асфальтобетонная смесь

Формула изобретения

Асфальтобетонная смесь, содержащая битум, щебень, природный и дробленый песок и минеральный порошок, отличающаяся тем, что в качестве минерального порошка содержит кеки - отходы производства цветных металлов и известняковую муку в соотношении от 1:2,3 до 1:1,5 при суммарном содержании оксидов железа и алюминия (Fе ₂О₃+Аl₂О₃) не более 7% при следующем соотношении компонентов, мас.%:

нефтяной битум	5,2-5,7
щебень	19,0-23,5
отсев дробления	47,2-52,1
песок природный	17,9-19,0
минеральный порошок
(кеки + известняковая мука)	4,7-5,7

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к дорожно-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, а также аэродромных покрытий.

Известна асфальтобетонная смесь, содержащая песок, битум и минеральный порошок из частично измельченного до размера не свыше 1,25 мм бывшего в употреблении асфальтобетона при содержании его в смеси от 1 до 20 мас.% (Патент № 2354623 С1, дата приоритета 28.08.2007, дата публикации 10.05.2009, авторы Лупанов А.П. и др. RU).

Недостатком известной смеси является ограниченная сырьевая база в связи с тем, что в ее составе используют минеральный порошок из бывшего в употреблении асфальтобетона, измельченного в специальном электромагнитном измельчителе с предварительным фрезерованием асфальтобетона дорожной фрезой и последующим дроблением и разделением асфальтобетонной крошки на фракции при помощи дробильно-сортировочной установки, что также свидетельствует о высокой энергоемкости процесса подготовки минерального порошка.

Известна также асфальтобетонная смесь, армированная древесными волокнами и содержащая щебень, песок, битум, активный минеральный порошок при следующем соотношении компонентов, мас.%: древесные волокна 0,3-0,7; битум марки БНД 60/90 5,7-6,9; щебень, фракции 5-15 мм 37,76-45,29; отсев крупной фракции щебня с размерами частиц 0,071-5 мм 49,0-37,14; активный минеральный порошок, фракция с размерами частиц 0,071-0,315 мм 6,64-9,97 (Патент № 2262491 С2, дата приоритета 03.02.2003, дата публикации 10.08.2004, авторы Телюфанова О.П. и др. RU).

Недостатком известной смеси является низкая водостойкость асфальтобетона, ограничивающая срок службы дорожного покрытия с использованием этой асфальтобетонной смеси, что связано с наличием в ее составе древесных волокон.

В качестве прототипа принята асфальтобетонная смесь, содержащая щебень, песок, минеральный порошок и битум, рационально подобранные в соответствии с требованиями стандарта (ГОСТ 9128-97 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон». - М.: МНТКС, 1998, прототип).

Недостатком прототипа следует признать низкий предел прочности и низкую водостойкость асфальтобетона на основе регламентированных стандартом смесей.

Задача, решаемая посредством предлагаемых составов асфальтобетонных смесей, состоит в расширении сырьевой базы путем использования техногенных отходов промышленного производства для получении асфальтобетона с улучшенными физико-механическими свойствами на основе новых составов смесей.

Технический результат, получаемый при реализации асфальтобетонных смесей предлагаемых составов, состоит в повышении предела прочности и водостойкости асфальтобетона.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата асфальтобетонная смесь, содержащая битум, щебень, природный и дробленый песок и минеральный порошок, согласно изобретению, в качестве минерального порошка содержит кеки - отходы производства цветных металлов и известняковую муку в соотношении от 1:2,3 до 1:1,5, при суммарном содержании оксидов железа и алюминия (Fe₂O₃ +Аl₂О₃) не более 7%, при следующем соотношении компонентов, мас.%: нефтяной битум 5,2-5,7; щебень 19,0-23,5; отсев дробления 47,2-52,1; песок природный 17,9-19,0; минеральный порошок (кеки+известняковая мука) 4,7-5,7.

Для осуществления изобретения производят отбор и подготовку компонентов для их перемешивания в соответствии с требованиями стандартов:

- ГОСТ 9128-97 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон». - М.: МНТКС, 1998;

- ГОСТ Р 52129-2003 «Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей». - М.: МНТКС, 2003;

- ГОСТ 12801-98 «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства». - М.: МНТКС, 1998.

Использование в качестве минерального порошка смеси кеков, являющихся отходами при производстве цветных металлов, и известняковой муки допустимо ГОСТами и обосновано следующими факторами.

