асфальтобетонная смесь

Формула изобретения

Асфальтобетонная смесь для дорожного строительства, содержащая известняковый щебень фракции 5-20 мм, песок фракции до 5 мм, минеральный порошок, нефтяной вязкий битум и полимерную добавку, отличающаяся тем, что в качестве полимерной добавки используется вторичный полиэтилентерефталат в виде б/у пластиковых бутылок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

известняковый щебень фракции 5-20 мм	35-45
нефтяной вязкий битум	5,0-5,5
минеральный порошок
из доломитовых или известняковых пород	3-8
указанная полимерная добавка	0,1-0,25
	от массы битума
песок фракции до 5 мм	остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано для устройства верхних слоев дорожных одежд во всех климатических зонах.

При строительстве автомобильных дорог широко применяются асфальтобетонные смеси, приготовленные в соответствии с ГОСТ 9128-97, и полимерасфальтобетоны на основе блок-сополимеров бутадиена и стирола типа СБС (Воронежского завода синтетического каучука), а также многих их зарубежных аналогов ОСТ 218.010-98.

Известна асфальтобетонная смесь (а.с. №903450, Е 01 С 7/18, 1982 г.), включающая: нефтяной битум, синтетический каучук (отход бутадиен-стирольного каучука), пластификатор и минеральный наполнитель (известняковый щебень и песок). Такая смесь имеет много достоинств, присущих полимерасфальтобетонам.

Однако недостатками этой смеси является большой расход битума - до 17,6%; недостаточная прочность при сжатии при 50°С (1,61-1,62 МПа) и низкое значение водонасыщения.

Наиболее близкой к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является асфальтобетонная смесь (а.с. №2119465, кл. С 04 В 26/26, 1998 г.), включающая, мас.%:

нефтяной битум	5-6,5
масляный раствор синтетического
высокомолекулярного полибутадиенового
каучука (полимерная добавка)	0,15-0,30
шлам химводоочистки ТЭЦ	2-4
известняковый щебень фракции 5-20 мм	25-35
минеральный порошок
(из доломитовых или известняковых пород)	1-3
песок фракции до 5 мм	остальное

Введение полимерной добавки на основе каучуков в состав нефтяного битума и дополнительно в состав минерального материала шлама химводоочистки (вместо минерального порошка) усиливают процессы структурообразования асфальтобетона, повышая его водо- и теплоустойчивость.

Недостатком этой смеси является повышенная стоимость за счет использования дорогостоящей полимерной добавки ( 40 тыс. руб. за тонну), слабое сцепление битума с сухим минеральным материалом и отсутствия сцепления с влажным минеральным материалом.

Изобретение направлено на улучшение основных характеристик физико-механических свойств асфальтобетонной смеси, снижение расхода ее дорогостоящих компонентов: битума и полимерной добавки, а также уменьшения экологического ущерба за счет утилизации бытовых отходов: бывших в употреблении пластиковых бутылок из полиэтилентерефталата (ПЭТФ).

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в асфальтобетонной смеси, содержащей известняковый щебень фракции 5-20 мм, песок фракции до 5 мм, минеральный порошок (из доломитовых или известняковых пород), нефтяной вязкий битум 5-6 мас.% и полимерную добавку, в качестве последней используется вторичный полиэтилентерефталат в виде бывших в употреблении пластиковых бутылок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

известняковый щебень фр. 5-20 мм	35-45
нефтяной вязкий битум	5,0-6,0
минеральный порошок	3-8
указанная полимерная добавка	0,1-0,25 от массы битума
песок фракции до 5 мм	остальное

Введение полимерной добавки в виде вторичного полиэтилентерефталата (бывшие в употреблении пластиковые бутылки) в состав нефтяного дорожного битума придает асфальтобетонной смеси новые свойства за счет повышения адгезии битума с минеральными компонентами, т.к. полиэтилентерефталат содержит полярные сложноэфирные группы, способствующие лучшему сцеплению битума даже с влажной поверхностью минерального материала.

Это позволяет усилить процессы структурообразования асфальтобетона и улучшить основные физико-механические характеристики его свойств (см. табл.1).

Предложенная асфальтобетонная смесь получается дешевле, т.к. указанная выше полимерная добавка является бытовым отходом, а стоимость полимерной добавки у прототипа 40 тыс. руб. за тонну. При этом утилизируются бывшие в употреблении пластиковые бутылки из полиэтилентерефталата и снижаются расходы дорогостоящих компонентов: битума и полимерной добавки.

Характеристика исходных материалов

1. Вторичный полиэтилентерефталат, ТУ-6-05-1984-85 марки 277-73 представляет собой бывшие в употреблении пластиковые бутылки. Это термопластичный материал, температура плавления 243°С, температура размягчения 100°С, молекулярная масса 20000-40000, показатель текучести расплава 1.5-2 г/10 мин, разрушающее напряжение при разрыве 134.5 МПа, модуль упругости при растяжении 6130 МПа, нерастворим в воде и органических растворителях, растворим в фенолах и его алкильных производных.

2. Известняковый щебень фракции 5-20 мм.

В качестве известнякового щебня использован известняк месторождения "Апанасовский карьер" Ростовской области. В таблицах 2, 3 приведены химический и зерновой состав щебня и песка.

