RU2558049C1 - Cold method for obtaining asphalt concrete of increased strength for repair and construction of automobile roads - Google Patents

Cold method for obtaining asphalt concrete of increased strength for repair and construction of automobile roads Download PDF

Info

Publication number
RU2558049C1
RU2558049C1 RU2014130402/03A RU2014130402A RU2558049C1 RU 2558049 C1 RU2558049 C1 RU 2558049C1 RU 2014130402/03 A RU2014130402/03 A RU 2014130402/03A RU 2014130402 A RU2014130402 A RU 2014130402A RU 2558049 C1 RU2558049 C1 RU 2558049C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
asphalt concrete
bitumen
cement
cold
asphalt
Prior art date
Application number
RU2014130402/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Павел Тимофеевич Полуэктов
Николай Павлович Полуэктов
Дмитрий Юрьевич Ермолин
Алексей Павлович Полуэктов
Original Assignee
Павел Тимофеевич Полуэктов
Николай Павлович Полуэктов
Дмитрий Юрьевич Ермолин
Алексей Павлович Полуэктов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Павел Тимофеевич Полуэктов, Николай Павлович Полуэктов, Дмитрий Юрьевич Ермолин, Алексей Павлович Полуэктов filed Critical Павел Тимофеевич Полуэктов
Priority to RU2014130402/03A priority Critical patent/RU2558049C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2558049C1 publication Critical patent/RU2558049C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: construction.
SUBSTANCE: in a cold method for obtaining asphalt concrete of increased strength for repair and construction of road pavements using mineral material in the form of crushed stone, sand by their being mixed with cement and bituminous emulsion, with further application of the obtained asphalt-concrete mix onto the road base and its compaction, mixing is performed at addition to the above said cold mineral material for 100 of its wt % subsequently in 40-90 seconds of the next components, wt %: cement - 3.0-6.0, nanocomposite additive with particle size of 50-300 nm, mainly 80-160 nm, which contains the following, parts by weight: active silicic acid 0.01-3 and latex based on styrene, ester of acrylic acid, butadiene, acrylonitrile, acrylic or methacrylic acid, their mixtures 1 (in terms of a dry substance) 0.075-0.25, cationic bituminous emulsion (in terms of bitumen) 2.0-5.0.
EFFECT: saving of energy resources and improving strength of asphalt concrete.
4 tbl, 5 ex, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано для изготовления холодным способом асфальтобетонных дорожных, аэродромных смесей и асфальтобетонов, применяемых для выполнения ремонтно-восстановительных работ и устройства новых дорожных покрытий повышенной прочности.The invention relates to the field of production of building materials and can be used for the cold manufacturing of asphalt concrete road, airfield mixtures and asphalt concrete used to perform repair and restoration work and the device of new pavements of increased strength.

В дальнейшем при описании разработанного технического решения будут использованы следующие термины:In the future, when describing the developed technical solution, the following terms will be used:

- асфальтобетонная смесь - рационально выбранная смесь минеральных материалов (щебня, гравия, песка природного и песка отсевов дробления щебня, минерального порошка) и связующих в виде цемента и других целевых добавок, взятых в определенных соотношениях и перемешанных при температуре окружающей среды;- asphalt-concrete mixture - a rationally selected mixture of mineral materials (crushed stone, gravel, natural sand and sand screenings crushing crushed stone, mineral powder) and binders in the form of cement and other target additives, taken in certain proportions and mixed at ambient temperature;

- нанокомпозитная добавка на основе водоразбавляемой полимерной дисперсии и дисперсии активной кремнекислоты с определенным размером частиц;- nanocomposite additive based on a water-borne polymer dispersion and a dispersion of active silicic acid with a specific particle size;

- битумная эмульсия, катионоактивная типа ЭБК-3;- cationic bitumen emulsion type EBK-3;

- асфальтобетон - уплотненная асфальтобетонная смесь, включающая перечисленные компоненты.- asphalt concrete - compacted asphalt mixture, including the listed components.

Известны различные способы приготовления холодных асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов на их основе. Технология приготовления холодных асфальтобетонных смесей приводится в многочисленных публикациях, изобретениях и патентах («Горизонты образования», научно-образовательный журнал Алтайского ГТУ, Материалы Всероссийских научно-технических конференций «Наука и молодежь», выпуски №12, 13, 14, 15 за 2010 - 2013 гг. Подсекция «Строительство автомобильных дорог и аэродромов»; Козлова Е.И., Холодный асфальт, М., 1958, с. 42; Авт. свид. 975754, 1982; Пат. 2345966, 2009; Пат. 2345967, 2009; Пат. 2382802, 2010; Пат. 2362751, 2009; Пат 2447225, 2012).There are various methods of preparing cold asphalt mixtures and asphalt based on them. The technology for preparing cold asphalt mixtures is given in numerous publications, inventions and patents (“Horizons of Education”, the Altai State Technical University Scientific and Educational Journal, Materials of the All-Russian Scientific and Technical Conferences “Science and Youth”, issues No. 12, 13, 14, 15 for 2010 - 2013. Subsection "Construction of roads and airfields"; Kozlova EI, Cold asphalt, M., 1958, p. 42; Auth. Certificate 975754, 1982; Pat. 2345966, 2009; Pat. 2345967, 2009; Pat. 2382802, 2010; Pat. 2362751, 2009; Pat 2447225, 2012).

Для всех указанных разработок термин или способ приготовления холодного асфальтобетона сводится в конечном итоге к возможности его переработки при температуре окружающей среды. В то же время все известные способы и технологии предусматривают основную стадию смешения минеральных наполнителей и расплавленного битума при 120-160°С. В известных многотоннажных объемах производства асфальтобетонов таким образом требуются существенные энергозатраты для выпуска холодной смеси. Кроме этого использование для разжижения битума до 25 масс. % солярового или индустриального масла, определяющего в дальнейшем необходимую пластичность холодной асфальтобетонной смеси в условиях хранения и уплотнения при ямочном ремонте дорожного покрытия, наряду с резким, более чем в 2 раза удорожанием такого асфальтобетона в сравнении с горячим ведет к повышенной пожароопасности технологии приготовления, применения и к загрязнению атмосферного воздуха испарением солярового масла или других углеводородов из уложенного холодного асфальтобетона.For all these developments, the term or method for preparing cold asphalt is ultimately reduced to the possibility of processing it at ambient temperature. At the same time, all known methods and technologies provide for the main stage of mixing mineral fillers and molten bitumen at 120-160 ° C. In the known large-tonnage volumes of production of asphalt concrete, significant energy inputs are thus required for the production of a cold mixture. In addition, the use for liquefying bitumen up to 25 mass. % of solar or industrial oil, which further determines the necessary ductility of cold asphalt concrete mixture under storage and compaction conditions when patching the pavement, along with a sharp, more than 2 times higher cost of such asphalt concrete in comparison with hot leads to increased fire hazard of the preparation, use and to air pollution by evaporation of solar oil or other hydrocarbons from piled cold asphalt.

Кроме перечисленного самыми важными недостатками традиционного холодного асфальтобетона являются его очень низкие показатели согласно ГОСТ 9128-2009 и фактические по прочности при сжатии (20°С) в сухом состоянии от 1,5 до 2,0 МПа, а после длительного водонасыщения, имеющего значение от 5 до 9% по объему поглощенной воды, прочность снижается до 0,8-1,5 МПа. При таких качественных характеристиках, высоком водопоглощении и соответственно низкой морозостойкости за счет разрушающего действия поглощенной влаги при замораживании и оттаивании асфальтобетонов покрытие после ремонтных работ недолговечно и требует постоянного, практически ежегодного обновления. При этом затраты на капитальный ремонт автодороги, длиной 1 км и шириной 6 метров, марки I или II могут достигать 10-11 млн. руб., а замена асфальтового покрытия составляет около 50% от указанных выше общих затрат.In addition to the above, the most important drawbacks of traditional cold asphalt concrete are its very low rates according to GOST 9128-2009 and the actual compressive strength (20 ° C) in the dry state from 1.5 to 2.0 MPa, and after prolonged water saturation, having a value of 5 to 9% by volume of absorbed water, strength decreases to 0.8-1.5 MPa. With such qualitative characteristics, high water absorption and, accordingly, low frost resistance due to the destructive effect of absorbed moisture during freezing and thawing of asphalt concrete, the coating after repair work is short-lived and requires constant, almost annual renewal. At the same time, the cost of major repairs of the road, 1 km long and 6 meters wide, of brands I or II can reach 10-11 million rubles, and the replacement of asphalt pavement makes up about 50% of the above total costs.

