[go: up one dir, main page]

RU2713035C1 - Fiber-containing composite mixture for pavements - Google Patents

Fiber-containing composite mixture for pavements Download PDF

Info

Publication number
RU2713035C1
RU2713035C1 RU2018142556A RU2018142556A RU2713035C1 RU 2713035 C1 RU2713035 C1 RU 2713035C1 RU 2018142556 A RU2018142556 A RU 2018142556A RU 2018142556 A RU2018142556 A RU 2018142556A RU 2713035 C1 RU2713035 C1 RU 2713035C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fiber
bnd
bitumen
mixture
basalt
Prior art date
Application number
RU2018142556A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Юрьевич Андронов
Original Assignee
Поволжский учебно-исследовательский центр "Волгодортранс" федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А."
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Поволжский учебно-исследовательский центр "Волгодортранс" федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." filed Critical Поволжский учебно-исследовательский центр "Волгодортранс" федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А."
Priority to RU2018142556A priority Critical patent/RU2713035C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2713035C1 publication Critical patent/RU2713035C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/38Fibrous materials; Whiskers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B16/00Use of organic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of organic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B16/04Macromolecular compounds
    • C04B16/06Macromolecular compounds fibrous
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B26/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing only organic binders, e.g. polymer or resin concrete
    • C04B26/02Macromolecular compounds
    • C04B26/26Bituminous materials, e.g. tar, pitch

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Road Paving Structures (AREA)

Abstract

FIELD: construction.
SUBSTANCE: fiber-containing composite mixture for pavements, characterized by that it contains the following components at their ratio, %: crushed stone 20–60; mineral powder 4–12; water 3–12; organic binder 4–12; reinforcing material consisting of basalt fiber with density of 54–240 tex with cutting length of 12–18 mm and polyacrylonitrile fiber with density of 0.17–0.77 tex with cutting length of 6–18 mm 0.07–0.6; sand – balance, wherein the organic binder is a composite of two types of petroleum bitumens, in % of the total amount of the binder in the mixture: one of the viscous bitumen grades: BND 200/300, BND 130/200, BND 90/130, BND 60/90, BND 40/60 85–95, together with one of grades of liquid slowly bituminous bitumen: MG 40/70, MG 70/130 5–15, and basalt fiber and polyacrylonitrile fiber in following ratio of components of total amount of introduced reinforcing material in mixture, %: polyacrylonitrile fiber 60–95; basalt fiber 5–40.
EFFECT: fiber-containing composite mixture for pavements is proposed.
1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к сфере дорожно-строительных материалов и может быть использовано в дорожно-строительной отрасли для создания современных асфальтобетонных покрытий.  The invention relates to the field of road-building materials and can be used in the road-building industry to create modern asphalt pavements.

Асфальтобетонные смеси в зависимости от вязкости используемого битума и температуры при укладке покрытия на дороге подразделяют на горячие и холодные. Интерес для заявляемого решения представляют холодные смеси, приготавливаемые с использованием нефтяных дорожных битумов и воды, укладываемые с температурой не ниже +5°С, так как они значительно дешевле остальных смесей и применяются в широком диапазоне климатических и географических широт практически круглый год, за исключением 2-3 неблагоприятных сезонных месяцев в зависимости от региона применения. Холодные смеси обладают тем преимуществом, что они не требуют специального подогрева при укладке асфальта, чем снижают энергозатраты в дорожном строительстве. Их можно хранить на складах длительный период и перевозить на большие расстояния без риска потери качества или изменения потребительских свойств. Asphalt mixtures, depending on the viscosity of the bitumen used and the temperature when laying the pavement on the road, are divided into hot and cold. Of interest for the proposed solution are cold mixtures prepared using oil road bitumen and water, laid at a temperature not lower than + 5 ° C, since they are much cheaper than other mixtures and are used in a wide range of climatic and geographical latitudes almost all year round, with the exception of 2 -3 adverse seasonal months depending on the region of use. Cold mixtures have the advantage that they do not require special heating when laying asphalt, which reduces energy consumption in road construction. They can be stored in warehouses for a long period and transported over long distances without the risk of loss of quality or changes in consumer properties.