Порошок кеков получают путем тонкого измельчения в мельницах просушенной пастообразной массы, образующейся в виде отходов при производстве цветных металлов. По классификации ГОСТа Р 52129-2003 его можно отнести к порошкам марки МП-2 - порошки из некарбонатных горных пород, твердых и порошкообразных отходов промышленного производства. Химический состав кеков, например, Красноярского завода цветных металлов приведен в табл.1.

Таблица 1
Химический состав кеков
Химический состав, мас.%
SiO2	Al2O3	Fе2О3	CaO	MgO	SO3	N 2O	Сl
0,4-3,5	0,2-1,5	11,5-21,5	20,0-35,0	1,0-3,5	4,5-7,5	1,0-2,3	0,02-10,0

Из табл.1 видно, что кеки имеют сложный минералогический состав, но на свойства асфальтобетона оказывают влияние, в основном, оксиды железа и алюминия и свободная окись кальция. В соответствии с требованиями ГОСТа Р 52129-2003 к минеральному порошку для асфальтобетона предъявляются требования по суммарному содержанию оксида алюминия Аl₂О ₃ и оксида железа Fе₂О₃, которое для активированных минеральных порошков должно быть не более 7% и для неактивированных 1,7%, а содержание свободной активной извести (CaO) должно быть не более 3%. Согласно табл.1, химический состав кеков не соответствует требованиям ГОСТа Р 52129-2003 по содержанию оксида железа Fе₂О₃ и оксида алюминия Аl₂O₃, а свободной CaO кеки не содержат.Зерновой состав кеков в сравнении с требованиями ГОСТа Р 52129-2003 для порошков марки МП-2 приведен в табл.2.

Таблица 2
Зерновой состав кеков
Размер сит, мм	Частные остатки, г	Частные остатки, %	Полные остатки, %	Прошло через сито, %	Требования ГОСТа для МП-2
1,25	0	0	0	100	Не менее 95
0,63	0	0	0	100
0,315	3,44	6,88	6,88	93,12	От 80 до 95
0,16	7,68	15,36	22,24	77,76
0,071	8,04	16,08	38,32	61,68	Не менее 60
Дно	30,84	61.68	100	0
Сумма	50,00	100,00

Как видно из табл.2 по зерновому составу кеки отвечают требованиям ГОСТа Р 52129-2003.

Физико-механические свойства кеков в сравнении с требованиями ГОСТа Р 52129-2003 для порошков марки МП-2 приводятся в табл.3.

Таблица 3
Физико-механические свойства кеков
Наименование показателей	Свойства	Требования ГОСТа для МП-2
Истинная плотность, г/см3	2,42	-
Средняя плотность, г/см	1,19	-
Пористость, %	50,8	Не более 40
Набухание из смеси порошка с битумом, %	2,8	Не более 3,0
Водостойкость образцов из смеси порошка с битумом	0,65	Не менее 0,7
Показатель битумоемкости, г	107,6	Не более 80
Влажность, % по массе	0,61	Не более 2,5
Содержание водорастворимых соединений, %	8,37	Не более 6

Как видно из таблицы, кеки по пористости, водостойкости, показателю битумоемкости и содержанию водорастворимых соединений не отвечает требованиям ГОСТа. Однако возможность и необходимость их применения в асфальтобетоне связана с тем, что кеки имеют тонкий зерновой состав, соответствующий требованиям ГОСТа, являются отходами производства цветной металлургии, требующими утилизации, что связано с большими затратами, и, наконец, стоимость кеков намного меньше стоимости стандартных карбонатных минеральных порошков. Применение кеков в производстве предлагаемой асфальтобетонной смеси позволит расширить сырьевую базу и утилизировать кеки, сократить расходы на производство минерального порошка, являющегося дефицитным компонентом асфальтобетона.

Для корректировки химического состава и физико-механических свойств кеков предлагается их разбавлять известняковой мукой, выпускаемой Красноярским химико-металлургическим заводом по ТУ 574-004-00196533-2009.

Количество известняковой муки и кеков можно подсчитать по формуле:

, где

m_исх. - суммарное процентное содержание в исходных кеках оксидов (Fе₂O₃ +Аl₂O₃);

m_конеч. - конечное процентное содержание оксидов (Fе₂O ₃+Аl₂O₃) в смеси кеков с известняковой мукой;

m_{изв.муки} - масса (кг, г) известняковой муки, которую необходимо добавить к кекам для получения требуемого содержания оксидов (Fе₂O₃+Аl₂ O₃);

m_кеков - масса (кг, г) исходных кеков.

