асфальтобетонная смесь

Формула изобретения

Асфальтобетонная смесь для дорожного строительства, содержащая щебень, песок фракции, нефтяной вязкий битум, отличающаяся тем, что в качестве щебня используют дробленый доменный шлак фракции 0,14-25 мм, в качестве песка - дробленый горный песок фракции 0,14-2,5 мм, содержащий 20-30% минералов гранатов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

нефтяной вязкий битум	5,0-6,0
дробленый доменный шлак фракции 0,14-25 мм	40-50
дробленый горный песок, содержащий	20-30%
минералов гранатов	остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам асфальтобетонной смеси на основе нефтяного вязкого битума и заполнителей, которые могут быть использованы при строительстве и ремонте автомобильных дорог.

Известна асфальтобетонная смесь, содержащая щебень, песок, битум, поверхностно-активные вещества, древесные волокна [1]. Недостаток этой смеси заключается в низкой прочности асфальтобетонной смеси и низком сроке службы дорожного покрытия из нее.

Известна также асфальтобетонная смесь, содержащая известковый щебень фракции 5-20 мм, нефтяной вязкий битум, минеральный порошок из доломитовых или известковых пород, полимерную добавку в виде бывших в употреблении пластиковых бутылок, песок фракции 5 мм [2].

Недостатками известных смесей является пониженная прочность асфальтобетона.

Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении прочности асфальтобетона и увеличении продолжительности его эксплуатации.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата асфальтобетонная смесь содержит щебень, песок, нефтяной вязкий битум, в качестве щебня - доменный дробленый шлак, в качестве песчаного заполнителя - песок горный дробленый, содержащий 20-30% минералов гранатов, при следующем соотношении компонентов, мас.%: нефтяной вязкий битум 5,0-6,0, доменный дробленый шлак фракции 0,14-25 мм 40-50, песок горный дробленый, содержащий 20-30% минералов гранатов фракции 0,14-2,5 мм, - остальное.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что для асфальтобетона предлагается использовать заполнители с высокой прочностью и твердостью. Гранаты имеют плотность 3,5-4,2 г/см³, твердостью 6,5-7,5. В нормальных условиях химически стойкие. После прокаливания довольно активны. Минералы гранатов образуют непрерывный изоморфный ряд. Представителями этой группы минералов являются: пироп Mg₃Al₂ [SiO₄]₃; гроссуляр Са₃Аl ₂[SiO₄]₃, альмадин Fе₃ Аl₂[SiO₄]₃, спессартин Мn ₃Аl₂[SiO₄]₃, андрадин Са₃Fе₂[SiO₄]₃, уваровит Са₃Сr₂[SiO₄]₃. Эти минералы обладают вяжущими свойствами и при изготовлении асфальтобетона проявляют свойства цементов, увеличивают прочность асфальтобетона. Наличие этих минералов в горном песке (20-30%) резко увеличивает твердость и плотность асфальтобетона.

В горном песке содержатся в небольших количествах (4%) минералы амфиболы: антофиллит Ca₂Mg₅[Si₄O₁₁ ]₂(OH,F)₂; актинолит Ca₂(Mg,Fe) ₅[Si₄O₁₁]₂(OH,F)₂ . Эти минералы обладают плотностью 3,0-3,4 г/см³; твердость 5,5-6,0. Они обладают вяжущими свойствами и увеличивают твердость асфальтобетона.

Применяемый горный песок является отходом от обогащения железных руд на Абагурской фабрике г.Новокузнецка. Для обогащения используют железные руды с нескольких месторождений. При этом дозировка руд, поступающих на обогащение, постоянно меняется по различным причинам. Минералогический состав отходов обогащения (горный песок) соответственно тоже меняется. Получить горный песок постоянного состава невозможно. В горном песке содержится 20-30% минералов гранатов. Основные минералы из группы гранатов, содержащиеся в горном песке: гроссуляр Са ₃Аl₂[SiO₄]₃, альмадин Fе₃Аl₂[SiO₄]₃; андрадин Ca₃Fe₂[SiO₄]₃; Mg ₃Al₂[SiO₄]₃; в меньших количествах содержится уваровит Са₃Сr₂[SiO ₄]₃. В горном песке в больших количествах содержится кварц[SiO₄]₃. В меньших количествах содержатся гранаты, полевые шпаты, слюда, пирохиты. По причине сложности минералогического состава горного песка не представляется возможным оценить влияние каждого из этих минералов на качество асфальтобетона. Считаем, что влияние оказывает песок в целом со всеми своими компонентами.

Для примера взяли песок горный дробленый 0,14-2,5 мм и доменный дробленый шлак крупностью 0,14-25 мм (таблицы 1, 2). Свойства шлака и песка также приведены в таблицах 1, 2.

