Дорожное покрытие
Дорожное покрытие относится к строительству асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог, в частности к конструкции дорожного покрытия и может быть использована на ремонте и конструкции асфальтобетонных покрытий. Дорожное покрытие включает двухслойное асфальтобетонное покрытие. Нижний и верхний слои покрытия содержат в качестве щебня и отсева щебня хвосты сухой магнитной сепарации железосодержащих руд Курской магнитной аномалии Михайловского ГОКа с содержанием гематита 19-32%. Нижний слой покрытия содержит щебень указанного вида фракций 10-20 мм или 5-40 мм, песок и битум. Верхний слой покрытия содержит щебень указанного вида фракции 5-10 мм и/или 10-20 мм, минеральный порошок, битум и армирующую добавку. В качестве армирующей добавки взят резиновый термоэластопласт в количестве 0.3-0.5% (сверх 100% к минеральной части асфальтобетона верхнего слоя). Верхний слой выполнен толщиной равной 4-5 мм, а толщина нижнего слоя равна 6-8 мм. Использование в качестве минерального материала щебня из хвостов сухой магнитной сепарации повышает деформационную устойчивость верхнего слоя покрытия за счет повышения прочности сцепления верхнего слоя с нижним слоем покрытия. Наличие трехвалентного железа на поверхности гематита обеспечивает высокую адгезию битума к минеральному материалу. Введение резинового термоэластопласта снижает стоимость покрытия за счет выполнения функции армирующего компонента и одновременно полимерного модификатора битума. Выбор толщин верхнего и нижнего слоев покрытия обеспечивает максимальную сдвигоустойчивость верхнему слою, и необходимую прочность нижнему слою для сохранения монолитности дорожного покрытия. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Полезная модель относится к строительству асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог, в частности к конструкции дорожного покрытия и может быть использована при ремонте и реконструкции асфальтобетонных покрытий.
Известно дорожное покрытие, включающее двухслойное асфальтобетонное покрытие, нижний слой которого содержит битум, щебень, отсев дробления щебня и песок, а верхний слой выполнен из битума, щебня, отсева дробления щебня, минерального порошка, (см. свидетельство на полезную модель РФ №3607, МПК Е01C 3/00, опубликовано 1997 год).
Недостатком известного технического решения является невысокий показатель прочности асфальтобетона, характеризующий сдвигоустойчивость, из-за низкого показателя сцепляемости битума с поверхностью применяемого минерального материала.
Наиболее близким техническим решением, к заявляемому объекту, по совокупности признаков является дорожное покрытие, которое включает двухслойное асфальтобетонное покрытие, нижний слой которого выполнен из пористого асфальтобетона, содержащего битум, щебень, отсев дробления щебня и песок, а верхний из плотного асфальтобетона, содержащего битум, щебень, отсев дробления щебня, минеральный порошок, армирующую добавку (см. Методические рекомендации по устройству верхних слоев дорожных покрытий из щебеночно-мастичного асфальтобетона, М. Государственный дорожный НИИ ФГУП «СОЮЗДОРНИИ», 2002 г., стр.5-8) - принято за прототип.
Недостатком данного дорожного покрытия является низкая деформационная устойчивость верхнего слоя покрытия и его высокая стоимость.
Низкая деформационная устойчивость верхнего слоя покрытия обусловлена низкой сдвигоустойчивостью верхнего слоя относительно приграничного с ним нижележащего слоя под воздействием горизонтальных сдвигающих нагрузок тяжелого интенсивного движения, которая приводит к волнообразности дорожного покрытия.
Повышенная стоимость покрытия вызвана необходимостью использования в верхнем слое дорогостоящей армирующей (стабилизирующей) волокнистой добавки (Viatop, Topcel и др.), требующих предварительного модифицирования битума.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышение деформационной устойчивости верхнего слоя покрытия и снижение стоимости дорожного покрытия.
Заявляемый технический результат достигается тем, что в известном дорожном покрытии, включающем асфальтобетонное покрытие, нижний слой которого содержит битум, щебень, отсев дробления щебня и песок, а верхний слой содержит из битум, щебень, отсев дробления щебня, минеральный порошок и армирующую добавку, - в качестве щебня и отсева дробления щебня нижний и верхний слои покрытия содержат щебень и отсев дробления щебня из хвостов сухой магнитной сепарации железосодержащих руд Курской магнитной аномалии Михайловского ГОКа с содержанием гематита 19-32%, а в качестве армирующей добавки верхний слой содержит резиновый термоэластопласт в количестве 0,3-0,5% (сверх 100% к минеральной части асфальтобетона верхнего слоя), при этом верхний слой выполнен толщиной равной 4-5 мм, а толщина нижнего слоя равна 6-8 мм. Кроме того, дорожное покрытие в верхнем слое содержит щебень указанного вида фракции 5-10 мм и/или 10-20 мм, а нижний слой
дорожного покрытия содержит щебень указанного вида фракции 10-20 мм или 5-40 мм.