Асфальтобетонные смеси и асфальтобетоны горячего способа изготовления путем смешения разогретых до 180-200°С минеральных наполнителей и расплавленного при 160-180°С битума разных марок в зависимости от его вязкости имеют несколько более высокие прочностные характеристики в сравнении с холодными. Например, прочность при сжатии согласно ГОСТ 9128 - 2009 при 20°С горячие асфальтобетоны имеют нижние пределы в зависимости от типа и марки от 2,0 до 2,5 МПа, а при 50°С эти показатели падают до 0,8-1,2 МПа, что является часто одной из причин образования колеи в летнее время при движении по дорогам большегрузного транспорта и связанное с этим снижение скорости и безопасности движения. Горячие асфальтобетоны характеризуются также высокими показателями водонасыщения (до 4,0-5,0% по объему), соответственно этому пониженной адгезиии, водостойкости и морозостойкости, приводящей к образованию макро - и микротрещин с дальнейшим разрушением дорожного покрытия.Asphalt mixes and asphalt mixes of the hot manufacturing method by mixing mineral fillers warmed up to 180-200 ° С and bitumen of different grades melted at 160-180 ° С, depending on its viscosity, have slightly higher strength characteristics compared to cold ones. For example, compressive strength according to GOST 9128 - 2009 at 20 ° С hot asphalt concrete has lower limits depending on type and grade from 2.0 to 2.5 MPa, and at 50 ° С these indicators fall to 0.8-1, 2 MPa, which is often one of the reasons for the formation of a rut in the summer when driving on heavy vehicles and the associated decrease in speed and traffic safety. Hot asphalt concrete is also characterized by high rates of water saturation (up to 4.0-5.0% by volume), respectively, reduced adhesion, water resistance and frost resistance, leading to the formation of macro - and microcracks with further destruction of the road surface.

Указанные недостатки холодного и горячего асфальтобетонов могут быть частично устранены введением различных, модифицирующих битум добавок с целью повышения адгезии битума к щебню, влагостойкости и морозоустойчивости. Так, например, в пат. 2345967, 2009 и пат. 2345966, 2009 холодную смесь для ремонта асфальтобетонных дорожных покрытий получают смешением при 110-120°С со щебнем расплавленного битума и солярового масла (20-25% от массы битума) с добавками полиэтиленполиамина (5-12% от массы битума), жирной органической кислоты (8-16% от массы битума) и добавками волокнистых материалов (3-5%) в виде базальтовой или целлюлозной микрофибры. Предложенный состав смеси, как полагают авторы, улучшает показатели слеживаемости смеси при хранении, индекс когезии и устойчивость к расслоению. Однако других, наиболее важных характеристик - прочности при сжатии, на сдвиг, водонасыщения и других не указано. Совершенно не оправданно также использование в таких больших количествах водорастворимого и очень токсичного полиэтиленполиамина, способного легко вымываться из покрытия дождевыми водами и загрязнять окружающею среду.These shortcomings of cold and hot asphalt concrete can be partially eliminated by the introduction of various additives modifying bitumen additives in order to increase the adhesion of bitumen to gravel, moisture resistance and frost resistance. So, for example, in US Pat. 2345967, 2009 and US Pat. 2345966, 2009 a cold mixture for repairing asphalt concrete pavements is obtained by mixing at 110-120 ° C with crushed stone of molten bitumen and solar oil (20-25% by weight of bitumen) with additives of polyethylene polyamine (5-12% by weight of bitumen), organic fatty acid (8-16% by weight of bitumen) and additives of fibrous materials (3-5%) in the form of basalt or cellulose microfiber. The proposed composition of the mixture, as the authors believe, improves the caking properties of the mixture during storage, the cohesion index and resistance to delamination. However, the other, most important characteristics - compressive strength, shear, water saturation and others are not indicated. The use of water-soluble and very toxic polyethylene polyamine in such large quantities, which can easily be washed out of the coating by rainwater and pollute the environment, is also completely unjustified.

Известны также составы и способы модифицирования битума для горячего способа изготовления асфальтобетонов, направленные на упрочнение дорожного покрытия введением в расплавленный битум бутадиен-стирольного термоэластопласта и адгезионной добавки, состоящей из талового масла и триэтаноламина в соотношении (мас. %): битум 97,3-77,0; термоэластопласт 2-16; адгезионная добавка 0,7-7,0. Подобно этому было предложено бутадиенстиролный или изопренстирольный термоэластопласты в виде блоксополимеров предварительно растворять в индустриальном масле а затем смешивать с разогретым битумом и далее с необходимым количеством минеральных наполнителей - щебня, песка и других материалов (пат. 2038360, 1995). Предлагаемые способы направлены в основном на усовершенствование условий модифицирования битума и на повышение его температурного интервала размягчения и вязкости. Какого-либо увеличения прочностных свойств, водостойкости и других характеристик получаемых асфальтобетонов в указанных патентах не приводится. Такие испытания выполнены с использованием в качестве полимерно-битумного связующего «Полигум», разработанного ООО «Петрохим технологии» (Полимерно-битумные материалы ТУ 5775-001-63759559-11, Москва, 2011) на опытных участках дорог. Результаты испытания асфальтобетона высокоплотного марки I по ГОСТ 9128-2009 на полимерно-битумном вяжущем «Полигум» или щебеночно-мастичного асфальтобетона ШМА - 15, выполненные предприятием ООО «Дорэксперт», г. Москва, показали упрочнение при 20° указанных дорожных материалов примерно в 1,5 раза в сравнении с требованиями ГОСТ. Однако испытания при 50°С указывают на резкое снижение прочностных характеристик, более чем в 2 раза, в сравнении с показателями при 20°С. Водонасыщение остается на высоком уровне и превышает 2% по объему.Compositions and methods for modifying bitumen for the hot method of manufacturing asphalt concrete are also known, aimed at hardening the pavement by introducing styrene-butadiene-thermoplastic elastomer and an adhesive additive consisting of melt oil and triethanolamine in the ratio (wt.%): Bitumen 97.3-77 0; thermoplastic elastomer 2-16; adhesive additive 0.7-7.0. Similarly, it was suggested that styrene butadiene or isoprenstyrene thermoplastic elastomers in the form of block copolymers be pre-dissolved in industrial oil and then mixed with heated bitumen and then with the necessary amount of mineral fillers - crushed stone, sand and other materials (US Pat. 2038360, 1995). The proposed methods are mainly aimed at improving the conditions for the modification of bitumen and at increasing its temperature range of softening and viscosity. Any increase in strength properties, water resistance and other characteristics of the resulting asphalt concrete in these patents is not given. Such tests were carried out using Polygum as a polymer-bitumen binder, developed by Petrochem Technologies LLC (Polymer-bitumen materials TU 5775-001-63759559-11, Moscow, 2011) in experimental sections of roads. The test results of high-density grade I asphalt concrete according to GOST 9128-2009 on a polymer-bitumen binder “Polygum” or crushed stone-mastic asphalt concrete ШМА - 15, performed by the company LLC “Dorekspert”, Moscow, showed hardening at 20 ° of these road materials in about 1 , 5 times in comparison with the requirements of GOST. However, tests at 50 ° C indicate a sharp decrease in strength characteristics, more than 2 times, compared with indicators at 20 ° C. Water saturation remains at a high level and exceeds 2% by volume.

В качестве ближайшего аналога разработанного технического решения можно признать получение холодным способом слоев основания и высоконагруженных дорожных покрытий методом холодного ресайклинга («Холодный ресайклинг. Руководство по применению», Wirtgen GmbH, Hoher Strobe 2 53578 Windhagen, Германия, 2-е издание, 2006). Известный способ предлагает технологию и необходимое оборудование для приготовления дорожных смесей на базе минеральных материалов естественного происхождения (щебень, минеральные порошки, песок и другие) и связующих в виде цемента, извести с добавками битумной эмульсии путем их холодного смешения с использованием «Ресайклира» или в условиях заводской установки с дальнейшим обустройством дорожного основания или слоев верхнего покрытия с соответствующим уплотнением вместо горячих асфальтобетонных смесей. Использование в предлагаемой технологии битумной эмульсии в сочетании с минеральным вяжущим цементом вместо горячих смесей, а также современной мобильной техники и местных материалов позволяет по данным рассматриваемого прототипа сократить затраты на 1 км дороги шириной 9,5 м от 244 340 € при обычном горячем усилении асфальтобетонного покрытия до 132385 € с применением асфальтобетона после укрепления холодным способом. Однако, судя по приведенным данным, замена горячего битума на битумную эмульсию в равных количествах по отношению к наполнителю (щебню, отфрезерованному асфальтобетону или иному минеральному материалу) в комбинации с цементом или известью не ведет к существенному усилению адгезионного и когезионного взаимодействия в асфальтобетонной смеси после уплотнения и ее созревания во времени в сравнении с горячим асфальтобетонным покрытием. Это связано в первую очередь с тем, что в горячей асфальтобетонной смеси весь каменный материал полностью обволакивается расплавленным битумом при регулируемой толщине пленки, выполняющей функции контактного клея. При использовании битумной эмульсии, имеющей капельки битума от 0,001 до 0,01 мм, их коалесценция и скорость превращения в сплошную пленку зависят от влажности уплотненной смеси, влажности воздуха, поверхностного заряда капель битумной эмульсии и суммарной поверхности минеральной составляющей, в том числе и частиц цемента. Все эти факторы в известном способе ведут к частичному обволакиванию как крупных, так и мелких зерен и недостаточному адгезионному и когезионному взаимодействию в системе минеральная часть - битумная составляющая после неконтролируемой коагуляции эмульсии под действием цемента и наполнителей. Следует также указать на существенный недостаток рассматриваемого холодного варианта, в котором используется только битумно-цементное связующее, требующее из-за ускоренного твердения цемента во влажном состоянии укладки и уплотнения смеси не позже, чем через 4 часа с момента приготовления смеси, то есть временные ограничения практически такие же, как и в отношении горячих асфальтобетонных смесей.As the closest analogue of the developed technical solution, it is possible to recognize the cold preparation of base layers and highly loaded pavements by the cold recycling method (Cold Recycling. Application Guide, Wirtgen GmbH, Hoher Strobe 2,53578 Windhagen, Germany, 2nd edition, 2006). The known method offers the technology and the necessary equipment for the preparation of road mixtures based on mineral materials of natural origin (crushed stone, mineral powders, sand and others) and binders in the form of cement, lime with the addition of bitumen emulsion by cold mixing using Recycler or in conditions factory installation with further arrangement of the road base or topcoat layers with appropriate compaction instead of hot asphalt mixtures. The use of bitumen emulsion in combination with mineral cement in the proposed technology instead of hot mixes, as well as modern mobile equipment and local materials, allows us to reduce the cost of 1 km of road with a width of 9.5 m from € 244,340 with conventional hot reinforcement of asphalt up to 132385 € with the use of asphalt concrete after strengthening by the cold method. However, judging by the data presented, the replacement of hot bitumen with bitumen emulsion in equal amounts with respect to the filler (crushed stone, milled asphalt concrete or other mineral material) in combination with cement or lime does not significantly increase the adhesion and cohesion interaction in the asphalt concrete mixture after compaction and its ripening in time in comparison with a hot asphalt coating. This is primarily due to the fact that in a hot asphalt mixture, all stone material is completely enveloped in molten bitumen with an adjustable film thickness that acts as a contact adhesive. When using a bitumen emulsion having bitumen droplets from 0.001 to 0.01 mm, their coalescence and the rate of conversion to a continuous film depend on the moisture content of the compacted mixture, air humidity, the surface charge of the bitumen emulsion drops and the total surface of the mineral component, including cement particles . All these factors in the known method lead to partial enveloping of both large and small grains and insufficient adhesive and cohesive interaction in the system of the mineral part - bitumen component after uncontrolled coagulation of the emulsion under the action of cement and fillers. It should also be noted that there is a significant drawback of the considered cold version, in which only a bitumen-cement binder is used, which requires, due to the accelerated hardening of the cement in the wet state, laying and compaction of the mixture no later than 4 hours after the preparation of the mixture, i.e. there are practically same as for hot asphalt mixtures.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного холодного способа получения асфальтобетона, состоит в возможности получения асфальтобетонной смеси и применении асфальтобетона при температуре окружающей среды с повышенными прочностными свойствами в широком интервале (от 0 до 50°С) температур, с повышенной водостойкостью для ремонта и устройства дорожных покрытий при сохранении указанных характеристик асфальтобетонной смеси до 24 часов во влажном и разрыхленном состоянии до технологической стадии устройства и уплотнения дорожного покрытия.The technical problem solved by the developed cold method for producing asphalt concrete consists in the possibility of obtaining asphalt concrete mixture and the use of asphalt concrete at ambient temperature with increased strength properties in a wide temperature range (from 0 to 50 ° C), with increased water resistance for repair and paving while maintaining the specified characteristics of the asphalt mixture for up to 24 hours in a wet and loose state until the technological stage of the device and compaction Foot coverings.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного способа, исключает затраты на газопотребление для разогрева минерального материала, входящего в состав асфальтобетонной смеси. Предел прочности при сжатии полученного асфальтобетона при температуре 20°C и 50°C повышается на 80-100% в сравнении с требованиями ГОСТ 9128-2009. Значение водостойкости по показателю длительного водонасыщения, % по объему, увеличивается в 3-5 раз для асфальтобетонов различных типов и марок. Указанные преимущества сохраняются не менее суток для разрыхленных, влажных асфальтобетонных смесей.The technical result obtained by the implementation of the developed method eliminates the cost of gas consumption for heating the mineral material that is part of the asphalt mix. The compressive strength of the resulting asphalt concrete at a temperature of 20 ° C and 50 ° C increases by 80-100% in comparison with the requirements of GOST 9128-2009. The value of water resistance in terms of long-term water saturation,% by volume, increases by 3-5 times for asphalt concrete of various types and grades. The indicated advantages remain for at least a day for loosened, wet asphalt mixtures.

Для достижения предложенного технического результата используют холодную смесь для ремонта или устройства верхних слоев покрытий автомобильных дорог и городских улиц, содержащую минеральный материал - щебень различных пород и размеров зерен, песок природный и отсевы дробления щебня, асфальтобетонный гранулят, активный минеральный порошок, цемент, битумную эмульсию катионоактивную и нанокомпозитную добавку на основе сополимерного латекса с полярными функциональными группами в сочетании с активной кремнекислотой при следующем соотношении, мас %:To achieve the proposed technical result, a cold mixture is used to repair or arrange the upper layers of the coatings of roads and city streets, containing mineral material - gravel of various breeds and grain sizes, natural sand and gravel crushing screenings, asphalt concrete granulate, active mineral powder, cement, bitumen emulsion cationic and nanocomposite additives based on copolymer latex with polar functional groups in combination with active silicic acid in the following ratio oshenie, wt%:

- минеральный материал- mineral material 100one hundred - цемент, ГОСТ Р52119-2003, марка М-400 или М-500- cement, GOST R52119-2003, brand M-400 or M-500 2-62-6 - нанокомпозитная водоразбавляемая добавка, в- nanocomposite water-borne additive, in пересчете на сухое веществоon a dry matter basis 0,05-0,250.05-0.25 - катионоактивная битумная эмульсия ЭБК-3,- cationic bitumen emulsion EBK-3, ГОСТ Р 521128-2003, в пересчете на битумGOST R 521128-2003, in terms of bitumen 2-52-5

В составе нанокомпозитной добавки предлагается использовать водную дисперсию, состоящую из полимерного связующего в виде латекса на основе стирола, эфиров акриловой кислоты, бутадиена, акрилонитрила, акриловой или метакриловой кислоты или их смесей с добавкой водной дисперсии активной кремнекислоты с размерами частиц от 50 до 300 нм, преимущественно 80-160 нм, при этом масса активной кремнекислоты используется в количестве к одной части полимера от 0,01 до 3 мас.ч.As part of the nanocomposite additive, it is proposed to use an aqueous dispersion consisting of a polymer binder in the form of latex based on styrene, esters of acrylic acid, butadiene, acrylonitrile, acrylic or methacrylic acid or mixtures thereof with the addition of an aqueous dispersion of active silicic acid with particle sizes from 50 to 300 nm, mainly 80-160 nm, while the mass of active silicic acid is used in an amount to one part of the polymer from 0.01 to 3 wt.h.

Признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от известного, следующие:The features that distinguish the proposed technical solution from the known, the following:

- используются в составе асфальтобетонной смеси и асфальтобетона на ее основе холодного способа получения и применения наномодифицирующие добавки полимерно-минерального состава на основе сополимерных латексов, содержащих полярные мономеры и функциональные группы в комбинации с водной дисперсией активной кремнекислоты. При этом наночастицы полимерной фазы и ее композиции с кремнекислотой в выбранном среднем размере 50-300 нм (см. рис. 1, 2) в сочетании с добавками минерального вяжущего цемента и дополнительного органического вяжущего катионоактивной битумной эмульсии создают необходимые условия для максимальной реализации адгезионного и когезионного взаимодействия в системе - частицы минерального наполнителя (щебень, песок, гранулят, отсевы и другие), цемента, полимерно-композитной добавки и битума, включающего также аминопроизводные соединения эмульгатора катионоактивной эмульсии, как вспомогательной адгезионной добавки.- are used as part of the asphalt mix and asphalt concrete based on it of the cold method for producing and using nanomodifying additives of polymer-mineral composition based on copolymer latexes containing polar monomers and functional groups in combination with aqueous dispersion of active silicic acid. At the same time, nanoparticles of the polymer phase and its composition with silicic acid in a selected average size of 50-300 nm (see Fig. 1, 2) in combination with the addition of mineral cement and additional organic cement, cationic bitumen emulsion create the necessary conditions for the maximum realization of adhesive and cohesive interactions in the system - particles of mineral filler (crushed stone, sand, granulate, screenings and others), cement, polymer-composite additives and bitumen, which also includes amine derivatives emulsate compounds ora cationic emulsion as an auxiliary adhesive additive.

- Комплексное влияние добавок минерального вяжущего цемента, нанокомпозитной добавки предложенного состава и добавки битумной эмульсии приводит к наиболее эффективному результату в достижении повышенных прочностных свойств и водостойкости холодного асфальтобетона при соблюдении следующего порядка смешения предлагаемых компонентов асфальтобетонной смеси, а именно: к точно отмеренному количеству минеральной смеси, состоящей, например, в зависимости от вида и типа смеси из заданного количества мелкозернистого (до 20 мм) или крупнозернистого (до 40 мм) щебня, отсевов дробления щебня, природного песка с добавками или без них минерального порошка, подают при постоянном перемешивании точно отмеренные по весу количества цемента, затем нанокомпозитную добавку и только после этого вводится битумная эмульсия. Время перемешивания после введения каждой добавки 40-90 секунд. Суммарная влажность с учетом естественной влажности наполнителей и влаги, добавляемой с нанокомпозитом и битумной эмульсией поддерживается на уровне 8-12 масс. %.- The complex effect of additives of mineral cement, nanocomposite additives of the proposed composition and additives of bitumen emulsion leads to the most effective result in achieving increased strength properties and water resistance of cold asphalt concrete while observing the following mixing order of the proposed components of the asphalt concrete mixture, namely, to a precisely measured amount of the mineral mixture, consisting, for example, depending on the type and type of mixture from a given amount of fine-grained (up to 20 mm) or coarse-grained of pure (up to 40 mm) crushed stone, screenings of crushing crushed stone, natural sand with or without mineral powder additives, accurately measured by weight of cement quantity is fed with constant stirring, then a nanocomposite additive and only after that bitumen emulsion is introduced. The mixing time after the introduction of each additive is 40-90 seconds. The total humidity, taking into account the natural moisture content of the fillers and moisture added with the nanocomposite and bitumen emulsion, is maintained at the level of 8-12 mass. %

Предлагаемые условия и строгое соблюдение порядка совмещения указанных компонентов регламентируются коллоидно-химическими процессами, проходящими в предлагаемой системе. Так, на стадии совмещения минерального зернистого материала с цементом идет только механическое усреднение смеси без каких-либо поверхностных явлений. Но, как только в данную смесь вносится полимерсодержащая нанокомпозитная добавка, происходит ряд существенных коллоидно-химических процессов с непосредственным участием поверхности зернистого материала и соединений кальция, магния, алюминия и других элементов, входящих в состав цемента с коллоидной системой наночастиц композита, поверхность которых покрыта защитным слоем неионо-анионоактивного эмульгатора и гидратной оболочкой, определяющих заряд частиц, дзетта-потенциал (см. рис. 1, 2), их агрегативную устойчивость и дальнейшее участие в формировании полимерно-силикатного гидрофильно-гидрофобного слоя на поверхности частиц зернистого материала и цемента. При выбранных наноразмерах полимерных частиц с присутствующими в молекулярной цепи сложноэфирными или карбоксильными группами и выбранного размера частиц активной кремнекислоты в анионоактивной форме, содержащей высокореакционные силанольные функциональные группы, создается возможность образования прочных химических ионных и ковалентных связей соосажденной композитной добавки с цементом и поверхностью щебня различных пород, гравия и песка, а также для внутримолекулярных взаимодействий на границах раздела полимер - активная кремнекислота - цемент. Возможность образования множественных эффективных химических связей определяется многократно, большей чем в 103 раз, суммарной поверхностью наночастиц полимера и кремнекислоты в сравнении с суммарной поверхностью цемента и тем более принятых в дорожном строительстве минеральных материалов в единице объема асфальтобетонной смеси.The proposed conditions and strict adherence to the procedure for combining these components are regulated by colloidal chemical processes taking place in the proposed system. So, at the stage of combining mineral granular material with cement, only mechanical averaging of the mixture occurs without any surface phenomena. But, as soon as a polymer-containing nanocomposite additive is introduced into this mixture, a number of significant colloidal chemical processes take place with the direct participation of the surface of the granular material and compounds of calcium, magnesium, aluminum and other elements that are part of cement with a colloidal system of composite nanoparticles, the surface of which is coated with a protective a layer of a nonionic anionic emulsifier and a hydration shell that determine the particle charge, zeta potential (see Fig. 1, 2), their aggregative stability and further and in the formation of a polymer-silicate hydrophilic-hydrophobic layer on the surface of the particles of granular material and cement. With the selected nanosizes of polymer particles with ester or carboxyl groups present in the molecular chain and the selected particle size of the active silicic acid in an anionic form containing highly reactive silanol functional groups, it is possible to form strong chemical ionic and covalent bonds of the coprecipitated composite additive with cement and crushed stone surface of various rocks, gravel and sand, as well as for intramolecular interactions at the polymer - active cream interfaces non-acid is cement. The possibility of the formation of multiple effective chemical bonds is determined many times, more than 10 3 times, by the total surface of polymer and silicic acid nanoparticles in comparison with the total surface of cement and, moreover, mineral materials accepted in road construction per unit volume of asphalt concrete mix.

Таким образом, на первой стадии приготовления минеральной смеси все частицы щебня, песка, порошка и цемента оказываются покрытыми тонкой пленкой предлагаемой нанокомпозитной смеси, имеющей частично отрицательный заряд и гидратный структурно-механический слой из ориентированных молекул воды к поверхности пленки и кремнекислоты. В разрыхленном состоянии до стадии уплотнения дорожной смеси цемент находится как бы в изолированном состоянии от воды, и скорость его схватывания относительно низкая, что позволяет увеличить допустимое время до начала уплотнения или перевозки асфальтобетонной смеси без ухудшения ее удобоукладываемости и физико-механических свойств. При дальнейшем уплотнении асфальтобетонного покрытия резко увеличивается скорость твердения асфальтобетона.Thus, in the first stage of the preparation of the mineral mixture, all particles of crushed stone, sand, powder and cement are covered with a thin film of the proposed nanocomposite mixture, which has a partially negative charge and a hydrated structural-mechanical layer of oriented water molecules to the surface of the film and silicic acid. In the loosened state, before the stage of compaction of the road mixture, cement is as if in an isolated state from water, and its setting speed is relatively low, which allows to increase the permissible time before compaction or transportation of the asphalt concrete mixture without compromising its workability and physico-mechanical properties. With further compaction of the asphalt pavement, the speed of hardening of the asphalt concrete increases sharply.

Образование на поверхности минерального материала тонкого, отрицательно заряженного композитного слоя при контакте с положительно заряженной катионоактивной битумной эмульсией обусловливает наиболее равномерное распределение частиц битума в асфальтобетонной смеси и его участие в компенсационной нейтрализации противоположных зарядов между двумя типами связующих, с образованием новых химических связей между полимером, активной кремнекислотой и функциональными группами кислотного или альдегидного типа в молекулах битума, используемого в производстве катионоактивных эмульсий ЭБК-3 по ГОСТ Р52128 - 2003.The formation on the surface of a mineral material of a thin, negatively charged composite layer in contact with a positively charged cationic bitumen emulsion determines the most uniform distribution of bitumen particles in the asphalt mix and its participation in the compensation neutralization of opposite charges between the two types of binders, with the formation of new chemical bonds between the active polymer silicic acid and functional groups of the acid or aldehyde type in the molecules of bitumen, using used in the production of cationic emulsions EBK-3 in accordance with GOST R52128 - 2003.