Известняковая мука по классификации ГОСТа Р 52129-2003 относится к марке МП-1 - порошки, неактивированные и активированные из осадочных (карбонатных) горных пород. В таблице № 4 приводится зерновой состав известняковой муки в сравнении с требованиями ГОСТа Р 52129-2003 для порошков марки МП-1.

Таблица 4
Зерновой состав известняковой муки
Размер сит, мм	Частные остатки, г	Частные остатки, %	Полные остатки, %	Прошло через сито, %	Требования ГОСТ для МП-1
1,25	0	0	0	100	Не менее 100
0,63	0	0	0	100
0,315	0,01	0,01	0,01	99,99	Не менее 90
0,16	5,81	5,81	5,82	94,18
0,071	14,78	14,78	20,60	79,40	От 70 до 80
Дно	79,40	79,40	100,00	0
Сумма	100	100

Как видно из табл.4, известняковая мука по зерновому составу отвечает требованиям ГОСТа Р 52129-2003. Физико-механические свойства известняковой муки в сравнении с требованиями ГОСТа для порошков марки МП-1 приводятся в табл.5.

Таблица 5
Физико-механические свойства известняковой муки
Наименование показателя	Значение	Требования ГОСТ для МП-1
Пористость, %	33,21	Не более 35
Набухание образцов из смеси порошка с битумом, %
0,92	Не более 2,5
Влажность, % по массе	0,24	Не более 1,0
Истинная плотность, г/см3	2,65	-
Средняя плотность, г/см3	1,77	-
Битумоемкость, г	65	-

Как видно из табл.5, по всем физико-механическим свойствам известняковая мука отвечает требованиям ГОСТа Р 52129-2003.

В примерах использовался минеральный порошок, состоящий из кеков и известняковой муки, двух составов (мас.%):

	состав № 1	состав № 2
кеки	30	40
известняковая мука	70	60

Составы минерального порошка подсчитаны на основании данных по химическому анализу кеков с учетом суммарного содержания в них оксидов железа и оксида алюминия (Fе₂O₃+Аl₂ О₃) по формуле (1).

Преимущества предлагаемых асфальтобетонных смесей с применением в качестве минерального порошка кеков и известняковой муки показаны на составах мелкозернистых смесей, которые по своим гранулометрическим составам удовлетворяют требованиям ГОСТ 9128-97, предъявляемым к смесям типа «Б» марки II.

На полученном минеральном порошке готовили четыре состава асфальтобетонной смеси (табл.6). Асфальтобетонная смесь была приготовлена на Красноярском асфальтобетонном заводе ДСУ-2 (дорожно-строительного управления) «Красавтодорстроя».

Таблица 6
Составы асфальтобетонной смеси
Компоненты	Содержание составов, мас.%
1	2	3	4
Битум	5,2	5,7	5,2	5,7
Щебень	19,0	23,5	19,0	23,5
Отсев дробления	52,1	47,2	52,1	47,2
Песок природный	19,0	17,9	19,0	17,9
Минеральный порошок состава № 1	4,7	5,7
Минеральный порошок состава № 2			4,7	5,7

Приготовленная асфальтобетонная смесь была уложена на территории этого же асфальтобетонного завода и испытана в лаборатории ДСУ-2. Качество асфальтобетона определялось по ГОСТовским методикам (ГОСТ 12801-98 «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства», МНТКС, Москва, 1998) и сравнивалось со свойствами асфальтобетона по ГОСТ 9128-97 для III-й дорожно-климатической зоны.

Свойства указанных составов приведены в табл.7.

Таблица 7
Свойства асфальтобетонных смесей
Показатели	Предлагаемые составы	ГОСТ 9128-97
1	2	3	4
Средняя плотность асфальтобетона, г/см3					Не нормир.
2,59	2,59	2,37	2,38
Предел прочности при сжатии, МПа, при:
20°С	4,44	4,77	2,67	2,74	Не менее 2,2
50°С	1,74	1,10	1,16	1,13	Не менее 1,0
0°С	8,52	8,37	5,09	4,90	Не более 12
Коэффициент водостойкости	1,03	0,98	1,07	1,12	Не менее 0,85
Коэффициент водостойкости
при длительном	0,83	0,78	0,89	0,88	Не менее 0,75
водонасыщении
Водонасыщение, % объема	2,83	2,28	2,47	2,21	1,5-4,0

Как видно из табл.7, по пределу прочности при 20, 50, 0°С и водостойкости предлагаемые составы асфальтобетона имеют лучшие показатели, чем известные составы (по прототипу).