Применение в качестве минерального материала щебня из хвостов сухой магнитной сепарации с содержанием гематита 19-32% позволит повысить деформационную устойчивость верхнего слоя покрытия за счет повышения прочности сцепления верхнего слоя с нижним слоем покрытия вследствие высокой адгезии битума к минеральному материалу покрытия. Это обусловлено присутствием трехвалентного железа на поверхности гематита, что активизирует протекание хемосорбционных процессов при контакте с битумом и приводит к образованию прочной битумной пленки на его поверхности.
Использование в асфальтобетоне верхнего слоя покрытия в качестве армирующей (стабилизирующей) добавки резинового термоэластопласта (РТЭП) позволяет снизить стоимость покрытия за счет исключения использования дорогостоящих импортных волокнистых добавок и введения модификаторов битума. Это вызвано тем, что РТЭП является одновременно армирующим (стабилизирующим) компонентом и полимерным модификатором битума.
Выбор оптимальной толщины верхнего слоя покрытия и толщины нижнего слоя позволяет получить высоту верхнего слоя, имеющего максимальную сдвигоустойчивость горизонтальным силам, возникающим при изменении скорости движения транспорта и одновременно позволяет получить оптимальную высоту нижнего слоя при сохранении необходимой прочности и монолитности дорожного покрытия.
Дорожное покрытие выполнено на основании и включает двухслойное асфальтобетонное покрытие.
Верхний слой покрытия выполнен из плотного асфальтобетона, включающего битум, отсев дробления щебня, минеральный порошок и армирующую добавку.
Нижний слой покрытия выполнен из пористого или высокопористого асфальтобетона, включающего битум, отсев дробления щебня и песок.
В качестве щебня и отсева дробления щебня нижний и верхний слои покрытия содержат щебень из хвостов сухой магнитной сепарации железосодержащих руд Курской магнитной аномалии Михайловского ГОКа с содержанием гематита 19-32%, непригодных для дальнейшего применения в металлургической промышленности, имеющий следующий химический состав, %:
Fe общ. - 22,0-28; Fe mqt 4-5; FeO 4-5;
Fе2O 3 19-32; AL2O3 0,1-1,0;
MqO 0,1-1,5; CaO 1,0-2,1; S 0,06-0,08;
P 0,045-0,06; P2O5 0,121-0,129; С 0,55-0,65, mm 2,69;
К2 O 0,51-0,53; Na2O 0,41-0,44; MnO 0,031-0,033; SiO2 - остальное до 100%
Щебень и отсевы дробления щебня из хвостов сухой магнитной сепарации имеют следующие показатели качества:
- марка по пределу прочности на сжатие - 1200
- марка по истираемости - И1
- насыпная плотность - 1,75 кг/дм3
- значение удельной эффективной активности естественных радионуклидов - до 370 Бк/кг
- содержание зерен пластинчатой игловатой формы - не более 35%
- содержание пылевидных и глинитных частиц - не более 1%.
В верхнем слое асфальтобетонное покрытие содержит щебень указанного вида фракций 5-10 мм и/или 10-20 мм.
В нижнем слое покрытие содержит щебень указанного вида фракций 10-20 мм или 5-40 мм.
Использование щебня и отсева дробления щебня из хвостов сухой магнитной сепарации железосодержащих руд с содержанием гематита
19-32% в верхнем и нижнем слоях покрытия обеспечивает прочность сцепления слоев и соответственно, повышает деформационную устойчивость верхнего слоя покрытия воздействию горизонтальным сдвигающим нагрузкам тяжелого интенсивного движения транспорта. Это происходит за счет увеличения адгезионно-каогезионного взаимодействия на границе щебень-битум (битумная эмульсия - при подгрунтовке нижнего слоя), что связано с присутствием трехвалентного железа на поверхности гематита и протеканием хемосорбционных процессов при контакте его с битумом или битумной эмульсией.
В дорожном покрытии верхний слой выполнен толщиной равной 4-5 мм, нижний слой толщиной 6-8 мм. Минимальная толщина верхнего слоя составляет 4 мм, а толщина нижнего - 6 мм. Максимальная толщина верхнего слоя 5 мм, нижнего 8 мм. Указанные величины толщин слоев обеспечивают оптимальную высоту верхнего слоя и оптимальную высоту нижнего слоя покрытия. Это создает максимальную сдвигоустойчивость горизонтальным силам, возникающим при изменении скорости движения транспорта и создает одновременно прочность нижнего слоя с сохранением монолитности дорожного покрытия.
Уменьшение толщины верхнего слоя меньше 4 м снижает прочность покрытия, а увеличение толщины слоя больше 5 мм - происходит снижение сдвигоустойчивости горизонтальным силам. Увеличение толщины нижнего слоя покрытия больше 8 мм нецелесообразно из-за перерасхода асфальтобетона, а уменьшение толщины слоя меньше 6 мм - снижает прочность слоя, вследствие чего нарушается монолитность покрытия.
В качестве армирующей добавки верхний слой покрытия содержит резиновый термоэластопласт в количестве 0,3-0,5% (сверх 100% к минеральной части асфальтобетонного верхнего слоя).
Резиновый термоэластопласт (РТЭП) представляет собой гранулы черного цвета с характерным запахом резины и геометрическими размерами
4-4 мм. ИК - спектр гранул имеет вид, характерный для резины, наполненный карбонатом кальция и серой. РТЭП соответствует требованиям ТУ 38-105590-85 и может быть идентифицирован как резиновая крошка из вулканических отходов, наполненная карбонатом кальция и серы.
Имеется гигиеническое заключение 61.РЦ.3.570.П.947.6.00 от 27.06.2000 г. на допущение резинового термоэластопласта к производству, поставке, реализации, использованию на территории Российской Федерации.
Резиновый термоэластопласт (РТЭП) при введении в нагретый битум при температуре 140-160°С расплавляется (до 80% от своей массы) и распределяется в битуме, образуя полимерно-битумное вяжущее. Нерасплавленные каучуковые частицы резиновой крошки, находясь во взвешенном состоянии в образующем полимерно-битумном вяжущем, формируют с ним упрочено-сетчатую структуру. Более крупные нерасплавленные фрагменты гранул РТЭП при объединении с полимерно-битумным вяжущим с минеральными материалами дисперсно армируют систему и образуют высокопрочный асфальтобетон. Таким образом, РТЭП можно использовать как армирующую добавку и одновременно как полимерный модификатор битума.
Для получения предлагаемого дорожного покрытия были использованы следующие составы асфальтобетонной смеси:
Для нижнего слоя покрытия в качестве щебня и отсевов дробления щебня и отсевов дробления щебня использовались хвосты сухой магнитной сепарации руд с содержанием гематита 19-32% фракций 10-20 мм или 5-40 мм при следующем содержании компонентов, масс %.
| Битум БНД 90/130 | 4,2-6,0 |
(сверх 100%)
| Щебень указанного вида фракций | 45-55 |
| Отсев дробления указанного вида щебня | 15-30 |
| Песок | остальное |
Для верхнего слоя покрытия в качестве щебня и отсевов дробления щебня так же использовались хвосты сухой магнитной сепарации руд с содержанием гематита 19-32% фракций 5-10 мм и/или 10-20 мм, при следующем содержании компонентов, масс %
Битум БНД 90/130
| (сверх 100%) | 5,8-7,5 |
| Щебень указанного вида | 60-80 |
| Отсев дробления щебня указанного вида | 8-32 |
| Минеральный порошок | 12-8 |
| Резиновый термоэластопласт (РТЭП) | 0,3-0,5 |
Пример: Для устройства нижнего дорожного покрытия был использован следующий состав асфальтобетонной смеси при следующем соотношении компонентов, масс %
Битум БНД 90/130
| (сверх 100%) | 6,5 |
Щебень из хвостов сухой магнитной
| сепарации руд с содержанием гематита - | 40 |
гематита 19-32%
фракции 10-20 мм
| Отсев дробления щебня указанного вида - | 40 |
| Песок природный карьер «Зорине» - | 20 |
Результаты физико-механических показателей асфальтобетонной смеси сведены в таблицу 1.
При устройстве верхнего слоя дорожного покрытия был использован следующий состав асфальтобетонной смеси, при следующем соотношении компонентов, масс %
Битум БНД 90/130
| (сверх 100%) | 6,0 |
Щебень из хвостов сухой магнитной
сепарации руд с содержанием
| гематита 19-32% | - 68 |
фракции 5-10 мм
| Отсев дробления щебня указанного вида | - 22 |
фракции 0-5 мм
Минеральный порошок ООО «ДСЗ»
| пос.Товарково Калужской области | - 10 |
Резиновый термоэластопласт
| (сверх 100% к минеральной части) | - 0,3 |
Результаты физико-механических показателей асфальтобетонной смеси сведены в таблицу 2.
