асфальтобетонная смесь

Формула изобретения

Асфальтобетонная смесь, содержащая щебень, песок, минеральный порошок и битум, отличающаяся тем, что в качестве битума используют битумное вяжущее из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном в следующем соотношении компонентов, мас.%: битум, содержащий до 15% примеси минерального наполнителя и волокон основы - 49 65, прямогонный гудрон - 51 35.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области дорожных строительных материалов, в частности к переработке отходов ремонта мягких кровель с получением битумного вяжущего и может быть использовано при приготовлении асфальтобетонных смесей.

Известна композиция (RU 2010110798, C04B 26/20, опубл. 27.09.11, бюл. № 27), содержащая регенерированный асфальтобетон, наполнители и органоминеральный порошок в качестве добавки из измельченных битумосодержащих кровельных отходов в количестве 0,1-7,5 мас.%. Недостатком известной асфальтобетонной смеси следует признать увеличение жесткости смеси при использовании измельченных битумосодержащих кровельных отходов.

Известна также композиция (RU 2323909, C04B 26/26 C08L9 5/00 E01C 7/26, опубл. 10.05.2008, бюл. № 13), содержащая (мас.%): щебень 38-50; битум 4-6; отходы мягкой кровли 1,5-3,0; минеральный порошок 7-20 и песок. Недостатком данного изобретения можно признать увеличение жесткости асфальтобетонной смеси при минимальном уменьшении экологического ущерба за счет утилизации кровельных отходов.

Наиболее близкой к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является асфальтобетонная смесь, приготовленная в соответствии с ГОСТ 9128-97 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон» М., МНТКС, 1998, содержащая щебень, песок, минеральный порошок и битум. Недостатком известного решения является повышенная восприимчивость асфальтобетона к температуре, и вследствие этого высокая температура хрупкости.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение асфальтобетонных смесей с улучшенными физико-механическими свойствами и меньшей себестоимостью за счет использования вторичного сырья (отходов ремонта мягких кровель), утилизация которого в значительной степени способствует снижению наносимого экологии ущерба.

Технический результат: повышение предела прочности при одновременном снижении восприимчивости асфальтобетона к температурам. При этом достигается исключение стандартного битума из состава асфальтобетонных смесей и снижение расхода минерального порошка, а также утилизация отходов ремонта мягких кровель

Для получения указанного технического результата предложено использовать асфальтобетонную смесь, содержащую щебень, песок, минеральный порошок и битумное вяжущее из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном в следующем соотношении компонентов, мас.%: битум, содержащий до 15% примеси минерального наполнителя и волокон основы - 49 65, прямогонный гудрон - 51 35.

Особенностью предлагаемой асфальтобетонной смеси является использование в качестве вяжущего вещества битумное вяжущее из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном. При пластифицировании прямогонным гудроном восприимчивость битумного вяжущего к температуре ниже, и вследствие этого трещиностойкость выше, т.е. ниже температура хрупкости.

Битумный порошок для вяжущего из отходов ремонта мягких кровель получают в установке ПБМ 1.01 ТУ 4845-005-4874011-2003, без последующей сортировки. Измельченная смесь из отходов ремонта кровельных материалов содержит битумизированный картон, дробленый битум, минеральный наполнитель (мелкий песок и пыль). Состав измельченной смеси из отходов ремонта мягких кровель следующий, мас.%: измельченный битумизированный картон 37,5-33,3; минеральный наполнитель 6,0; дробленый битум - остальное. В серийно выпускаемую автоматизированную битумоплавильную установку УБП 2 (ТУ 4845-005-4874011-003) циклического действия вместимостью 2 т, оснащенную перемешивающим горизонтальным валом с лопатками, заливают отработанные нефтепродукты: масла группы ММО ГОСТ 21046-86, нагревают, загружают измельченные отходы битумных кровельных материалов порционно, причем при загрузке каждой порции выполняют периодическое перемешивание и нагрев.

Полученное по данной технологии битумное вяжущее из отходов ремонта мягких кровель было исследовано с целью определения группового состава. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1
Групповой состав битума, полученного на промышленной установке
Соединения	Количество, %
1. Парафино-нафтеновые	28,5
2. Легкие ароматические	9,4
3. Средние ароматические	3,0
4. Тяжелые ароматические	19,4
5. Смолы I	8,9
6. Смолы II	14,7
7. Асфальтены	16,1

Как следует из результатов анализа, в полученном битумном вяжущем из отходов ремонта мягких кровель присутствуют все основные группы соединений, характерные для битумов. По сравнению с битумами дорожными нефтяными в исследуемом образце наблюдается пониженное содержание масел.

Определение качественных показателей битумного вяжущего из отходов ремонта мягких кровель привели к следующим результатам:

а) температура размягчения - 88,4°C,

б) глубина проникания иглы при 25°C, 0,1 мм - 14;

в) температура хрупкости - (-3°C);

г) растяжимость при 25°C, см - 2,8.

Для использования битумного вяжущего из отходов ремонта мягких кровель в дорожном строительстве необходимо снизить его вязкость, увеличить растяжимость и понизить температуру хрупкости.

Такие результаты достигаются путем пластифицирования битумного вяжущего из отходов ремонта мягких кровель прямогонным гудроном в следующем соотношении компонентов, мас.%: битум, извлеченный из старых кровельных ковров, содержащий до 15% примеси минерального наполнителя и волокон основы - 49 65, прямогонный гудрон - 51 35. Температура смешения компонентов 180°С. Время непрерывного перемешивания компонентов составило 30 минут, время термостабилизации 4 часа при 160°С.

Результаты экспериментов по определению качественных показателей битумного вяжущего из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном, приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2
Изменение состава битумов в результате пластификации его гудроном
Соединения	Количество, %
	Разбавлено гудроном		Битум, извлеченный из старых кровельных ковров
	на 40 мас.%	на 50 мас.%
1. Парафино-нафтеновые	12,6	16,6	9,1
2. Легкие ароматические	12,4	15,2	9,9
3. Средние ароматические	9,2	8,7	6,3
4. Тяжелые ароматические	28,8	24,7	15,4
5. Смолы I	9,7	9,9	9,0
6. Смолы II	12,8	13,2	14,2
7. Асфальтены	14,5	11,7	36,0

Таблица 3
Характеристики битумных вяжущих, пластифицированных ном в сопоставлении с требованиями стандартов
Наименование показателей, единицы измерения	Требования ГОСТ		Фактические показатели
	БНД 60/90	БНД 90/130	Исходное вяжущее	Разбавлено гудроном
				на 40 мас.%	на 50 мас.%
1. Глубина проникания иглы, 0,1 мм, при 25°C при 0°C	61-90	91-130	8	54	114
	не менее 20	не менее 28	-	21	27
2. Температура размягчения, °C	не ниже 47	не ниже 43	104,4	52,6	44
3. Растяжимость, см
при 25°C	55	65	2,2	15	29,2
при 0°C	3,5	4,0	-	3,2	3,8
4. Температура хрупкости, °C	не выше -15	не выше -17	-3	-19	-21,5
5. Растворимость, %	-	-	ниже нормы	-	-

Пластифицированное битумное вяжущее характеризуются пониженным показателем «растяжимость при 25°C». Однако эластичные свойства пластифицированного битумного вяжущего изменяются с температурой менее резко, чем у стандартных битумов, то есть восприимчивость пластифицированного битумного вяжущего к температуре ниже и вследствие этого трещиностойкость выше, т.е. ниже температура хрупкости.

По результатам проведенных исследований можно сделать вывод о возможности получения битумов различных марок при пластифицировании битумного вяжущего прямогонным гудроном при разном соотношении битума, извлеченного из старых кровельных ковров, и прямогонного гудрона.

Необходимо отметить, что для первых двух марок битума содержание гудрона в компаунде определяется показателем глубины проникания иглы (пенетрацией). Для марки БНД 90/130 нижний предел содержания гудрона (35%) определяется пенетрацией, а верхний (51%) - требуемой температурой размягчения по КиШ.

При таком определенном соотношении дорожные битумы, полученные отходов ремонта мягких кровель, будут иметь следующие показатели (таблица 4).

