RU2135426C1

RU2135426C1 - Method of reinforcing asphalt-concrete mix and device for its embodiment

Info

Publication number: RU2135426C1
Application number: RU97121478A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Лукашевич
Original assignee: Томский государственный архитектурно-строительный университет
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 1999-08-27

Abstract

FIELD: construction of pavements of motor roads, particularly, reinforced asphalt-concrete pavements. SUBSTANCE: method includes introduction of chemical fibers into asphalt-concrete mix. Fibers are introduced into asphalt-concrete mix in the form of row of hot fibers after spinning from melt or solution, with fibers not contacting one another until their mixing with asphalt-concrete mix. Device for reinforcing of asphalt-concrete mix has bins of mix components with batchers and mixer. Device has unit for preparation of chemical fibers which includes melting head with pressure pump, filter and spinneret. The latter is made in the form of tube with pipe unions having holes which are spaced at 25-30 cm from one another along tube member. Unit has air duct with distributing tube and nozzles. Air duct is located parallel to spinneret. EFFECT: increased strength and sheath characteristics of pavement and its crack resistance. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства покрытий автомобильных дорог, в частности, к армированным асфальтобетонным покрытиям. The invention relates to the field of construction of road coatings, in particular, to reinforced asphalt concrete coatings.

Известен способ армирования асфальтобетонной смеси стальными волокнами [1]. A known method of reinforcing asphalt concrete mix with steel fibers [1].

При использовании данного способа повышается трещиностойкость, но для стальных волокон характерно плохое сцепление с органическим вяжущим. Адгезия битума к стальным волокнам не высока вследствие взаимодействия неорганических по структуре стальных волокон и органического по структуре битума. Кроме того, при строительстве дорог с использованием смеси, армированной таким образом, возникают трудности с уплотнением асфальтобетонной смеси, требующим больших затрат. Способ металлоемкий, дорогостоящий. When using this method, crack resistance is increased, but for steel fibers poor adhesion to an organic binder is characteristic. The adhesion of bitumen to steel fibers is not high due to the interaction of inorganic in structure of steel fibers and organic in structure of bitumen. In addition, in the construction of roads using a mixture reinforced in this way, difficulties arise with compaction of asphalt concrete, which is expensive. The method is metal-intensive, expensive.

Известен способ дисперсного армирования асфальтобетонной смеси синтетическими волокнами [2]. Армирующие элементы получают путем резки готовых синтетических волокон на отрезки длиной до 20 мм, что приводит к большим затратам на производство асфальтобетонной смеси в целом. A known method of dispersed reinforcement of an asphalt mixture with synthetic fibers [2]. Reinforcing elements are obtained by cutting the finished synthetic fibers into segments up to 20 mm long, which leads to high costs for the production of asphalt mix as a whole.

Введение армирующих элементов на горячие минеральные материалы не повышает адгезию битума к волокнам, вследствие того, что армирующие элементы вводят в виде твердых холодных синтетических волокон. Тем самым взаимодействие горячего битума с твердым полимером приводит к снижению адгезии битума к волокнам и как следствие не повышает прочностные характеристики армированной асфальтобетонной смеси. The introduction of reinforcing elements on hot mineral materials does not increase the adhesion of bitumen to the fibers, due to the fact that the reinforcing elements are introduced in the form of solid cold synthetic fibers. Thus, the interaction of hot bitumen with a solid polymer leads to a decrease in the adhesion of bitumen to fibers and, as a result, does not increase the strength characteristics of a reinforced asphalt mixture.

В асфальтобетонной смеси волокна образуют структуры - прочностные кластеры, которые воспринимают и распределяют напряжения от воздействия подвижной нагрузки на ограниченный объем слоя покрытия, так как волокна связывают в единые структуры только рядом расположенные с ними минеральные материалы. Поэтому введение коротких волокон не повышает прочность асфальтобетонной смеси, что приводит к снижению сдвигоустойчивости и трещиностойкости покрытия. In the asphalt-concrete mixture, the fibers form structures - strength clusters that perceive and distribute stresses from the action of the moving load on a limited volume of the coating layer, since the fibers bind mineral materials only adjacent to them into single structures. Therefore, the introduction of short fibers does not increase the strength of the asphalt mixture, which leads to a decrease in shear resistance and crack resistance of the coating.

