RU2612681C1

RU2612681C1 - Cold method for producing extra strength stone mastic asphalt concrete for repairing and setting up layers of road surface

Info

Publication number: RU2612681C1
Application number: RU2015153135A
Authority: RU
Inventors: 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: 2015-12-10
Filing date: 2015-12-10
Publication date: 2017-03-13

Abstract

FIELD: transportation.

SUBSTANCE: method involves preparing a mixture with use of mineral material in the form of rock rubble, sand residues of rock rubble, and mineral powder by means of mixing them with cement and bitumen emulsion, with the subsequent coating of the road surface with the mix and its packing. The mixing is done by successively introducing the following components to the cold mineral material, wt %: cement - 3.0-6.0, nanopolymeric water soluble additive with the particle size of 50-300 nm, a latex containing styrene-based copolymer with polar monomers or butadiene, acrylic or methacrylic acid as dry matter - 0.1-0.5, nonionic surfactants from theethoxylated higher fatty alcohols or alkylphenols class - 0.05-0.1, cationic bitumen emulsion as bitumen - 3.0-5.0.

EFFECT: improved physical and mechanical properties of asphalt pavement and better eco-friendliness of the process.

4 tbl, 7 ex

Description

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано для изготовления холодным способом щебеночно-мастичных дорожных смесей и асфальтобетонов, применяемых для ремонтно-восстановительных работ и устройства новых слоев дорожных и аэродромных покрытий повышенной прочности.The invention relates to the field of production of building materials and can be used for the manufacture of cold crushed stone-mastic road mixtures and asphalt concrete used for repair and restoration work and the device of new layers of road and airfield coatings 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:

- щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь минеральных материалов щебня, гравия, отсевов дробления щебня, минерального порошка и связующих в виде цемента и других целевых добавок, взятых в определенных соотношениях и перемешанных при температуре окружающей среды;- crushed stone and mastic asphalt mixture of mineral materials of crushed stone, gravel, screenings of 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;

- нанополимерная добавка на основе водоразбавляемой полимерной дисперсии со средним размером полимерных глобул в интервале 50-300 нм;- nanopolymer additive based on a water-borne polymer dispersion with an average size of polymer globules in the range of 50-300 nm;

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

- неионогенная добавка на основе оксиэтилированного алкил- или алкиларилового спирта;- nonionic additive based on ethoxylated alkyl or alkylaryl alcohol;

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

Особенность структуры щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА) предусматривает согласно ГОСТ 31015 - 2002 в их составе повышенное содержание кубовидного щебня до (65-80%), отсевов дробления щебня (5 -30%) битума (от 6,5 до 7,5%) и минерального порошка (10-20%), что позволяет создать материал, устойчивый к образованию трещин, деформации сдвига и повышенной водостойкостью. Эти, приобретаемые качества, расширяют область применения ЩМА. Так, начиная с 2000 г. в различных регионах России стали применять щебеночно-мастичный асфальтобетон и его количество к 2006 году составило 3 млн. тон и уложено в виде покрытий на 25 млн. м2 дорог (Г.И. Кирюхин ОАО «СоюздорНИИ», статья «Опыт устройства дорожных покрытий из щебеночно-мастичного асфальтобетона в России», журнал: Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета, №34-35/2006). Требования к показателям физико-механических свойств ЩМА включают практически весь набор показателей, установленных ГОСТ 9128 - 2009 для асфальтобетонов на основе горячих смесей, применяемых в верхних слоях покрытия, а коэффициент внутреннего трения значительно выше, чем для самых сдвигоустойчивых асфальтобетонов традиционного типа.The structural feature of crushed stone-mastic asphalt concrete (ЩМА) provides, according to GOST 31015 - 2002, their composition contains an increased content of cube-shaped crushed stone up to (65-80%), screenings of crushing crushed stone (5 -30%) bitumen (from 6.5 to 7.5% ) and mineral powder (10-20%), which allows you to create a material that is resistant to cracking, shear deformation and increased water resistance. These acquired qualities broaden the scope of application of alkali microorganisms. So, since 2000, crushed stone mastic asphalt began to be used in various regions of Russia, and its quantity by 2006 amounted to 3 million tons and laid in the form of coatings on 25 million m2 of roads (G.I. Kiryukhin of OJSC SoyuzzdorNII, article “Experience in the construction of road surfaces from crushed stone and mastic asphalt concrete in Russia”, magazine: Bulletin of the Kharkov National Automobile and Highway University, No. 34-35 / 2006). The requirements for the physical and mechanical properties of the alkali metal oxide include almost the entire set of indicators established by GOST 9128 - 2009 for asphalt mixes based on hot mixes used in the upper layers of the coating, and the coefficient of internal friction is much higher than for the most shear-resistant asphalt concrete of the traditional type.

Специфическим требованиям, характерным только для щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей, температура изготовления которых практически равнозначна (150-180°C) смесям по ГОСТ 9128 - 2009, является устойчивость к расслаиванию поскольку по сравнению с традиционными асфальтобетонными смесями, этот материал содержит значительно больше битума (относительно мелкодисперсной фракции минеральных материалов в 1,5-2 раза) при высоком содержании щебня. Устойчивость к расслаиванию смесей, от которой зависит их однородность и в конечном итоге качество покрытия, характеризуется показателем «стекание вяжущего», который должен быть не более 0,2% по массе. В дополнение к этому битумное связующее должно обладать высокой смачивающей способностью поверхности минерального материала и адгезией. В технической литературе наиболее часто отмечаются следующие положительные эксплуатационные свойства покрытий из щебеночно-мастичного асфальтобетона:The specific requirements that apply only to crushed stone-mastic asphalt mixtures, the manufacturing temperature of which is almost equivalent (150-180 ° C) to the mixtures according to GOST 9128 - 2009, is the resistance to delamination because this material contains significantly more bitumen (compared to traditional asphalt mixes ( relatively finely divided fraction of mineral materials in 1.5-2 times) with a high content of crushed stone. Resistance to delamination of mixtures, on which their homogeneity and ultimately the quality of the coating depends, is characterized by the indicator “draining of the binder”, which should be no more than 0.2% by weight. In addition to this, the bitumen binder must have a high wetting ability of the surface of the mineral material and adhesion. In the technical literature, the following positive operational properties of crushed stone-mastic asphalt concrete coatings are most often noted:

- сдвигоустойчивость при высокой температуре до +50°C эксплуатации;- shear stability at high temperatures up to + 50 ° C;

- шероховатая структура поверхности и хорошее сцепление с колесами автомобилей;- rough surface structure and good adhesion to the wheels of cars;

- высокая износостойкость, в том числе к воздействию шипованных шин;- high wear resistance, including the impact of studded tires;

- водонепроницаемость;- water tightness;

- термостойкость при деформациях покрытия и механических воздействиях транспорта;- heat resistance during deformation of the coating and the mechanical effects of transport;

- устойчивость к старению.- resistance to aging.

Указанные свойства наиболее важны для верхних, замыкающих слоев дорожных покрытий, что предопределяет применение ЩМА на автомагистралях, аэродромах и городских улицах с высокой интенсивностью движения. Особо важное значение имеет качество высоковязкого битума БНД60/90, БНД90/130, БДУ 70/100 или полимерно-битумного вяжущего ПБВ60, придающих монолитность покрытия без использования адгезионных добавок или с введением их. При выпуске щебеночно-мастичных смесей применяют разнообразные стабилизирующие добавки, придающие высокую вязкость битума в смесях при температуре 150-180°С, предотвращающие стекание горячего битума с минеральных зерен и расслоение ЩМА в процессе изготовления, транспортировки или нанесения дорожного покрытия. Основной объем смесей выпускается в России и зарубежом с применением дорогостоящих гранулированных добавок на основе целлюлозных волокон типа WIATOP 66 или их модификаций. Наиболее полно требования к исходным материалам и режимам приготовления ЩМА представлены в ранее разработанной нормативно-технической документации ТУ5718.021.01.393.697 - 97, СоюздорНИИ; ТУ5717.030.01.39.367-99, корпорация Трансстрой и ГОСТ 31015 - 2002 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичный. Технические условия». Таким образом структура ЩМА должна оптимально сочетать максимальную жесткость в условиях трехосного сжатия и сдвига и, одновременно, максимальную податливость и высокую деформативность материала при растяжении. Исходя из напряженно-деформированного состояния дорожных покрытий эти, казалось бы, противоположные качества асфальтобетона особенно важны. Примечательные свойства щебеночно-мастичных асфальтобетонов достигаются строгим соблюдением разного рода требований к исходным материалам и добавкам, предусмотренных ГОСТ 31015 - 2002:The indicated properties are most important for the upper, closing layers of pavement, which determines the use of alkali-reinforced alloys on highways, airfields and city streets with high traffic intensity. Of particular importance is the quality of highly viscous bitumen BND60 / 90, BND90 / 130, BDU 70/100 or polymer-bitumen binder PBV60, which impart a monolithic coating without the use of adhesive additives or with their introduction. In the production of crushed stone-mastic mixtures, various stabilizing additives are used, which impart high bitumen viscosity in the mixtures at a temperature of 150-180 ° C, preventing hot bitumen from draining from mineral grains and delaminating ASM during the manufacture, transportation or paving. The main volume of mixtures is produced in Russia and abroad with the use of expensive granular additives based on cellulose fibers of the type WIATOP 66 or their modifications. The most complete requirements for the starting materials and modes of preparation of SCHMA are presented in the previously developed normative and technical documentation TU5718.021.01.393.697 - 97, SoyuzdorNII; TU5717.030.01.39.367-99, Transstroy Corporation and GOST 31015 - 2002 “Asphalt concrete mixtures and crushed stone-mastic asphalt concrete. Technical conditions. " Thus, the structure of the alkali metal alloy should optimally combine maximum rigidity under conditions of triaxial compression and shear and, at the same time, maximum flexibility and high deformability of the material under tension. Based on the stress-strain state of the pavement, these seemingly opposite qualities of asphalt concrete are especially important. The remarkable properties of crushed stone-mastic asphalt concrete are achieved by strict observance of various requirements to the starting materials and additives provided by GOST 31015 - 2002:

