Изобретение относится к дорожно-строительным материалам, в частности к холодным асфальтобетонным смесям, используемым для ремонта асфальтобетонных покрытий. Особенно актуально применение холодных асфальтобетонных смесей в зимний период, когда традиционные способы ремонта дорожного покрытия «горячим» асфальтобетоном становятся невозможными.
Поиск экономичных с точки зрения материалоемкости и энергозатрат способов устройства дорожных одежд, с применением битумоминеральных смесей представляется одним из перспективных путей замены традиционных решений более прогрессивными. В этом направлении, в частности, выполнены данной изобретение по разработке составов холодного асфальтобетона на основе местного битума с добавками из госсиполовой смолы и моноэтаноламином является новыми.
Известно, что традиционные асфальтобетонные смеси требуют нагрева компонентов до высоких температур, что приводит к повышенному расходу энергии и выбросам вредных веществ в атмосферу [1]. В связи с этим, холодные асфальтобетонные смеси являются перспективным направлением для снижения экологического воздействия и энергозатрат при дорожном строительстве.
Известна асфальтобетонная смесь холодной укладки «Матрекс», производства Канады [2], и предназначенная для ремонта дорожных покрытий в зимних условиях. Она содержит минеральную составляющую и вяжущей (5,7% общей массы). Минеральная составляющая содержит, мас.%: щебень крупнее 2 мм - 90,6; песок 7,9 и наполнитель 1,5. Вяжущей состоит из 97,2 мас.% битума и 2,8 мас.% - добавки.
Экспериментально установлено, что при изготовлении смеси в российских условиях вяжущее имеет плохое сцепление с мокрой поверхностью минеральных материалов как кислых, так и основных пород. Полученная асфальтобетонная смесь смерзается в комья и плохо укладывается при отрицательных температурах, а при оттаивании выдавливается колесами транспортных средств из выбоин. Его прочностной показатель (предел прочности при сжатии при 20°С) не превышает 0,1 МПа.
Известен холодный песчаный асфальтобетон [3], включающий битум и песок. В качестве песка он содержит серосодержащие "хвосты" фракции 0-5 мм, являющиеся продуктом отсева камнедробления производства серы, в качестве битума содержит битум марки МГ 70/130 и дополнительно асфальтобетон содержит нефтешлам нефтеперерабатывающего завода. Согласно изобретению серосодержащие "хвосты" в холодном состоянии обрабатывают нефтешламом, далее нагревают до температуры 100-110 °С и затем совмещают с предварительно разогретым до температуры 80-90 °С битумом до получения однородной гомогенной массы. К недостаткам относятся сложность подбора вязкости жидкого битумного вяжущего из-за неоднородности нефтяного шлама, что затрудняет изготовление смеси стабильного качества по прочности, а также содержание вредных примесей в нефтешламе ограничивает его область применения.
Известна холодная асфальтобетонная смесь, включающая минеральные материалы, нефтяные вяжущие и различные добавки [4]. Однако известный способ не позволяет получить смесь, применяемую при низких температурах.
Известна холодная асфальтобетонная смесь [5], включающая жидкий битум, щебень, песок, минеральный порошок при следующем соотношении компонентов, мас. %: битум жидкий - 4-6, щебень фракций 5-20 мм - 50-80, минеральный порошок - 5-15, и песок - остальное.
Недостатком известной холодной асфальтобетонной смеси является то, что она не позволяет получить смесь пригодную для применения при низких температурах.
В качестве наиболее близкого аналога выбрана холодная асфальтобетонная смесь [6], включающая вязкий битум, щебень фракции 5-10 и песок, дополнительно содержит растворитель в виде нефтяного сольвента или уайт-спирита, при следующем соотношении компонентов, мас. %: битум вязкий 3-5, сольвент 0,5-1,5, щебень 40-60 и песок остальное.
Существенным недостатком прототипа является необходимость изготовления многокомпонентного вяжущего из труднодоступных и дорогостоящих материалов, приводящей к удорожанию асфальтобетонной смеси, что практически неосуществим от в производственных масштабах.
Проведенный анализ доступных источников показал, что в Таджикистане отсутствуют исследования, посвященные использованию госсиполовой смолы (ГС) и моноэтаноламина (МЭА) в составе холодных асфальтобетонных смесей на основе местных природных битумов, что определяет актуальность настоящего изобретения.
Настоящее изобретение направлено на создание холодного асфальтобетона с улучшенными физико-механическими свойствами за счет использования госсиполовой смолы (ГС) и моноэтаноламина (МЭА) в качестве добавок. Изобретение решает задачу повышения прочности, водостойкости и устойчивости к климатическим условиям Таджикистана холодных асфальтобетонных смесей, изготовленных на основе местных природных битумов.
Задача изобретения заключается в создании холодной асфальтобетонной смеси с повышенной прочностью, водостойкостью, трещиностойкостью, морозостойкостью, сдвигоустойчивостью и увеличенным сроком службы при использовании местных материалов Республики Таджикистан.
Поставленная задача решается тем, что холодная асфальтобетонная смесь, включает местный природный битум, госсиполовая смола (ГС), моноэтаноламин (МЭА) и минеральные заполнители (щебень, песок и минеральный порошок) при следующем соотношении компонентов, мас. %:
местный природный битум - 5-6
госсиполовая смола (ГС) - 1-3
моноэтаноламин (МЭА) - 0,2-0,5
минеральные заполнители - остальное
Способ приготовления смеси осуществляется следующим образом: госсиполовую смолу (ГС) добавляют в местный природный битум, нагретый до температуры 80–90 °C, и тщательно перемешивают в течение 30–40 минут. Затем в смесь битума с ГС вводят моноэтаноламин (МЭА) и продолжают перемешивание еще 10–15 минут. Полученную битумную композицию смешивают с минеральными заполнителями, предварительно высушенными и подогретыми до температуры 60-80 °C, в смесителе до получения однородной массы. Готовую холодную асфальтобетонную смесь укладывают при температуре окружающего воздуха не ниже +5 °C и уплотняют стандартными методами.
Госсиполовая смола (ГС) является отходом предприятий, по производству пищевого масла, она образуется при дистилляции жирных кислот хлопкового соапстока, содержит полифенольные соединения, способные формировать прочные пространственные структуры в битумной матрице. Смола улучшает адгезию битума к минеральным заполнителям и повышает теплостойкость. Примерный состав госиполовой смолы содержание элементов в %:- С-82,5; Н-9,7; О2-7,1; N-0,7.
Моноэтаноламин (МЭА) остаток очистки аммиака при производстве аммиака, имеет плотность 1,05-1,1 г/см3, смолоподобные вещество, получается, после отгонки моноэтаноламинового раствора его состав образуется: смолистый вещества-78%, моноэтаполамалина - 2 %, вода - 20 %.
Использование местных природных битумов снижает стоимость производства и зависимость от импортных материалов.
Госсиполовая смола (ГС) и моноэтаноламин (МЭА) улучшают физико-механические свойства холодного асфальтобетона, повышая его прочность, водостойкость и устойчивость к климатическим условиям Таджикистана. Холодная технология укладки позволяет снизить энергозатраты и уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу.
Пример 1. Холодная асфальтобетонная смесь согласно настоящему изобретению включает местный природный битум, госсиполовую смолу (ГС), моноэтаноламин (МЭА) и минеральные заполнители в соотношениях, указанных в таблице 1.
Составы холодной асфальтобетонной смеси с содержанием природного жидкого битума 6%, от масс.
Показатель образцов холодного асфальтобетона
В таблице 1 приведён состав холодного асфальтобетона при содержании битума до 6 % от массы смеси. Результаты испытаний по определению предела прочности при сжатии при 20 °C, до и после прогрева, для сухих и водонасыщенных образцов, а также после длительного водонасыщения и показатели морозостойкости приведены в таблице 2.
Как видно из таблицы 2, все представленные составы холодной асфальтобетонной смеси с содержанием битума до 6 % удовлетворяют требованиям ГОСТ 9128–2013. При этом состав с комплексным содержанием госсиполовой смолы и моноэтаноламина (пример 1) демонстрирует наилучшие показатели прочности, водонасыщения и морозостойкости.
Согласно данным таблиц 1 и 2, варьирование содержания госсиполовой смолы (ГС) в пределах 1–3 % и моноэтаноламина (МЭА) в пределах 0,2–0,5 % позволяет регулировать свойства холодной асфальтобетонной смеси в зависимости от конкретных требований к дорожному покрытию.
Пример 2. Состав холодной асфальтобетонной смеси с содержанием битума 5 % от массы смеси. Для таблиц 3 и 4 были разработаны составы холодной асфальтобетонной смеси при содержании битума до 5 % и проведены испытания по определению предела прочности при сжатии при 20 °C до и после прогрева для сухих и водонасыщенных образцов, а также после длительного водонасыщения и по показателю морозостойкости.
Результаты испытаний составов с содержанием битума до 5 % показывают, что все они удовлетворяют требованиям ГОСТ 9128–2013. При этом образцы состава по примеру 2 демонстрируют более высокие показатели прочности, водонасыщения и морозостойкости по сравнению с образцами состава по примеру 1.
Как видно из таблицы 4, варьирование содержания госсиполовой смолы (ГС) в пределах 1–3 % и моноэтаноламина (МЭА) в пределах 0,2–0,5 % позволяет регулировать свойства холодной асфальтобетонной смеси в зависимости от конкретных требований к дорожному покрытию.
Состав холодный асфальтобетон с содержания битума 5% от масс
Показатель образцов асфальтобетона с содержанием битума 5% от масс
Таким образом, использование госсиполовой смолы (ГС) в качестве добавки улучшает адгезионные свойства битума. Применение моноэтаноламина (МЭА) как эмульгатора способствует лучшему распределению битума в смеси и повышению стабильности холодного асфальтобетона. Использование местных природных битумов Таджикистана снижает зависимость от импортных материалов, что делает производство более экономичным.