Использование в предлагаемом способе нанокомпозитной добавки, включающей активную кремнекислоту с размерами частиц в пределах 50-300 нм, дает возможность достигать наибольшей степени уплотнения асфальтобетонной смеси, обеспечивая при этом в 3-5 раз большую водостойкость асфальтобетона при длительном водонасыщении и дополнительно к этому, с учетом известных специфический свойств кремнекислоты, может достигаться более высокое сопротивление скольжению предлагаемого мокрого асфальтобетона с автомобильными шинами, что способствует повышению безопасности и скорости движения автотранспорта.The use of the proposed method of nanocomposite additives, including active silicic acid with particle sizes in the range of 50-300 nm, makes it possible to achieve the greatest degree of compaction of the asphalt concrete mixture, while providing 3-5 times greater water resistance of asphalt concrete with prolonged water saturation and in addition to this, taking into account known specific properties of silicic acid, a higher slip resistance of the proposed wet asphalt concrete with car tires can be achieved, which contributes to NIJ security and speed of movement of vehicles.

Высокое адгезинно-когезинное взаимодействие каждого из составляющих в предлагаемом составе асфальтобетона, в основе которого лежит образование различных химических связей, предопределяет монолитность всей композиции, подтверждением чего является разрушение при ударе отдельных частиц гранитного щебня без отделения слоя связующего по границе с поверхностью щебня (см. рис. 4).The high adhesive-cohesive interaction of each of the components in the proposed composition of asphalt concrete, which is based on the formation of various chemical bonds, determines the solidity of the entire composition, which is confirmed by the destruction of individual particles of granite crushed stone without separation of the binder layer along the boundary with the crushed stone surface (see Fig. . four).

Проведение испытаний асфальтобетона повышенной прочности, полученного по предлагаемому холодному способу для дорожных покрытий, осуществлялось в строго одинаковых условиях смешиванием минеральной смеси, состоящей из щебня различных пород и размеров, песка, минерального порошка, соответствующих требованиям ГОСТ 9128 - 2009 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон» с гидравлическим вяжущим цементом одной и той же марки (цемент ГОСТ31108 - 2003) при равной оптимальной влажности дорожной смеси, которая составляла 8-12 масс. % и одинаковой нагрузке, равной 30 МПа при прессовании образцов в течение двух минут для испытаний, размером высота - 50 мм, диаметр - 50 мм.Testing of high-strength asphalt concrete obtained by the proposed cold method for pavement was carried out under exactly the same conditions by mixing a mineral mixture consisting of crushed stone of various breeds and sizes, sand, mineral powder that meet the requirements of GOST 9128 - 2009 “Road asphalt concrete mixtures, airfield and asphalt concrete ”with hydraulic cementitious cement of the same brand (cement GOST31108 - 2003) with equal optimum moisture content of the road mixture, which was 8-12 mass. % and the same load, equal to 30 MPa when pressing samples for two minutes for testing, with a height of 50 mm and a diameter of 50 mm.

Водостойкость образцов асфальтобетона, изготовленного по предлагаемому изобретению, по традиционному холодному и способу по прототипу представлена в виде типичных кинетических кривых предельного водонасыщения во времени (см. рис. 3).The water resistance of the samples of asphalt concrete made according to the invention, according to the traditional cold method and the prototype method is presented in the form of typical kinetic curves of the limiting water saturation in time (see Fig. 3).

Распределение по размерам полимерных частиц и частиц активной кремнекислоты и их электрофоретические характеристики в дисперсиях полимера и в нанокомпозитной добавке определялось по данным лазерной спектроскопии на современном приборе модели ZETATRAC (NPA152 - 31 А) производство компании США «Microtrac Ins». (см. рис. 1, 2).The size distribution of polymer particles and active silicic acid particles and their electrophoretic characteristics in polymer dispersions and in a nanocomposite additive were determined by laser spectroscopy using a modern ZETATRAC model (NPA152 - 31 A) manufactured by the US company Microtrac Ins. (see Fig. 1, 2).

Для изготовления промышленных партий асфальтобетонных смесей по предлагаемому холодному способу может быть использовано стационарное оборудование действующих асфальтобетонных заводов существующей технологии приготовления, имеющих необходимые узлы эффективного смешения сыпучих и жидких материалов, дозирующих устройств для их транспортировки на смешение, а также современные установки для качественного производства холодных асфальтобетонных смесей ведущих компаний мира: Amman Wirtgen (Германия), SAF (Франция), Kolotikone (Финляндия). Из средств массовой информации известно, что дорожные компании Финляндии применяют наиболее прочные покрытия из асфальтобетона, в составе которого используются латексно-битумные композиции. Предлагаемые установки могут быть в стационарном или мобильном исполнении производительностью от 120 до 400 тонн в час. В Скандинавии более половины дорог построены при использовании холодных асфальтобетонных смесей повышенной прочности (см. Международный специализированный журнал «Строительная техника и технологии» №7 (91) ноябрь 2012 г., страница 52-56, статья «Холодный асфальт», Силкин В.В., Рудаков В.В., Лупанов А.П., Силкин А.В.).For the manufacture of industrial batches of asphalt concrete mixtures according to the proposed cold method, stationary equipment of existing asphalt concrete plants of the existing preparation technology having the necessary nodes for efficient mixing of bulk and liquid materials, metering devices for their transportation to mixing, and also modern plants for the high-quality production of cold asphalt mixtures can be used leading companies in the world: Amman Wirtgen (Germany), SAF (France), Kolotikone (Finland). From the media it is known that the Finnish road companies use the most durable coatings from asphalt concrete, which uses latex-bitumen compositions. The proposed plants can be in stationary or mobile design with a capacity of 120 to 400 tons per hour. In Scandinavia, more than half of the roads were built using high-strength cold asphalt mixes (see International Specialized Journal "Construction Equipment and Technologies" No. 7 (91) November 2012, pages 52-56, article "Cold Asphalt", Silkin V.V. ., Rudakov V.V., Lupanov A.P., Silkin A.V.).

Изобретение иллюстрируется примерами конкретного исполнения.The invention is illustrated by examples of specific performance.

Пример 1.Example 1

Для испытания в механическом перемешивающем устройстве, имеющем полезный объем рабочей камеры 10 дм3 и винтовую мешалку со скоростью вращения 40-60 оборотов в минуту, готовят асфальтобетонные смеси типа Б (Бх) или В (Вх), мелкозернистые. Состав и размеры зерен минеральных компонентов соответствуют ГОСТ 9128 - 2009.For testing in a mechanical mixing device having a useful volume of the working chamber of 10 dm 3 and a screw mixer with a rotation speed of 40-60 rpm, asphalt mixtures of type B (Bx) or B (Bx) are prepared, fine-grained. The composition and grain size of the mineral components correspond to GOST 9128 - 2009.

Figure 00000001
Figure 00000001

Для всех указанных вариантов (100 масс. %) вводились органо-минеральные связующие в следующих количествах, масс. %.For all these options (100 wt.%) Were introduced organic-mineral binders in the following quantities, mass. %

1. Цемент1. Cement 4,04.0 2. Нанокомпозитная добавка на основе2. Nanocomposite based additive водной дисперсии акрилатного типа (стирол - 65 масс. %,aqueous dispersion of acrylate type (styrene - 65 wt.%, бутилакрилат - 35 масс. %) в пересчете на сухое веществоbutyl acrylate - 35 mass. %) in terms of dry matter минеральной смесиmineral mixture (соотношение сополимер: активная(ratio copolymer: active кремнекислота по массе 1:1)silicic acid by weight 1: 1) 0,1250.125 3. Битумная эмульсия ЭБК-33. Bituminous emulsion EBK-3 3,03.0