Использование такого минерального материала с содержанием гематита 19-32% позволяет повысить деформационную устойчивость верхнего слоя покрытия за счет повышения прочности сцепления верхнего слоя с нижним слоем покрытия вследствие высокой адгезии битума к минеральному материалу покрытия. Выполнение верхнего и нижнего слоев покрытия необходимой толщины позволяет дополнительно повысить сдвигоустойчивость покрытия воздействию горизонтальных сил, возникающих при изменении скорости движения транспорта, а также обеспечить необходимую прочность и монолитность дорожного покрытия. Кроме того, применение резинового термоэластопласта в качестве армирующей добавки позволит так же повысить прочность покрытия и одновременно снизить стоимость покрытия за счет одновременной модификации битумного вяжущего и армирования покрытия.
| Таблица 1Физико-механические показатели асфальтобетонной смеси | |||
| № | Наименование показателей | Требования ГОСТ 9128-97 | Фактические показатели |
| 1 | Средняя плотность, г/см3 | - | 2,62 |
| 2 | Пористость минерального остова, % по объему | не более 19 | 17,0 |
| 3 | Остаточная пористость, % по объему | Св. 2,5 до 5.0 | 3,0 |
| 4 | Водонасыщение % по объему | 1,5 до 4,0 | 1,58 |
| 5 | Прочность при сжатии, МПа, при 50°С | Не менее 0.9 | 1,1 |
| 6 | Прочность при сжатии, МПа, при 20°С | Не менее 2,0 | 3,5 |
| 7 | Прочность при сжатии, МПа при 0°С | Не более 12.0 | 6,1 |
| 8 | Водостойкость | Не менее 0.75 | 0,91 |
| 9 | Водостойкость при длительном водонасыщении | Не менее 0.65 | 0,89 |
| 10 | Сцепление битума с мин. частью а/бетонной смеси | Выдерживает | Выдерживает |
| Таблица 2Физико-механические показатели асфальтобетонной смеси | |||
| № | Наименование показателей | Требования ГОСТ 31015-2002 | Физические показатели |
| 1 | Средняя плотность, г/см3 | - | 2,66 |
| 2 | Пористость минерального остова, % по объему | От 15-19 | 17,2 |
| 3 | Остаточная пористость, % по объему | От 1,5-4,5 | 2,2 |
| 4 | Водонасыщение % по объему | От 1,5-4,0 | 2,3 |
| 5 | Прочность при сжатии, МПа при 20°С, не менее | 2,2 | 4,0 |
| 6 | Прочность при сжатии, МПА, при 50°С, не менее | 0,65 | 1,3 |
| 7 | Показатель отекания вяжущего, % по массе | От 0.07 до 0,15 | 0,14 |
| 8 | Сдвигоустойчивость: | ||
| Коэффициент внутреннего трения, не менее | 0,93 | 0,97 | |
| Сцепление при сдвиге при температуре 50°С, МПа, не менее | 0,18 | 0,71 | |
| 9 | Трещиностойкость: предел прочности на растяжение при расколе, при температуре 0°С, МПа, | ||
| Не менее | 2,5 | ||
| Не более | 6,0 | 3,9 | |
| 10 | Водостойкость при длительном | 0,85 | 0,90 |
| водонасыщении, не менее | |||
| 11 | Сцепление битума с минеральной частью а/бетонной смеси | выдерживает | выдерживает |
1. Дорожное покрытие, включающее двухслойное асфальтобетонное покрытие, нижний слой которого содержит битум, щебень, отсев дробления щебня и песок, а верхний слой содержит битум, щебень, отсев дробления щебня, минеральный порошок и армирующую добавку, отличающееся тем, что, в качестве щебня и отсева дробления щебня нижний и верхний слои покрытия содержат щебень и отсев дробления щебня из хвостов сухой магнитной сепарации железосодержащих руд Курской магнитной аномалии Михайловского ГОКа с содержанием гематита 19-32%, а в качестве армирующей добавки верхний слой содержит резиновый термоэластопласт в количестве 0,3-0,5% (сверх 100% к минеральной части асфальтобетона верхнего слоя), при этом верхний слой выполнен толщиной равной 4-5 см, а толщина нижнего слоя равна 6-8 см.
2. Дорожное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в верхнем слое асфальтобетонного покрытия оно содержит щебень указанного вида фракции 5-10 мм и/или 10-20 мм.
3. Дорожное покрытие по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в нижнем слое асфальтобетонного покрытия оно содержит щебень указанного вида фракции 10-20 мм или 5-40 мм.
