close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY12694

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.12.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 04B 26/00
МОДИФИЦИРОВАННАЯ ГОРЯЧАЯ
АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ
(21) Номер заявки: a 20050420
(22) 2005.04.26
(43) 2006.12.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт механики
металлополимерных систем имени
В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Шаповалов Виктор Михайлович; Бочкарёв Дмитрий Игоревич;
Дубровский Анатолий Васильевич;
Нечитайло Александр Порфирьевич;
Зимелихин Геннадий Александрович; Гомолко Анатолий Андреевич
(BY)
BY 12694 C1 2009.12.30
BY (11) 12694
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(56) RU 2119465 C1, 1998.
RU 2128632 C1, 1999.
SU 1516477 A1, 1989.
RU 2196750 C1, 2003.
RU 2196751 C1, 2003.
JP 2003-20606 A.
EP 0332245 A2, 1989.
US 2002/0108534 A1.
(57)
1. Горячая асфальтобетонная смесь, содержащая щебень фракции 10-15 мм, песок из
отсевов дробления и минеральный порошок при следующем соотношении компонентов,
мас. %:
щебень фракции 10-15 мм
45,0-70,0
песок из отсевов дробления
15,0-48,0
минеральный порошок
7,0-15,0,
и дополнительно содержащая битум в количестве 5,0-7,5 мас. %, порошкообразный полистирол с размером частиц 0,01-3,0 мм или его смесь с дисперсной резиной при их массовом соотношении 1:(0,25-0,50) в количестве 0,5-3,0 мас. % и пенополистирол или
порофор, или их смесь при массовом соотношении 1:(0,5-1,0) в количестве 5,0-10,0 мас. %
от массы битума.
2. Горячая асфальтобетонная смесь по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве дисперсной резины содержит частицы регенерированных автомобильных шин фракции 0,051,0 мм.
3. Горячая асфальтобетонная смесь по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве
пенополистирола содержит измельченный вторичный пенополистирол с размером частиц
0,5-10,0 мм.
Изобретение относится к дорожно-строительным композиционным материалам и может использоваться при строительстве и ремонте асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог, аэродромов или других искусственных сооружений.
BY 12694 C1 2009.12.30
Известна горячая асфальтобетонная смесь, включающая (мас. %): щебень фракции 510 мм (30-45), щебень фракции 10-15 мм (15), песок из отсевов дробления (33-48), минеральный порошок (7) и битум (5,6-6,0 % от массы минеральной части) [1]. Температура
приготовления смеси составляет 140-160 °С. В то же время данный материал имеет низкие
предел прочности при сжатии и модуль остаточной (пластической) деформации при разрушении, приводящие к образованию колеи на автодорожном покрытии в местах высокой
интенсивности движения транспортных средств. Кроме того, данный материал имеет низкую морозостойкость, выражающуюся в появлении трещин и выкрашивании отдельных
зерен при чередующихся циклах замораживания и оттаивания в зимний период.
Известны способы модифицирования битума, входящего в асфальтобетонную смесь,
посредством введения в него синтетических каучуков в виде растворов, порошка, мастики, латекса или эмульсии. При этом увеличиваются предельные деформации, стойкость к
удару, теплоустойчивость модифицированного вяжущего, снижается его температура
хрупкости и, как следствие, повышаются эксплуатационные свойства (в частности, морозостойкость) получаемой асфальтобетонной смеси [2]. Однако при этом появляется зависимость эксплуатационных свойств асфальтобетонной смеси на основе модифицированного
битума от технологических режимов его приготовления (при температуре 130 °С каучукобитумные смеси можно хранить не более 72 ч, при 160 °С - не более 12 ч, при 200 °С - не
более 1 ч). Кроме того, данный материал имеет высокую стоимость и низкие значения
предела прочности при сжатии и модуля остаточной (пластической) деформации при разрушении.
Известны способы модифицирования битума введением термоэластопластов (2,02,5 % от массы битума) [2-4]. Получаемый вяжущий материал характеризуется образованием пространственной структурной сетки, образуемой макромолекулами полимера и
обусловливающей его повышенную эластичность и прочность в широком интервале температур, что может обеспечивать повышение прочностных свойств асфальтобетонной
смеси. Недостатками данного материала являются возможность разделения фаз вяжущего
и модификатора при транспортировании и хранении, требующая применения специального технологического оборудования, а также высокая стоимость.
Известны способы модифицирования битумов с использованием регенерированной
резины и резиновой крошки [2-7]. Другой технологией введения резинового порошка в
асфальтобетонную смесь является его смешивание с минеральным материалом [2, 4].