- щебень из горных пород в минеральных смесях, принимающих на себя основную нагрузку автотранспорта, должен иметь кубовидную форму зерен размером 5-10 мм, или 10-15 мм, или 15-20 мм в количестве 65-80% по массе с минимальным отклонением от указанных размеров;- crushed stone from rocks in mineral mixtures, which take up the main load of vehicles, should have a cuboid shape of grains 5-10 mm, or 10-15 mm, or 15-20 mm in the amount of 65-80% by weight with a minimum deviation from the specified sizes;

- мастика связующего готовится на основе песка отсевов дробления щебня горных пород (5-30%) с зернами крупностью до 2,5 мм и содержанием минерального порошка в пределах 10-20%, битума дорожного 6,5-7,5% и стабилизирующей добавки (0,2-0,5%).- the binder mastic is prepared on the basis of sand of screenings of crushing of crushed stone of rocks (5-30%) with grains up to 2.5 mm in size and mineral powder content in the range of 10-20%, road bitumen 6.5-7.5% and a stabilizing additive (0.2-0.5%).

При изготовлении мастик наибольшее значение уделяется в известных патентах выбору различного рода добавок на основе волокнистых материалов растительного или синтетического происхождения с модифицированием их разными приемами, поверхностью и размерами волокон, а так же добавок к битуму, повышающих его адгезионные свойства к наполнителям в минеральных смесях или вызывающих при повышенных температурах асфальтобетонной смеси образование дополнительных химических связей в битуме и повышающих его вязкость, предотвращая при этом стекание горячего битума с поверхности щебня и расслоение асфальто-минеральной смеси.In the manufacture of mastics, the greatest importance is given in well-known patents to the selection of various additives based on fibrous materials of plant or synthetic origin with their modification by different methods, surfaces and sizes of fibers, as well as additives to bitumen, increasing its adhesion to fillers in mineral mixtures or causing at elevated temperatures of the asphalt mixture, the formation of additional chemical bonds in bitumen and increasing its viscosity, while preventing glass e hot bitumen with crushed stone surface and bundle asphalt-mineral mixture.

Наиболее полно опыт устройства щебеночно-мастичных дорожных покрытий представлен Костиным В.И. «Щебеночно-мастичный асфальтобетон для дорожных покрытий», кафедра автомобильных дорог, «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет», Нижний Новгород, 2009, 65 стр. В материале представлены наиболее ранние разработки в середине 1960-х гг. в Германии под маркой SMA, а в 1984 г. на применение SMA введен национальный стандарт Германии. В России эксперименты по созданию и использованию ЩМА начаты в 2000 г. и стали активно развиваться к 2002 иThe most complete experience in the construction of gravel and mastic road surfaces was presented by V. Kostin. “Crushed-mastic asphalt concrete for road surfaces”, Department of Roads, “Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering”, Nizhny Novgorod, 2009, 65 pages. The material presents the earliest developments in the mid-1960s. in Germany under the brand SMA, and in 1984, the German national standard was introduced for the application of SMA. In Russia, experiments on the creation and use of AHMA started in 2000 and began to develop actively by 2002 and

последующие годы: ВГУП «СоюздорНИИ», ВГУП «Союздорпроект», «Центродорстрой». В указанной работе рассмотрены щебеночно-мастичные смеси с применением различных составов и стабилизирующих добавок на основе целлюлозных волокон, производимых зарубежными странами и в России; рассмотрены соответствующие технические особенности приготовления смесей и их влияние на качество покрытий. Стабилизирующие добавки представлены на основе целлюлозы, асбеста, резины и полимеров, причем волокнистые добавки могут применяться как таковые при совмещении с битумом, так и в гранулированном виде с распределением битумной пленки на поверхности волокон («VIATOP-66», «VIATOP-Premiume») или между волокнами («Technogel-1004»). Основным недостатком при получении щебеночно-мастичных смесей и асфальтобетонов с применением текстильных волокнистых добавок, несмотря на их эффективность для стабилизации битумных мастик, асфальтобетон при таком способе производства обладает сравнительно низкими прочностными свойствами, особенно при 50°C (0,6-0,7 МПа), что определяет возможность образования колеи на дорогах. Поэтому для улучшения физико-механических свойств, а именно расширения температурного интервала работоспособности дорожного покрытия, выполненного с помощью такого материала, понижения хрупкости с повышением трещиностойкости и повышения эластичности в ряде патентов предлагается использовать битум с различными модифицирующими добавками.subsequent years: VGUP SoyuzdorNII, VGUP Soyuzdorproekt, Centrodorstroy. In this work, crushed stone and mastic mixtures using various compositions and stabilizing additives based on cellulose fibers produced by foreign countries and in Russia are considered; The corresponding technical features of the preparation of mixtures and their influence on the quality of coatings are considered. The stabilizing additives are based on cellulose, asbestos, rubber and polymers, and fibrous additives can be used both when combined with bitumen, and in granular form with the distribution of a bitumen film on the surface of the fibers ("VIATOP-66", "VIATOP-Premiume") or between fibers ("Technogel-1004"). The main disadvantage in obtaining crushed stone and mastic mixtures and asphalt concrete using textile fiber additives, despite their effectiveness in stabilizing bitumen mastics, asphalt concrete with this production method has relatively low strength properties, especially at 50 ° C (0.6-0.7 MPa ), which determines the possibility of rutting on the roads. Therefore, in order to improve the physicomechanical properties, namely, to extend the temperature range of the road surface operability made using such a material, reduce brittleness with increase in crack resistance and increase elasticity, it is proposed to use bitumen with various modifying additives in a number of patents.

Известны многочисленные битумные смеси, используемые для покрытия дорог, в которых чаще всего в качестве активной добавки к битуму используются термопластичные сополимеры стирола с бутадиеном (ПБВ-60), эластомеры, полиолефины. Для повышения адгезионных свойств в битум или в мастику вводят специальные полимерные материалы в активированном функциональными группами виде (Патент РФ №2405796, 2009 г.), полученные с применением малеинового ангидрида или необходимых сомономеров (акриловая, метакриловая и другие кислоты) (патент РФ №2297990, 2006 г.), или за счет частичной окислительной деструкции полиолефинов, например, атактического полипропилена (патент РФ №2348662, 2008 г.). Для снижения затрат на приготовление щебеночных мастик вместо дорогостоящих термоластопластов в качестве адгезионных и стабилизирующих добавок в мастику добавляют резиновую крошку с размером частиц менее 0,1 мм, получаемую переработкой изношенных шин совместно с вторичным линейным полиэтиленом (патент РФ №2415165, 2009 г.; патент Японии №279573; Патент США №5683498). Недостатком данных композиций для асфальтовых покрытий является то, что сравнительно крупная резиновая крошка, ни чем не закрепленная, может выделяться из покрытия в процессе эксплуатации.Numerous bitumen mixtures are known that are used to cover roads, in which thermoplastic styrene-butadiene copolymers (PBV-60), elastomers, and polyolefins are most often used as an active additive to bitumen. To increase the adhesion properties, special polymer materials are introduced into bitumen or mastic activated in functional groups (RF Patent No. 2405796, 2009) obtained using maleic anhydride or the necessary comonomers (acrylic, methacrylic and other acids) (RF patent No. 2297990 , 2006), or due to partial oxidative destruction of polyolefins, for example, atactic polypropylene (RF patent No. 2348662, 2008). To reduce the cost of preparing crushed stone mastics, instead of expensive thermolastic plastics, rubber crumb with a particle size less than 0.1 mm obtained by processing worn tires together with secondary linear polyethylene is added to the mastic as adhesive and stabilizing additives (RF patent No. 2415165, 2009; patent Japan No. 279573; US Patent No. 5683498). The disadvantage of these compositions for asphalt pavement is that a relatively large rubber crumb, not fixed by anything, can stand out from the coating during operation.

Для предотвращения указанного недостатка предлагалось использовать в качестве связующего композицию, состоящую из битума, масла, резиновой крошки (европейский патент №0439232) или добавку, включающую битум, полимеры, минеральное масло, резиновую крошку (патент РФ №2158742) и получаемую в виде твердой массы, которая режется и вводится в заданном соотношении в разогретый битум. Существенным недостатком указанных добавок является использование большого количества энергии на разогрев смеси, дорогих синтетических полимеров, высокой температурной хрупкости, равной от -6 до -15°C (патент США №48299109) или за счет большого количества указанных в патентах жидких масел - большой липкостью вяжущего. Совмещение в составе для ЩМА битума и резиновой крошки от переработки изношенных шин или в виде композиционного материала УНИРЕМ-01, волокнистых добавок и азотсодержащих адгезионных добавок (патенты РФ №2476397, №2474595, 2011 г.) позволяет увеличить однородность ЩМА смеси и ЩМА его длительную водостойкость. Однако, приобретаемые прочностные характеристики, соответствующие требованиям ГОСТ 31015 - 2002, обеспечиваются в основном за счет адгезионных добавок. Под адгезионной азотсодержащей добавкой подразумевается добавка, улучшающая сцепление битума с кислыми горными породами, которая содержит катионоактивные ПАВ, а также добавки, включающие амины, амиды, диамины, полиамины, четвертичные аммониевые соединения, амидоамины, имидоазолины и их производные, а также смеси этих соединений. Молекулы аминосодержащих ПАВ и аминосоединений частично адсорбируются на поверхности дисперсных битумных частиц (асфальтенов и их ассоциатов) и частично находятся в углеводородной дисперсионной среде, а также сорбируются на поверхности минеральных материалов, придавая им гидрофобные свойства, то есть обеспечивают сродство их с битумом. В патентах, указанных ранее, в качестве адгезионных добавок используются добавки «Амдор-10», «Сандор-А» и другие, обладающие как и другие аминоорганические производные, высокой токсичностью, тем более что приготовление с ними ЩМАС и ЩМА осуществляют при температуре более 150°C.To prevent this drawback, it was proposed to use as a binder a composition consisting of bitumen, oil, rubber crumb (European patent No. 0439232) or an additive including bitumen, polymers, mineral oil, rubber crumb (RF patent No. 2158742) and obtained in the form of a solid mass , which is cut and inserted in a predetermined ratio into the heated bitumen. A significant drawback of these additives is the use of a large amount of energy for heating the mixture, expensive synthetic polymers, high temperature brittleness equal to from -6 to -15 ° C (US patent No. 48299109) or due to the large number of liquid oils indicated in the patents - high stickiness of the binder . The combination of bitumen and rubber crumb in the composition for SCMA from the processing of worn tires or in the form of composite material UNIREM-01, fibrous additives and nitrogen-containing adhesive additives (RF patents No. 2476397, No. 2474595, 2011) allows to increase the uniformity of the SCMA mixture and SCMA for its long-term water resistance. However, the acquired strength characteristics corresponding to the requirements of GOST 31015-2002 are provided mainly due to adhesive additives. Adhesive nitrogen-containing additive means an additive that improves the adhesion of bitumen to acidic rocks, which contains cationic surfactants, as well as additives including amines, amides, diamines, polyamines, quaternary ammonium compounds, amidoamines, imidoazolines and their derivatives, as well as mixtures of these compounds. Molecules of amino-containing surfactants and amino compounds are partially adsorbed on the surface of dispersed bitumen particles (asphaltenes and their associates) and are partially found in a hydrocarbon dispersion medium, and are also sorbed on the surface of mineral materials, giving them hydrophobic properties, that is, provide their affinity with bitumen. In the patents mentioned earlier, Amdor-10, Sandor-A and others, which, like other amino-organic derivatives, have high toxicity, are used as adhesive additives, especially since the preparation of SchMAS and SchMA with them is carried out at a temperature of more than 150 ° C.

Наиболее близким по решению технической задачи получения щебеночно-мастичного асфальтобетона повышенной прочности является патент РФ №2377262, в котором предлагается для асфальтобетонных смесей, в том числе ЩМАС, использовать модифицирующие композиции, содержащие активный резиновый порошок с размером частиц не более 0,8 мм и величиной удельной геометрической поверхности не менее 5000 см² на грамм, полученный путем термомеханического измельчения резинового вулканизата на основе натурального, изопренового, бутадиенстирольных иди этиленпропиленовых каучуков в присутствии антиагломератора, выбранного из группы: парафин, озокерит и галогенсодержащие спирты - теломеры в количестве 0,1-2,09% от массы резинового вулканизата, а также композиция содержит метасиликат игольчатой структуры, инициатор гелеобразования, выбранный из группы: 4-нитро-N- метиланилина, N-4-динитрозо-анилина, N-(2)-метил-2-нитропропил-4-нитрозо-анилина, N-нитрозо-дифенилдиамина и по меньшей мере, один структурирующий агент с повышенным индукционным периодом структурирования - не менее 30 минут при температуре 160°C, выбранный из группы олигомеров: эпоксиэфирная смола, эпоксидиановая смола, поликонденсационная смола, способная к образованию разветвленных или сетчатых структур при выбранном соотношении реакционоспособных компонентов. Модифицирующие композиции определяют прочностные свойства, водо- и морозостойкость покрытий в соответствии с ГОСТ-ами для асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов типа ЩМА, ЩМАС и традиционных асфальтобетонов горячего способа изготовления. Основными факторами, определяющими широкие возможности применения модифицирующей композиции, полученной согласно патенту РФ №2377262, является принципиальный подход в решении технической задачи - устойчивости дорожного покрытия к тяжелым деформационным воздействиям автотранспорта, водостойкости за счет образования на границе раздела модифицирующей добавки и минеральных материалов не только за счет водородных связей с энергией 6-8 ккал. на моль, но и прочных химических связей с энергией до 40 ккал. на моль. При этом известные гелеобразующие добавки на основе алкилароматических аминов и нитрозоаминов в сочетании с термореактивными алкилрезорциновыми и эпоксидными смолами образуют сетчатую структуру за счет химического взаимодействия функциональных эпоксидных, метилольных, амино- и нитрозоаминных групп с функциональными группами битума и оксидными группами минеральных материалов.The closest to solving the technical problem of producing crushed stone-mastic asphalt concrete of increased strength is RF patent No. 2377262, which proposes to use modifying compositions containing active rubber powder with a particle size of not more than 0.8 mm and a value for asphalt mixes, including SCHMAS specific geometrical surface at least 5000 ^cm2 per gram obtained by thermomechanical grinding vulcanized rubber based on natural, isoprene, styrene butadiene go etilenpr sawn rubbers in the presence of an anti-agglomerator selected from the group: paraffin, ozokerite and halogen-containing alcohols - telomeres in an amount of 0.1-2.09% by weight of rubber vulcanizate, and the composition also contains a needle metasilicate, a gelation initiator selected from the group: 4- nitro-N-methylaniline, N-4-dinitrozoaniline, N- (2) -methyl-2-nitropropyl-4-nitrosoaniline, N-nitroso-diphenyldiamine and at least one structuring agent with an increased induction period of structuring - at least 30 minutes at a temperature of 160 ° C, you ranny group of oligomers: epoksiefirnaya resin epoksidianovaya resin polycondensation resin capable of formation of branched or cross-linked structures with the selected ratio reactivity components. Modifying compositions determine the strength properties, water and frost resistance of coatings in accordance with GOST for asphalt mixes and asphalt mixes such as ЩМА, ЩМАС and traditional asphalt mixes of a hot manufacturing method. The main factors determining the wide possibilities of using the modifying composition obtained according to the patent of the Russian Federation No. 2377262 is a fundamental approach to solving the technical problem - the stability of the road surface to severe deformation effects of vehicles, water resistance due to the formation of a modifying additive and mineral materials at the interface, not only due to hydrogen bonds with an energy of 6-8 kcal. per mole, but also strong chemical bonds with energies up to 40 kcal. per mole. Moreover, the known gel-forming additives based on alkylaromatic amines and nitrosoamines in combination with thermosetting alkylresorcinol and epoxy resins form a network due to the chemical interaction of functional epoxy, methylol, amino and nitrosoamine groups with functional groups of bitumen and oxide groups of mineral materials.

Указанные особенности являются наиболее значимыми в подходе к выбору наиболее эффективных связующих для асфальтобетонных смесей, как это и используется в клеевых составах различного назначения в производстве автомобильных шин, а также в нано-технологиях производства современных материалов с особенными свойствами. Таким образом, главной причиной потери прочностных свойств традиционных асфальтобетонов при повышении температуры дорожных покрытий до 50°C и их склонность к образованию колеи и разрушению, связано в первую очередь с ослаблением или распадом основной части водородных связей, определяющих поверхностное взаимодействие битума с минеральными частицами асфальтобетонных смесей до и после их уплотнения. Наряду с достигаемыми положительными качествами, указанными в патенте, существенными недостатками известного способа является следующие:These features are the most significant in the approach to the selection of the most effective binders for asphalt mixes, as is used in adhesives for various purposes in the production of car tires, as well as in nano-technologies for the production of modern materials with special properties. Thus, the main reason for the loss of strength properties of traditional asphalt concrete with increasing pavement temperature to 50 ° C and their tendency to rut and fracture is primarily due to the weakening or decay of the main part of hydrogen bonds, which determine the surface interaction of bitumen with mineral particles of asphalt mixtures before and after compaction. Along with the achieved positive qualities indicated in the patent, the significant disadvantages of this method are the following:

- в патенте в качестве гелеобразующей добавки предлагается использовать нитроанилины, производные нитрозо-анилинов, N-нитрозо-дифениламины, которые по опыту их применения в шинной промышленности в качестве ускорителя вулканизации, имеют ограничения в их применении из-за проявления активных канцерогенных свойств;- in the patent, it is proposed to use nitroanilines, derivatives of nitrosoanilines, N-nitroso diphenylamines as gelling additives, which, in the experience of their use in the tire industry as a vulcanization accelerator, have limitations in their use due to the manifestation of active carcinogenic properties;

- применение добавок смол с активными функциональными группами - метилольными и эпоксидными - может существенно удорожать дорожное покрытие из ЩМА, так как предлагаемые в патенте смолы, хотя и выполняют целевое назначение для эффективных клеев и относятся к стандартизированным продуктам, имеют высокие цены, в десятки или сотни раз превышающие цены битума, минерального порошка и других составных частей ЩМА;- the use of additives of resins with active functional groups - methylene and epoxy - can significantly increase the cost of paving from alkali-alkali paints, since the resins proposed in the patent, although they perform the intended purpose for effective adhesives and belong to standardized products, have high prices, in the tens or hundreds times higher than the prices of bitumen, mineral powder and other components of alkali metal oxide;

- рекомендуемые в патенте температурные режимы приготовления модифицирующей композиции ЩМАС и устройства дорожного покрытия требуют существенных энергозатрат (температура 150-180°С) на многотоннажный объем дорожного материала.- the temperature regimes recommended in the patent for preparing the SchMAS modifying composition and paving device require significant energy consumption (temperature 150-180 ° C) for the large-tonnage volume of road material.

Техническая задача, решаемая разработанным холодным способом получения щебеночно-мастичного асфальтобетона, состоит в возможности получения соответствующей асфальтобетонной смеси и применение асфальтобетона типа ЩМА в обустройстве дорожного покрытия при температуре окружающей среды с повышенными прочностными свойствами в широком интервале температур (5-50°С), с повышенной водостойкостью без использования в асфальтобетонной смеси токсичных добавок и их выделения в окружающую среду при выполнении дорожных работ.The technical problem solved by the developed cold method for producing crushed stone and mastic asphalt concrete consists in the possibility of obtaining the corresponding asphalt concrete mixture and the use of asphalt concrete type SCHMA in the arrangement of pavement at ambient temperature with increased strength properties in a wide temperature range (5-50 ° C), s increased water resistance without the use of toxic additives in the asphalt concrete mixture and their release into the environment when performing road works.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного способа исключает затраты на энергопотребление для разогрева минерального материала и модифицирующих добавок, как это предусмотрено в прототипе иThe technical result obtained by implementing the developed method eliminates the cost of energy consumption for heating the mineral material and modifying additives, as provided in the prototype and

других известных способах. Предел прочности при сжатии полученного асфальтобетона типа ЩМА, приготовленного по предлагаемому способу, повышается на 40-60% по сравнению с требованиями ГОСТ 31015-2002; по показателю длительного водонасыщения по объему в 1,3-1,6 раза. Приготовленная при обычной температуре асфальтобетонная смесь характеризуется высокой однородностью во времени по распределению битума, щебня и других добавок во всей массе, а холодный способ ее приготовления полностью исключает применение стабилизирующих асфальтобетонную смесь добавок и показателя «стекание вяжущего», действующего по ГОСТ 31015 - 2002, для горячих смесей. Предлагаемые условия и состав вяжущей композиции цемент - нанополимерная водная дисперсия - неионогенные ПАВ и катионоактивная битумная эмульсия в принятых соотношениях обеспечивают упорядоченное расположение щебня, зерен песка отсевов и минерального порошка, создание пленок эластомера и битума нано-размеров, обеспечивающих существенное повышение прочностных показателей смеси с минимальным водопоглощением и высокой водостойкостью. other known methods. The compressive strength of the obtained asphalt concrete type SCHMA prepared by the proposed method is increased by 40-60% compared with the requirements of GOST 31015-2002; in terms of long-term water saturation in volume by 1.3-1.6 times. The asphalt concrete mixture prepared at ordinary temperature is characterized by high uniformity in time over the distribution of bitumen, gravel and other additives throughout the mass, and the cold method of its preparation completely eliminates the use of additives stabilizing the asphalt concrete mixture and the binder runoff indicator, in accordance with GOST 31015-2002, for hot mixes. The proposed conditions and the composition of the cementitious-nanopolymer aqueous dispersion cementitious composition — nonionic surfactants and cationic bitumen emulsion in the accepted ratios provide an ordered arrangement of crushed stone, grains of sand of screenings and mineral powder, creation of films of elastomer and bitumen of nano-sizes, providing a significant increase in the strength properties of the mixture with a minimum water absorption and high water resistance.

Использование в предлагаемом способе вяжущей композиции с полимерной добавкой меняет обычную форму кристаллогидратов цементного камня в присутствии полимерных цепей, окруженных гидратным структурным барьером из молекул воды в адсорбционном слое ПАВ. При этом происходит образование микрокристаллов игольчатой формы и микроармирование цементного скелета полимерной фазой. Этим и объясняется увеличение прочности при 50°С, а так же прочности на растяжение асфальтобетона при изгибе, а отсутствие микротрещин увеличивает устойчивость покрытия к сдвигу и деформации. Для достижения указанного технического результата используют холодную смесь для ремонта или устройства верхних слоев покрытий автомобильных дорог, аэродромов и городских улиц, содержащую минеральные материалы:The use in the proposed method of an astringent composition with a polymer additive changes the usual form of crystalline hydrates of cement stone in the presence of polymer chains surrounded by a hydrated structural barrier of water molecules in the adsorption layer of a surfactant. In this case, the formation of needle-shaped microcrystals and the micro-reinforcement of the cement skeleton by the polymer phase occur. This explains the increase in strength at 50 ° C, as well as the tensile strength of asphalt concrete during bending, and the absence of microcracks increases the shear and deformation resistance of the coating. To achieve the specified technical result, a cold mixture is used to repair or arrange the upper layers of the coatings of roads, airfields and city streets, containing mineral materials:

- повышенное количество высокопрочного щебня горных пород кубовидной формы (60-80%) с размером зерен 5-10 мм (ЩМА-10), 10-15 мм (ЩМА-С15) и 15-20 мм (ЩМА-С20), ГОСТ 8267-93;- an increased amount of high-strength crushed stone of cubic form (60-80%) with grain sizes of 5-10 mm (ЩМА-10), 10-15 mm (ЩМА-С15) and 15-20 mm (ЩМА-С20), GOST 8267 -93;

- песок из отсевов дробления горных пород или гранита отвечающий требованиям ГОСТ 8736 - 13-27%;- sand from screenings of crushing rocks or granite that meets the requirements of GOST 8736 - 13-27%;

- минеральный порошок по ГОСТ 52129 - 2003 «Порошок минеральный для асфальтобетонов и органоминеральных смесей» - 7-13%;- mineral powder in accordance with GOST 52129 - 2003 "Mineral powder for asphalt concrete and organomineral mixtures" - 7-13%;

- цемент ГОСТ Р 52119 - 2003, марка М400 или М500, 3-6%.- cement GOST R 52119 - 2003, grade M400 or M500, 3-6%.