3. Песок.

В качестве песка использовался отсев дробления известнякового щебня фракции до 5 мм.

4. Вяжущее.

В качестве вяжущего использовался нефтяной дорожный битум марки БНД 90/130. В таблице 4 представлены его физико-механические показатели в сравнении с полимерно-битумным вяжущим. По физико-механическим показателям исходный битум удовлетворяет требованиям ГОСТ 22245-90.

5. Минеральный порошок.

В качестве минерального порошка используется тонкодисперсный порошок доломитовых или известняковых пород.

Пример. Для экспериментальной проверки заявленного состава были подготовлены 6 вариантов смесей, приготовленных из вышеперечисленных ингредиентов. Образцы изготавливались следующим образом: в предварительно нагретые материалы до 160°С (известняковый щебень, песок и минеральный порошок) вводился битум с добавкой вторичного полиэтилентерефталата. Смесь перемешивалась в лабораторной мешалке 5 минут при температуре 140-160°С до образования однородного состава. Затем из нее готовились образцы диаметром 70,1 мм под давлением 40 МПа. Одна из смесей изготавливалась на битуме БНД 90/130 без добавки полиэтилентерефталата, остальные пять - с различным ее процентным содержанием (0,05; 0,10; 0,20; 0,25; 0,30). Из проведенных сравнительных испытаний и анализа полученных результатов установили, что асфальтобетонная смесь предлагаемого состава обладает более лучшими физико-механическими свойствами по сравнению со смесью, приготовленной на битуме без добавки, но близка по своим свойствам к смеси прототипа.

Наилучшие показатели предлагаемой асфальтобетонной смеси наблюдались при введении вторичного полиэтилентерефталата в пределах от 0,10 до 0,25% от массы битума. Причем оптимальное значение составило 0,20%.

Результаты сравнительного анализа сведены в таблицу 1.

Следовательно, основным преимуществом предлагаемой асфальтобетонной смеси является повышение ее качества за счет улучшения сцепления вяжущего с минеральными компонентами, повышение водо- и теплостойкости, а как следствие, повышение сопротивления к воздействию динамических нагрузок.

Таблица 1
Физико-механические свойства асфальтобетона типа Б марки II четвертой климатической зоны и полимерасфальтобетонов прототипа и выполненного из предлагаемой смеси
№п/п	Наименование показателей	Асфальт обетон ГОСТ 9128-97	Факт. тип с битумом БНД 90/130	Полимерасфальтобетон
				Из пред-лагаемой смеси	Прототип
1	Прочность при 20°С R 20, МПа не менее	2,5	4,1	4,75	4,17
2	Прочность при 50°С R50, МПа не менее	1,3	1,71	2,50	2,49
3	Прочность при 0°С R0, МПа не более	13	12,1	14,0	7,98-8,29
4	Водонасыщение	1,5-4,0	2,6	1,60	1,15-2,96
5	Коэффициент водостойкости не менее	0,85	0,94	0,98	0,97-0,99
6	Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении	0,75	0,7	0,80	0,95
7	Остаточная пористость, %	3-7	2,7	2,5
8	Пористость минерального остова, % не более	19	15,8	14,3
9	Плотность		2,45	2,4	2,31
10	Расход битума		5,3	5,20	5-6,5

Таблица 2
Химический состав известнякового щебня
массовое содержание, %
ППП	SiO2	R2О3	Fe2O3	Al2О3+TiO 2	CaO	MgO	SO3
46,85	1,68	1,63	0,59	1,04	47,05	2,55	0,24

Таблица 3
Зерновые составы минеральных материалов
Наименование материала	Массовая доля, % зерен минерального материала мельче, мм
	20	15	10	5	2,5	1,25	0,63	0,315	0,14	0,07
Известняковый щебень	92,4	81,8	69,6	12,0	1,5	1,4	1,3	1,2	1,1	1,0
Песок	-	-	-	100	87,6	66,2	47,3	30,4	17,4	10,4
Минеральный порошок из доломитовой породы	-	-	-	-	-	100	99,5	99,1	79,4	20,1

Таблица 4
Физико-механические свойства битума и полимерно-битумного вяжущего (ПБВ) с использованием вторичного полиэтилентерефталата.
№ п/п	Наименование показателя	Битум		ПБВ
		ГОСТ 222245-90	Факт БНД 90/130	ОСТ 218.010-98	Факт оптим. Образец
1	Глубина проникания иглы 0,1 мм при 25°С,	91-130	120	не менее 90	96
	при 0°С	не менее 28	30	не менее 40	99
2	Растяжимость (см) при 25°С,	не менее 65	70	не менее 30	100
	при 0°С,	не менее 4,0	7,2	не менее 15	7,8
3	Температура размягчения, °С	не ниже 43	46	не ниже 51	48
4	Испытания на сцепление с мрамором	не норм.	не выдер. (удовл.)	Выдерж. по контрольн. образцу	Отлично
5	Температура хрупкости по Фраасу, °С	не выше -17	-19,5	не выше 25	-22,5
6	Температура вспышки, °С	не ниже 230	273	не ниже 220	>270
7	Однородность	-	однородно	Выдерживает через 40 мин приготовл.	Однородно