Верхний слой покрытия автодороги, выполненный из асфальтобетона с использованием
резино-битумного вяжущего, обладает высокой демпфирующей способностью, повышенным коэффициентом сцепления с колесами автомобилей и пониженным уровнем шума.
Недостатками данного материала являются зависимость физико-механических свойств от
качества и дисперсности резиновой крошки и технологических режимов приготовления,
сложность укладки и уплотнения при производстве дорожных работ, высокая стоимость, а
также низкие значения предела прочности при сжатии, модуля остаточной (пластической)
деформации при разрушении и морозостойкость.
Известны способы модифицирования битума полиэтиленом, позволяющие повысить
деформационные свойства асфальтобетона [2, 3].
Недостатками данного материала являются относительно высокая продолжительность
приготовления, снижающая производительность производства, зависимость физикомеханических свойств от технологических режимов, высокая стоимость, кроме этого полученное вяжущее имеет невысокую устойчивость против расслоения.
Известны способы армирования асфальтобетона (или битума) синтетическими волокнами (полипропиленовыми, полиэфирными, полиамидными или ПАН-волокнами) [8].
Армированные полимерными волокнами асфальтобетоны обладают повышенной прочностью, термоустойчивостью и износостойкостью. Недостатками данного материала являются повышенный расход битума, зависимость физико-механических свойств от качества
и состояния поверхности волокон, высокая стоимость.
2
BY 12694 C1 2009.12.30
Известна асфальтобетонная смесь, включающая минеральный заполнитель, битумное
вяжущее и минеральный порошок, в качестве которого используется гидратированный
цемент, при следующем соотношении компонентов (мас. %): минеральный заполнитель
(щебень из гравия фракции 5-20 мм и кварцевый песок или грунт фракции 0-20 мм) (7794), битумное вяжущее (битум или нефтяной гудрон) (5-8), гидратированный цемент
фракции менее 1,25 мм (1-15) [9]. Недостатками данного материала являются низкие предел прочности при сжатии и модуль остаточной (пластической) деформации при разрушении, приводящие к образованию колеи на автодорожном покрытии в местах высокой
интенсивности движения транспортных средств. Кроме того, данный материал имеет низкую морозостойкость, выражающуюся в появлении трещин и выкрашивании отдельных
зерен при чередующихся циклах замораживания и оттаивания в зимний период.
Известна горячая асфальтобетонная смесь, включающая (мас. %): щебень фракции 515 мм, природный песок, минеральный порошок (9,5), битум (5,5), а также порошок, полученный переработкой фенопластовых отходов производства и потребления (10-15 % от
массы минерального порошка) [10].
Данный материал имеет повышенные физико-механические характеристики по сравнению с асфальтобетоном, не модифицированным фенопластовым порошком. Однако переработка и применение отходов фенопластов представляет опасность для окружающей
среды и здоровья людей.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является горячая асфальтобетонная смесь, включающая (мас. %): щебень фракции 5-10 мм (60-70),
песок из отсевов дробления (15-30), минеральный порошок (10-15), битум (6,3-7,5), целлюлозу (0,2-0,4 % от массы смеси) и азол (0,3 % от массы битума) [11]. Температура приготовления смеси составляет 140-160 °С. Недостатками данного материала являются
невысокие значения предела прочности при сжатии и модуля остаточной (пластической)
деформации при разрушении, что может приводить к образованию колеи на автодорожном покрытии в местах высокой интенсивности движения транспортных средств, а также
возможность расслоения при хранении и транспортировке вследствие повышенного содержания битума.
Задачей изобретения является улучшение физико-механических характеристик асфальтобетонной смеси, в частности повышение предела прочности при сжатии и модуля
остаточной (пластической) деформации при разрушении и снижение водонасыщения, а
также расширение областей применения полимерных отходов, образующихся в среде
производства и потребления.
Поставленная задача достигается тем, что горячая асфальтобетонная смесь, содержащая щебень, песок из отсевов дробления, минеральный порошок и битум при следующем
соотношении компонентов, мас. %:
щебень фракции 5-15 мм
45,0-70,0
песок из отсевов дробления
15,0-48,0
минеральный порошок
7,0-15,0
битум
5,0-7,5 % от массы
минеральной части,
дополнительно содержит порошкообразный полистирол с размером частиц 0,01-3,0 мм
или его смесь с дисперсной резиной при их массовом соотношении 1:(0,25-0,50) в количестве 0,5-3,0 мас. % и пенополистирол или порофор, или их смесь при массовом соотношении 1:(0,5-1,0) в количестве 5,0-10,0 мас. % от массы битума.
При этом горячая асфальтобетонная смесь в качестве дисперсной резины может содержать частицы регенерированных автомобильных шин фракции 0,05-1,0 мм, а в качестве
пенополистирола - измельченный вторичный пенополистирол с размером частиц 0,5-10,0 мм.
