RU2035430C1 - Asphalt-concrete mixture - Google Patents

Abstract

FIELD: building of motor road pavements. SUBSTANCE: mixture contains, wt. -% : waste of sawn limestone-shellrock, fraction smaller than 5 mm, 60.0-65.0; fraction 5-15 mm, 27.9-29.85; second distillate of residual tar, 0.10-0.15; dried silicon gel - waste of sulfuric-acid processing of natural phosphorites in production of phosphoric acid and concentrated phosphate fertilizer, 1.5-3.5; bitumen, 5.5-6.5. Compression strength: 4.86-5.25 MPa at 20 C, 3.78-4.16 MPa at 56 C, water resistance coefficient, 0.90-0.97. EFFECT: improved characteristics. 7 tbl

Description

Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов и может быть использовано при устройстве покрытий автомобильных дорог II-IV категорий в IV-V климатических зонах. The invention relates to the field of road-building materials and can be used in the device of coatings of motor roads of II-IV categories in IV-V climatic zones.

При строительстве автомобильных дорог широко применяются асфальтобетонные смеси, приготовленные в соответствии с ГОСТ 9128-84. In the construction of roads, asphalt mixtures prepared in accordance with GOST 9128-84 are widely used.

Основной недостаток известных асфальтобетонных смесей невысокая тепло- и сдвигоустойчивость, что в большой степени оказывается на деформативных и прочностных свойствах дорожных покрытий, которыми в основном определяется работоспособность покрытия. The main disadvantage of the known asphalt mixes is the low heat and shear resistance, which to a large extent appears on the deformative and strength properties of pavements, which mainly determine the performance of the pavement.

Известна асфальтобетонная смесь, представляющая собой смесь минерального наполнителя, шлакового минерального порошка и битума [1]
Асфальтобетонные смеси, приготовленные с использованием указанных материалов, отличаются хорошим показателем коэффициента водостойкости К_{водост.} 0,97.Known asphalt mixture, which is a mixture of mineral filler, slag mineral powder and bitumen [1]
Asphalt mixtures prepared using these materials have a good indicator of the coefficient of water resistance K _drain. 0.97.

Недостаток этой смеси низкая теплоустойчивость. Предел прочности при сжатии при температуре 50^оС (К_сж 50^оС) составляет всего 1,45 МПа. По требованиям ГОСТ 9128-84 этот показатель должен быть не менее 1,60 МПа. Низкое значение К_сж 50^оС приводит к снижению показателей сдвигоустойчивости покрытия и не обеспечивает требуемую его работоспособность.The disadvantage of this mixture is low heat resistance. Compressive strength at ⁵⁰ ° C (50 ° ^C _{compression channels)} is just 1.45 MPa. According to the requirements of GOST 9128-84, this indicator should be at least 1.60 MPa. A low value of K _sr 50 ^about With leads to a decrease in the shear resistance of the coating and does not provide the required performance.

Наиболее близкой к предложенному изобретению по технической сущности является горячая мелкозернистая асфальтобетонная смесь [2] включающая битум и минеральную часть, составленную из известнякового материала при следующем соотношении компонентов, мас. Closest to the proposed invention in technical essence is a hot fine-grained asphalt mixture [2] including bitumen and a mineral part composed of limestone material in the following ratio of components, wt.

Известняк-ракушечник: Фракция 0-5 мм 60-65 Фракция 5-15 мм 27-32 Битум вязкий 7-8
Недостатки указанной смеси низкий коэффициент водостойкости и показатель прочности при 50^оС, повышенная способность к водонасыщению и старению и как следствие увеличенный расход органических вяжущих по сравнению с потребностью таких же вяжущих для битумоминеральных смесей, приготавливаемых со стандартными минеральными материалами.Limestone shell rock: Fraction 0-5 mm 60-65 Fraction 5-15 mm 27-32 Bitumen viscous 7-8
Disadvantages of said mixture low coefficient of water resistance and durability index ^at 50 ° C, increased capacity for water saturation and aging and therefore increased consumption of organic binders as compared with the need for binders such as bituminous mixes which are prepared with standard mineral materials.