Важными составляющими частями любой асфальтобетонной смеси являются: состав группы наполнителей, которая содержит, как правило – щебень, песок, минеральный порошок (патенты на изобретения RU № 2240333, RU №2232841, RU № 2447035, RU № 2535325, RU № 2310621, CN № 1908069, RU № 2262491, авторское свидетельство SU № 1778100) и состав группы вяжущего. Important constituent parts of any asphalt mix are: the composition of the group of fillers, which usually contains crushed stone, sand, mineral powder (invention patents RU No. 2240333, RU No. 2232841, RU No. 2447035, RU No. 2535325, RU No. 2310621, CN No. 1908069, RU No. 2262491, copyright certificate SU No. 1778100) and the composition of the binder group.

Среди групп вяжущих в составах материалов для изготовления асфальтобетонных покрытий известны вяжущие, представленные одним видом битума, например, вяжущее из выше названного патента (RU №2232841) и другие.Among the groups of binders in the compositions of materials for the manufacture of asphalt concrete coatings are known binders, represented by one type of bitumen, for example, a binder from the above-mentioned patent (RU No. 2232841) and others.

Среди групп вяжущих в составах материалов для изготовления асфальтобетонных покрытий интерес представляют составные вяжущие, в которые входят жидкие или вязкие битумы с различными модифицирующими добавками: Among the groups of binders in the compositions of materials for the manufacture of asphalt concrete coatings, composite binders are of interest, which include liquid or viscous bitumen with various modifying additives:

патент RU № 2535325 - с нефтяным шламом;RU patent No. 2535325 - with oil sludge;

патент RU № 2601327 - c петролатумом;RU patent No. 2601327 - with petrolatum;

патент SU № 729158 - с эмульгатором в виде смеси натриевых солей и едким натрием;SU patent No. 729158 - with an emulsifier in the form of a mixture of sodium salts and sodium hydroxide;

патент RU № 2183600 - c катионным реагентом "БИЭМ", соляной кислотой, хлоридом кальция, резиновым термоэластопластом РТЭП, фузой (фосфатидным концентратом);RU patent No. 2183600 - with cationic reagent "BIEM", hydrochloric acid, calcium chloride, RTEP rubber thermoplastic elastomer, fuse (phosphatide concentrate);

патент RU № 2240333 - с катионным эмульгатором аминного типа, полимерной адгезионной добавкой, соляной кислотой;RU patent No. 2240333 - with amine type cationic emulsifier, polymer adhesive additive, hydrochloric acid;

патент RU № 2243949 - с катионным эмульгатором “БИЭМ”, поверхностно-активной добавкой КАДЭМ-ВТ, хлоридом кальция, соляной кислотой, неонолом (оксиэтилированным фенолоспиртом). RU patent No. 2243949 - with a BIEM cationic emulsifier, KADEM-VT surface-active additive, calcium chloride, hydrochloric acid, neonol (ethoxylated phenol alcohol).

Такие добавки вводятся в битум для корректировки не только его свойств, но и будущего дорожного покрытия, а именно расширения температурного интервала работоспособности дорожного покрытия, понижения хрупкости, повышения параметров трещиностойкости или стойкости к образованию колеи.Such additives are introduced into bitumen to adjust not only its properties, but also the future pavement, namely, expanding the temperature range of the pavement performance, reducing brittleness, and increasing cracking or rutting resistance.

Недостатками представленных выше смесей является увеличивающееся количество компонентов со сложными свойствами некоторых из них и, как следствие, добавление стоимости изготавливаемой смеси.The disadvantages of the above mixtures is the increasing number of components with the complex properties of some of them and, as a result, the added cost of the mixture.

Небезразлична в асфальтобетонной смеси роль такого компонента для заявляемого решения, как вода, поскольку она влияет на качество смачивания компонентов и определяет характер дальнейших процессов структурообразования в асфальтобетоне. Поэтому привлечённые выше аналоги - водосодержащие битумно-минеральные смеси для дорожных покрытий.The role of such a component for the proposed solution as water is not indifferent in the asphalt mix, since it affects the quality of wetting of the components and determines the nature of further structure formation processes in asphalt concrete. Therefore, the analogues used above are water-containing bitumen-mineral mixtures for road surfaces.