Асфальтобетонную смесь готовят в количестве 10 кг с учетом указанного в таблице 1 соотношения, при этом строго соблюдается порядок смешения щебня с отсевами дробления гранита, песком, минеральным порошком. После этого вводят навеску цемента, перемешивают 40-60 секунд, затем навеску нанокомпозитной добавки, перемешивают 40-60 секунд и только после этого добавляют рассчитанное количество битумной эмульсии. Перемешивание продолжают еще 5-10 минут с доведением при необходимости суммарной влажности рыхлой смеси до 8-12 масс. %. Из полученных асфальтобетонных смесей формуют образцы при давлении 30 МПа, 2 минуты и испытывают по методикам ГОСТ 23558-94 в сравнении со свойствами асфальтобетона по прототипу и действующему ГОСТ. Результаты испытаний приведены в таблице 2.The asphalt-concrete mixture is prepared in an amount of 10 kg, taking into account the ratio indicated in table 1, while mixing the crushed stone with granite screenings, sand, and mineral powder is strictly observed. After this, a weighed portion of cement is introduced, mixed for 40-60 seconds, then a weighed portion of the nanocomposite additive, mixed for 40-60 seconds, and only then the calculated amount of bitumen emulsion is added. Stirring is continued for another 5-10 minutes, bringing, if necessary, the total humidity of the loose mixture to 8-12 mass. % Samples are formed from the obtained asphalt mixtures at a pressure of 30 MPa for 2 minutes and tested according to the methods of GOST 23558-94 in comparison with the properties of asphalt concrete according to the prototype and the current GOST. The test results are shown in table 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Полученные значения прочностных свойств при разных температурах и особенно при 50°С, а также водостойкость по показателю предельного водонасыщения мелкозернистых асфальтобетонов Б и В, полученных по предложенному холодному способу, существенно превышают аналогичные типы традиционных горячих или холодных асфальтобетонов.The obtained values of strength properties at different temperatures and especially at 50 ° C, as well as water resistance in terms of the limiting water saturation of fine-grained asphalt concrete B and C obtained by the proposed cold method, significantly exceed the similar types of traditional hot or cold asphalt concrete.

Примеры 2, 3Examples 2, 3

В примере 1 для перечисленных в таблице 1 составов минеральных материалов по пп. 1-4 асфальтобетонные смеси готовят с введением органоминеральных связующих в следующих количествах, масс. % (см. таблицу 3).In example 1 for listed in table 1 the compositions of mineral materials according to paragraphs. 1-4 asphalt mixtures are prepared with the introduction of organic mineral binders in the following quantities, mass. % (see table 3).

Figure 00000003
Figure 00000003

Полученные значения прочностных свойств и водостойкости асфальтобетонов по примерам 2 и 3 подтверждают их высокий уровень при разных дозировках органоминеральных связующих при снижении расхода битума от 6-8 масс. % в известных горячих рецептах, до 2,0 масс. % в предлагаемом способе с обеспечением более высоких физико-механических свойств. Сопоставительные результаты испытаний приведены в таблице 4 и 2.The obtained values of the strength properties and water resistance of asphalt concrete according to examples 2 and 3 confirm their high level at different dosages of organomineral binders with a decrease in bitumen consumption from 6-8 mass. % in known hot recipes, up to 2.0 mass. % in the proposed method with providing higher physical and mechanical properties. Comparative test results are shown in table 4 and 2.

Figure 00000004
Figure 00000004

Пример 4.Example 4

В примере 1 в минеральную смесь состава 1 типа Б вводилось органоминеральное связующее с использованием в качестве полимерной дисперсии стиролбутадиенкарбоксилатного латекса (стирол - 60,0 масс. %, бутадиен - 38,0 масс. %, метакриловая кислота - 2,0 масс. %) с распределением полимерных частиц по размерам в пределах 60-170 нм при следующих количествах, масс. % по отношению к минеральной смеси 1.In Example 1, an organomineral binder was introduced into a mineral mixture of composition Type 1 B using styrene-butadiene-carboxylate latex (styrene - 60.0 wt.%, Butadiene - 38.0 wt.%, Methacrylic acid - 2.0 wt.%) As a polymer dispersion. with a distribution of polymer particles in size within 60-170 nm with the following quantities, mass. % in relation to the mineral mixture 1.

1. Цемент1. Cement 6,06.0 2. Нанокомпозитная добавка на основе2. Nanocomposite based additive стиролбутадиенкарбоксилатного латекса, вstyrene butadiene carboxylate latex, in пересчете на сухое вещество мин. смеси (соотношение1in terms of dry matter min. mixtures (ratio 1 сополимер : активная кремнекислота по массе 1:3)copolymer: active silicic acid by weight 1: 3) 0,1250.125 3. Битумная эмульсия ЭБК-3,3. Bitumen emulsion EBK-3, в пересчете на битумin terms of bitumen 2,52,5

Изготовленные образцы холодного асфальтобетона из смеси по примеру 4 имеют предел прочности при сжатии при 20°С - 4,8 МПа, при 50°С - 3,6 МПа, предельное водонасыщение по объему, % - 0,21.The prepared samples of cold asphalt concrete from the mixture of example 4 have a compressive strength at 20 ° C of 4.8 MPa, at 50 ° C of 3.6 MPa, the maximum water saturation by volume,% - 0.21.

Пример 5.Example 5

В примере 1 в минеральную смесь состава 2 (таблица 1) типа В вводилось органоминеральное связующее с использованием в качестве полимерной дисперсии сополимерный бутадиен-стирол-акрилонитрилкарбоксилатный латекс с размером частиц в интервале 50-250 нм, преимущественно в пределах 80-140 нм и характеризуемый наиболее высокими прочностными свойствами (прочность сополимера при разрыве 26 МПа), устойчивостью к окислительному старению и водостойкости сополимера (набухание в воде) менее 0,3 масс. %. Соотношение компонентов органоминерального связующего к 100 масс. % минеральной смеси состава 2 (таблица 1) следующее:In Example 1, an organomineral binder was introduced into the mineral mixture of composition 2 (Table 1) of type B using a copolymer butadiene-styrene-acrylonitrile carboxylate latex with a particle size in the range of 50-250 nm, mainly in the range of 80-140 nm and characterized by the most high strength properties (the strength of the copolymer at break 26 MPa), resistance to oxidative aging and water resistance of the copolymer (swelling in water) less than 0.3 mass. % The ratio of the components of the organomineral binder to 100 mass. % of the mineral mixture of composition 2 (table 1) is as follows:

1. Цемент1. Cement 4,04.0 2. Нанокомпозитная добавка на основе2. Nanocomposite based additive бутадиен-стирол-акрилонитрилкарбоксилатногоbutadiene-styrene-acrylonitrile carboxylate латекса, соотношение в сополимере, масс.ч.latex, ratio in copolymer, parts by weight бутадиен - 40, стирол 32,5, акрилонитрил - 26,0,butadiene - 40, styrene 32.5, acrylonitrile - 26.0, метакриловая кислота - 1,5 в пересчете на сухоеmethacrylic acid - 1.5 in terms of dry вещество мин. смеси (соотношение сополимер : активнаяsubstance min. mixtures (copolymer: active ratio кремнекислота по массе 1:0,01)silicic acid by weight 1: 0.01) 0,0750,075 3. Битумная эмульсия ЭБК-3,3. Bitumen emulsion EBK-3, в пересчете на битумin terms of bitumen 3,03.0

Изготовленные образцы холодного асфальтобетона по примеру 5 имеют предел прочности при сжатии при 20°С - 5,6 МПа, при 50°С - 4,5 МПа, предельное водонасыщение по объему % - 0,14.The prepared samples of cold asphalt in example 5 have a compressive strength at 20 ° C of 5.6 MPa, at 50 ° C of 4.5 MPa, the maximum water saturation by volume% is 0.14.

Достигнутые показатели при относительно сокращенном расходе нанокомпозитной добавки объясняются высокими качественными характеристиками предлагаемого сополимера и его участием в образовании химических связей и монолитной структуры асфальтобетона.The achieved results with a relatively reduced consumption of nanocomposite additives are explained by the high quality characteristics of the proposed copolymer and its participation in the formation of chemical bonds and the monolithic structure of asphalt concrete.

Пример 6.Example 6

В примере 4 приготовленную холодным способом неуплотненную асфальтобетонную смесь с указанным составом и количеством органоминеральных связующих при влажности 10,3 масс. % оставляют на одни сутки в герметичном контейнере. Изготовленные после этого образцы асфальтобетона имеют предел прочности при сжатии, 20°С - 4,1 МПа, при 50°С - 3,2 МПа, предельное водонасыщение по объему, % - 0,3. Полученные характеристики мало отличаются от аналогичных данных для исходного асфальтобетона по примеру 4, не претерпевшего хранения в виде неуплотненной смеси.In example 4, prepared in a cold way, unconsolidated asphalt mixture with the specified composition and amount of organic mineral binders at a moisture content of 10.3 mass. % leave for one day in an airtight container. The samples of asphalt concrete made after this have a compressive strength of 20 ° C - 4.1 MPa, at 50 ° C - 3.2 MPa, maximum water saturation by volume,% - 0.3. The obtained characteristics differ little from the similar data for the initial asphalt concrete according to example 4, which has not undergone storage in the form of an unconsolidated mixture.