К полученной минеральной смеси (100 масс. %) в составе вяжущих компонентов при перемешивании и температуре 20±10°С добавляют (масс. %): цемент 3-6, нанополимерная водоразбавляемая добавка, 0,1-0,5, неионогенное поверхностно-активное вещество (НПАВ) 0,05-0,1, катионо-активная битумная эмульсия ЭБК-3 ГОСТ Р 521128 в пересчете на битум 3-5. В качестве нанополимерной водоразбавляемой добавки предлагается использовать связующее в виде латекса или дисперсии на основе сополимеров стирола с полярными мономерами, например эфиром акриловой кислоты, бутилакрилатом, или с бутадиеном и акриловой или метакриловой кислотой с диаметром полимерных частиц от 50 до 300 нм, распределенных в водной среде и стабилизированных защитным адсорбционным слоем на основе анионоактивного и неионогенного ПАВ. В качестве неионогенного ПАВ предлагается использовать оксиэтилированные со степенью оксиэтилирования 8-12 высшие алифатические спирты (С₈Н₁₇ - ОН или С₁₀Н₂₁ОН) или оксиэтилированные алкилароматические фенолы (нормальный октилфенол - торговая марка «Неонол АФ9-12».To the obtained mineral mixture (100 wt.%) In the composition of binders with stirring and a temperature of 20 ± 10 ° С (wt.%): Cement 3-6, nanopolymer water-borne additive, 0.1-0.5, nonionic surface active substance (nonionic surfactant) 0.05-0.1, cationic active bitumen emulsion EBK-3 GOST R 521128 in terms of bitumen 3-5. It is proposed to use a binder in the form of a latex or dispersion based on styrene copolymers with polar monomers, for example acrylic ester, butyl acrylate, or with butadiene and acrylic or methacrylic acid with a diameter of polymer particles from 50 to 300 nm distributed in an aqueous medium as a nanopolymer water-borne additive. and stabilized by a protective adsorption layer based on anionic and nonionic surfactants. It is proposed to use higher aliphatic alcohols (С ₈ Н ₁₇ - ОН or С ₁₀ Н ₂₁ ОН) or ethoxylated alkyl aromatic phenols (normal octylphenol - Neonol AF9-12 trademark) as non-ionic surfactants.

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

1. Используется в составе асфальтобетонной смеси типа ЩМАС и асфальтобетона на ее основе холодный способ получения с применением нано-модифицирующих добавок на основе сополимерных латексов, содержащих1. It is used as part of an asphalt-concrete mixture of the SchMAS type and asphalt-concrete based on it. A cold method for producing using nano-modifying additives based on copolymer latexes containing

полярные мономеры и функциональные группы. При этом нано-частицы полимерной фазы в выбранном среднем размере диаметра 50-300 нм, обладают при указанной степени дисперсности суммарной поверхностью, превышающей в 1000 раз поверхность минеральных частиц и щебня, способны создавать за счет сорбции полимерных частиц с отрицательным дзетта-потенциалом эластичное, на уровне толщины мономолекулярного слоя, равномерное покрытие на частицах щебня, песка отсевов, минерального порошка и цемента. Создание прочных химических связей на границе раздела минеральный материал - эластомер нанополимерной добавки обусловливается взаимодействием функциональных групп карбоксилсодержащих или акрилатных латексов с оксидами кальция, магния, кремния и других элементов, входящих в состав цемента и материалов минеральной смеси по механизму прочных солевых связей. polar monomers and functional groups. At the same time, nano-particles of the polymer phase in a selected average diameter size of 50-300 nm have, with the indicated degree of dispersion, a total surface exceeding 1000 times the surface of mineral particles and crushed stone, they are able to create elastic, on the basis of sorption of polymer particles with a negative zeta potential, the thickness level of the monomolecular layer, uniform coating on the particles of crushed stone, sand screenings, mineral powder and cement. The creation of strong chemical bonds at the interface between a mineral material and an elastomer of a nanopolymer additive is determined by the interaction of functional groups of carboxyl-containing or acrylate latexes with oxides of calcium, magnesium, silicon, and other elements that make up cement and mineral mixture materials by the mechanism of strong salt bonds.

2. Добавка неионогенного поверхностно-активного вещества неонола АФ 9-12 или совместно с полимерной эмульсией, или с катионоактивной битумной эмульсией ЭБК-3 предотвращает преждевременную и неравномерную коагуляцию той или другой эмульсии, что может нарушать однородность структуры ЩМАС.2. The addition of a non-ionic surfactant neonol AF 9-12, or together with a polymer emulsion, or with a cationic bitumen emulsion EBK-3 prevents premature and uneven coagulation of one or another emulsion, which can disrupt the uniformity of the structure of the alkaline alkaline ammonium oxide.

3. Минеральное вяжущее цемент в комбинации с нанополимерной добавкой и катионоактивной битумной эмульсией создают необходимые условия для максимальной реализации адгезионного и когезионного взаимодействия в системе - частицы минеральных материалов (классифицированный щебень, песок отсевов, минеральный порошок) и органических вяжущих добавок, включая битум и четвертичные аммониевые основания, входящие в состав катионоактивного эмульгатора и выполняющие роль вспомогательной адгезионной добавки.3. Mineral binder cement in combination with a nanopolymer additive and cationic bitumen emulsion create the necessary conditions for the maximum implementation of adhesive and cohesive interactions in the system - particles of mineral materials (classified crushed stone, screenings sand, mineral powder) and organic binders, including bitumen and quaternary ammonium the bases that make up the cationic emulsifier and act as an auxiliary adhesive additive.

4. В условиях приготовления щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей и асфальтобетона по предлагаемому способу с применением полимерно-минеральной вяжущей композиции с учетом достигаемых повышенных прочностных свойств и водостойкости получаемого асфальтобетона, необходимое количество битума в виде катионоактивной эмульсии ЭБК-3 может быть снижено до 3-5 масс. % вместо требуемого объема 6,5-7,5 масс. % при производстве ЩМА горячим способом.4. In the conditions for the preparation of crushed stone and mastic asphalt mixtures and asphalt concrete according to the proposed method using a polymer-mineral cementitious composition, taking into account the achieved high strength properties and water resistance of the resulting asphalt concrete, the required amount of bitumen in the form of cationic emulsion EBK-3 can be reduced to 3-5 mass % instead of the required volume of 6.5-7.5 mass. % in the production of alkali miat hot.

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 нанополимерная добавка, содержащая неионогенные ПАВ, происходит ряд коллоидно-химических процессов, связанных с равномерной сорбцией полимерной фазы на поверхности частиц зернистого материала и цемента. При этом за счет образования прочного защитного слоя в виде структурно-механического барьера, образуемого при гидратации оксиэтилированных фрагментов неионогенного ПАВ, не происходит преждевременной астабилизации и коагуляции нанополимерной дисперсии, а за счет ее сорбции поверхность минеральных частиц приобретает эластичное полимерное покрытие с отрицательным зарядом. Образование на поверхности смеси минерального материала тонкого отрицательно заряженного полимерного слоя с карбоксильными или сложноэфирными функциональными группами при контакте с положительно заряженными частицами битума катионоактивной битумной эмульсии обусловливает более равномерное распределение частиц битума в асфальтобетонной смеси и его участие в компенсационной нейтрализации зарядов между двумя типами связующих, несущих отрицательный и положительные заряды, с образованием сетчатой структуры и новых химических связей между эластомером и битумом, содержащим в своей структуре кислотные, альдегидные и другие реакционно-способные группы, используемым в производстве катионоактивных эмульсий ЭБК-3 по ГОСТ Р 52128 - 2003. Высокое адгезионно-когезионное взаимодействие каждого из вяжущих, в том числе при участии цемента, в предлагаемом составе щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси предопределяет монолитность всей композиции, подтверждением чего является повышенная прочность при сжатии при 20 и 50°С, водостойкость, низкие значения предельного водонасыщения и полное соответствие требованиям ГОСТ 31015 - 2002 на ЩМА по показателям сдвигоустойчивости, трещиностойкости и водостойкости. Испытания щебеночно-мастичных асфальтобетонов, полученных по предлагаемому способу с использованием различных по химической природе и количеству связующих добавок и минеральных составов, осуществлялось в строго одинаковых условиях при равной оптимальной влажности дорожной смеси, которая составляла 8-10 масс. % и одинаковой нагрузке при прессовании образцов, равной 30 МПа, в течение 2 минут, размеры высота - 71,4 мм, диаметр - 71,4 мм по ГОСТ 12801 - 98 и ГОСТ 31015 - 2002. Распределение по размерам полимерных частиц в нанополимерной добавке и коллоидно-химические характеристики (заряд частиц, дзетта-потенциал, электрофоретическая подвижность) определяли на приборе ZETATRAC (NPA152-31 А), производство компании США «Microtrac Ins.». Для изготовления промышленных партий щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей по предлагаемому холодному способу может быть использовано стандартное оборудование действующих асфальтобетонных заводов, имеющих необходимые узлы эффективного смешения сыпучих и жидких материалов, дозирующее устройство для их подачи на смешение, а так же современные установки для качественного производства холодных асфальтобетонных смесей ведущих компаний мира: AMMAN WIRTGEN, Германия; SAF (Франция); KOLOTIKONE (Финляндия). Предлагаемые установки могут быть представлены в стационарном или мобильном исполнении производительностью от 120 до 400 т/ч. В Скандинавии более половины дорог построены при использовании холодных асфальтобетонов с повышенной прочностью и использованием латексно-битумных смесей, (см. международный специализированный журнал «Строительная техника и технологии» №7 (91), ноябрь, 2012 г., с 52-56, статья «Холодный асфальт» авторы: Силкин В.В., Рудаков В.В., Лупанов А.П., Силкин А.В.).The conditions and strict adherence to the order of 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 nanopolymer additive containing nonionic surfactants is introduced into this mixture, a number of colloidal chemical processes occur associated with uniform sorption of the polymer phase on the surface of the particles of granular material and cement. At the same time, due to the formation of a strong protective layer in the form of a structural-mechanical barrier formed during the hydration of ethoxylated fragments of a nonionic surfactant, premature astabilization and coagulation of a nanopolymer dispersion does not occur, and due to its sorption, the surface of the mineral particles acquires an elastic polymer coating with a negative charge. The formation on the surface of the mixture of mineral material of a thin negatively charged polymer layer with carboxyl or ester functional groups in contact with positively charged bitumen particles of a cationic bitumen emulsion causes a more uniform distribution of bitumen particles in the asphalt mix and its participation in the compensation neutralization of charges between two types of binders that carry negative and positive charges, with the formation of a network structure and new chemical bonds between elastomer and bitumen, which contains acid, aldehyde and other reactive groups in its structure, used in the production of EBK-3 cationic emulsions according to GOST R 52128-2003. High adhesive-cohesive interaction of each of the binders, including with the participation of cement , in the proposed composition of crushed stone-mastic asphalt concrete mixture determines the solidity of the entire composition, which is confirmed by increased compressive strength at 20 and 50 ° C, water resistance, low water saturation and full compliance with the requirements of GOST 31015 - 2002 to SMA in terms of shear resistance, crack resistance and water resistance. Tests of crushed stone-mastic asphalt concrete obtained by the proposed method using different in chemical nature and the number of binders and mineral compositions, was carried out under exactly the same conditions with equal optimal moisture content of the road mixture, which was 8-10 mass. % and the same load when pressing samples equal to 30 MPa for 2 minutes, dimensions - 71.4 mm, diameter - 71.4 mm according to GOST 12801 - 98 and GOST 31015 - 2002. Size distribution of polymer particles in a nanopolymer additive and colloid-chemical characteristics (particle charge, zeta potential, electrophoretic mobility) were determined on a ZETATRAC instrument (NPA152-31 A), manufactured by the US company Microtrac Ins. For the production of industrial batches of crushed stone and mastic asphalt mixtures according to the proposed cold method, standard equipment of existing asphalt concrete plants having the necessary units for efficient mixing of bulk and liquid materials, a metering device for their supply to mixing, as well as modern plants for the high-quality production of cold asphalt concrete can be used mixtures of the leading companies in the world: AMMAN WIRTGEN, Germany; SAF (France); KOLOTIKONE (Finland). The proposed plants can be presented in a stationary or mobile version with a capacity of 120 to 400 t / h. In Scandinavia, more than half of the roads were constructed using cold asphalt concrete with increased strength and the use of latex-bitumen mixtures, (see the international specialized magazine "Construction Equipment and Technologies" No. 7 (91), November 2012, pp. 52-56, article “Cold asphalt” authors: Silkin VV, Rudakov VV, Lupanov AP, Silkin AV).

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

Пример 1Example 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 ЩМА с различным составом зерен минеральных компонентов, соответствующих требованиям ГОСТ 31015 - 2002 «Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичный. ТУ (Госстрой России. - М. 2002)».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 mixes of the SchMA type are prepared with various composition of grains of mineral components that meet the requirements of GOST 31015 - 2002 “Asphalt mixtures and crushed stone mastic asphalt. TU (Gosstroy of Russia. - M. 2002). ”

Для всех указанных вариантов (100 масс. %) вводились органоминеральные связующие и стабилизирующая добавка в следующих количествах, масс. %:For all of these options (100 wt.%) Were introduced organomineral binders and a stabilizing additive in the following quantities, mass. %:

1. Цемент - 3,0;1. Cement - 3.0;

2. Нанополимерная водоразбавляемая добавка на основе стиролакрилатной дисперсии (стирол - 50 масс. %;бутилакрилат - 50 масс. %) - 0,25;2. Nanopolymer water-borne additive based on styrene acrylate dispersion (styrene - 50 wt.%; Butyl acrylate - 50 wt.%) - 0.25;

3. Неионогенный ПАВ оксиэтилированный нормальный октилфенол (Неонол АФ9-12) - 0,05;3. Nonionic surfactant, ethoxylated normal octylphenol (Neonol AF9-12) - 0.05;

4. Битумная эмульсия ЭБК-3 (ГОСТ Р 52128 - 2003) в пересчете на битум - 4,0.4. Bitumen emulsion EBK-3 (GOST R 52128 - 2003) in terms of bitumen - 4.0.

Асфальтобетонную смесь типа ЩМА-10 готовят в количестве 10 кг с учетом указанного в таблице 1 соотношения, при этом смешиваются щебень с отсевами дробления горных пород, минеральным порошком. После этого вводят навеску цемента, перемешивают и добавляют навеску стабилизирующей добавки Неонола АФ9-12, совместно с водоразбавляемой полимерной добавкой с диаметром частиц полимера 80-160 нм, перемешивают дополнительно, После этого вводят рассчитанное количество битумной эмульсии, перемешивание продолжают 5-10 мин с доведением при необходимости суммарной влажности рыхлой смеси до 8-10 масс. %. Подготовленные асфальтобетонные смеси имеют однородный характер с равномерным распределением на поверхности минеральных материалов стиролакрилатного сополимера и битума без признаков расслоения смеси и стекания вяжущего битума с поверхности щебня и других минеральных материалов.Asphalt concrete mixture of type ЩМА-10 is prepared in the amount of 10 kg, taking into account the ratio specified in table 1, while crushed stone is mixed with screenings of crushing rocks, mineral powder. After this, a weighed portion of cement is introduced, mixed and a weighed portion of a stabilizing additive Neonol AF9-12 is added, together with a water-borne polymer additive with a polymer particle diameter of 80-160 nm, mixed additionally. After that, the calculated amount of bitumen emulsion is introduced, stirring is continued for 5-10 minutes with adjustment if necessary, the total moisture content of the loose mixture up to 8-10 mass. % The prepared asphalt mixes are homogeneous with a uniform distribution on the surface of mineral materials of styrene acrylate copolymer and bitumen without signs of stratification of the mixture and draining off of the binding bitumen from the surface of crushed stone and other mineral materials.

Из полученных асфальтобетонных смесей формуют образцы при давлении 30 МПа и испытывают в соответствии с ГОСТ 31015 - 2002 в сравнении со свойствами асфальтобетона по прототипу и действующему ГОСТ. Результаты испытаний по отдельным показателям, наиболее ответственным за эксплуатационные свойства дорожного покрытия таких, как прочность при сжатии при 20 и 50°С, предельное водонасыщение и водостойкость, трещиностойкость - приведены в таблице 2.Samples are formed from the obtained asphalt mixtures at a pressure of 30 MPa and tested in accordance with GOST 31015 - 2002 in comparison with the properties of asphalt concrete according to the prototype and current GOST. The test results for individual indicators, the most responsible for the operational properties of the pavement such as compressive strength at 20 and 50 ° C, maximum water saturation and water resistance, crack resistance - are shown in table 2.

Приведенные в таблице 2 значения свойств асфальтобетонов типа ЩМА-10, полученных на минеральных смесях, содержащих от 60 до 80 масс. % щебня гранитного и других в разных количествах дисперсных добавок, указанных в таблице 1, составляющих каркасную основу поверхности асфальтобетонного дорожного покрытия при всех соотношениях компонентов с добавками цемента, стиролбутилакрилатного полимерного связующего, неионогенного ПАВ и катионоактивной битумной эмульсии ЭБК-3 указывают на превышение прочностных характеристик предлагаемых опытных образцов в сравнении с прототипом и требованиям для горячего способа получения ЩМА по ГОСТ 3105 - 2002 как при 20°, так и при 50°С, с более высокими показателями трещиностойкости, водостойкости и с более низкими, примерно в 1,3-1,6 раза, значениями предельного водонасыщения.The values given in table 2 of the properties of asphalt concrete type SchMA-10 obtained on mineral mixtures containing from 60 to 80 mass. % crushed stone of granite and others in different amounts of dispersed additives, shown in table 1, which make up the skeleton base of the surface of asphalt concrete pavement with all ratios of components with cement, styrene-butyl acrylate polymer binder, nonionic surfactant and cationic bitumen emulsion EBK-3 indicate an excess of strength characteristics we offer we offer prototypes in comparison with the prototype and the requirements for the hot method of producing alkali-iron alloy according to GOST 3105 - 2002 both at 20 ° and at 50 ° C, with higher with the same indicators of crack resistance, water resistance and with lower, approximately 1.3-1.6 times, values of the limiting water saturation.