Сущность изобретения и предположительный механизм действия компонентов заключается в следующем.
3
BY 12694 C1 2009.12.30
При введении в композиционную асфальтобетонную смесь порошкообразного полистирола или его смеси с дисперсной резиной доля суммарной поверхности зерен, обрабатываемых вяжущим, существенно увеличивается и достигает совместно с минеральным
порошком 95-98 %. Поскольку основное назначение минерального порошка как наполнителя состоит в том, чтобы переводить объемный битум в пленочное состояние, добавка
предлагаемого мелкодисперсного наполнителя дополнительно способствует более активному
протеканию этого процесса. Вместе с битумом мелкодисперсный наполнитель образует
структурированную дисперсную систему, которая выполняет роль вяжущего материала в
композите. Другое назначение мелкодисперсного наполнителя заключается в заполнении
мелких пор между более крупными фракциями минерального материала (щебня). Таким
образом, присутствие определенного количества мелкодисперсного наполнителя (порошкообразного полистирола или его смеси с дисперсной резиной) способствует повышению
плотности, а следовательно, и других физико-механических свойств композиционного
дорожного материала в целом.
Высокие физико-механические характеристики композиционных асфальтобетонных
смесей, в состав которых введен полимерный мелкодисперсный наполнитель (порошкообразный полистирол), объясняются также высоким сцеплением его частиц и битума,
обеспечиваемым электростатическим притяжением положительных зарядов поверхности
частиц микронаполнителя и отрицательных, принадлежащих асфальтогеновым кислотам,
входящим в состав битума и являющихся анионными поверхностно-активными веществами.
Таким образом, структурированная дисперсная система, выполняющая роль вяжущего материала в композите, получает положительный электрический заряд, что дополнительно
способствует повышению ее сцепления с минеральным материалом (гранитным щебнем),
поверхность которого электроотрицательна.
Введение в битум пенополистирола или порофора (в частности марки ЧХЗ-21,
ТУ 113-03-365-82), или их смеси способствует снижению вязкости битума в начальной
стадии совмещения, повышению текучести и, как следствие, лучшему обволакиванию
зерен минерального материала. Одновременно с этим объединение битума с полимером
также приводит к перезаряду вяжущего с отрицательного заряда на положительный, что повышает его сцепление с поверхностью электроотрицательного минерального материала
аналогично рассмотренному выше. Кроме того, введение пенополистирола приводит к последующему росту вязкости битума (через 1-1,5 часа) вследствие образования в нем объемной фазы модификатора, обеспечивающей повышение эластичности и прочности
пленки вяжущего в композите, что в совокупности приводит к повышению физикомеханических свойств асфальтобетонной смеси.
Таким образом, введение в композиционную асфальтобетонную смесь порошкообразного полистирола или его смеси с дисперсной резиной, а также пенополистирола или порофора (или их смеси) приводит к комплексному изменению физико-химических свойств
вяжущего и, как следствие, к повышению эксплуатационных характеристик асфальтобетона.
Модифицированную асфальтобетонную смесь готовят следующим образом. Минеральные материалы (щебень и песок из отсевов дробления), входящие в состав смеси,
предварительно высушивались до постоянной массы, битум обезвоживался, после чего
компоненты взвешивались в количествах, соответствующих рецептуре, с погрешностью
взвешивания не более ± 1,0 г. При введении добавок в битум последний разогревался до
жидкого состояния в металлическом сосуде, в который вводилось, с одновременным перемешиванием, требуемое количество добавки. После этого производилась выдержка при
температуре 140-160 °С в течение 1 ч. После нагрева до температуры 140-160 °С продолжительностью 1 ч (минеральный порошок и мелкодисперсный наполнитель дозировались
в холодном состоянии) компоненты объединялись и принудительно перемешивались до
достижения полной однородности смеси и равномерного покрытия вяжущим зерен заполнителя.
4
BY 12694 C1 2009.12.30
Для последующего определения физико-механических свойств модифицированной
асфальтобетонной смеси изготавливались цилиндрические образцы, высота которых равна диаметру, получаемые уплотнением смеси в стальной форме, представляющей собой
полый цилиндр, в котором обеспечивается двустороннее приложение нагрузки посредством передачи давления на уплотняемую смесь, помещаемую между двумя вкладышами,
свободно передвигающимися навстречу друг другу. Перед изготовлением образцов детали
формы выдерживались соответственно при температуре 90-100 °С и 40-50 °С в течение
30 минут. Далее форма со вставленным нижним вкладышем заполнялась смесью в три
приема с послойным штыкованием и вставлялся верхний вкладыш. После этого форма со
смесью устанавливалась между плитами пресса, обеспечивающего погрешность измерения
нагрузки не более 2 %, и подвергалась давлению, равному 40 МПа, в течение 3 ± 0,1 мин
[1]. Полученные в результате формования образцы (диаметр 71,4 мм, высота 71,4 ± 1,5 мм),
имеющие дефекты кромок (сколы, смятия высотой более 3 мм) и непараллельность верхнего и нижнего оснований (разность высот образца по образующей более 3 мм), выбраковывались. Качественные образцы выдерживались при температуре окружающей среды в
течение 48 часов до проведения физико-механических испытаний.