Пример 7.Example 7

В примере 4 в мелкозернистую минеральную смесь состава 1 (таблица 1) типа Б вводились органоминеральные связующие в измененном порядке, а именно: первым при перемешивании добавляют цемент - 6 масс. %, далее, не прекращая перемешивания, вносят навеску катионоактивной битумной эмульсии - 2,5 масс. % в пересчете на битум и в последнюю очередь нанокомпозитную добавку на основе стиролкарбоксилатного латекса и активной кремнекислоты в количестве 0,125 масс. % в пересчете на сухое вещество.In example 4, organic-mineral binders were introduced into a fine-grained mineral mixture of composition 1 (table 1) of type B in the changed order, namely: cement is added first with stirring - 6 mass. %, then, without stopping mixing, add a sample of cationic bitumen emulsion - 2.5 mass. % in terms of bitumen and lastly a nanocomposite additive based on styrene carboxylate latex and active silicic acid in the amount of 0.125 mass. % in terms of dry matter.

После введения в указанном порядке битумной эмульсии отмечено неравномерное, с отдельными сгустками распределение битума в минеральной смеси, а также в отпрессованных образцах асфальтобетона. Прочность при сжатии полученных образцов не равнозначна и колеблется при 20°С в пределах 1,5-2,1 МПа, при 50°С 0,6-1,1 МПа.After the bitumen emulsion was introduced in the indicated order, the distribution of bitumen in the mineral mixture, as well as in pressed samples of asphalt concrete, was uneven, with separate clumps. The compressive strength of the obtained samples is not equivalent and varies at 20 ° C in the range of 1.5-2.1 MPa, at 50 ° C 0.6-1.1 MPa.

Пример 8 (по прототипу).Example 8 (prototype).

В 10 кг минеральной смеси, 100 масс. %, состоящей из 45% мелкозернистого щебня гранитного, фракции 5-20 мм, песка из отсевов дробления гранитов, фракция 0-5 мм - 32 масс. %, песка природного - 18 масс. %, минерального порошка, ГОСТ Р52129 - 2003 - 5,0 масс. % при перемешивании механической мешалкой вносят цемент - 4,0 масс. %, перемешивают 40 секунд и после этого при температуре смеси 20-25°С, продолжая перемешивание, добавляют разбавленную водой до 25-30% концентрации битумную эмульсию ЭБК-3, из расчета 4,0 масс. % битума по отношению к 100 масс. % минеральной смеси. Разбавление битумной эмульсии осуществляют таким образом, чтобы суммарная влажность с учетом естественной влаги составляла - 8-12 масс. %. Смесь перемешивают дополнительно 5 минут. После этого формуют при давлении 30 МПа в пресс-форме в течение двух минут образцы высотой 50 мм, диаметром 50 мм для определения физико-механических свойств и водостойкости по предельному водонасыщению. Испытания осуществляют после набора максимальной прочности образцами при влажности воздуха 90-100%.In 10 kg of mineral mixture, 100 mass. %, consisting of 45% fine-grained crushed stone of granite, fraction 5-20 mm, sand from screenings of crushing granites, fraction 0-5 mm - 32 wt. %, natural sand - 18 mass. %, mineral powder, GOST R52129 - 2003 - 5.0 mass. % when mixing with a mechanical stirrer contribute cement - 4.0 mass. %, mix for 40 seconds and then at a temperature of the mixture of 20-25 ° C, while continuing to mix, add bitumen emulsion EBK-3 diluted with water to 25-30% concentration, based on 4.0 mass. % bitumen in relation to 100 mass. % mineral mixture. The dilution of the bitumen emulsion is carried out in such a way that the total humidity, taking into account the natural moisture, is 8-12 mass. % The mixture is stirred for an additional 5 minutes. After that, samples with a height of 50 mm and a diameter of 50 mm are molded in a mold for two minutes at a pressure of 30 MPa to determine the physicomechanical properties and water resistance by the maximum water saturation. Tests are carried out after a set of maximum strength by samples with air humidity of 90-100%.

Результаты определения прочностных свойств асфальтобетонов холодного изготовления согласно требованиям прототипа приведены в таблице 2 и равны: прочность при 20°С - 2,4 МПа, при 50°С - 1,4 МПа, водонасыщение 4,1% по объему (рис. 3). Как видно из приведенных данных, показатели прочности асфальтобетонов при 20°С, полученных по прототипу, в основном соответствуют требованиям ГОСТ9128 - 2009 для горячих смесей типа Б и В и несколько превосходят требования к холодным асфальтобетонам типа Бх и Вх. Однако полученные значения более чем в два раза уступают образцам холодного асфальтобетона, особенно при 50°С, изготовленного по предлагаемому изобретению во всех вариантах смесей и с разным типом полимерных связующих в используемых нанокомпозитных добавках.The results of determining the strength properties of cold-formed asphalt concrete according to the requirements of the prototype are shown in table 2 and are equal: strength at 20 ° C - 2.4 MPa, at 50 ° C - 1.4 MPa, water saturation of 4.1% by volume (Fig. 3) . As can be seen from the above data, the strength indicators of asphalt concrete at 20 ° C, obtained according to the prototype, mainly meet the requirements of GOST 9128 - 2009 for hot mixtures of type B and C and somewhat exceed the requirements for cold asphalt concrete of type Bx and Bx. However, the obtained values are more than two times inferior to samples of cold asphalt concrete, especially at 50 ° С, made according to the invention in all variants of mixtures and with different types of polymer binders in the used nanocomposite additives.

Визуальные исследования поверхности расколотых образцов указывают на то, что многие частицы гранитного щебня или гранитных отсевов остаются не покрытыми битумным адгезивом (см. рис. 4), а сам битум в данной асфальтобетонной смеси существует в виде собственной тонкой фазы, способной при 50°С размягчаться и ослаблять прочность асфальтобетон, более чем в 2 раза, что также характерно для горячих асфальтобетонов, полученных в соответствии с действующим ГОСТ. Использование в прототипе добавок цемента (до 4 масс. %) в качестве дополнительного минерального гидравлического вяжущего при контакте цемента с катионоактивной эмульсией ведет к быстрой и неуправляемой ее коагуляции за счет дегидратации системы цементом и переводом катионоактивной битумной эмульсии из агрегативно-устойчивого состояния в кислой среде (рН 2-3), свойственной эмульсии, к состоянию неравномерной, спонтанной комовой коагуляции в щелочной (рН 9-11) среде, свойственной для цементных водных дисперсий. В таком состоянии частицы битума блокируют поверхность частиц цемента гидрофобным слоем, изолирующем его от воды, и таким образом резко ограничивают возможность цемента скреплять минеральные частицы в асфальтобетонной смеси.Visual studies of the surface of cracked samples indicate that many particles of crushed granite or granite screenings remain uncoated with bitumen adhesive (see Fig. 4), and bitumen itself in this asphalt concrete mixture exists as its own fine phase, which can soften at 50 ° С and weaken the strength of asphalt concrete by more than 2 times, which is also characteristic of hot asphalt concrete obtained in accordance with the current GOST. The use of cement additives in the prototype (up to 4 wt.%) As an additional mineral hydraulic binder upon contact of cement with a cationic emulsion leads to its rapid and uncontrolled coagulation due to the dehydration of the system by cement and the transfer of the cationic bitumen emulsion from an aggregate-stable state in an acidic environment ( pH 2-3), characteristic of the emulsion, to the state of uneven, spontaneous lumpy coagulation in an alkaline (pH 9-11) medium, characteristic of cement water dispersions. In this state, bitumen particles block the surface of the cement particles with a hydrophobic layer that isolates it from water, and thus sharply limit the ability of cement to bond mineral particles in the asphalt mix.

Проведенными испытаниями асфальтобетонов, изготовленных по предлагаемому холодному способу, установлено, что производство асфальтобетонов с использованием минерального гидравлического связующего цемента в комплексе с нанокомпозитной добавкой на основе сополимеров стирола, бутадиена с полярными сомономерами на основе акриловых кислот и активных кремнекислотных производных с выбранным размером частиц в пределах 50-300 нм в сочетании с катионоактивной эмульсией битума позволяет получить асфальтобетоны для покрытия и ремонта автомобильных дорог без затрат тепловой энергии на их производство, соответствующие и превышающие требования ГОСТ 9128 -2009 и известного прототипа по прочностным характеристикам при 20 и 50°С на 80-100%, а водостойкости по показателю длительного водонасыщения в 3-5 раз.By tests of asphalt concrete made by the proposed cold method, it was found that the production of asphalt concrete using a mineral hydraulic cement binder in combination with a nanocomposite additive based on copolymers of styrene, butadiene with polar comonomers based on acrylic acids and active silicic derivatives with a selected particle size within 50 -300 nm in combination with a cationic emulsion of bitumen allows to obtain asphalt concrete for coating and car repairs roads without heat energy for their production, corresponding and exceeding the requirements of GOST 9128-2009 and the well-known prototype in terms of strength characteristics at 20 and 50 ° C by 80-100%, and water resistance in terms of long-term water saturation by 3-5 times.

Claims (1)

Холодный способ получения асфальтобетона повышенной прочности для ремонта и строительства дорожных покрытий с использованием минерального материала в виде щебня, песка смешением их с цементом и битумной эмульсией, с последующим нанесением полученной асфальтобетонной смеси на дорожное основание и ее уплотнением, отличающийся тем, что смешение осуществляют при введении к холодному указанному минеральному материалу на 100 его масс. % последовательно с интервалом 40-90 сек следующих компонентов, масс. %: цемент - 3,0-6,0, нанокомпозитная добавка с размером частиц 50-300 нм, преимущественно 80-160 нм, содержащая, масс. ч.: активную кремнекислоту 0,01-3 и латекс на основе стирола, эфира акриловой кислоты, бутадиена, акрилонитрила, акриловой или метакриловой кислоты, их смеси 1 (в пересчете на сухое) 0,075-0,25, катионоактивная битумная эмульсия (в пересчете на битум) 2,0-5,0. The cold method of producing increased strength asphalt concrete for the repair and construction of road surfaces using mineral material in the form of crushed stone, sand by mixing them with cement and bitumen emulsion, followed by applying the resulting asphalt concrete mixture to the road base and compacting it, characterized in that the mixing is carried out upon introduction to the cold specified mineral material per 100 of its mass. % sequentially with an interval of 40-90 sec of the following components, mass. %: cement - 3.0-6.0, nanocomposite additive with a particle size of 50-300 nm, mainly 80-160 nm, containing, mass. h: active silicic acid 0.01-3 and latex based on styrene, ester of acrylic acid, butadiene, acrylonitrile, acrylic or methacrylic acid, mixtures thereof 1 (in terms of dry) 0.075-0.25, cationic bitumen emulsion (in terms of on bitumen) 2.0-5.0.
RU2014130402/03A 2014-07-22 2014-07-22 Cold method for obtaining asphalt concrete of increased strength for repair and construction of automobile roads RU2558049C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014130402/03A RU2558049C1 (en) 2014-07-22 2014-07-22 Cold method for obtaining asphalt concrete of increased strength for repair and construction of automobile roads

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014130402/03A RU2558049C1 (en) 2014-07-22 2014-07-22 Cold method for obtaining asphalt concrete of increased strength for repair and construction of automobile roads

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2558049C1 true RU2558049C1 (en) 2015-07-27

Family

ID=53762648

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014130402/03A RU2558049C1 (en) 2014-07-22 2014-07-22 Cold method for obtaining asphalt concrete of increased strength for repair and construction of automobile roads

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2558049C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115180877A (en) * 2022-07-06 2022-10-14 哈尔滨工业大学 Composite cold-mixing cold-paving liquid asphalt mixture based on polymeric MDI (diphenylmethane diisocyanate) and preparation method thereof

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3556827A (en) * 1969-12-29 1971-01-19 Kenneth E Mcconnaughay Aggregate binder and paving composition
EP0458386B1 (en) * 1990-05-18 1994-12-28 EURON S.p.A. Method for preparing stable bitumen-polymer mixtures
RU2038360C1 (en) * 1994-10-12 1995-06-27 Товарищество с ограниченной ответственностью "АППОС-Асфальт" Bitumen binder for road coating and a method of its preparing
RU94035745A (en) * 1991-12-09 1996-05-20 Энвайропейвер Инк. (CA) Composite material and process for manufacturing road covering blocks
RU2240333C1 (en) * 2003-07-29 2004-11-20 Свердловское областное государственное учреждение "Управление автомобильных дорог" Slow-destruction cationic bitumen emulsion and emulsion-mineral mixture based thereon
RU2329283C1 (en) * 2007-05-28 2008-07-20 "Сибирский федеральный университет" Институт архитектуры и строительства (ИАС) Repair composition for asphalt concrete pavements
RU2386742C2 (en) * 2003-12-18 2010-04-20 СемМатериалс, Л.П. Method for reconstruction of road with asphalt-concrete coating
RU2471914C2 (en) * 2011-04-14 2013-01-10 ЗАО "Нева-Дорсервис" Method of cold recovery and strengthening of road paving materials

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3556827A (en) * 1969-12-29 1971-01-19 Kenneth E Mcconnaughay Aggregate binder and paving composition
EP0458386B1 (en) * 1990-05-18 1994-12-28 EURON S.p.A. Method for preparing stable bitumen-polymer mixtures
RU94035745A (en) * 1991-12-09 1996-05-20 Энвайропейвер Инк. (CA) Composite material and process for manufacturing road covering blocks
RU2038360C1 (en) * 1994-10-12 1995-06-27 Товарищество с ограниченной ответственностью "АППОС-Асфальт" Bitumen binder for road coating and a method of its preparing
RU2240333C1 (en) * 2003-07-29 2004-11-20 Свердловское областное государственное учреждение "Управление автомобильных дорог" Slow-destruction cationic bitumen emulsion and emulsion-mineral mixture based thereon
RU2386742C2 (en) * 2003-12-18 2010-04-20 СемМатериалс, Л.П. Method for reconstruction of road with asphalt-concrete coating
RU2329283C1 (en) * 2007-05-28 2008-07-20 "Сибирский федеральный университет" Институт архитектуры и строительства (ИАС) Repair composition for asphalt concrete pavements
RU2471914C2 (en) * 2011-04-14 2013-01-10 ЗАО "Нева-Дорсервис" Method of cold recovery and strengthening of road paving materials

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Холодный ресайклинг. Руководство по применению Wirtgent. GMBY, Widhagen, 2006. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115180877A (en) * 2022-07-06 2022-10-14 哈尔滨工业大学 Composite cold-mixing cold-paving liquid asphalt mixture based on polymeric MDI (diphenylmethane diisocyanate) and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9139733B2 (en) Cold mix asphalt aggregate paving material
US8814464B2 (en) Recycled reclaimed asphalt pavement
WO2014129758A1 (en) Novel highly viscoelastic warm mix modifier composition and preparation method therefor, and new and regenerated warm mix modified asphalt concrete mixture composition and preparation method therefor
US20180257985A1 (en) Novel Asphalt Binder Additive Compositions and Methods of Use
CN105439496A (en) A water-borne epoxy resin-emulsified bitumen micro-surfacing mixture and a preparing method thereof
CN102153874A (en) Composite modified asphalt and preparation method thereof
CN105586819B (en) A kind of bituminous paving stress reflexion crack patching material and method for repairing and mending
CN106396561B (en) A kind of micro-surfacing mixture and preparation method thereof with snow melting function
WO2009134306A1 (en) Rut resistant coating and method of applying rut resistant coating
CN106316218B (en) A kind of bituminous paving permanent seal cooling high-impermeable mist sealing material and preparation method thereof
US20220106229A1 (en) Methods of forming asphalt pavement using foamed asphalt compositions
Zhao et al. A summary of cold patch material for asphalt pavements
AU2018201216A1 (en) Coating compositions and methods of use
RU2558049C1 (en) Cold method for obtaining asphalt concrete of increased strength for repair and construction of automobile roads
Shaffie et al. Investigation on rutting performance of nanopolyacrylate and natural rubber latex polymer modified asphalt binder mixes
CN105884265A (en) Asphalt mixture pavement
CN104326700A (en) Cold laid bituminous mixture for roads and manufacturing method and construction technology thereof
Bieliatynskyi et al. Investigation of the properties of cast asphalt concrete mixture with the addition of fiber from the fly ash of thermal power plants
Redelius et al. Bitumen emulsions
CN105776960A (en) Preparation process for asphalt mixture
RU2329283C1 (en) Repair composition for asphalt concrete pavements
RU2612681C1 (en) Cold method for producing extra strength stone mastic asphalt concrete for repairing and setting up layers of road surface
CN111807764B (en) Full basalt micro-surfacing material and preparation method thereof
Manolis et al. Cold weather paving using warm mix asphalt technology
Lukjan et al. Utilization of recycled plastic and natural rubber in asphalt concrete to improve performance of flexible pavement

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160723

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20170807

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180723