Известно устройство для армирования асфальтобетонной смеси стальными волокнами [3]. A device for reinforcing asphalt mixes with steel fibers [3].

Установка содержит бункеры для песка, щебня, минерального порошка и стальных волокон, дозаторы для точного дозирования компонентов смеси, установку для приготовления вяжущего, дозатор вяжущего и двухвальцовый смеситель, в котором производится перемешивание всех компонентов армированной асфальтобетонной смеси. The installation contains silos for sand, crushed stone, mineral powder and steel fibers, dispensers for precise dosing of the mixture components, a binder preparation plant, a binder dispenser and a two-roller mixer, in which all components of the reinforced asphalt mix are mixed.

Это устройство не позволяет осуществить армирование асфальтобетонной смеси химическими волокнами. This device does not allow reinforcing the asphalt mixture with chemical fibers.

Известно устройство для армирования асфальтобетонной смеси синтетическими волокнами [2]. A device is known for reinforcing asphalt concrete mixtures with synthetic fibers [2].

Дисперсию армированную смесь приготавливали в установке Д-508-2А, содержащей расходные бункера для песка, щебня, минерального порошка с дозаторами, установку для приготовления вяжущего с дозатором вяжущего и смеситель. Армирующие элементы вводили на горячие минеральные материалы непосредственно в мешалку установки через смотровой люк. The dispersion of the reinforced mixture was prepared in the installation D-508-2A, containing consumables for sand, gravel, mineral powder with dispensers, an apparatus for preparing a binder with a binder dispenser and a mixer. Reinforcing elements were introduced onto the hot mineral materials directly into the mixer of the installation through the inspection hatch.

Устройство для армирования асфальтобетонной смеси не позволяет в качестве армирующих элементов использовать химические волокна сформованные из расплава или раствора, имеющие большую длину, которые вводят в смесь в виде ряда не соприкасающихся между собой до перемешивания их в смеси, волокон. The device for reinforcing the asphalt mixture does not allow the use of chemical fibers formed from a melt or a solution having a long length as reinforcing elements, which are introduced into the mixture in the form of a series of fibers that are not in contact with each other before being mixed in the mixture.

По количеству общих признаков и достигаемому результату это техническое решение наиболее близко к заявляемому и выбрано в качестве прототипа. By the number of common features and the achieved result, this technical solution is closest to the claimed one and is selected as a prototype.

В основу настоящего изобретения положена задача улучшения прочностных, сдвиговых характеристик покрытия, а также его трещиностойкости за счет увеличения длины химических волокон, армирующих асфальтобетонную смесь и увеличения адгезии битума к химическим волокнам. The basis of the present invention is to improve the strength, shear characteristics of the coating, as well as its crack resistance by increasing the length of chemical fibers reinforcing the asphalt mixture and increasing the adhesion of bitumen to chemical fibers.

Поставленная задача решается тем, что армирование асфальтобетонной смеси осуществляется путем введения армирующих элементов в виде ряда горячих, после формования из расплава или раствора волокон, не соприкасающихся между собой до перемешивания их в асфальтобетонной смеси. The problem is solved in that the reinforcement of the asphalt mixture is carried out by introducing reinforcing elements in the form of a series of hot, after molding from a melt or solution of fibers that are not in contact with each other before mixing them in the asphalt mixture.