Определение физико-механических параметров осуществлялось на испытательном
стенде ComTen 94C (США) в соответствии с требованиями [1], обеспечивающем погрешность силоизмерителя ± 1,9 % и регистрирующем деформацию с точностью ± 0,3 мм. Перед испытанием образцы выдерживались при температуре 50±2 °С в водяной бане в
течение 1 часа, т.е. испытывались в водонасыщенном состоянии. Определение водонасыщения и набухания образцов осуществлялось по величине увеличения массы образцов после их выдержки в дистиллированной воде в соответствии с требованиями [1].
Из полученных результатов следует, что предлагаемый материал обладает более высокими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками, чем прототип
(таблица).
Физико-механические свойства горячих асфальтобетонных смесей
Компоненты
Щебень фр. 5-10 мм
Щебень фр. 10-15 мм
Песок из отсевов дробления
Мин. порошок
Битум
Целлюлоза
Азол
Порошкообразный полистирол
(мелкодисперсный наполнитель)
Пенополистирол и(или) порофор
Физико-механические свойства
Предел прочности при сжатии,
МПа, при температуре 50 °С
Модуль остаточной (пластической)
деформации при разрушении,
МПа, при температуре 50 °С
Водонасыщение, % по объему
Набухание, % по объему
Рецептурные подборы смесей, мас. %
Прототип
Заявляемая композиция
66
30
24
40
10
30
6,3
4,0
0,3 от массы
смеси
0,3 от массы
битума
Контрольные
10
10
8,0
45
15
33
7
5,6
30
15
48
7
6,0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
45
60
70
80
48
7
5,0
30
10
6,0
15
15
7,5
-
-
-
-
0,25
0,5
2,0
3,0
5,0
-
-
-
2,5
5,0
7,5
10,0 12,5
-
-
1,22
1,41 2,04 1,49 1,45 1,39 1,35
1,24
29,3
35,6 44,2 37,2 36,1 35,7 30,5
35,4
1,8
0,42
1,7 1,5 1,6 1,5 1,4 2,6
0,42 0,40 0,41 0,41 0,40 0,47
2,3
0,45
5
BY 12694 C1 2009.12.30
Источники информации:
1. СТБ 1033-2004. Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон.
Технические условия.
2. Бонченко Г.А. Асфальтобетон. Сдвигоустойчивость и технология модифицирования
полимером. - М.: Машиностроение, 1994. - С. 176.
3. Кашевская Е.В. Регенерация асфальтобетонов / Под ред. И.И.Леоновича. - Мн.: Дизайн ПРО, 2003. - С. 192.
4. Гезенцвей Л.Б., Горелышев Н.В., Богуславский A.M., Королев И.В. Дорожный асфальтобетон / Под общ. ред. Л.Б.Гезенцвея. - М.: Транспорт, 1985. - С. 350.
5. Артемов В.М., Макаренков Л.П. Изучение влияния природы резиновой крошки и
температуры смешения на свойства резинобитумных композиций // Производство шин,
резино-технических и асбоцементных изделий. - 1983. - № 7. - С. 4-7.
6. Макаров В.М., Дроздовский В.Ф. Использование амортизированных шин и отходов
производства резиновых изделий. - Л.: Химия, 1986. - С. 249.
7. Смирнов Н.В. Вяжущие материалы БИТРЭК на основе химически обработанных
окисленных битумов и мелкодисперсной резиновой крошки // Дороги России XXI века. 2002. - № 6. - С. 70-78.
8. Платонов А.П. Полимерные материалы в дорожном строительстве. - М.: Транспорт,
1994. - С. 280.
9. Патентная заявка России RU 2002 120680, МПК Е 01С 7/00, опубл. 10.02.2004.
10. Содержание и строительство автодорог: Тематическая подборка БелАНТДИ
№ 312-50.07-91. - Гомель, 1991.
11. ТУ 5718.030.01393697-99. Смеси асфальтобетонные щебеночно-мастичные и асфальтобетон. - М.: Союздорнии, 1999.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
115 Кб
Теги
by12694, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа