литая асфальтобетонная смесь для устройства покрытия проезжей части моста

Формула изобретения

Смесь для литого асфальта для устройства дорожного покрытия проезжей части моста, содержащая минеральные компоненты - щебень, песок, минеральный порошок и вяжущее, отличающаяся тем, что содержит дополнительный минеральный компонент - песок из отсевов дробления горных пород, в качестве вяжущего используют полимерно-битумное вяжущее состава, мас.%:

битум «БНД90/130»	87-91
стирол-бутадиен-стирольный блок-сополимер
«Кратон Д-1101СМ»	9-13

при следующем соотношении компонентов, мас.%:

щебень	35-41
песок из отсевов дробления	10-20
песок	6-16
минеральный порошок	20-26
указанное полимерно-битумное вяжущее	10-16

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, а именно к составам литых асфальтобетонных смесей, используемых в гражданском, дорожном, аэродромном, гидротехническом и других видах строительства. Литая асфальтобетонная смесь может быть использована преимущественно для устройства верхнего слоя дорожной одежды проезжей части мостов и путепроводов.

Известны составы асфальтобетона, применяемого при устройстве транспортных сооружений - автомагистралей, шоссе, городских или проселочных автодорог, аэродромов, причалов, подъездных путей, стояночных площадок, городских площадей, тротуаров, путепроводов, мостов и/или тоннелей. Во всех составах содержится битум или полимерно-битумное вяжущее, щебень, минеральный порошок и песок [патенты на изобретение РФ №2011727, 2135671, 2119465].

Однако составы асфальтобетона, приведенные в патентах, не обеспечивают литую структуру смеси.

Известна также асфальтобетонная смесь, приготовленная смешением при 140-160°С щебня, песка, минерального порошка, битума и полимерной добавки. При этом минерального порошка берут первоначально 8-10 мас.%. После перемешивания и охлаждения до 30-40°С в смесь добавляют 1-4 мас.% минерального порошка асфальтобетонной смеси и к полученному концентрату добавляют предварительно приготовленную полимерную добавку в количестве 1-2% от веса асфальтобетонной смеси. Полимерная добавка состоит из минерального масла и полимера, в качестве которого используют дивинилстирольный термопласт или хлорпреновый каучук, катионного или анионоактивного поверхностно-активного вещества, битума при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум 10-15, полимер 2-4, ПАВ 0,5-1, минеральное масло - остальное до 100 [патент на изобретение РФ №2154039, МПК С04В 26/26].

Однако параметры получаемой смеси не соответствуют требованиям, предъявляемым к дорожному покрытию мостов: прочности, трещиностойкости, сдвигоустойчивости, абсолютной водонепроницаемости.

Известна также асфальтобетонная смесь, приготовленная из следующих компонентов, %: щебень фракции 5-15 гранитный - 14, песок природный - 69, минеральный порошок - 17, битум от массы минеральных материалов - 5, сера в порошкообразном состоянии, от массы минеральных материалов - 5 [патент на изобретение РФ №2197445, МПК С04В 26/26].

Однако при применении серы в составе асфальтобетонных смесей для дорожной одежды происходит выделение сероводорода на разных стадиях технологического процесса, что оказывает отрицательное действие на состав атмосферы рабочей зоны, здоровье персонала и окружающую среду. Кроме того, сера не является идеальным модификатором для битума.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является смесь для литого асфальта, предназначенная для текущего ремонта дорожных покрытий, в том числе ямочного, для заделки разрушений у люков колодцев и для устройства покрытий вдоль трамвайных путей. Даная смесь содержит, %: щебень 41-48; песок 17-29; минеральный порошок 10-22 и битум 8,9-11. Количество битума в каждой конкретной смеси рассчитывают по определенной формуле [патент на изобретение РФ №2062762, МПК С04 В 26/26, С04В 111/20].

Однако соотношение минеральных компонентов в данной смеси подобрано исключительно для ямочного ремонта или работ на небольших площадях и смесь не пригодна для устройства дорожного полотна большой протяженности. Применение битума марки БНД 40/60 в данной смеси не обеспечивает требуемой трещиностойкости дорожного покрытия в зимний период. Отсутствие промежуточной фракции каменного материала не позволяет получить равномерный и прочный скелет покрытия, что ухудшает эксплуатационные характеристики. Кроме того, не обеспечивается в должной мере сцепление колес автомобилей с покрытием из литого асфальтобетона.

Задачей изобретения является создание смеси для устройства непрерывного покрытия, обладающего трещиностойкостью в зимний период и высокой сдвигоустойчивостью и прочностью в условиях летней эксплуатации.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в создании покрытия, сохраняющего высокие эксплуатационные характеристики в течение длительного периода и препятствующего образованию таких дефектов как колеи по полосам наката и волны в продольном сечении дороги. При этом покрытие удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к устройству покрытий мостовых сооружений.

Поставленная задача решается тем, что смесь для литого асфальта для устройства дорожного покрытия проезжей части моста, содержащая минеральные компоненты - щебень, песок, минеральный порошок и вяжущее - битум, согласно предлагаемому решению, содержит дополнительный минеральный компонент - песок из отсевов дробления, в качестве вяжущего используют полимерно-битумное вяжущее при следующем соотношении компонентов мас.%:

щебень - 35-41,

песок из отсевов дробления - 10-20,

песок - 6-16,

минеральный порошок - 20-26,

полимерно-битумное вяжущее - 10-16.

Кроме того, количество минеральных компонентов из интервала выбранных значений определяют методом построения предельных кривых и кривой рассева минеральных компонентов на ситах с фиксированными размерами отверстий, мм: 20, 16, 12, 8, 5,6, 4, 2, 1, 0,5, 0,25, 0,125, 0,063.

В полимерно-битумном вяжущем используют компоненты при следующем соотношении, мас.%: битум «БНД90/130» - 87-91%, стирол-бутадиен-стирольный блок-сополимер «Кратон Д-1101СМ» - 9-13%.

Предлагаемое решение поясняется фиг.1 и фиг.2, на которых обозначены: 1, 3 - предельные графики, 2 - график зависимости итогового количества компонентов от фракции.

Литая асфальтобетонная смесь включает полимерно-битумное вяжущее, минеральные компоненты - щебень с крупностью фракций 5-20 мм, песок из отсевов дробления с крупностью фракций 0,01-5 мм, песок речной и минеральный порошок при вышеуказанном соотношении.

Литую асфальтобетонную смесь для устройства дорожного покрытия проезжей части моста приготавливают следующим образом. В асфальтосмеситель циклического действия помещают перечисленные компоненты и перемешивают их при температуре 180°С в течение 2,5 минут. После перемешивания смесь загружают в Кохер, поднимают температуру до 210°С и транспортируют к месту укладки. Укладку производят при рабочей температуре смеси 180-210°С. Максимальное время нахождения смеси в Кохере при рабочей температуре - не более 48 часов. При этом смесь периодически перемешивают для предотвращения расслаивания и местного перегрева.

При изготовлении полимерно-битумного вяжущего используют битум и полимер. Использование битума «БНД 90/130» по ГОСТ 22245-90 в качестве исходного материала обусловлено его доступностью, относительно низкой вязкостью, позволяющей обеспечить наилучшее растворение полимера и другими его параметрами. В качестве полимера выбран стирол-бутадиен-стирольный блок-сополимер «Кратон D-1101 СМ» фирмы Шелл. Полимерно-битумное вяжущее получают путем растворения полимера в битуме в следующем процентном соотношении по массе: битум «БНД90/130» - 87-91%, стирол-бутадиен-стирольный блок-сополимер «Кратон Д-1101СМ» - 9-13%.

Количество минеральных компонентов в смеси может быть подобрано по методу построения предельных кривых, в соответствии с которым определяют гранулометрический состав каждого исходного минерального компонента, для чего производят их рассев на ситах с отверстиями, размеры которых составляют следующие величины, мм: 20, 16, 12, 8, 5,6, 4, 2, 1, 0,5, 0,25, 0,125, 0,063.

На основании полученных результатов строят график зависимости итогового количества компонентов от фракции (кривая 2 фиг.1, 2) и предельные графики (кривые 1, 3 фиг.1, 2), установленные Стандартом предприятия. Если полученный график проходит плавно между предельными, считают подбор минеральных составляющих законченным. Если полученный график пересекает предельные кривые 1 и 3, то изменяют соотношение между составляющими материалами.

Пример 1. Изготовлено 5 смесей с различным количеством компонентов, приведенным в таблице 1. Количество компонентов приведено к 100%. Вяжущее принимают сверх 100%, в качестве вяжущего применено полимерно-битумное вяжущее марки ПБВ 100.

Таблица 1
№ смеси	Содержание компонентов, % от массы					Результаты испытаний
						Сдвигоустойчивость по штампу при 25°С, мм
	Минеральный порошок	Песок	Отсев дробления	Щебень	Полимерно-битумное вяжущее	Фактически	По норме
1	26	12	18	44	8	0,21	2-9
2	26	10	18	46	10	2,25
3	26	12	18	44	12	5,51
4	26	12	20	42	14	7,51
5	26	12	18	44	16	9,71

Из таблицы видно, что составы смесей №2, 3, 4 обеспечивают главный параметр, определяющий качество и свойства получаемой литой асфальтобетонной смеси - сдвигоустойчивость по штампу при 25°С. Для литых асфальтобетонных смесей, применяемых для устройства покрытия на проезжей части, он должен находиться в пределах 2-9 мм. Состав №1 имеет сдвигоустойчивость по штампу 0,21 мм, что ниже нормы. Состав №5 имеет сдвигоустойчивость по штампу 9,71 мм, что превышает норму. Составы асфальтобетона из смеси №1 и 5 не удовлетворяют требуемым свойствам.