Поставленная задача также решается тем, что устройство для армирования асфальтобетонной смеси, содержащее бункеры компонентов асфальтобетонной смеси с дозаторами и смеситель, дополнительно содержит блок для приготовления химических волокон, включающий плавильную головку с напорным насосом, фильтр и фильеру, выполненную в виде трубы, вдоль образующей которой на расстоянии 25-35 см друг от друга расположены штуцеры с отверстием, кроме того, блок имеет воздуховод, выполненный в виде распределительной трубы с соплами, который расположен параллельно фильере. The problem is also solved in that the device for reinforcing the asphalt mix containing hoppers for the components of the asphalt mix with dispensers and a mixer, further comprises a unit for preparing chemical fibers, including a melting head with a pressure pump, a filter and a die made in the form of a pipe along the generatrix of which at a distance of 25-35 cm from each other there are nozzles with a hole, in addition, the unit has an air duct made in the form of a distribution pipe with nozzles, which is steam allelo dies.

Предлагаемый способ армирования асфальтобетонной смеси и устройство для его осуществления приводит к увеличению прочности, сдвигоустойчивости и трещиностойкости покрытия вследствие введения химических волокон большей длины. При этом волокна имеют возможность объединяться между собой в местах контакта и распределяться в материале покрытия, образовывая прочностные пространственные структуры, каждая из которых связана с другой такой же структурой. В результате этого в асфальтобетонной смеси образуется единая пространственная прочностная структура (решетка), связывающая в единые структуры большой объем минеральных материалов. Вследствие образования объединенной пространственной решетки происходит лучшее распределение нагрузки и передача ее на большой объем покрытия. The proposed method of reinforcing the asphalt mixture and a device for its implementation leads to an increase in the strength, shear resistance and crack resistance of the coating due to the introduction of chemical fibers of greater length. At the same time, the fibers have the ability to combine with each other at the contact points and be distributed in the coating material, forming strength spatial structures, each of which is associated with another of the same structure. As a result of this, a single spatial strength structure (lattice) is formed in the asphalt concrete mix, which binds a large volume of mineral materials into single structures. Due to the formation of the integrated spatial lattice, a better distribution of the load and its transfer to a large amount of coverage occurs.

При введении армирующих элементов в виде ряда горячих волокон, сформированных из расплава или раствора полимера в смеситель асфальтобетонной установки, адгезия битума к горячим волокнам существенно повышается по сравнению с адгезией битума к твердому полимеру. Улучшение адгезии битума к химическим волокнам приводит к повышению всего комплекса прочностных характеристик дисперсно армированных асфальтобетонных смесей. When reinforcing elements are introduced in the form of a series of hot fibers formed from a melt or polymer solution into the mixer of an asphalt concrete plant, the adhesion of bitumen to hot fibers is significantly increased compared to the adhesion of bitumen to a solid polymer. Improving the adhesion of bitumen to chemical fibers leads to an increase in the whole complex of strength characteristics of dispersively reinforced asphalt mixtures.

Выполнение фильеры в виде трубы с параллельным рядом штуцеров на ней позволяет получить при продавливании через них расплава или раствора полимера ряд ее соприкасающихся между собой горячих волокон. Расстояние между штуцерами 25-35 см установлено экспериментально. Оно обеспечивает оптимальные условия распределения химических волокон в объеме асфальтобетонной смеси. При расстоянии между штуцерами меньше 25 см возможно спутывание волокон между собой, тем самым затрудняя получение армирующих элементов в виде ряда не соприкасающихся между собой волокон до введения их в асфальтобетонную смесь. Увеличение расстояния между штуцерами свыше 35 см приводит к неравномерному распределению армирующих элементов в смеси, вследствие этого необходимо увеличить время перемешивания компонентов смеси для обеспечения равномерного распределения химических волокон во всем объеме асфальтобетонной смеси. The execution of the die in the form of a pipe with a parallel row of fittings on it allows you to get a number of its hot fibers in contact with each other when the melt or polymer solution is pressed through them. The distance between the fittings 25-35 cm is established experimentally. It provides optimal conditions for the distribution of chemical fibers in the volume of asphalt mix. When the distance between the nozzles is less than 25 cm, the fibers can be tangled together, thereby making it difficult to obtain reinforcing elements in the form of a series of fibers not in contact with each other before introducing them into the asphalt mixture. An increase in the distance between the fittings over 35 cm leads to an uneven distribution of the reinforcing elements in the mixture; as a result, it is necessary to increase the mixing time of the components of the mixture to ensure uniform distribution of chemical fibers in the entire volume of the asphalt mix.