Недостатки смесей из пористых материалов вытекают из того, что при взаимодействии органического вяжущего битума с поверхностью известняков-ракушечников, являющихся высокопористым материалом, происходит расслоение структуры битумов. Внутрь минеральных материалов по порам избирательно проникают молекулы масел и смол частично, а в поверхностном слое концентрируются молекулы и агрегаты асфальтенов. Образующийся на поверхности пористого минерального материала слой битумной пленки, состоящей в основном из асфальтенов, становится более жестким, а, следовательно, более хрупким, что ускоряет процесс старения асфальтобетонных покрытий. Поэтому в практике дорожного строительства при использовании пористых материалов, обработанных битумами, увеличивают количество органического вяжущего, что влечет за собой снижение показателя прочности при 50^оС.The disadvantages of mixtures of porous materials stem from the fact that the interaction of organic binder bitumen with the surface of limestone-shell rock, which is a highly porous material, leads to delamination of the structure of bitumen. Partially, molecules of oils and resins selectively penetrate pores inside mineral materials, and asphaltene molecules and aggregates are concentrated in the surface layer. The layer of a bitumen film formed on the surface of a porous mineral material, consisting mainly of asphaltenes, becomes more rigid and, therefore, more fragile, which accelerates the aging process of asphalt concrete pavements. Therefore, in practice road construction using porous materials treated with bitumen, increasing the amount of organic binder, which entails a decline of strength at 50 ° ^C.

Цель изобретения повышение водостойкости и показателя прочности при 50^оС асфальтобетонных смесей и снижение дефицитных органических вяжущих битумов.The purpose of the invention is the increase in water resistance and strength index at 50 ^about With asphalt mixtures and the reduction of scarce organic binders.

Поставленная цель достигается тем, что асфальтобетонная смесь, содержащая в качестве минерального материала отходы распиловки известняков-ракушечников и связующего битума, содержит дополнительно в качестве активатора минерального материала высушенный кремнегель отход сернокислой переработки природных фосфоритов, при получении фосфорной кислоты и концентрированных фосфатных удобрений и в качестве гидрофобизатора пористого материала основных пород вторичный отгон жирового гудрона (отхода масложирового производства), при следующем соотношении компонентов, мас. This goal is achieved by the fact that the asphalt mixture containing waste material from sawing up limestone-shell rock and binder bitumen additionally contains dried silica gel as an activator of the mineral material, waste from sulfate processing of natural phosphorites, in the production of phosphoric acid and concentrated phosphate fertilizers and as a hydrophobizing agent the porous material of the main rocks secondary distillation of the tar (waste oil and fat production), with the following m ratio of components, wt.

Отход распиловки известняка-ракушечника, Фракция 0-5 мм 60,0-65,0 Фракция 5-15 мм 27,9-29,85 Высушенный крем- негель отход сер- нокислой перера- ботки природных фосфоритов при по- лучении фосфорной кислоты и концентри- рованных фосфатных удобрений 1,5-3,5 Вторичный отгон жирового гудрона 0,10-0,15 Битум 5,5-6,5
Введение добавки кремнегеля (отход переработки фосфоритов) способствует образованию более плотной структуры асфальтобетона, с частично замкнутыми порами за счет новообразований, имеющих место в поверхностном слое пористого известняка-ракушечника при взаимодействии с кремнегелем. Образующиеся при этом нерастворимые фториды и алюмосиликаты кальция на поверхности известняка-ракушечника, увеличивая его прочность, будут способствовать повышению водостойкости асфальтобетонной смеси, снижению расслоения структуры битума и уменьшению проникновения масел и смол внутрь минерального материала. Поверхностная пленка битума становится более пластичной, замедляя процессы старения смеси.Limestone-limestone sawing waste, Fraction 0-5 mm 60.0-65.0 Fraction 5-15 mm 27.9-29.85 Dried silica gel waste sulfuric acid processing of natural phosphorites upon receipt of phosphoric acid and concentrated phosphate fertilizers 1.5-3.5 Secondary distillation of fat tar 0.10-0.15 Bitumen 5.5-6.5
The introduction of silica gel additive (a waste of phosphorite processing) promotes the formation of a denser structure of asphalt concrete, with partially closed pores due to neoplasms that occur in the surface layer of porous limestone-shell rock when interacting with silica gel. The resulting insoluble calcium fluorides and silicates on the surface of limestone-shell rock, increasing its strength, will increase the water resistance of the asphalt mixture, reduce the delamination of the structure of bitumen and reduce the penetration of oils and resins into the mineral material. The surface film of bitumen becomes more plastic, slowing down the aging process of the mixture.

Вторичный отгон жирового гудрона, являясь гидрофобизатором, замеряет старение битумного вяжущего, способствуя более медленному окислению масел и смол в асфальтобетоне, продлевая тем самым срок его службы. The secondary distillation of fat tar, being a water repellent agent, measures the aging of a bitumen binder, contributing to a slower oxidation of oils and resins in asphalt concrete, thereby prolonging its service life.

Использование кремнегеля (отход переработки фосфоритов) и вторичного отгона жирового гудрона позволяет сократить расход битумного вяжущего на 10-15% что способствует увеличению теплоустойчивости и сдвигоустойчивости смеси. The use of silica gel (a waste of the processing of phosphorites) and the secondary distillation of fat tar allows to reduce the consumption of bituminous binder by 10-15%, which helps to increase the heat resistance and shear stability of the mixture.

Отходы распиловки известняков-ракушечников образуются в карьерах при распиловке известняково-ракушечниковой породы на стеновые блоки. При этом образуется до 40% отходов. Limestone-limestone sawing waste is generated in quarries when sawing limestone-shell rock into wall blocks. In this case, up to 40% of waste is generated.

Химический состав и физико-механические показатели средних проб отходов распиловки известняков-ракушечников приведены в табл.1-3. The chemical composition and physicomechanical indices of average samples of sawing waste of limestone-shell rock are given in Tables 1-3.

Физико-механические показатели характеризуют отходы распиловки как пористые материалы с пределом прочности при сжатии кубика с ребром 5 см до 10 МПа. По зерновому составу фракция 0-5 мм на 50% состоит из частиц менее 0,315 мм, в том числе частиц менее 0,071 мм содержится до 30%
Кремнегель является отходом сернокислой переработки природных фосфоритов (апатитов) при получении фосфорной кислоты, фосфата аммония и других концентрированных фосфатных удобрений. В настоящей работе использовался кремнегель Невинномысского химического комбината "Азот".Physico-mechanical indicators characterize sawing waste as porous materials with a tensile strength in compression of a cube with an edge of 5 cm to 10 MPa. By grain composition, the 0-5 mm fraction is 50% composed of particles of less than 0.315 mm, including particles of less than 0.071 mm containing up to 30%
Silica gel is a waste of the sulfate processing of natural phosphorites (apatites) in the production of phosphoric acid, ammonium phosphate and other concentrated phosphate fertilizers. In this work, we used silica gel of the Nevinnomyssk Chemical Combine "Nitrogen".

Содержание воды в использованном кремнегеле составило 27% кремнефтористоводородной кислоты 0,7 08% удельная поверхность сухого материала 15000 см²/г (табл.4). Через сито 0,071 мм проходит 86,0% материала.The water content in the used silica gel was 27% hydrofluoric acid 0.7 08% specific surface area of the dry material 15000 cm ² / g (table 4). 86.0% of the material passes through a 0.071 mm sieve.

Химический состав средней пробы высушенного кремнегеля представлен в табл.5, а физико-механические свойства в табл.6. The chemical composition of the average sample of dried silica gel is presented in table 5, and the physical and mechanical properties in table 6.

Вторичный отгон жирового гудрона отход производства на масложирокомбинатах при дистилляции жировых кислот содержит жиры, глицирин, полимеры и т.п. Температура плавления (размягчения) около 60^оС, температура горения (воспламенения) 280-300^оС, число омыления 211 мг КОН/г, кислотное число 3,57 мг КОН/г, содержание жирных кислот 86,4% Нормативных документов на этот отход не имеется.The secondary distillation of fat tar waste products at oil and fat plants during the distillation of fatty acids contains fats, glycyrin, polymers, etc. Melting point (softening point) of about ⁶⁰ ° C, the combustion temperature (ignition) 280-300 ^{° C,} a saponification value of 211 mg KOH / g, an acid number of 3.57 mg KOH / g, the fatty acid content of 86.4% in the normative document no waste.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая асфальтобетонная смесь отличается введением новых компонентов, а именно кремнегеля отход переработки фосфоритов и вторичного отгона жировых гудронов. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the inventive asphalt mixture is distinguished by the introduction of new components, namely silica gel, the waste of the processing of phosphorites and the secondary distillation of fatty tar. Therefore, the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."

Анализ известных технических решений показал, что применение в составе асфальтобетонных смесей некоторых гидрофобизаторов и активаторов известны. Однако их применение в смесях в сочетании с пористыми известняками-ракушечниками не обеспечивает смесям такие свойства, которые они проявляют в заявленном решении, а именно, значительное увеличение коэффициента водостойкости и теплоустойчивости и как следствие повышение долговечности покрытия при меньшем расходе органического вяжущего. Таким образом, данный состав компонентов придает асфальтобетонной смеси новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия". Analysis of the known technical solutions showed that the use of some water-repellents and activators in the composition of asphalt mixtures is known. However, their use in mixtures in combination with porous shell limestones does not provide the mixtures with the properties that they exhibit in the claimed solution, namely, a significant increase in the coefficient of water resistance and heat resistance and, as a result, an increase in the durability of the coating at a lower consumption of organic binder. Thus, this composition of the components gives the asphalt concrete mixture new properties, which allows us to conclude that the proposed solution meets the criterion of "significant differences".

Для экспериментальной проверки заявляемого состава были подготовлены 5 вариантов составов смесей ингредиентов, из которых состав 3 является оптимальным (табл.7). For experimental verification of the claimed composition were prepared 5 options for the composition of mixtures of ingredients, of which composition 3 is optimal (table 7).

В качестве минерального материала использовали отходы распиловки известняка-ракушечника, в качестве вяжущего битум БНД 60/90, в качестве ПАВ гидрофобизатора вторичный отгон жирового гудрона и в качестве активатора высушенный кремнегель отход сернокислотной переработки природных фосфоритов при получении фосфорной кислоты и концентрированных фосфатных удобрений. Limestone-limestone sawing waste was used as a mineral material, BND 60/90 binder as a binding bitumen, secondary distillation of fat tar as a surfactant of a hydrophobizer, and dried silica gel as an activator of waste sulfuric acid processing of natural phosphorites in the production of phosphoric acid and concentrated phosphate fertilizers.

Смеси получали следующим образом. Сначала в мешалку принудительного действия подавали известняк-ракушечник фракции 5-15 мм, после чего вводился битум (предварительно приготовленный с добавками отхода вторичного жирового гудрона) в количестве 40-45% от общей его массы на замес. Смесь перемешивали в течение 20 с. Затем в мешалку подавали известняк-ракушечник фракции 0-5 мм, высушенный кремнегель и остальное количество битума с добавкой вторичного отгона жирового гудрона. Перемешивание смеси производилось в течение 45 с. Образцы из асфальтобетонной смеси формовали и испытывали по ГОСТ 12801-84. Результаты сравнительных испытаний сведены в табл.7. Mixtures were prepared as follows. First, limestone-shell rock of a fraction of 5-15 mm was fed into the compulsory mixer, after which bitumen (pre-prepared with additives from the waste of secondary fat tar) was introduced in an amount of 40-45% of its total weight per batch. The mixture was stirred for 20 s. Then limestone-shell rock of a fraction of 0-5 mm, dried silica gel and the remaining amount of bitumen with the addition of a secondary distillation of fat tar were fed into the mixer. The mixture was stirred for 45 s. Samples from the asphalt mixture were molded and tested according to GOST 12801-84. The results of comparative tests are summarized in table 7.

Из табл. 7 следует, что асфальтобетонная смесь предлагаемого состава обладает по сравнению с прототипом, значительно более высоким коэффициентом водостойкости К_{водост.} 0,90-0,95, более высокими значениями К_сж 50^оС 3,78-4,16 МПа, т.е. более высокой теплоустойчивостью.From the table. 7 it follows that the asphalt mixture of the proposed composition has, in comparison with the prototype, a significantly higher coefficient of water resistance K _drain. 0,90-0,95, higher values of the _{compression channel} 50 K ^C 3,78-4,16 MPa, i.e. higher heat resistance.

Использование предлагаемого изобретения позволит:
повысить качество асфальтобетонных покрытий за счет повышения коэффициента водостойкости и показателя сопротивления сжатию при повышенных температурах, что особенно важно для южных районов IV и V климатических зон;
расширить сырьвую базу минеральных материалов за счет использования отходов распиловки известняков-ракушечни- ков и других отходов производства;
способствовать охране окружающей среды от отходов производства.Using the invention will allow:
to improve the quality of asphalt concrete coatings by increasing the coefficient of water resistance and the index of resistance to compression at elevated temperatures, which is especially important for the southern regions IV and V of climatic zones;
to expand the raw material base of mineral materials through the use of sawing waste of limestone-shell rock and other industrial wastes;
contribute to the protection of the environment from industrial waste.

Claims (1)

АСФАЛЬТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ, включающая отходы распиловки известняков-ракушечников фракции менее 5 мм и фракции 5-15 мм, анионное поверхностно-активное вещество и битум, отличающаяся тем, что содержит в качестве анионного поверхностно-активного вещества вторичный отгон жирового гудрона и дополнительно высушенный кремнегель-отход сернокислотной переработки природных фосфоритов при получении фосфорной кислоты и концентрированных фосфатных удобрений при следующем соотношении компонентов, мас. ASPHALT CONCRETE MIXTURE, including sawing waste of limestone-shell rock fractions of less than 5 mm and fractions of 5-15 mm, anionic surfactant and bitumen, characterized in that it contains secondary distillation of fat tar and additionally dried silica gel waste as an anionic surfactant sulfuric acid processing of natural phosphorites upon receipt of phosphoric acid and concentrated phosphate fertilizers in the following ratio of components, wt. Отходы распиловки известняков-ракушечников:
Фракции менее 5 мм 60,0 65,0
Фракции 5-15 мм 27,9 29,85
Вторичный отгон жирового гудрона 0,10 0,15
Указанный высушенный кремнегель 1,5 3,5
Битум 5,5 6,5Limestone-limestone sawing waste:
Fractions less than 5 mm 60.0 65.0
Fractions 5-15 mm 27.9 29.85
Secondary distillation of fat tar 0.10 0.15
Specified dried silica gel 1.5 3.5
Bitumen 5.5 6.5

Images