Пример 2. Заявляемым способом была изготовлена смесь с количеством щебня - 44 мас.%, песка из отсевов дробления - 18 мас.%, песка - 12 мас.%, минерального порошка -26 мас.%. Количество компонентов приведено к 100%. Вяжущее принимают 11 мас.% сверх 100%. При переводе количества минеральных компонентов и вяжущего к 100% количество компонентов принято: щебня - 39 мас.%, песка из отсевов дробления - 16 мас.%, песок - 11 мас.%, минеральный порошок - 23 мас.%. При этом количество минеральных компонентов определенной фракции (указанной в таблице 2) обеспечило состав смеси, удовлетворяющей всем предъявляемым требованиям.

Таблица 2
Наименование материалов	%	Полные проходы, % по массе, на ситах с отверстиями
		20	16	12	8	5,6	4	2	1	0,5	0,25	0,125	0,063
Щебень Орский 5/20	44	44	41,2	25,3	10,7	3,9	0,4	0,2
Отсев Павловский	18	18	18	17,8	17,8	17,7	16,8	12,4	9,1	6,7	4,9	3,6	2,6
Песок	12	12,0	12,0	12,0	12,0	11,9	11,9	11,9	11,9	11,3	3,9	0,1	0,0
Мин. порошок	26	26	26	26	26	26	26	26	26	26	26	25,8	20,8
Итого		100	97,2	81,2	66,5	59,5	55,2	50,5	47,0	44	34,8	29,6	23,5

Для данного состава график (фиг.1) зависимости количества минеральных компонентов от фракции 2 не пересекает предельные графики 1 и 3. Верхний и нижний графики отражают зависимость максимального и минимального количества минерального материала от заданной фракции. Средний график - фактический результат, полученный при испытании указанных материалов в заданных соотношениях при рассеве, указанном в таблице 2. Параметры предлагаемой литой асфальтобетонной смеси удовлетворяют предъявляемым требованиям.

При изготовлении предлагаемой литой асфальтобетонной смеси использован кубовидный щебень фракции 5-20 мм по ГОСТ 8269-87, песок из отсевов дробления по ГОСТ 8736-93, песок речной Мкр 1,2 по ГОСТ 8736-93, порошок минеральный по ГОСТ Р 52129-2003 и полимерно-битумное вяжущее (состоящее из стирол-бутадиен-стирольного полимера Кратон Д-1101 - 9 мас.% и битума «БНД 90/130» по ГОСТ 22245-90-91 мас.%). Перемешивание компонентов проводили в течение 2,5 минут при температуре 180°С, смесь укладывали при температуре 210°С. Полученный слой из литой асфальтобетонной смеси обладает высокой прочностью, сдвигоустойчивостью, трещиностойкостью и водонепроницаемостью. Кроме того, за счет использования минеральных компонентов с различными фракциями образовался более прочный скелет слоя.

Пример 3. Изготовлена литая асфальтобетонная смесь, содержащая минеральные компоненты, количество которых (приведено к 100%) указано в таблице 3.

Таблица 3
Наименование материалов	%	Полные проходы, % по массе, на ситах с отверстиями
		20	16	12	8	5,6	4	2	1	0,5	0,25	0,125	0,063
Щебень Орский 5/20	50	50	46,9	28,8	12,2	4,5	0,5	0,2
Отсев Павловский	25	25	25	24,8	24,7	24,5	23,4	17,2	12,6	9,3	6,8	5	3,7
Песок	12	12	12	12	12	11,9	11,9	11,9	11,9	11,3	3,9	0,1
Мин. порошок	13	13	13	13	13	13	13	13	13	13	13	12,9	10,4
Итого		100	96,9	78,6	61,9	53,9	48,8	42,4	37,5	33,5	23,7	18,1	14,1

Для данного состава график (фиг.2) зависимости фракции минеральных компонентов от их количества 2 пересекает нижний 1 предельный график.

Параметры предлагаемой литой асфальтобетонной смеси не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к дорожным покрытиям: трещиностойкости, сдвигоустойчивости и др.

Литые асфальтобетонные смеси, приготовленные с использованием полимерно-битумного вяжущего, обладают высоким сопротивлением к упругим деформациям и усталостным проявлениям. Это обеспечивает долговечность покрытия. Кроме того, предлагаемая смесь обладает высокой подвижностью при температуре укладки и способна после распределения в полотне дорожного покрытия самовыравниваться и после остывания естественным образом формироваться в эластичный монолит повышенной плотности.

При изготовлении предлагаемой литой асфальтобетонной смеси использован кубовидный щебень фракции 5-20 мм по ГОСТ 8269-87 - 39 мас.%, песок из отсевов дробления по ГОСТ 8736-93 - 16 мас.%, песок речной Мкр 1,2 по ГОСТ 8736-93 - 11 мас.%, порошок минеральный по ГОСТ Р 52129-2003 - 23 мас.%, полимерно-битумное вяжущее (состоящее из стирол-бутадиен-стирольного полимера Кратон Д-1101 - 9 мас.% и битума «БНД 90/130» по ГОСТ 22245-90 - 91 мас.%) - 11 мас.%. Перемешивание компонентов проводили в течение 2,5 минут при температуре 180°С, укладку смеси проводили при температуре 210°С. Полученный слой из литой асфальтобетонной смеси обладает пластичностью, водонепроницаемостью, особой прочностью и способен восстанавливать деформации от приложения сконцентрированных нагрузок.