Наличие мелких классов способствует уплотнению и упрочнению структуры асфальтобетона. Дробленые заполнители (песок и шлак) обладают более развитой поверхностью частиц, содержат большее количество сколов, острых углов и ребер (по сравнению с речным песком и гравием). Соответственно обладают более высокой поверхностной энергией, что обеспечивает более высокое сцепление между этими частицами и нефтяным битумом и упрочняют структуру асфальтобетона.

Плотная упаковка заполнителей снижает количество пустот и воздуха в бетоне, что дополнительно упрочняет структуру асфальтобетона. Интенсивное разрушение асфальтобетона наблюдается в весенний и осенний периоды. Смена температур приводит к проникновению воды в тело бетона, которая при замерзании разрыхляет и разрывает структуру материалов. Снизить этот вид разрушения возможно только уплотнением тела асфальтобетона.

Таблица 1 Гранулометрический состав и характеристика песков и шлака.
Частные остатки, % по массе на ситах с размером отверстий, мм	Проход через сито 0,14 мм	Модуль крупности	Насыпная плотность кг/м3	Плотность, г/см3
2,5	1,25	0,63	0,31	0,14
Песок горный дробленый
0,4	1,4	6,2	25,4	36	30,6	1,2	1685	3,1
Речной песок
5	2,5	15	24,2	11,2	3,8	3,2	1620	2,65
15,8	30
Доменный дробленый шлак
25	10	5	1,25	0,31	0,14		3,4-3,7
43,4	21,2	12,1	10,0	8,2	5,1

Таблица 2
Материал	Химический состав, мас.%
SiO2	Al2O+TiO2	FeO+Fe2О3	CaO	MgO	Mn	SO3	Na2O+K 2O	П.П.П
Доменный шлак дробленый	36,2-42,0	12,3-17	0,6-2,6	38-42,2	4,8-9,9	0,21-1,1	0,4-1,2	0,13-0,17	0,10-0,15
Песок горный дробленый	34,1-39,9	9,8-11	12,8-26,1	11,3-13,7-	4,2-5,7	0,3-0,55	1,7-3,2	1,3-3,2	8,5-15

Для получения асфальтобетонной смеси брали горный песок состава, мас.%: SiO₂ 34,1-39,9; Аl₂O₃+ТiO₂ 9,8-11,0; FеО+Fе ₂O₃ 12,8-26,1; CaO 11,3-13,7; MgO 4,2-5,7; MnO 0,3-0,55; Р₂O₅ 0,5-0,6; SO₃ 1,7-3,2; Nа₂O+К₂O 1,3-3,2, при этом он содержал 20-30% минералов гранатов. Смесь была изготовлена Новокузнецким асфальтобетонным заводом в объеме 32 тонн. Новокузнецкое дорожное ремонтно-строительное управление (НДРСУ) использовало смесь для ремонта автомобильной дороги. Достигнут положительный результат.

Качество предлагаемого асфальтобетона определялось по ГОСТовским методикам [3] трех предлагаемых смесей (таблица 3) и сравнено с качеством материала по прототипу [2]. Все показатели качества по предлагаемому составу асфальтобетона выше, чем по известному составу (по прототипу).

Для сравнения приведены результаты исследований (опыт № 4) с применением речного песка (из реки Томь), основным компонентом которого является кварц (80-90% по данным рентгенофазового анализа). Физические свойства приведены в таблице 1. Из результатов исследований следует, что замена горного песка на речной снижает качество асфальтобетона и, наоборот, замена речного песка на горный - повышает качество.

Производство предлагаемой асфальтобетонной смеси позволяет увеличить сырьевую базу и квалифицированно утилизировать доменный шлак и горный песок, сократить расходы на заготовку речного гравия и песка, являющиеся дефицитными.

Таблица 3
Составы вяжущих	№ опыта	Содержание компонентов, мас.%	Качество асфальтобетона
Песок горный дробленый	Шлак доменный дробленый	Нефтяной битум	Известняковый щебень	Песок речной	Минеральный порошок
1	2	3	4
Предложенное	1 2 3	55 49,5 44	40 45 50	5 5,5 6				25 26,5 28	0,95 0,95 0,95	0,97 1,0 1,0	2,5 2,5 2,0
По прототипу, патент № 2262492					35	52,2	8	22	0,75	0,80	16,5
Для сравнения	4	44	50	6		44		23	0,80	0,85	13

Примечание:

Качество асфальтобетона в таблице обозначено цифрами:

1. Предел прочности при сжатии в кг/см³ при температуре 20°С.

2. Коэффициент водоустойчивости.

3. Морозостойкость.

4. Остаточная пористость в %.

Источники информации

1. Патент РФ 2262491, МПК7 С04В, 2003.

2. Патент РФ 226249, МПК7 С04В 7/14, 2003.

3. Рыбьев И.А Асфальтовые бетоны. // М., «Высшая школа», 1969, стр.98-106.