На фиг. 1 изображена схема устройства для приготовления асфальтобетонной смеси, армированной химическими волокнами, сформированными из расплава полимера. In FIG. 1 shows a diagram of a device for preparing an asphalt mix reinforced with chemical fibers formed from a polymer melt.

На фиг. 2 изображена схема устройства для приготовления асфальтобетонной смеси, армированной химическими волокнами, сформированными из раствора полимера. In FIG. 2 shows a diagram of a device for preparing an asphalt concrete mixture reinforced with chemical fibers formed from a polymer solution.

На фиг. 3 изображена фильера. In FIG. 3 shows a die.

Устройство содержит блок приготовления химических волокон и блок приготовления асфальтобетонной смеси. The device contains a unit for the preparation of chemical fibers and a unit for preparing an asphalt mix.

Блок приготовления химических волокон содержит бункер для полимера 1, плавильную головку 2 для расплавления твердых гранул полимера, напорный насос 3, который осуществляет подпор расплава, дозирующий насос 4 для дозирования расплава или раствора, фильтр 5 для удаления загрязнений из расплава или раствора полимера. Блок содержит также горизонтально установленную фильеру, выполненную в виде трубы 6, вдоль образующей которой расположены штуцеры 7 с отверстием, при этом они расположены на трубе 6 на расстоянии друг от друга 30 см. The chemical fiber preparation unit contains a hopper for polymer 1, a melting head 2 for melting the solid polymer granules, a pressure pump 3 that supports the melt, a metering pump 4 for dispensing the melt or solution, and a filter 5 for removing contaminants from the melt or polymer solution. The block also contains a horizontally mounted die, made in the form of a pipe 6, along the generatrix of which nozzles 7 with a hole are located, while they are located on the pipe 6 at a distance of 30 cm from each other.

Блок приготовления химических волокон содержит воздуховод, выполненный в виде горизонтально расположенной распределительной трубы 8 по которой подводится сжатый горячий воздух к соплам 9. Сопла 9 направлены навстречу штуцерам 7. Фильера, выполненная в виде трубы 6 с штуцерами 7 расположена на одном уровне с воздуховодом, выполненном в виде распределительной трубы 8 с соплами 9. Такое расположение элементов 6, 7, 8, 9 обеспечивает равномерное распределение волокон в минеральном материале асфальтобетонной смеси. The chemical fiber preparation unit contains an air duct made in the form of a horizontal distribution pipe 8 through which compressed hot air is supplied to the nozzles 9. The nozzles 9 are directed towards the fittings 7. A die made in the form of a pipe 6 with fittings 7 is located at the same level as the air duct made in the form of a distribution pipe 8 with nozzles 9. This arrangement of the elements 6, 7, 8, 9 provides a uniform distribution of fibers in the mineral material of the asphalt mix.

Блок приготовления асфальтобетонной смеси содержит бункеры 10, 11 для песка, щебня и минерального порошка, в которых материал разделен по фракциям, дозаторы 12 для точного дозирования минеральных материалов, установку для приготовления вяжущего 13, дозатор вяжущего 14 для точного дозирования вяжущего, смеситель 15, в котором производится перемешивание всех компонентов армированной асфальтобетонной смеси. The preparation unit for the asphalt mixture contains bunkers 10, 11 for sand, gravel and mineral powder, in which the material is divided into fractions, dispensers 12 for the exact dosing of mineral materials, a unit for preparing the binder 13, a binder dispenser 14 for accurate dosing of the binder, mixer 15, which is the mixing of all components of the reinforced asphalt mixture.

Процесс приготовления армированной асфальтобетонной смеси осуществляют следующим образом. В смеситель 15 из бункеров 10, 11 через дозаторы 12 подают сначала минеральный порошок, песок, щебень и из установки для приготовления вяжущего 13, через дозатор 14 подают битум, перемешивают их. Затем в смеситель 15 подают при непрерывном перемешивании химические волокна приготовленные следующим образом. В бункер 1 подаются твердые гранулы полимера, которые затем расплавляются в плавильной головке 2 для получения расплава полимера. Напорным насосом 3 осуществляется подпор расплава перед дозирующим насосом 4, который дозирует необходимое количество расплава. Расплав, отфильтрованный фильтром 5 подается к фильере, выполненной в виде трубы 6, оборудованной штуцерами 7 с отверстием и вытекает из них в виде струй. В тоже время к распределительной трубе 8 подается горячий сжатый воздух с помощью которого через сопла 9 производится раздув струй расплава полимера, которые под действием сильной струи сжатого воздуха расщепляется на большое число струек, которые затем вытягиваются в тонкие волокна, обладающие высокой прочностью. The process of preparing a reinforced asphalt mixture is as follows. In the mixer 15 from the bins 10, 11, through the batchers 12, mineral powder, sand, gravel is first fed and from the installation for the preparation of the binder 13, bitumen is fed through the batcher 14, they are mixed. Then in the mixer 15 serves with continuous stirring chemical fibers prepared as follows. Solid polymer granules are fed into the hopper 1, which are then melted in the melting head 2 to obtain a polymer melt. The pressure pump 3 is used to support the melt in front of the metering pump 4, which doses the required amount of melt. The melt filtered by the filter 5 is fed to the die, made in the form of a pipe 6, equipped with fittings 7 with a hole and flows out of them in the form of jets. At the same time, hot compressed air is supplied to the distribution pipe 8 by means of which, through the nozzles 9, the melt blasts of the polymer are blown, which, under the action of a strong jet of compressed air, are split into a large number of streams, which are then drawn into thin fibers with high strength.

Вследствие расположения штуцеров 7 с отверстием на трубе 6 на расстоянии 30 см друг от друга волокна, полученные путем раздува струек расплава полимера, подаются в смеситель 15 в виде волокон, не соприкасающихся между собой. При перемешивании компонентов смеси с химическими волокнами происходит приготовление армированной асфальтобетонной смеси. Due to the location of the fittings 7 with the hole on the pipe 6 at a distance of 30 cm from each other, the fibers obtained by blowing the molten polymer streams are fed into the mixer 15 in the form of fibers that are not in contact with each other. When mixing the components of the mixture with chemical fibers, the preparation of the reinforced asphalt mixture takes place.

При приготовлении асфальтобетонной смеси, армированной химическими волокнами, сформированными из раствора полимера в устройстве отсутствуют плавильная головка 2 и напорный насос 3, а вместо бункера для полимера 1 устройство содержит дополнительный бункер для раствора полимера 16. Для отвода воздуха, насыщенного парами растворителя, из смесителя 15 с последующей его конденсацией устройство содержит систему конденсации растворителя 17 и систему подачи растворителя 18 для повторного его использования при растворении полимера с целью получения раствора полимера на заводе химических волокон. When preparing an asphalt-concrete mixture reinforced with chemical fibers formed from a polymer solution, the device does not have a melting head 2 and a pressure pump 3, and instead of the hopper for polymer 1, the device contains an additional hopper for polymer solution 16. To remove air saturated with solvent vapor from the mixer 15 with its subsequent condensation, the device comprises a solvent condensation system 17 and a solvent supply system 18 for reuse when dissolving the polymer in order to obtain tions of the polymer solution in the plant fibers.

