RU2744243C1

RU2744243C1 - Асфальтобетонная смесь

Info

Publication number: RU2744243C1
Application number: RU2020114525A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Иванович Гофман; Андрей Иванович Лескин; Сергей Васильевич Алексиков; Марина Игоревна Альшанова; Анастасия Витальевна Боровик; Анастасия Романовна Борисова
Priority date: 2020-04-23
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2021-03-04

Abstract

Изобретение относится к строительным материалам, конкретно – к составам асфальтобетонной смеси и может быть использовано при устройстве и ремонте покрытий автомобильных дорог. Технический результат – повышение прочности асфальтобетона. Асфальтобетонная смесь для дорожного строительства, содержащая шлак доменный, песок и битум нефтяной дорожный, в качестве песка содержит отход медеплавильного производства - купершлак фракции 0,071-2,5 мм, минеральный порошок, содержащий от 60-100% минералов гранатов при следующем соотношении компонентов, мас.%: шлак доменный фракции 5-40 мм - 45,0, битум нефтяной дорожный - 5,5, купершлак - фракции 0,071-2,5 мм - 43,5, указанный минеральный порошок фракции 0,071-0,315 мм - 6. 2 табл.

Description

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам асфальтобетонной смеси, состоящей из дорожного вязкого битума и минеральных материалов, и может быть использовано при устройстве и ремонте покрытий автомобильных дорог.

Известен состав асфальтобетонной смеси, состоящий из дроблённого доменного шлака фракции 0,14-25 мм, дробленного горного песка фракции 0,14-2,5 мм, содержащего 20-30% минералов гранатов взамен песка, нефтяного вязкого битума [Патент РФ № 2380331-Прототип].

Недостатком известной асфальтобетонной смеси является то, что в составе асфальтобетонной смеси используются в качестве вяжущего материала-нефтяной вязкий битум, который, согласно требованиям действующего ГОСТ 9128-2013 ("Смеси асфальтобетонные, полимерасфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов"), рекомендуется применять в мягких климатических условиях, характеризуемых средними температурами самого холодного месяца года, выше минус 10°С, т.е. эксплуатация асфальтобетонного покрытия с использованием указанного выше вяжущего, возможна только в южных регионах Российской Федерации.

Так же недостатком является использование в составе асфальтобетонной смеси дроблённого доменного шлака, в процессе дробления которого на теле зёрен шлака образуется множество мелких трещин и микропор с нарушенной внутренней структурой. При постоянных нагрузках автотранспорта, происходит разрушение каркаса и целостности асфальтобетона, что сократит срок эксплуатации не только асфальтобетонного покрытия, но и всей конструкции дорожной одежды.

Технический результат – повышение прочности асфальтобетона из заявляемой асфальтобетонной смеси.

Техническая задача – повышение прочности асфальтобетона из заявляемой асфальтобетонной смеси за счет использования в составе асфальтобетона отхода медеплавильного производства и минеральных материалов с высокой прочностью и твердостью.

Решение технической задачи асфальтобетонная смесь для дорожного строительства, содержащая шлак доменный, песок и битум нефтяной дорожный дополнительно содержит в своём составе: отход медеплавильного производства-купершлак и минеральный порошок, содержащий от 60-100% минералов граната, при следующем соотношении компонентов мас. %: шлак доменный фракции 5-40 мм – 45,0, битум нефтяной дорожный – 5,5, купершлак - отход медеплавильного производства фракции 0,071-2,5 мм – 43,5, минеральный порошок, содержащий 60-100% минералов граната фракции 0,071-0,315 мм – 6.

Таким образом, предлагаемый состав асфальтобетонной смеси, по сравнению с составом по прототипу, за счет использования в нём отхода медеплавильного производства (купершлака) и минерального порошка содержащего от 60-100% минералов граната обеспечивает повышение прочности и водостойкости асфальтобетона, что и является новым техническим результатом заявляемого изобретения.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что для повышения физико-механических показателей асфальтобетона в составе приготовляемой смеси используют: отход медеплавильного производства - купершлак и минеральный порошок состоящий из минералов граната.

Применяемый, в составе асфальтобетонной смеси купершлак изготавливается из отходов медеплавильного производства и является высокопрочным синтетическим абразивным минеральным материалом. Купершлак имеет плотность 1,5 г/см³, твердость не менее 6,0 ед. по шкале Моос, что позволяет обеспечить прочность асфальтобетона.

Применяемый минеральный порошок приготавливается из минералов гранатов. В эту группу минералов входят: пироп Mg₃Al₂[SiO₄]₃; гроссуляр Ca₃Al₂[SiO₄]₃, альмадин Fe₃Al₂[SiO₄]₃, спессартин Mn₃Al₂[SiO₄]₃, андрадин Ca₃Fe₂[SiO₄]_3,уваровит Ca₃Сr₂[SiO₄]₃. Гранаты имеют высокую плотность 4,0-4,3 г/см³, а также высокую твердость 7,1-8,0 ед. по шкале Моос. Кроме того, тонкий помол минерального порошка, содержащий 60-100% минералов граната, способствует заполнению микро- и макропор и капилляров доменного шлака и надежную их цементацию и тем самым повышает прочность асфальтобетонного покрытия.

Осуществление способа Для получения асфальтобетонной смеси использовали следующие соотношения компонентов, масс. %: в качестве наполнителя применялся доменный шлак фракционированный 5-40 мм (0-60%). В качестве заполнителя (песка или отсева дробления) применялся купершлак фракций 0,071-2,5 мм (30-80%), минеральный порошок фракция 0,071-0,315 мм, содержащий 60-100% минералов гранатов и в качестве вяжущего битум нефтяной дорожный.

Асфальтобетонную смесь получают следующим образом: в смеситель засыпают предварительно отдозированный песок и щебень, перемешивание осуществляют при температуре 180-200°С. В нагретую смесь песка и щебня засыпают холодный минеральный порошок, перемешивая, дозированно вводят нагретый жидкий битум. Продолжительность перемешивания в смесителе до получения готовой смеси составляет 60-90 сек. Приготовленную асфальтобетонную смесь нормировано по массе засыпают в цилиндрические формы и изготавливают из неё образцы. Испытания полученных образцов производят согласно требованиям действующих нормативных документов (ГОСТ 12801-93, ГОСТ 9123-2013).

Примеры конкретного исполнения

Для сравнения физико-механических свойств заявляемой асфальтобетонной смеси изготовили несколько составов, из которых наилучшие физико-механические свойства при испытаниях показали три состава асфальтобетонной смеси.

Кроме того, асфальтобетон, приготовленный по заявляемому составу асфальтобетонной смеси, был испытан согласно предъявляемым требованиям ГОСТ 9128-2013: пределы прочности при температурах +50°С, +20°С, 0°С, водонасыщение, сдвигоустойчивость коэффициента внутреннего трения, сдвигоустойчивость сцепления при сдвиге, трещиностойкость по пределу прочности на растяжение. При этом асфальтобетон приготовленный по заявляемому составу асфальтобетонной смеси соответствовал требованиям действующих нормативных документов ГОСТ 9128-2013.

Результаты испытаний приведены в таблицах 1 и 2. В таблице 1 приведены исследуемые составы асфальтобетонной смеси.

Таблица составов асфальтобетонных смесей.

Таблица 1

Состав Асфальтобетона	Опытный Образец	Содержание компонентов, мас.%
Состав Асфальтобетона	Опытный Образец	Песок горный дроблёный	Шлак доменный	Битум нефтяной дорожный	Купершлак	Минеральный порошок из минералов граната
По прототипу	1	55	40	5
	2	49,5	45	5,5
	3	44	50	6
Заявляемый	1		40	5	50	5
	2		45	5,5	43,5	6
	3		50	6	37	7

Сравнительные характеристики физико-механических свойств заявляемой асфальтобетонной смеси и смеси по прототипу приведены в таблице 2.

Физико-механические свойства: пределы прочности, водонасыщение, сдвигоустойчивость коэффициента внутреннего трения, сдвигоустойчивость сцепления при сдвиге, трещиностойкость по пределу прочности на растяжение образцов из заявляемой асфальтобетонной смеси определяли при различных температурах: +50°С, +20°С, и 0°С.

Таблица 2

№	Наименование показателей	Состав асфальтобетона, примеры
		по ГОСТ 9128-2013	по прототипу			из предлагаемой смеси
		по ГОСТ 9128-2013	1	2	3	1	2	3
1	Прочность при 20°С, R₂₀ Мпа не менее, (кг/см³)	2,2 (22)	2,5 (25)	2,65 (26,5)	2,8 (28)	3,67 (36,7)	3,75 (37,5)	4,08 (40,8)
2	Прочность при 50°С, R₅₀ Мпа не менее	1,2				2,39	2,61	2,8
3	Прочность при 0°С, R₀ Мпа не более	11,0				9,2	8,7	8,3
4	Водонасыщение	1,5-4,0				1,82	1,7	1,55
5	Коэффициент водостойкости, не менее	0,9	0,95	0,95	0,95	0,96	1,0	1,0
6	Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении	0,85				0,87	0,92	0,94
7	Остаточная пористость, %	2,5-5,0	2,5	2,5	2,0	2,58	2,56	2,5
8	Расход битума, % по массе	5,0-6,5	5	5,5	6	5	5,5	6
9	Морозостойкость	В ГОСТе не регламенти руются	0,97	1,0	1,0	В ГОСТе не регламентируются
10	Сдвигоустойчивость: -коэффициент внутреннего трения, не менее -сцепление при сдвиге при температуре 50°С, не менее	0,81 0,37				0,89 0,3	0,91 0,4	0,93 0,42
11	Трещиностойкость по пределу прочности на растяжение при расколе при температуре 0°С	3,5-6,0				5,03	4,6	4,2

По полученным опытным путем результатам, видно, что из трех испытываемых составов асфальтобетонной смеси, второй состав (пример №2), по сравнению с составом по прототипу, превышает показатель прочности R₂₀ на 71%, а показатель водостойкости на 5%.

Анализ показателей заявляемой асфальтобетонной смеси и показателей по прототипу сравнивали с данными по ГОСТу 9128-2013, по приведенным в таблице 2 экспериментальным данным, видно, что заявляемый состав асфальтобетонной смеси (пример №2) позволяет повысить прочность асфальтобетона на 71% и увеличить показатель водостойкости на 5%, тем самым увеличив срок эксплуатации дорожного покрытия.

Claims

Асфальтобетонная смесь для дорожного строительства, содержащая шлак доменный, песок и битум нефтяной дорожный, отличающаяся тем, что в качестве песка используют отход медеплавильного производства - купершлак фракции 0,071-2,5 мм, минеральный порошок, содержащий 60-100% минералов гранатов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
шлак доменный фракции 5-40мм 45,0 битум нефтяной дорожный 5,5 купершлак – отход медеплавильного производства фракции 0,071-2,5 мм 43,5 минеральный порошок, содержащий 60-100% минералов граната, фракции 0,071-0,315 мм 6