Особый интерес представляют водосодержащие асфальтобетонные смеси для покрытий с волокнистыми наполнителями, которые позволяют получить армированные асфальтобетоны, обладающие устойчивостью в отношении образования пластических деформаций, вследствие чего повышается долговечность дорожных покрытий. В качестве армирующих волокон могут быть использованы различные виды природных, полимерных или синтетических минеральных волокон, например базальтовое волокно (патенты RU №2530812, авторское свидетельство SU № 1778100, RU №2447035, RU №2345966), полиакрилонитрильное волокно (патенты CN №101081725, CN №1908969, DE №3930599), древесное волокно (патент RU № 2262491) целлюлозное волокно (патенты RU №2222559, RU №2500635), асбестовое волокно (патент RU № 2351561), полиамидное волокно (патент RU № 2272795) и другие.Of particular interest are water-containing asphalt concrete mixtures for coatings with fibrous fillers, which make it possible to obtain reinforced asphalt concrete with resistance to the formation of plastic deformations, as a result of which the durability of the road surfaces is increased. As reinforcing fibers, various types of natural, polymer or synthetic mineral fibers can be used, for example basalt fiber (patents RU No. 2530812, copyright certificate SU No. 1778100, RU No. 2447035, RU No. 2345966), polyacrylonitrile fiber (CN patents No. 101081725, CN No. 1908969, DE No. 3930599), wood fiber (RU patent No. 2262491) cellulose fiber (RU patent No. 2222559, RU No. 2500635), asbestos fiber (RU patent No. 2351561), polyamide fiber (RU patent No. 2272795) and others.

Известна асфальтобетонная смесь (патент RU №2345967), содержащая щебень, битум 4,5÷7% от массы щебня, соляровое масло 20÷25% от массы битума, жирная органическая кислота 8÷16% от массы битума, полиэтиленполиамин 5÷12% от массы битума, наномодифицированная базальтовая микрофибра 1÷3% от массы битума, целлюлозная микрофибра 3÷5% от массы битума.Known asphalt mixture (patent RU No. 2345967) containing crushed stone, bitumen 4.5 ÷ 7% by weight of crushed stone, hydrochloric oil 20 ÷ 25% by weight of bitumen, fatty organic acid 8 ÷ 16% by weight of bitumen, polyethylene polyamine 5 ÷ 12% by weight of bitumen, nanomodified basalt microfiber 1 ÷ 3% by weight of bitumen, cellulosic microfiber 3 ÷ 5% by weight of bitumen.

Известна также фибродобавка в асфальтобетонную смесь (патент CN 101798196), содержащая группу волокон: 15-35% волокон на основе сложного полиэфира, 35-55% древесного волокна, 15-35% ПАН-волокна и 15-35% нейлонового волокна. Общее содержание армирующей добавки составляет 0,3-0,6% от массы смеси.Also known is a fiber additive in an asphalt mix (patent CN 101798196) containing a group of fibers: 15-35% polyester fibers, 35-55% wood fiber, 15-35% PAN fiber and 15-35% nylon fiber. The total content of the reinforcing additive is 0.3-0.6% by weight of the mixture.

Однако используемая в вышеописанном патенте смесь волокон содержит волокна из материалов, которые резко ограничивают температуру процесса получения асфальтобетонной смеси, так как температура их плавления или разложения гораздо ниже, чем температура приготовления большинства асфальтобетонов, обычно составляющая порядка 160°C. Тем самым, применение фибродобавки смешанного состава становится невозможным либо малоэффективным.However, the mixture of fibers used in the above patent contains fibers from materials that sharply limit the temperature of the process for producing the asphalt concrete mixture, since their melting or decomposition temperature is much lower than the preparation temperature of most asphalt concrete, usually about 160 ° C. Thus, the use of mixed fiber supplements becomes impossible or ineffective.

