОИП минеральных материалов в фосфорнокислой среде и показателем сцепления. Эффективность заявляемого состава была проверена методом определения когезии вяжущего в эмульсионно-минеральной смеси. Метод заключается в определении максимальной когезии, которая развивается в слое, уложенном на пластину, через башмак с пневмоприводом под приложенным усилием в 200 кПа. Время, необходимое для достижения максимального крутящего момента, или время до того момента, когда резиновый башмак будет свободно поворачиваться на поверхности образца без сдвига частиц минерального материала, фиксируется как время формирования слоя. Время полного отверждения смеси устанавливается при величине крутящего момента более 2,6 Нм. Правильно подобранная смесь должна полностью затвердеть в течение 24 часов. Время технологической подвижности эмульсионно-минеральной смеси измеряют с целью определения совместимости компонентов смеси. Согласно нормативным документам, оно должно составлять не менее 180 секунд. Для экспериментальной проверки заявляемого состава холодной литой асфальтобетонной смеси были приготовлены 14 вариантов составов холодных литых асфальтобетонных смесей. В качестве минерального материала для заявляемого состава холодной литой асфальтобетонной смеси использован дробленый щебень кубовидной формы из хвостов сухой магнитной сепарации железосодержащих руд КМА Михайловского ГОКа и песок из отсевов его дробления. Химический состав минерального материала,255 2325,5 СаО 1,550,8 С 0,6 А 2 О 30,55 2 О 0,5 20,4 Р 2 О 50,130,07 Р 0,050,03. Совокупное содержание оксидов кальция и магния 2,35 . Из отдельных фракций щебня и песка из отсевов его дробления формировали смесь непрерывной гранулометрии. Для приготовления битумной эмульсии использовался битум нефтяной марки БД 90/130, отвечающий требованиям СТБ 1062-97. Катионная битумная эмульсия была получена на опытно-экспериментальной установке периодического действия путем механического диспергирования битума в водной фазе. С целью приготовления водной фазы битумной эмульсии в емкости, оборудованной мешалкой, при температуре 45 С перемешивают взятые в необходимом количестве воду,ортофосфорную кислоту по ГОСТ 10678-76 и эмульгатор (смесь производных алкилпропиленполиаминов и четвертичных аммониевых солей). В результате перемешивания компонентов получают однородный раствор с рН 2,0. Полученный раствор в коллоидной мельнице соединяют с битумной фазой, нагретой до 145 С. Эмульсия анализировалась через 24 часа согласно СТБ 1245-2000. Состав битумной эмульсии и ее физико-механические показатели представлены в табл. 2. Пример 1 - прототип Образец холодной литой асфальтобетонной смеси изготавливали следующим образом перемешивали взятые в необходимом количестве минеральный материал и активную минеральную добавку, в качестве которой использовали цемент, увлажняли, снова перемешивали, затем добавляли эмульсию и перемешивали до получения однородной массы. После приготовления образец подвергали испытаниям. Пример 2 Образец холодной литой асфальтобетонной смеси изготавливали следующим образом перемешивали взятый в необходимом количестве минеральный материал, увлажняли,снова перемешивали, затем добавляли эмульсию и перемешивали до получения однородной массы. После приготовления образец подвергали испытаниям. Пример 3 Образец холодной литой асфальтобетонной смеси изготавливали следующим образом перемешивали взятые в необходимом количестве минеральный материал и активную ми 3 12229 1 2009.08.30 неральную добавку, в качестве которой использовали строительную известь, увлажняли,снова перемешивали, затем добавляли эмульсию и перемешивали до получения однородной массы. После приготовления образец подвергали испытаниям. Примеры 4-14 Получение холодных литых асфальтобетонных смесей аналогично примеру 3. Составы холодных литых асфальтобетонных смесей и их физико-механические показатели приведены в табл. 3. Из данных, представленных в табл. 3 видно, что при использовании строительной извести в количестве превышающем 1,6 мас. , происходит преждевременное схватывание смеси. Это же явление наблюдается при недостатке воды (4,0 мас. ) необходимой для равномерного смачивания минерального материала. При избытке воды (7,5 мас. ) или битумной эмульсии (12,0 мас. ) наблюдается растекание холодной литой асфальтобетонной смеси. При недостатке битумной эмульсии (8,5 мас. ) не происходит формирование структуры. Анализируя данные, можно сделать вывод, что заявляемый состав холодной литой асфальтобетонной смеси позволяет сократить сроки формирования смеси при увеличивающемся (по сравнению с прототипом) времени потери подвижности. Применение строительной извести позволяет снизить количество активной минеральной добавки в составе холодной литой асфальтобетонной смеси в восемь раз. Таблица 1 Влияние минералогического состава на взаимодействие минеральных материалов с битумной эмульсией СОИП в фосСцепление Минералогический Минеральный материал форнокислой с минеральным состав среде материалом кварцитроговая Щебень кварцевый карьера 5,14 неудовл. обманкаОвруч (Украина) каолиниткальцит Щебень гранитный Новопавлов- кварцитполевые шпатыбиотит ского карьера (ОАО Новопавнеудовл. ловский гранитный карьер,Украина) полевые шпатыЩебень гранитный карьера кварцитроговая Коростень (ОАО Коростенский удовл. обманкабиотит щебзавод, Украина)каолинит Щебень гранитный карьера кварцитбиотитМикашевичи (ГП Гранит,полевые шпатыроговая обманка Беларусь) 10,67 удовл.доломиткальциткаолинитмонтмориллонит Щебень гранитный Малинского полевые шпатыкарьера (ОАО Малинский кам- кварцитбиотит недробильный завод, Украина)роговая 22,72 хор. обманкагематиткаолинит Щебень из хвостов сухой магкварцитбиотитнитной сепарации железосодер- гематитполевые жащих руд Курской магнитной шпатыроговая 29,79 отл. аномалии (ОАО Михайловский обманкакаолинит ГОК, Россия) 4 Таблица 2 Состав катионной медленнораспадающейся битумной эмульсии и ее физико-механические показатели Состав эмульсии Показатели Битумная Водная фаза фаза Содержание, мас.ОднородСодержание Удельная ность (остаКоэффициент битума,вязкость по ток на сите распада,мас.Энглеру, 0 Е 0,63 мм),1,12 Н 3 РО 4 2,03 Требования к битумным эмульсиям марки ЭБК-М-60 согласно СТБ 1245-2000 1,4 1,8 1,1 1,7 1,7 2,1 1,8 2,2 1,8 2,1 не формируется не формируется 1,8 2,2 1,8 2,2 не формируется не формируется 1,7 2,0 1,8 2,1 не формируется Время потери подвижности смеси, с Таблица 3 Составы холодных литых асфальтобетонных смесей и их показатели Показатели свойств холодной Состав холодной литой асфальтобетонной литой асфальтобетонной смеси смеси, мас.Величина крутящего момента, Нм Активная мине примера ральная добавка 12229 1 2009.08.30 Источники информации 1. А.с. СССР 654654, МПК С 08 95/00, 1979. 2. А.с. СССР 1217832 А, МПК С 04 В 26/26 // С 04 В 24/12, 1986. 3. Патент РБ 2989, С 08 95/00, 2000. 4. Изменение 1 РД 0219.1.09-99 Дорожные технологии на основе катионных битумных эмульсий, 2003. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6