Примеры 2, 3Examples 2, 3

В примере 1 для состава минеральной смеси №3 (таблица 1) асфальтобетонную смесь готовят с введением органоминеральных добавок в следующих количествах и с использованием вместо бутилакрилатного нанополимерного связующего сополимер марки БСК - 65/1,5, полученного сополимеризацией масс. % стирола - 65, бутадиена - 33,5, метакриловой кислоты - 1,5 с диаметром частиц в интервале 90-170 нм (см. таблицу 3).In example 1, for the composition of the mineral mixture No. 3 (table 1), the asphalt concrete mixture is prepared with the introduction of organomineral additives in the following quantities and using instead of butyl acrylate nanopolymer binder copolymer grade BSK - 65 / 1.5, obtained by copolymerization of the masses. % styrene - 65, butadiene - 33.5, methacrylic acid - 1.5 with a particle diameter in the range of 90-170 nm (see table 3).

Полученные значения прочности при сжатии при 20 и 50°С, предельного водонасыщения и водостойкости, приведенных в таблице 4, подтверждают превышение или соответствие для полученных асфальтобетонов требованиям ГОСТ 3105 - 2002 и асфальтобетона ЩМА-10 горячего способа изготовления (см. таблицу 2).The obtained values of compressive strength at 20 and 50 ° C, maximum water saturation and water resistance, shown in table 4, confirm the excess or compliance for the obtained asphalt concrete with the requirements of GOST 3105 - 2002 and the SchMA-10 asphalt concrete of the hot manufacturing method (see table 2).

Как видно из приведенных данных увеличение количества цемента до 4,5 масс. % ведет закономерно к повышению прочности, однако повышенное количество битумной эмульсии по битуму до 5 масс. % несколько снижает прочность холодного асфальтобетона типа ЩМА при 20 и 50°С, но придает ему более низкое значение водопоглощения и более высокую водостойкость.As can be seen from the above data, an increase in the amount of cement to 4.5 mass. % leads naturally to an increase in strength, but an increased amount of bitumen emulsion in bitumen up to 5 mass. % slightly reduces the strength of cold asphalt concrete, such as ЩМА at 20 and 50 ° С, but gives it a lower value of water absorption and higher water resistance.

Приведенные в примерах 1, 2, 3 добавки цемента, латекса БСК-65/1,5, Неонола АФ-9-12 и катионоактивной битумной эмульсии ЭБК-3 в указанных последовательностях и количествах создают однородные асфальтобетонные смеси, совершенно не имеющие склонности к расслаиванию связующего и минеральных материалов или стеканию вяжущего с поверхности щебня, характерного для ЩМА горячего способа изготовления асфальтобетонов указанной марки, вызывающего неоднородность дорожного покрытия по содержанию в нем битума, прочности связи его со щебнем, надежности сцепления колес автотранспорта с дорожным покрытием.The additives of cement, latex BSK-65 / 1.5, Neonol AF-9-12 and cationic bitumen emulsion EBK-3 in the indicated sequences and quantities create homogeneous asphalt mixtures completely free of the tendency to delamination of the binder, given in examples 1, 2, 3 and mineral materials or runoff of cementitious binder from the surface of crushed stone, typical for SchMA, a hot method for the production of asphalt concrete of the indicated brand, causing the pavement to be heterogeneous in the content of bitumen in it, its bond strength with crushed stone, and adhesion reliability lazy wheels of vehicles with road surface.

Пример 4Example 4

В примере 1 в состав минеральной смеси (100 масс. %) под №4 в таблице 1 вводят органоминеральные добавки при перемешивании в следующих количествах, масс. %: цемент - 6,0, нанополимерную добавку 0,25 на основе сополимера бутадиена - 70 масс. %, стирола - 28,5 масс. %, и 1,5 масс. % метакриловой кислоты являющегося исходным материалом для производства резиновых изделий, неионогенный эмульгатор Неонол - 9-0,05 и катионоактивная битумная эмульсия ЭБК - 3-4,0 масс. % в пересчете на битум и добавляют воду до влажности неуплотненной асфальтобетонной смеси 8,0 масс. %.In example 1, in the composition of the mineral mixture (100 wt.%) Under No. 4 in table 1, organomineral additives are introduced with stirring in the following quantities, wt. %: cement - 6.0, nanopolymer additive 0.25 based on butadiene copolymer - 70 mass. %, styrene - 28.5 wt. %, and 1.5 mass. % methacrylic acid, which is the starting material for the production of rubber products, nonionic emulsifier Neonol - 9-0.05 and cationic bitumen emulsion EBC - 3-4.0 mass. % in terms of bitumen and add water to a moisture content of unconsolidated asphalt mixture of 8.0 mass. %

Полученная смесь до уплотнения однородная, органоминеральное связующее равномерно распределено на поверхности щебня, не склонно к расслоению и стеканию с поверхности минеральных частиц. Значение водородного показателя рН увлажненной смеси до совмещения ее с битумной эмульсией составляет 8,0-9,0. Образцы уплотненного асфальтобетона типа The mixture obtained before compaction is homogeneous, the organomineral binder is evenly distributed on the surface of the gravel, not prone to delamination and runoff from the surface of mineral particles. The pH value of the moistened mixture before combining it with a bitumen emulsion is 8.0-9.0. Samples of compacted asphalt concrete type

ЩМА, изготовленные по примеру 4 с предлагаемой нанополимерной добавкой имеют предельную прочность при сжатии при температуре 20°С - 4,3 МПа при 50°С - 2,8 МПа, предельное водопоглощение по объему - 1,6%, водостойкость - 0,94. Использование предлагаемой полимерной добавки может быть особенно целесообразным для асфальтобетонов типа ЩМА, используемых в климатических зонах с особо низкой температурой эксплуатации дорог, так как в рекомендуемой добавке сополимер характеризуется температурой стеклования минус 52-55°С.The alkali alloy produced according to example 4 with the proposed nanopolymer additive have ultimate compressive strength at a temperature of 20 ° C - 4.3 MPa at 50 ° C - 2.8 MPa, ultimate water absorption by volume - 1.6%, water resistance - 0.94 . The use of the proposed polymer additive may be especially appropriate for asphalt mixes of the type ShchMA, used in climatic zones with a particularly low temperature of operation of roads, since in the recommended additive the copolymer is characterized by a glass transition temperature of minus 52-55 ° C.

Пример 5Example 5

В примере 1 минеральную смесь с составом, указанным под №3 (100 масс. %) смешивают с добавками цемента - 3,0, воды - 8,0, битумной эмульсии ЭБК - 3-4,0. После смешения минеральных материалов с водой и цементом экспресс методом установлено значение водородного показателя рН смеси в интервале 9,0-10, в увлажненной массе отмечалась неоднородность минерально-дисперсной фазы из цемента, отсевов, минерального порошка. При дальнейшем смешении минерального материала, воды и цемента с катионо-активной эмульсией происходила ее неравномерная спонтанная коагуляция с распределением смеси в виде отдельных сгустков с разным количеством осажденного на минеральных частицах битума, с характерным мозаичным отложением битума на отпрессованных для испытаний образцах асфальтобетона. Причиной нерегулируемой коагуляции битумной катионо-активной эмульсии ЭБК-3 в смеси под №3 по примеру 1 без добавок неионогенного ПАВ и акрилатного латекса, в котором нано-частицы сополимера стирола и бутилакрилата стабилизированы анионоактивным эмульгатором сульфонатного типа в смеси с добавкой неионогенного ПАВ, не сохраняется агрегативная устойчивость битумной эмульсии. Испытания полученных образцов показывают, что их прочность неоднозначна и меняется в пределах при 20°С от 0,8 до 2,2 МПа, при 50°С от 0,5 до 1,5 МПа, предельное водонасыщение по объему меняется от 3,2 до 8,5%.In example 1, a mineral mixture with the composition indicated under No. 3 (100 wt.%) Is mixed with additives of cement - 3.0, water - 8.0, bitumen emulsion EBK - 3-4.0. After mixing the mineral materials with water and cement using the express method, the pH value of the mixture was found to be in the range of 9.0-10; in the moistened mass, heterogeneity of the mineral-dispersed phase from cement, screenings, and mineral powder was noted. With further mixing of the mineral material, water, and cement with a cationic active emulsion, its non-uniform spontaneous coagulation occurred with the mixture being distributed in the form of separate clumps with different amounts of bitumen deposited on the mineral particles, with a characteristic mosaic deposition of bitumen on asphalt concrete samples pressed for testing. The reason for the unregulated coagulation of the cationic active emulsion EBK-3 in the mixture under No. 3 according to Example 1 without the addition of a nonionic surfactant and acrylate latex, in which the nanoparticles of a styrene-butyl acrylate copolymer are stabilized by an anionic emulsifier of the sulfonate type in a mixture with the addition of a nonionic surfactant aggregative stability of bitumen emulsion. Tests of the obtained samples show that their strength is ambiguous and varies from 20 to 0.8 MPa at 20 ° C, from 0.5 to 1.5 MPa at 50 ° C, the maximum water saturation varies from 3.2 up to 8.5%.

