C08L95 - Композиції бітумінозних матеріалів, наприклад асфальту, гудрону, вару
C08K9 / 04 - компоненти, оброблені органічними речовинами
C08K7 / 22 - розширені, пористі або порожнисті частинки
C04B20 / 10 - покриття або просочення
Власники патенту RU 2470048:
Державна освітня установа вищої професійної освіти "Сибірська державна автомобільно-дорожня академія (СибАДИ)" (RU)
Винахід відноситься до дорожньо-будівельних матеріалів і може бути використано для влаштування дорожніх покриттів і підстав. Бітумомінеральним суміш включає бітум, мінеральний порошок і пісок природний. Суміш також містить як крупний заповнювач керамзитовий гравій або щебінь з туфу, гідрофобізовані 3-5 мас.% Важкої смолою піролізу - побічним продуктом процесу піролізу бензину при виробництві етилену. Співвідношення компонентів наступне, мас.%: Бітум - 5,1-6,5, мінеральний порошок - 11,4-17,4, пісок природний - 39,3-44,7, керамзитовий гравій або щебінь з туфу, гідрофобізовані 3 5 мас.% важкої смолою піролізу - інше. Результатом є підвищення водостійкості, міцності, теплостійкості бітумомінеральним матеріалу і зниження витрати бітуму. 3 мул. 10 пр.
Винахід відноситься до дорожньо-будівельних матеріалів і може бути використано для влаштування дорожніх покриттів і підстав.
Будівництво дорожніх асфальтобетонних покриттів і основ у багатьох регіонах країни обмежується відсутністю високоміцних кам'яних матеріалів. Для розвитку дорожнього будівництва і зниження його вартості великого значення набуває використання для виробництва бітумномінеральних сумішей природних пористих кам'яних матеріалів (вапняки, доломіт, вулканічні туфи і шлаки та ін.), Широко поширених у багатьох районах країни, і штучних пористих заповнювачів з глинистого сировини (керамзит , аглопорит, термоліт).
Доцільність застосування бітумномінеральних сумішей на пористих заповнювачах обумовлена їх високою теплоізоляційною здатністю і низькотемпературної трещиностойкостью, що робить такі матеріали ефективними дорожньо-будівельними матеріалами для районів з резкоконтінентальний кліматом.
Однак бітумомінеральним матеріали з пористими заповнювачами вимагають підвищеної витрати бітуму, мають низькі показники водо- і морозостійкості, підвищену схильність до старіння і крихкість внаслідок виборчої фільтрації найбільш легких компонентів бітуму в пори пористого заповнювача.
Відомо, що підвищення водо- і морозостійкості бітумномінеральних матеріалів із застосуванням пористих вапняків може бути досягнуто попередньої гідрофобізацією вапняків рідкими бітумами з добавками аніонних ПАР [Гезенцвей А.Л. Підвищення якості бітумномінеральних матеріалів зі слабких вапняків. [Текст] / А.Л.Гезенцвей, Н.В.Горелишев, Г.С.Бахрах // Автомобільні дороги. - 1972. - №5. - С.19]. Гідрофобізація рідкими бітумами з добавками аніонних ПАР ефективна при використанні пористих заповнювачів з карбонатних гірських порід. Для гідрофобізації пористих заповнювачів з кислих порід доцільно застосовувати суміш бітуму з катіонактивними ПАР, які дороги і дефіцитні.
Відома бітумомінеральним суміш [А.с. 447423 СРСР, МКІ 3 С04В 13/30. Бітумомінеральним суміш. [Текст] / М.Г.Басс, К.Т.Бондарев, С.А.Бондаренко, С.М.Багдасаров, Е.М.Гольдман і ін. (СРСР). - №1884443 / 29-33; заявл. 19.02.73; опубл. 25.10.74. Бюл. №39 - 2 с.], Що містить, мас.%: Бітум 6-9; щебінь з поризованного склокристалічного матеріалу 25-50; щільний мінеральний наповнювач фракції менше 0,315 мм 10-20; поверхнево-активна добавка 0,01-0,05; пісок - інше.
Недоліком зазначеної суміші є низька водостійкість і невисока теплостійкість бітумомінеральним матеріалу.
Недоліком зазначеної суміші є низькі водостійкість після тривалого водонасичення і морозостійкість.
Найбільш близькою по технічній сутності і досягається результату є бітумокерамзітовая суміш [Литвинова Т.В. Бітумомісткості дорожнього керамзиту. [Текст] / Т.В.Літвінова, Ю.В.Соколов, Л.С.Петрова / Асфальтові і цементні бетони для умов Сибіру: зб. науч. тр. - Омськ: ОмПІ, 1989. - с.66-67], що включає, керамзитовий гравій, пісок, мінеральний порошок і бітум при наступному співвідношенні компонентів, мас.%:
Властивості великих пористих заповнювачів до і після гідрофобізації важкої смолою піролізу представлені на фіг.1 (табл.1), склади бітумомінеральної суміші представлені на фіг.2 (табл.2), фізико-механічні властивості бітумомінеральної суміші - на Фіг.3 (табл. 3).
Важка смола піролізу є великотоннажні побічним продуктом процесу піролізу бензину при виробництві етилену. Вона являє собою в'язку рідину темно-коричневого кольору, що має такі властивості:
Щільність при 20 ° С, кг / м 3
В'язкість кінематична, при 20 ° С, сСт
Коксівність, мас.%, Менше
Фракційний склад: переганяється
Груповий хімічний склад важкої смоли піролізу, мас.%:
Важка смола піролізу містить високу кількість асфальтенів і ароматичних вуглеводнів, які полярні і мають високу адгезію до поверхні мінеральних матеріалів. Ароматичні вуглеводні є вельми активними розчинниками для макромолекул асфальтенов, що обумовлює малу в'язкість важкої смоли піролізу і її високу проникаючу здатність в пори мінеральних матеріалів.
Гідрофобізація сприяє: створенню сприятливих умов для обволікання зерен пористого мінерального матеріалу бітумом (в тому числі і розвиненою внутрішньої поверхні, утвореної порами), захищаючи його від дії вологи; утворення структурно-механічного бар'єру, що запобігає виборчу фільтрацію легких компонентів бітуму вглиб кам'яного матеріалу і сприяє зменшенню крихкості бітумомінеральним матеріалу; утворення хемосорбціонних з'єднань на кордоні розділу бітум - пористе зерно [Гезенцвей Л.Б. Дорожній асфальтобетон. [Текст] / Л.Б.Гезенцвей, Н.В.Горелишев, A.M.Богуславскій, І.В.Королев. / Под ред. Л.Б.Гезенцвея - М. Транспорт, 1985. С.102-104].
Випробування вихідних матеріалів для бітумномінеральних сумішей (керамзитового гравію, щебеню з туфу, піску природного, мінерального порошку, бітуму та важкої смоли піролізу) і бітумномінеральних сумішей виконані в лабораторії кафедри «Будівельні матеріали та спеціальні технології» ГОУ «СибАДИ», що підтверджується протоколом випробувань.
Бітумомінеральним суміш, пропоновану за даним винаходом, готують за такою технологією. Висушені і нагріті до температури 140-160 ° С керамзитовий гравій або щебінь з туфу завантажують в змішувач і туди ж вводять 3-5 мас.% Важкої смоли піролізу, нагрітої до 50-60 ° С. Через 10-15 с після початку перемішування керамзитового гравію або щебеню з туфу з важкої смолою піролізу в змішувач подають нагріті до 140-160 ° С пісок природний і мінеральний порошок і перемішують протягом 10-15 с. Потім в змішувач вводять розігрітий до 130-150 ° С бітум і суміш перемішують ще протягом 10-15 с.
Істинну і середню щільність, пористість і водопоглинання керамзитового гравію і щебеню з туфу визначали по ГОСТ 82069.0-97, міцність при стисненні в циліндрі - по ГОСТ 9758-86.
Дані фіг.1 показують, що після гідрофобізації зерен керамзиту і щебеню з туфу важкої смолою піролізу в кількості 3-5 мас.% Зменшуються пористість і водопоглинання за об'ємом. Міцність при стисненні у циліндрі гідрофобізованих зерен керамзиту підвищується на 20,6-34,5%, щебеню з туфу - на 54,6-73,9% в порівнянні з міцністю необроблених зерен. Ці дані свідчать про ефективність гідрофобізації керамзиту і щебеню з туфу пропонованої важкої смолою піролізу.
Ефект полягає в «глибинної» гідрофобізації зерен пористих матеріалів важкої смолою піролізу. В результаті такої обробки керамзиту і щебеню з туфу внутрішня поверхня пор цих матеріалів гідрофобізуючої і частково кольматуючих, що сприяє зменшенню кількості відкритих пір і водопоглинання. Присутність асфальтенов і ароматичних вуглеводнів важкої смоли піролізу в більш глибоких шарах кам'яних матеріалів дозволяє істотно підвищити ефективність гідрофобізації.
При витраті для гідрофобізації важкої смоли піролізу менш як 3 мас.%, Наприклад 2 мас.%, Підвищуються пористість і водопоглинання, знижуються міцності пористих заповнювачів.
Збільшення кількості важкої смоли піролізу для гідрофобізації більш як 5 мас.%, Наприклад 6 мас.%, Недоцільно, так як пористість і водопоглинання практично не змінюються, а міцність знижується в порівнянні з цими показниками для керамзитового гравію і щебеню з туфу, гідрофобізованих 5 мас. % важкої смоли піролізу. Кращі фізико-механічні властивості мають керамзитовий гравій та щебінь з туфу, гідрофобізовані 3-5 мас.% Важкої смоли піролізу (фіг.1).
Теплотривкість бітумомінеральним матеріалу оцінювали за коефіцієнтом теплостійкості, який враховує вплив температури на міцність бітумомінеральним матеріалу і визначається за формулою [Колбановская, А.С. Дорожні бітуми. [Текст] / А.С.Колбановская, В.В.Міхайлов. М. Транспорт, 1973. - С.159-160]:
де КТ - коефіцієнт теплостійкості; R0 і R50 - межі міцності при стисненні при температурах 0 і 50 ° С відповідно, МПа.
Чим менше змінюється міцність асфальтобетону в інтервалі температур від + 50 ° С до 0 ° С і чим вище R50 і нижче R0. тим вище теплостійкість бітумомінеральним матеріалу і нижче значення КТ.
Міру крихкості визначали з вираження [Пономарьова С.Г. Спосіб визначення температури крихкості асфальтобетону. [Текст] / С.Г.Пономарева // Інформ. листок №85 - 38 / Омський ЦНТІ. - Омськ, 1985. - 3 с.]:
де Х - міра крихкості, отн.ед .; R - межа міцності на розтягування при розколюванні при температурі - 10 ° С, МПа; с; А - кутовий коефіцієнт початкового прямолінійного ділянки в координатах напруга - час, tp - час до руйнування.
При витраті для гідрофобізації важкої смоли піролізу менш як 3 мас.%, Наприклад 2 мас.%, Збільшується водонасичення, знижується міцність при 50 ° С, знижуються водостійкість і теплостійкість, підвищується крихкість бітумомінеральним матеріалу. При гідрофобізації керамзитового гравію і щебеню з туфу важкої смолою піролізу в кількості більш як 5 мас.%, Наприклад 6 мас.%, Знижується міцність при 50 ° С і теплостійкість, збільшується крихкість бітумомінеральним матеріалу. Кращим комплексом фізико-механічних властивостей характеризуються бітумомінеральним матеріали, в яких керамзитовий гравій та щебінь з туфу гидрофобізіровани 3-5 мас.% Важкої смоли піролізу (Фіг.3).
При частковому дробленні зерен пористого заповнювача під дією ущільнюючих і експлуатаційних навантажень оголюються нові, що лежать раніше в глибині поверхні. Так як гідрофобізація охоплює зерна пористого заповнювача на велику глибину, то новоутворені поверхні також частково гидрофобізіровани, в результаті вільний бітум в бітумомінеральним матеріалі менш схильний до старіння. Дорожнє покриття стає більш водостійким, міцним і Теплотривкість, менш крихким, отже, збільшується його довговічність.
Бітумомінеральним суміш для влаштування дорожніх покриттів і підстав, що включає бітум, мінеральний порошок і пісок природний, що відрізняється тим, що вона містить як крупний заповнювач керамзитовий гравій або щебінь з туфу, гідрофобізовані важкої смолою піролізу - побічним продуктом процесу піролізу бензину при виробництві етилену, при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: