RU2102355C1

RU2102355C1 - Hot sand asphalt with activated quartz filler

Info

Publication number: RU2102355C1
Application number: RU96115665A
Authority: RU
Inventors: С.Ф. Коренькова; Г.В. Макридов
Original assignee: Самарская государственная архитектурно-строительная академия
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 1998-01-20

Abstract

FIELD: highway engineering. SUBSTANCE: invention relates to laying upper layers of pavement and aims at increased water resistance and durability of asphaltic concrete and lowering temperature of preparation and cost of sand asphalt. To that aim, quartz sand is treated with carbonate slime (moisture 50-60%) followed by drying at 160-180 C. Hot sand asphalt preparation with this filler requires following component contents, wt.-%: quartz sand, 70; carbonate filler, 30; bitumen, 9 (based on mineral mixture weight); and carbonate slime, 5-10 (on sand weight). EFFECT: improved quality and increased service life of pavement. 2 tbl

Description

Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к составам горячих песчанистых асфальтобетонов, используемых для устройства верхних слоев дорожных и тротуарных покрытий. The invention relates to road construction, and in particular to compositions of hot sandy asphalt concrete used for the device of the upper layers of road and pavement.

Известны и получили широкое распространение песчанистые асфальтобетоны, имеющие в своем составе в качестве заполнителя кварцевый песок, в качестве наполнителя карбонатный порошок, а в качестве вяжущего нефтяной дорожный битум. Sandy asphalt concretes are known and widely used, having quartz sand as a filler, carbonate powder as a filler, and road bitumen as a cement binder.

Однако известные песчанистые асфальтобетоны имеют недостатки: невысокую прочность и долговечность в покрытии вследствие слабой адгезии битума к кварцевому песку (составляющему до 75% от массы минеральной части), а также повышенный расход вяжущего по сравнению с другими видами асфальтобетона [1, 2]
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является песчанистый асфальтобетон, содержащий в качестве заполнителя кварцевый песок, активированный гашеной известью. Активация песка известью повышает адгезию битума к нему, облегчает перемешивание песка с битумом, хотя несколько увеличивает битумоемкость [3]
Однако эти асфальтобетоны имеют недостатки, которые связаны со свойствами извести, применяемой для активации. Известь имеет высокую растворимость в воде (1.65 г/л), поэтому она может вымываться с поверхности покрытия из асфальтобетона, и, хотя это длительный процесс, вызвать снижение прочности. Кроме того, гидроксид кальция, из которого состоит гашеная известь, может вступать в реакцию с кислотами и щелочами, содержащимися в сточных водах, что вызывает коррозию и также ведет к снижению долговечности и разрушению покрытия.However, the well-known sandy asphalt concrete has disadvantages: low strength and durability in the coating due to poor adhesion of bitumen to quartz sand (up to 75% of the mass of the mineral part), as well as increased consumption of binder compared to other types of asphalt concrete [1, 2]
The closest in technical essence and the achieved result is sandy asphalt concrete containing quartz sand activated by slaked lime as a filler. Sand activation with lime increases the adhesion of bitumen to it, facilitates the mixing of sand with bitumen, although it slightly increases the bitumen intensity [3]
However, these asphalt concrete products have disadvantages that are associated with the properties of lime used for activation. Lime has a high solubility in water (1.65 g / l), so it can be washed off the surface of the asphalt concrete pavement and, although this is a lengthy process, cause a decrease in strength. In addition, the calcium hydroxide that makes up slaked lime can react with acids and alkalis in wastewater, which causes corrosion and also leads to reduced durability and destruction of the coating.

Целью изобретения является повышение долговечности асфальтобетона, за счет формирования более плотной структуры, и повышения эксплуатационных качеств (прочности, водостойкости и теплоустойчивости). The aim of the invention is to increase the durability of asphalt concrete, due to the formation of a denser structure, and improve performance (strength, water resistance and heat resistance).

Поставленная цель достигается тем, что в качестве заполнителя используется кварцевый песок, активированный карбонатным шламом водоумягчения ТЭС. This goal is achieved by the fact that quartz sand activated by carbonate sludge of water softening of thermal power plants is used as a filler.

Отход имеет следующий химический состав, мас. The waste has the following chemical composition, wt.

CaO+MgO (в пересчете на CaCO₃ и MgCO₃) 87 91
Fe₂O₃ 4 5
Al₂O₃ 2 3
SiO₂ 2 5
Отличительной особенностью карбонатного шлама, образовавшегося выпадением в осадок карбоната кальция при известковании воды:
Ca(OH)₂+Ca(HCO₃)₂=2CaCO₃+2H₂O является его высокая дисперсность на молекулярном и ионном уровне (проход через сито 0,071 мм составляет 100%).CaO + MgO (in terms of CaCO ₃ and MgCO ₃ ) 87 91
Fe ₂ O ₃ 4 5
Al ₂ O ₃ 2 3
SiO ₂ 2 5
A distinctive feature of carbonate sludge formed by the precipitation of calcium carbonate during the liming of water:
Ca (OH) ₂ + Ca (HCO ₃ ) ₂ = ₂ CaCO ₃ + 2H ₂ O is its high dispersion at the molecular and ionic levels (passage through a 0.071 mm sieve is 100%).

Высокодисперсный карбонатный шлам, заряженный положительно (+4,4 мВ), адсорбируясь на поверхности зерен кварца, заряженных отрицательно (-5,5 мВ), улучшает адгезию битума к нему за счет образования прочных хемосорбционных связей, улучшает условия смачивания и перемешивания в результате снижения поверхностного натяжения на границе раздела фаз. Карбонат кальция, из которого, в основном, состоит карбонатный шлам, малоактивен и плохо растворим в воде, что придает новому материалу повышенную долговечность. Highly dispersed carbonate sludge, positively charged (+4.4 mV), adsorbed on the surface of negatively charged quartz grains (-5.5 mV), improves the adhesion of bitumen to it due to the formation of strong chemisorption bonds, improves the wetting and mixing conditions as a result of reduction surface tension at the phase boundary. Calcium carbonate, which mainly consists of carbonate sludge, is inactive and poorly soluble in water, which gives the new material increased durability.

Активированный заполнитель приготовляется смешиванием кварцевого песка с карбонатным шламом, имеющим влажность 50-60% и последующей сушкой при температуре 160 180^oC до остаточной влажности не более 0,5%
Песчанистый асфальтобетон готовится по следующей технологии. Активированный заполнитель, имеющий температуру 160 170^o, смешивается с минеральным наполнителем в смесительной установке принудительного действия в течение 15 с. Затем добавляется битум, разогретый до температуры 140 - 160^o, и смесь вторично перемешивается 45 с. Готовую смесь укладывают в покрытие и уплотняют по обычной технологии.Activated aggregate is prepared by mixing quartz sand with carbonate sludge having a moisture content of 50-60% and subsequent drying at a temperature of 160 180 ^o C to a residual moisture content of not more than 0.5%
Sandy asphalt is prepared using the following technology. The activated aggregate having a temperature of 160,170 ^° is mixed with the mineral filler in a forced-action mixing plant for 15 seconds. Then added bitumen, heated to a temperature of 140 - 160 ^o , and the mixture is re-mixed for 45 seconds. The finished mixture is laid in a coating and compacted by conventional technology.

Приведенные выше составы (табл. 1) испытывали по методикам ГОСТ 12801-84 "Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Методы испытаний". Физико-механические свойства песчанистого асфальтобетона оценивались по следующим показателям:
предел прочности на сжатие при 20^oC;
предел прочности на сжатие при 50^oC;
предел прочности на сжатие при 0^oC;
предел прочности водонасыщенных образцов;
водонасыщение;
набухание;
коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении.The above compositions (Table 1) were tested according to the methods of GOST 12801-84 "Mixtures of asphalt road, airfield and asphalt concrete. Test methods". Physico-mechanical properties of sandy asphalt concrete were evaluated by the following indicators:
ultimate compressive strength at 20 ^o C;
ultimate compressive strength at 50 ^o C;
ultimate compressive strength at 0 ^o C;
tensile strength of water-saturated samples;
water saturation;
swelling;
water resistance coefficient during prolonged water saturation.

Результаты испытаний приведены в табл. 2. The test results are given in table. 2.

Составы 2 и 3 отличаются от прототипа (состав 1) улучшенными свойствами за счет отсутствия растворимых соединений, высокой адгезии битума к заполнителю и формирования более плотной структуры асфальтобетона. Замена карбонатного шлама известью (состав 1) не обеспечивает надежной адгезии битума к поверхности песка и формирования плотной структуры асфальтобетона и характеризуется повышением водонасыщением, набуханием и размягчением образцов. Увеличение количества шлама свыше оптимального (состав 4) приводит к появлению свободного карбонатного микронаполнителя, который не адсорбируется на поверхности зерен песка, а способствует их раздвижке. Compositions 2 and 3 differ from the prototype (composition 1) in improved properties due to the absence of soluble compounds, high adhesion of bitumen to aggregate and the formation of a more dense structure of asphalt concrete. Replacing carbonate sludge with lime (composition 1) does not provide reliable adhesion of bitumen to the sand surface and the formation of a dense structure of asphalt concrete and is characterized by increased water saturation, swelling and softening of the samples. An increase in the amount of sludge above the optimum (composition 4) leads to the appearance of a free carbonate microfiller, which is not adsorbed on the surface of sand grains, but contributes to their expansion.

Оптимальный результат, отвечающий поставленной цели, получен на составах 2 и 3. Из анализа результатов следует:
прочность на сжатие при 20^oC увеличилась в 1,13 и 1,23 раза соответственно 2 и 3 составов по сравнению с составом 1;
прочность на сжатие при 50^oC увеличилась в 1,13 и 1,5 раза;
прочность на сжатие при 0^oC увеличилась в 1,43 и 1,71 раза;
прочность на сжатие водонасыщенных образцов увеличилась в 1,15 и 1,31 раза;
коэффициент водостойкости вырос в 1,01 и 1,1 раза;
водонасыщение снизилось в 1,98 и 2,64 раза;
набухание уменьшилось в 1,82 и 2,31 раза соответственно.The optimal result that meets the goal is obtained on the compositions 2 and 3. From the analysis of the results it follows
the compressive strength at 20 ^o C increased by 1.13 and 1.23 times, respectively, 2 and 3 compositions compared with composition 1;
compressive strength at 50 ^o C increased 1.13 and 1.5 times;
compressive strength at 0 ^o C increased by 1.43 and 1.71 times;
the compressive strength of water-saturated samples increased 1.15 and 1.31 times;
water resistance coefficient increased by 1.01 and 1.1 times;
water saturation decreased 1.98 and 2.64 times;
the swelling decreased 1.82 and 2.31 times, respectively.

Таким оразом, проведенный поиск по научно-техническим и патентным источникам информации и выбранный из перечня аналогов прототип позволили выявить отличительные признаки в заявляемом техническом решении, следовательно, заявляемый горячий песчанистый асфальтобетон на активированном кварцевом заполнителе удовлетворяет критерию изобретения "новизна". Thus, a search by scientific, technical and patent sources of information and a prototype selected from the list of analogues made it possible to identify distinctive features in the claimed technical solution, therefore, the claimed hot sandy asphalt concrete with activated quartz aggregate meets the criteria of the invention of "novelty."

В обнаруженной информации отсутствуют сведения об указанном техническом результате и из нее не выявляется влияние отличительных признаков на достижение технического результата, следовательно, данное техническое решение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень". The information found does not contain information about the indicated technical result and the influence of distinctive features on the achievement of the technical result is not revealed from it, therefore, this technical solution meets the criterion of "inventive step".

Критерий изобретения "промышленная применимость" подтверждается тем, что использование данного асфальтобетона позволяет значительно повысить долговечность покрытия, снизить расход вяжущего, оптимизировать условия приготовления асфальтобетонной смеси. The criterion of the invention "industrial applicability" is confirmed by the fact that the use of this asphalt concrete can significantly increase the durability of the coating, reduce the consumption of binder, optimize the conditions for the preparation of asphalt concrete mixture.

Claims

Hot sandy asphalt concrete with activated quartz aggregate, characterized in that it contains carbonate sludge from TPP water softening in the amount of 5-10% by weight of sand as an activator of quartz sand.