Процесс приготовления армированной асфальтобетонной смеси с использованием химических волокон, сформованных из раствора полимера отличается от технологии описанной выше тем, что из процесса приготовления химических волокон исключаются операции по расплавлению твердых гранул полимера и подпору расплава перед дозирующим насосом, так как в дополнительном бункере 16 находится раствор полимера. В процессе приготовления армированной асфальтобетонной смеси в процессе перемешивания компонентов смеси из смесителя 15 отводится воздух, насыщенный парами растворителя с последующей его конденсацией, системой конденсации растворителя 17 и с помощью системы 18 подается для повторного его использования. The process of preparing a reinforced asphalt mixture using chemical fibers formed from a polymer solution differs from the technology described above in that operations for melting solid polymer granules and back-up of the melt in front of the metering pump are excluded from the process of preparing chemical fibers, since the polymer solution is in the additional hopper 16 . In the process of preparing a reinforced asphalt mixture in the process of mixing the components of the mixture from the mixer 15, the air is vented, saturated with solvent vapor, followed by condensation, the condensation system of the solvent 17 and fed through the system 18 for reuse.

При введении химических волокон в асфальтобетонную смесь они располагаются между зернами минерального материала и связывают минеральные частицы не только с окружающими ее частицами (связь ближнего порядка), но и с частицами, отдаленным от данной частицы несколькими рядами других частиц (связь дальнего порядка). Волокна образуют в материале пространственную решетку, которой оказываются охвачены все минеральные частицы, входящие в состав смеси, что приводит к существенному улучшению всех прочностных характеристик смеси. When chemical fibers are introduced into the asphalt-concrete mixture, they are located between the grains of the mineral material and bind the mineral particles not only to the particles surrounding it (short-range order bond), but also to particles distant from this particle by several rows of other particles (long-range order bond). Fibers form a spatial lattice in the material, which covers all the mineral particles that make up the mixture, which leads to a significant improvement in all the strength characteristics of the mixture.

Источники информации. Sources of information.

1. Армирование асфальтобетонных покрытий при строительстве и реконструкции дорожных одежд. - М.: ОИ/ЦБНТИ Минавтодора РСФСР, вып. 5. Автомобильные дороги. 1990. - 24 с. 1. Reinforcement of asphalt concrete pavements during the construction and reconstruction of pavements. - M.: OI / TsBNTI of the Minavtodor of the RSFSR, issue. 5. Highways. 1990 .-- 24 p.

2. Армирование асфальтобетонных покрытий при строительстве и реконструкции дорожных одежд. - М.: ОИ/ЦБНТИ Минавтодора РСФСР, вып. 5, Автомобильные дороги. 1990. - 26 с
3. Армированные асфальтобетонных покрытий при строительстве и реконструкции дорожных одежд. - М.: ОИ/ЦБНТИ Минавтодорора РСФСР, вып. 5. Автомобильные дороги. 1990. - 25 с.2. Reinforcement of asphalt concrete pavements during the construction and reconstruction of pavements. - M.: OI / TsBNTI of the Minavtodor of the RSFSR, issue. 5, Highways. 1990. - 26 s
3. Reinforced asphalt concrete pavements during the construction and reconstruction of pavements. - M.: OI / TsBNTI of the Minavtodor of the RSFSR, issue. 5. Highways. 1990 .-- 25 p.

Claims

A method of reinforcing an asphalt concrete mixture by introducing chemical fibers into the asphalt concrete mixture, characterized in that the chemical fibers are introduced into the asphalt mixture in the form of a series of hot fibers, after molding from the melt or solution, fibers that are not in contact with each other before mixing them in the asphalt concrete mixture.

2. A device for reinforcing asphalt mixes containing hoppers for components of the asphalt mix with dispensers and a mixer, characterized in that it further comprises a unit for the preparation of chemical fibers, including a melting head with a pressure pump, a filter and a die made in the form of a pipe along the generatrix of which nipples with a hole are located at a distance of 25-35 cm from each other, in addition, the unit has an air duct made in the form of a distribution pipe with nozzles, which is located parallel to the die.