Таблица 4
Характеристики битумных вяжущих, пластифицированных гудроном
Получаемая марка битума	Содержание гудрона в смеси, %	Количество гудрона для обеспечения стандартных показателей, мас.%
		Температура размягчения, °C	Пенетрация, 0,1 мм	Температура хрупкости, °С
БНД 40/60	35 41,5	53,5 60	41 60	-16,5 -19,5
БНД 60/90	41,5 46,5	47 53,5	61 90	-19 -20,5
БНД 90/130	46,5 51	43 47	91 128	-20,5 -23

Следовательно, в соответствии с таблицей 4 можно путем разбавления битумного вяжущего прямогонным гудроном получить марку битума, рекомендуемую для строительства асфальтобетонных дорог в определенной дорожно-климатической зоне.

При совмещении переработки отходов ремонта мягких кровель и приготовления асфальтобетонных смесей в одном предприятии можно избежать операции очистки битумного порошка от примесей. При этом нужно лишь учитывать их присутствие при проектировании асфальтобетонной смеси.

Например, при определении количества примесей в битумном порошке было обнаружено, что в исследуемой партии порошка содержится примерно 15% примесей, которые состоят из минеральной части (песка) и волокон раздробленной картонной основы (целлюлозы). Принимаем, в первом приближении, что соотношение песок: целлюлоза равняется 1:1, т.е. в битумном порошке содержится по 7,5% минерального и органического компонента примесей.

Если на основе этого битумного порошка готовить асфальтобетонную смесь, то удалять данные примеси не нужно, так как в смесь все равно добавляется минеральный порошок и нужно лишь учитывать это при расчете количества минерального порошка в составе смеси. Целлюлозные волокна также не будут ухудшать свойства бетона, а наоборот, будут стабилизировать, за счет дисперсного армирования консистенцию смеси и предотвращать ее расслаивание.

Разбавление расплавленного битумного вяжущего из отходов ремонта мягких кровель также должно производиться с учетом наличия примесей. В частности, если в битумном вяжущем из отходов ремонта мягких кровель соотношение битум: гудрон должно быть 1:1, то на одну часть битумного порошка, содержащую 0,85 частей битума и 0,15 частей примесей необходимо добавить 0,85 частей гудрона. Таким же образом необходимо рассчитать количество вводимого в асфальтобетонную смесь минерального порошка, уменьшив его на величину, содержащуюся в битумном вяжущем.

Были изготовлены две серии образцов мелкозернистого асфальтобетона типа Б марки III. Минеральная часть асфальтобетонных смесей была одинакова. Для первой серии (контрольной) использовался битум БНД 90/130 по ГОСТ 22245, для второй серии (опытной) - битумное вяжущее из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном (таблица 5).

Таблица 5
Состав асфальтобетонных смесей
Материал	Количество, % для смеси
	Контрольной	Опытной
Щебень, фр. 0-20	75	75
Отсев дробления фр. 0-5	25	24,7
Битум БНД 90/130	6	-
Битумное вяжущее	-	6,5
Примечание: шпильки меньшая масса материалов в контрольной смеси 106 против 106,2 единиц объясняется наличием в опытном составе волокон целлюлозы.

Испытания асфальтобетонных образцов проведены в соответствии с ГОСТ 9128-97. Из анализа полученных данных (таблица 6) следует, что асфальтобетон на битумном вяжущем из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном, удовлетворяет требованиям стандарта для асфальтобетона типа Б марки III по показателям водонасыщения, прочности при 20°C и при 50°C, а также коэффициенту водостойкости.

Таблица 6
Свойства асфальтобетона на различном вяжущем
Наименование показателя	Ед. изм.	Величина показателей для асфальтобетона на вяжущем		Требования ГОСТ
		стандартном (битум БНД 90/130)	полученном из отходов
1. Средняя плотность	г/см3	2,35	2,34	-
2. Водонасыщение	%	3,5	4,0	1,5 4,0
3. Предел прочности при сжатии при температуре:
20°C	МПа	2,95	5,95	2,0
50°C	МПа	0,72	1,38	0,9
4. Коэффициент водостойкости		0,97	0,93	0,75

Настоящее техническое решение дает возможность производить асфальтобетонные смеси на битумном вяжущем из отходов ремонта мягких кровель, пластифицированных прямогонным гудроном, с повышением показателя предела прочности при одновременном снижении восприимчивости асфальтобетона к температурам. При этом достигается снижение расхода минерального порошка и утилизация отходов ремонта мягких кровель.