Пример 6Example 6

В примере 1 по требованиям ГОСТ 31015 к щебеночно-мастичному асфальтобетону типа ЩМА-15 на 100 масс. % минеральной смеси использовался кубовидный щебень размером зерен 10-15 мм в количестве 75 масс. %, песок из отсевов дробления горных пород - 15 и минеральный порошок - 10. Порядок смешения компонентов и количество связующих добавок использовалось в соответствии с указанным в примере 1. Полученные из приготовленной асфальтобетонной смеси типа ЩМА-15 образцы характеризовались предельным водопоглощением - 1,1 масс. %, прочность при сжатии при 20°С - 4.1 МПа, при 50°С - 2,8 МПа, водостойкостью - 0.96, пределом прочности на растяжение при расколе при температуре 0°С - 3,5 МПа, что полностью соответствует или превышает требования ГОСТ 31015 - 2002 к асфальтобетону типа ЩМА-15.In example 1 according to the requirements of GOST 31015 to crushed stone-mastic asphalt concrete type ЩМА-15 per 100 mass. % of the mineral mixture used cube-shaped crushed stone with a grain size of 10-15 mm in an amount of 75 mass. %, sand from the screenings of crushing rocks - 15 and mineral powder - 10. The order of mixing of the components and the amount of binder additives was used in accordance with that specified in example 1. The samples obtained from the prepared asphalt mix type SchMA-15 were characterized by a maximum water absorption of 1.1 mass . %, compressive strength at 20 ° C - 4.1 MPa, at 50 ° C - 2.8 MPa, water resistance - 0.96, tensile strength at split at a temperature of 0 ° C - 3.5 MPa, which fully meets or exceeds the requirements GOST 31015 - 2002 for asphalt concrete type ЩМА-15.

Пример 7 (по прототипу)Example 7 (prototype)

В качестве прототипа приводится заявленный патент РФ №2377262, 2008 г. «Модифицирующая композиция для асфальтобетонных смесей и способ получения модифицированной асфальтобетонной смеси», в котором положительные результаты по качеству асфальтобетонных смесей и на их основе традиционных асфальтобетонов и ЩМА достигается за счет использования разработанных модифицирующих добавок на основе резинового вулканизата, измельченного до размера частиц менее 0,8 мм с величиной удельной поверхности не менее 5000 см² на грамм, совмещенного с инициатором гелеобразования, выбранного из группы нитроалкиланилинов, алкилзамещенных нитро- нитрозо-анилинов, нитрозо-дифенилдиамина с дополнительным использованием структурирующих агентов из группы термореактивных олигомеров эпоксиэфирных смол, эпоксидиановых и поликонденсированных смол типа резорцинформальдегидной смолы, причем инициатор гелеобразования составляет 1,0-4,5 масс. %, а структурирующие агенты 1,2-6,0 масс. % по отношению к активному резиновому порошку, объем которого к минеральной смеси асфальтобетона составляет до 3,5 масс. %.As a prototype, claimed patent of the Russian Federation No. 2377262, 2008, “Modifying composition for asphalt mixes and a method for producing a modified asphalt mix”, in which positive results on the quality of asphalt mixes and based on traditional asphalt concrete and alkali mixtures are achieved by using developed modifying additives, is obtained based vulcanized rubber, ground to a particle size less than 0.8 mm with a specific surface area of at least 5000 cm ² per gram, combined with an initiator gelation nitroalkilanilinov selected from the group of alkyl-substituted nitro-nitroso anilines nitroso difenildiamina with the additional use of structuring agents from the group of oligomers epoksiefirnyh thermosetting resins epoksidianovyh and polycondensed resins of type resorcin-formaldehyde resin, wherein the initiator gel is 1,0-4,5 wt. %, and structuring agents of 1.2-6.0 mass. % in relation to the active rubber powder, the volume of which to the mineral mixture of asphalt is up to 3.5 mass. %

Предлагаемая в прототипе модифицирующая композиция и способ ее получения позволяют за счет образования межмолекулярных связей и их структурирования придавать асфальтобетонам разных типов горячего способа получения, в том числе щебеночно-мастичному асфальтобетону, устойчивое превышение требований ГОСТ 9128 - 97 и ГОСТ 31015 - 2002 (см. таблицу 2).The modifying composition and the method of its preparation proposed in the prototype allow, due to the formation of intermolecular bonds and their structuring, to give asphalt concrete of various types of the hot production method, including crushed stone-mastic asphalt concrete, a steady excess of the requirements of GOST 9128 - 97 and GOST 31015 - 2002 (see table 2).

Однако, как известно из практики применения в шинной промышленности гелеобразующих инициаторов на основе нитрозо-анилинов, нитро-нитрозо-анилинов, нитрозо-дифенилдиаминов, рекомендуемых в прототипе, их применение в производстве резин в качестве ускорителей вулканизации имеет ограничение из-за их высокой токсичности и потенциальной канцерогенной активности, свойственной многим нитрозоанилинам и нитрозоаминам. Это тем более значимо, так как приготовление модифицирующей композиции с применением названных добавок и структурирующих агентов типа эпоксидных смол, осуществляют в течении длительного времени при 160°С. При такой же температуре готовится и уплотняется асфальтобетонная смесь.However, as is known from the practice of the use in the tire industry of gelling initiators based on nitroso-anilines, nitro-nitroso-anilines, nitroso-diphenyldiamines recommended in the prototype, their use in the manufacture of rubbers as vulcanization accelerators has a limitation due to their high toxicity and potential carcinogenic activity inherent in many nitrosoanilines and nitrosoamines. This is all the more significant since the preparation of the modifying composition using the aforementioned additives and structuring agents such as epoxies is carried out for a long time at 160 ° C. At the same temperature, the asphalt mixture is prepared and compacted.

В дополнении к указанному следует заметить, что условия производства и укладки асфальтобетонных смесей по прототипу (патент РФ №2377262, 2008), как и традиционных горячих асфальтобетонных смесей и ЩМА по ГОСТ 31015 -2002 при температуре 150-180°С сопряжено не только с большими энергозатратами на многотоннажное производство асфальтобетонов, но, что особенно недопустимо, так как при этом выбрасываются в окружающую среду и рабочее пространство дорожных работников при указанной температуре в парообразном состоянии и в виде аэрозоля типичные канцерогенные вещества из класса многоядерных ароматических углеводородов: пирен, бензпирен, хризен, антрацен и другие виды, входящие в состав битума. Таким образом, предлагаемый способ получения щебеночно-мастичного асфальтобетонаIn addition to the above, it should be noted that the conditions for the production and laying of asphalt concrete mixes according to the prototype (RF patent No. 2377262, 2008), as well as traditional hot asphalt mixes and ЩМА according to GOST 31015-2002 at a temperature of 150-180 ° C, are associated not only with large energy costs for the large-tonnage production of asphalt concrete, but, which is especially unacceptable, since it is typical carcinogen that is released into the environment and the working space of road workers at the indicated temperature in the vapor state and in the form of an aerosol s substance from the class of polycyclic aromatic hydrocarbons: pyrene, benzpyrene, chrysene, anthracene, and other types that are part of the bitumen. Thus, the proposed method for producing crushed stone mastic asphalt

обладает явными преимуществами по технико-экономическим и экологическим показателям в сравнении с существующим производством горячим способом асфальтобетонов традиционных и щебеночно-мастичного асфальтобетона. It has obvious advantages in terms of technical, economic and environmental indicators in comparison with the existing production of hot asphalt concrete of traditional and crushed stone mastic asphalt.

Claims

A cold method for producing crushed stone mastic asphalt for repair and construction of road surfaces, including the preparation of crushed stone mastic asphalt mix using mineral material in the form of crushed stone, sand screenings for crushing crushed rock, mineral powder by mixing them with cement and bitumen emulsion, followed by applying the resulting asphalt concrete the mixture on the road base and its seal, characterized in that the mixing is carried out when introduced to a cold mineral material, with consisting of crushed stone of strong rocks, sand screenings crushing crushed stone of rocks and mineral powder, on its 100 wt.% the following components in succession, wt.%: cement - 3.0-6.0, nanopolymer water-borne additive with a particle size of 50-300 nm, mainly 80-160 nm, containing latex based on styrene copolymer with polar monomers, for example, with acrylic acid ester - butyl acrylate, or with butadiene and acrylic or methacrylic acid in terms of dry matter - 0.1-0.5, nonionic surface -active substance from the class ksietilirovannyh higher fatty alcohols or alkylphenols - 0.05-0.1, cationic bitumen emulsion based on bitumen - 3,0-5,0.