Известна также смесь для асфальтобетонного покрытия (патент на изобретение CN 1908069), включающая минеральный наполнитель на основе известняка и битума. Состав дополнительно содержит 0,1-0,5% полого или пористого полимерного волокна с особой сложной формой поперечного сечения. Полимерное волокно представлено волокном на основе сложного полиэфира, ПАН-волокном или композициями из этих волокон.Also known is a mixture for asphalt concrete paving (patent for invention CN 1908069), including a mineral filler based on limestone and bitumen. The composition additionally contains 0.1-0.5% of a hollow or porous polymer fiber with a particularly complex cross-sectional shape. The polymer fiber is a polyester fiber, a PAN fiber, or compositions of these fibers.

Однако формирование сложной формы поперечного сечения волокна дополнительно удорожает процесс получения асфальтобетонной смеси без заметного улучшения свойств покрытия. However, the formation of a complex cross-sectional shape of the fiber additionally increases the cost of the process of obtaining asphalt mix without a noticeable improvement in the properties of the coating.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является асфальтобетонная смесь (патент RU 2465231), которая содержит щебень, мелкий заполнитель, минеральный порошок, а также битумное вяжущее и армирующий волокнистый наполнитель, при следующем соотношении компонентов, мас.%: щебень - 30-70, мелкий заполнитель - 10-65, минеральный порошок - 5-40, битумное вяжущее - 3-15 (сверх 100% от минерального материала), ПАН-фибра - 0,1-0,15 (сверх 100% от массы минерального материала) и углеродное волокно - 0,01-0,15 (сверх 100% от массы минерального материала). В качестве углеродного волокна смесь содержит мелконарезанные углеродные волокна длиной от 3 до 40 мм и со средним диаметром 20-22 мкм из непрерывного углеродного волокна.The closest analogue of the claimed invention is asphalt concrete mixture (patent RU 2465231), which contains crushed stone, fine aggregate, mineral powder, as well as bituminous binder and reinforcing fiber filler, in the following ratio of components, wt.%: Crushed stone - 30-70, fine aggregate - 10-65, mineral powder - 5-40, bitumen binder - 3-15 (in excess of 100% of the mineral material), PAN-fiber - 0.1-0.15 (in excess of 100% of the mass of the mineral material) and carbon fiber - 0.01-0.15 (in excess of 100% by weight of the mineral material). As a carbon fiber, the mixture contains finely chopped carbon fibers with a length of 3 to 40 mm and with an average diameter of 20-22 microns of continuous carbon fiber.

Однако слабое адгезионное взаимодействие, как оказалось, на границе раздела волокна и битума из-за отсутствия химических связей связующего с наполнителем приводит к некоторому снижению прочностных характеристик асфальтобетонной смеси.However, weak adhesive interaction, as it turned out, at the interface between fiber and bitumen due to the lack of chemical bonds of the binder with the filler, leads to some decrease in the strength characteristics of the asphalt mix.

Задачей заявляемого изобретения является получение холодной водосодержащей смеси для создания асфальтобетонного покрытия с варьируемыми свойствами в зависимости от сезонности и других условий эксплуатации, придающими асфальтобетону устойчивость к влиянию климатических факторов.The objective of the invention is to obtain a cold water-containing mixture to create an asphalt concrete pavement with variable properties depending on seasonality and other operating conditions, which make the asphalt concrete resistant to the influence of climatic factors.

Сущность заявляемого изобретения характеризуется тем, что фибросодержащая композиционная смесь для дорожных покрытий включает следующие компоненты при их соотношении, %:The essence of the claimed invention is characterized in that the fiber-containing composite mixture for road surfaces includes the following components in their ratio,%:

щебеньcrushed stone 20-6020-60 минеральный порошокmineral powder 4-124-12 вода water 3-123-12 органическое вяжущееorganic binder 4-124-12 армирующий материал, состоящий из базальтового волокна плотностью 54-240 текс с длиной нарезки 12-18 мм и полиакрилонитрильного волокна плотностью 0,17-0,77 текс с длиной нарезки 6-18 ммreinforcing material consisting of basalt fiber with a density of 54-240 tex with a cut length of 12-18 mm and polyacrylonitrile fiber with a density of 0.17-0.77 tex with a cut length of 6-18 mm 0,07-0,60.07-0.6 песокsand остальное,rest,

при этом органическое вяжущее – составное из двух видов нефтяных while organic binder is a compound of two types of oil

битумов дорожных, в % от общего количества вяжущего в смеси:bitumen road, in% of the total amount of binder in the mixture:

одной из марок вязкого битума: БНД 200/300, БНД 130/200,
БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60 совместно с
one of the brands of viscous bitumen: BND 200/300, BND 130/200,
BND 90/130, BND 60/90, BND 40/60 together with
85-9585-95
одной из марок жидкого медленногустеющего битума:
МГ 40/70, МГ 70/130
one of the brands of liquid slow-thickening bitumen:
MG 40/70, MG 70/130
5-15,5-15,

а базальтовое волокно и полиакрилонитрильное волокно при следующем соотношении компонентов от общего количества введенного армирующего материала в смеси, %:and basalt fiber and polyacrylonitrile fiber in the following ratio of components of the total amount of reinforcing material introduced in the mixture,%:

полиакрилонитрильное волокно polyacrylonitrile fiber 60-9560-95 базальтовое волокноbasalt fiber 5-405-40

Технический результат.The technical result.

Отличительными особенностями предложенной смеси с данным составом является применение вяжущего в виде пары битумов нефтяных дорожных: одной из марок вязкого битума: БНД 200/300, БНД 130/200, БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60 с одной из марок жидкого медленногустеющего битума: МГ 40/70, МГ 70/130, в сочетании с использованием воды и армирующего материала, представленного базальтовым волокном с плотностью 54-240 текс и длиной нарезки 12-18 мм и ПАН-волокном с плотностью 0,17-0,77 текс с длиной нарезки 6-18 мм. Сочетание любой из выявленных и составленных Заявителем пар битумов, представленных выше, с водой и парой базальтового и ПАН-волокна названных видов плотности и нарезки одновременно в одной смеси не известно. Набор компонентов заявляемой водосодержащей асфальтобетонной смеси, среди описанных в литературе и применяемых в промышленности, в заявляемых диапазонах концентраций ранее не описывался и не применялся.Distinctive features of the proposed mixture with this composition is the use of a binder in the form of a pair of oil road bitumen: one of the grades of viscous bitumen: BND 200/300, BND 130/200, BND 90/130, BND 60/90, BND 40/60 with one of grades of liquid slowly thickening bitumen: MG 40/70, MG 70/130, in combination with the use of water and reinforcing material, represented by basalt fiber with a density of 54-240 tex and a cut length of 12-18 mm and PAN fiber with a density of 0.17- 0.77 tex with a cut length of 6-18 mm. The combination of any of the bitumen pairs identified and compiled by the Applicant presented above with water and a pair of basalt and PAN fibers of the aforementioned types of density and cutting simultaneously in one mixture is not known. The set of components of the inventive water-containing asphalt mixture, among those described in the literature and used in industry, in the claimed concentration ranges has not been previously described and has not been used.

Именно перечисленные отличия заявляемой смеси обеспечивают решение поставленной в изобретении задачи. Кроме того повышается экономическая эффективность.It is these differences of the claimed mixture that provide a solution to the problem posed in the invention. In addition, increased economic efficiency.

Последующее изложение материала изобретения выполнено с использованием таблицы 1, в которой представлены результаты испытаний асфальтобетонного материала композита «битум – волокно», проводившиеся при температурах 0°С, 25°С и 50°С .The subsequent presentation of the material of the invention was performed using table 1, which presents the test results of the asphalt concrete material of the composite "bitumen-fiber", carried out at temperatures of 0 ° C, 25 ° C and 50 ° C.

Проведенные Заявителем исследования по подбору оптимальных количеств входящих в вяжущее битумов и сравнению с существующими композициями вяжущего показали преимущества заявляемого вяжущего в патентуемой водосодержащей асфальтобетонной смеси. Любая из полученных пар битумов, эмпирически подобранных Заявителем, марок вязкого дорожного битума: БНД 200/300, БНД 130/200, БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60 с одной из марок жидкого медленногустеющего битума: МГ 40/70, МГ 70/130, как оказалось, оптимально решают задачу смачивания и образования битумной пленки на поверхности минеральных элементов и волокон в объёме фибросодержащей асфальтобетонной смеси. Устраняется и проблема образования комков в смеси, что было стойким браком при применении обычных неподготовленных специальной обработкой фиброматериалов, например, без вспушивания волокон.Studies conducted by the Applicant on the selection of optimal quantities of bitumen included in the binder and in comparison with existing binder compositions have shown the advantages of the inventive binder in the patented water-containing asphalt mixture. Any of the obtained pairs of bitumen empirically selected by the Applicant, grades of viscous road bitumen: BND 200/300, BND 130/200, BND 90/130, BND 60/90, BND 40/60 with one of the grades of liquid slowly thickening bitumen: MG 40 / 70, MG 70/130, as it turned out, optimally solve the problem of wetting and the formation of a bitumen film on the surface of mineral elements and fibers in the volume of fiber-containing asphalt mix. The problem of the formation of lumps in the mixture is also eliminated, which was a persistent defect when using ordinary fibromaterials unprepared by special treatment, for example, without fluffing the fibers.

Выбор составного армирующего в заявляемом изобретении осуществлен из технико-химических соображений по пути нахождения оптимальных видов фиброволокона – базальтового и ПАН-волокна. Базальтовое волокно обладает устойчивостью к химическим компонентам, а именно к щелочам и устойчивостью к воздействию низких температур. Рубленое базальтовое волокно выдерживает перепады температуры от -260°С до 600°С и не впитывает воду. А свойства ПАН-волокна характеризуются высоким модулем эластичности, высокой адгезией, устойчивостью к действию щелочей и высокой термостойкостью. Вместе они дополняют незаменимые свойства друг друга, которые наилучшим образом проявляются у одного в одни сезонные периоды, а у второго - в другие.The choice of composite reinforcing in the claimed invention is made from technical and chemical considerations along the way of finding the optimal types of fiber - basalt and PAN fiber. Basalt fiber is resistant to chemical components, namely alkali and resistant to low temperatures. Chopped basalt fiber withstands temperature extremes from -260 ° C to 600 ° C and does not absorb water. And the properties of PAN fibers are characterized by a high modulus of elasticity, high adhesion, resistance to alkali and high heat resistance. Together they complement the indispensable properties of each other, which are best manifested in one in some seasonal periods, and in the second - in others.

Одну из ключевых ролей в обеспечении прочности армированного фиброй асфальтобетона играет адгезионная прочность соединения «волокно-битум» в модели композиционного материала. В ходе проведения Заявителем исследования значения силы разрушения образцов асфальтобетона определялось количество необходимой силы для выдергивания волокна из отвержденной матрицы при постоянной глубине заделки. Результаты испытаний композита «битум – волокно», проводившиеся при температурах 0°С, 25°С и 50°С представлены в таблице 1.One of the key roles in ensuring the strength of fiber-reinforced asphalt concrete is played by the adhesive strength of the fiber-bitumen joint in the composite material model. In the course of the Applicant's study of the value of the fracture strength of asphalt concrete samples, the amount of necessary force was determined to pull the fiber out of the cured matrix at a constant embedment depth. The test results of the composite "bitumen - fiber", conducted at temperatures of 0 ° C, 25 ° C and 50 ° C are presented in table 1.

Таблица 1 – Зависимость усилия F от температуры испытаний.Table 1 - Dependence of the force F on the test temperature.

ВолокноFiber Температура, 0СTemperature, 0 С F, НF, N ПримечаниеNote ПАН-нитьPAN thread 50fifty 0,4 - 1,50.4 - 1.5 Нить покрыта битумомThe thread is covered with bitumen. 2525 27 - 3327 - 33 Нить покрыта битумомThe thread is covered with bitumen. 00 125 – 141125 - 141 Нить разрушиласьThe thread has broken Базальтовая нить Basalt thread 50fifty 0,5 - 1,10.5 - 1.1 Нить покрыта битумомThe thread is covered with bitumen. 2525 18 – 2318 - 23 Нить покрыта битумомThe thread is covered with bitumen. 00 265 – 332265 - 332 Нить разрушиласьThe thread has broken

На основе анализа полученных данных можно сделать заключение, что взаимодействие на границе раздела «битум – волокно» в выбранном диапазоне температур имеет различные механизмы, что связано с изменением вязкости битума и его поверхностной энергии. При температуре +50°С ПАН-фибра и базальтовая фибра, как армирующие элементы, ведут себя одинаково. Следовательно, упрочнение асфальтобетона существенно зависит от качества битума – температуры размягчения - чем выше температура размягчения битума, тем более эффективным оказывается армирование волокнами. При температуре испытаний +25°С силы когезии и адгезии битума с волокнами начинают конкурировать, при этом возрастают силы вытягивания волокон из матрицы, что говорит о возможности реального упрочнения асфальтобетона волокнами. При этом оказывается, что в этой роли ПАН-волокна предпочтительней базальтовых волокон, так как они лучше смачиваются битумом и, соответственно, формируют лучший адгезионный контакт. При нулевой температуре и ниже существенно возрастает когезия битума и межфазное взаимодействие между битумом и волокном. В этом случае определяющую роль играет прочность волокон. Как видно из таблицы 1 в этом температурном диапазоне предпочтительней оказывается армирование базальтовыми волокнами, так как их прочностные характеристики значительно выше, чем у ПАН-волокон.Based on the analysis of the data obtained, we can conclude that the interaction at the “bitumen-fiber” interface in the selected temperature range has different mechanisms, which is associated with a change in the viscosity of bitumen and its surface energy. At a temperature of + 50 ° С, PAN fiber and basalt fiber, as reinforcing elements, behave identically. Therefore, hardening of asphalt concrete substantially depends on the quality of bitumen - softening temperature - the higher the softening temperature of bitumen, the more effective is fiber reinforcement. At a test temperature of + 25 ° C, the cohesion and adhesion forces of bitumen with fibers begin to compete, while the forces of drawing fibers from the matrix increase, which indicates the possibility of real hardening of asphalt concrete with fibers. It turns out that in this role, PAN fibers are preferable to basalt fibers, since they are better wetted by bitumen and, accordingly, form a better adhesive contact. At zero temperature and below, cohesion of bitumen and interfacial interaction between bitumen and fiber significantly increase. In this case, the decisive role is played by the strength of the fibers. As can be seen from table 1, in this temperature range, reinforcement with basalt fibers is preferable, since their strength characteristics are much higher than that of PAN fibers.

В ходе испытаний заявляемого технического результата был приготовлен состав асфальтобетонной смеси, в которой в качестве материалов использовались:During the tests of the claimed technical result, the composition of the asphalt mixture was prepared, in which the following materials were used:

- щебень гранитный Потаповского карьера Ростовской области и известняковый щебень Жигулёвского карьера Самарской области фракций от 5 мм до 10 мм, св. 10 мм до 15 мм, св. 15 мм до 20 мм, соответствующий требованиям ГОСТ 9128-2013, ГОСТ 31015-2002;- crushed granite of the Potapovsky quarry of the Rostov region and limestone crushed stone of the Zhigulevsky quarry of the Samara region, fractions from 5 mm to 10 mm, st. 10 mm to 15 mm, st. 15 mm to 20 mm, corresponding to the requirements of GOST 9128-2013, GOST 31015-2002;

- известняковый минеральный порошок Озинского завода Саратовской области, соответствующий требованиям ГОСТ Р 52129-2003;- limestone mineral powder of the Ozinsky plant of the Saratov region, corresponding to the requirements of GOST R 52129-2003;

- речной песок производства ОАО «Саратовское речное транспортное предприятие», соответствующий требованиям ГОСТ 8735-88, ГОСТ 8736 – 2014, ГОСТ 9128;- river sand produced by OJSC “Saratov River Transport Enterprise” that meets the requirements of GOST 8735-88, GOST 8736 - 2014, GOST 9128;

- битумы Саратовского нефтеперерабатывающего завода, относящиеся к вязким нефтяным дорожным битумам марок БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60, БНД 200/300, БНД 130/200, соответствующие требованиям ГОСТ 22245-90;- bitumen of the Saratov refinery related to viscous oil road bitumen grades BND 90/130, BND 60/90, BND 40/60, BND 200/300, BND 130/200, meeting the requirements of GOST 22245-90;

- базальтовая фибра производства ООО «Ижбазальт» с плотностью 54-240 текс и длиной нарезки 12-18 мм, обладающая усредненным химическим составом (% по массе): SiO2 (47,5-55,0); TiO2 (1,36-2,0); Al2O3 (14,0-20,0); Fe2O3 + FeO (5,38-13,5); MnO (0,25-0,5); MgO (3,0-8,5); CaO (7-11,0); Na2О (2,7-7,5); К2О (2,5-7,5); P2O5 (не более 0,5); SO3 (не более 0,5); прочие породы (не более 5). - basalt fiber manufactured by Izhbazalt LLC with a density of 54-240 tex and a cut length of 12-18 mm, having an average chemical composition (% by weight): SiO 2 (47.5-55.0); TiO 2 (1.36-2.0); Al 2 O 3 (14.0-20.0); Fe 2 O 3 + FeO (5.38-13.5); MnO (0.25-0.5); MgO (3.0-8.5); CaO (7-11.0); Na2O (2.7-7.5); K 2 O (2.5-7.5); P 2 O 5 (not more than 0.5); SO 3 (not more than 0.5); other breeds (no more than 5).

- ПАН-волокно с плотностью 0,17-0,77 текс и длиной нарезки 6-18 мм. - PAN fiber with a density of 0.17-0.77 tex and a cut length of 6-18 mm.

Состав асфальтобетонной смеси компонентов включал:The composition of the asphalt mixture of the components included:

щебень – 55% crushed stone - 55%

минеральный порошок – 4% mineral powder - 4%

вода – 5% water - 5%

вязкий битум БНД 60/90 – 6% viscous bitumen BND 60/90 - 6%

жидкий битум МГ 40/70 - 1%  liquid bitumen MG 40/70 - 1%

песок – 28,4% sand - 28.4%

базальтовое волокно – 0,18% basalt fiber - 0.18%

ПАН-волокно - 0,42% PAN fiber - 0.42%

Для обработки фиброволокна применяли разработанный в Поволжском учебно-исследовательском центре «ВОЛГОДОРТРАНС» ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А.» опытный образец установки для производства композиционных фибросодержащих асфальтобетонных смесей, которая позволяет подготовить волокнистые материалы (базальтовая, полиакрилонитрильная и др. виды фиброволокна) для введения их в состав асфальтобетонных смесей с целью армирования, увеличения показателей физико-механических свойств и долговечности дорожных покрытий. В состав установки входит устройство для вспушения (расщепления) фиброволокна и устройство для его вдувания в смеситель асфальтобетонного завода.For the processing of fiber, we used the FSBEI HE Saratov State Technical University named after VOLGODORTRANS developed at the Volga Educational and Research Center Gagarina Yu.A. ” a prototype installation for the production of composite fiber-containing asphalt mixes, which allows you to prepare fibrous materials (basalt, polyacrylonitrile and other types of fiber) to introduce them into the composition of asphalt mixes with the aim of reinforcing, increasing the physico-mechanical properties and durability of road surfaces. The installation includes a device for fluffing (splitting) of fiber and a device for blowing it into the mixer of an asphalt concrete plant.

Claims (6)

Фибросодержащая композиционная смесь для дорожных покрытий, характеризующаяся тем, что она включает следующие компоненты при их соотношении, %:Fiber-containing composite mixture for road surfaces, characterized in that it includes the following components in their ratio,%: щебеньcrushed stone 20-6020-60 минеральный порошокmineral powder 4-124-12 вода water 3-123-12 органическое вяжущееorganic binder 4-124-12 армирующий материал, состоящий reinforcing material consisting из базальтового волокна плотностью basalt fiber density 54-240 текс с длиной нарезки 12-18 мм54-240 tex with a cut length of 12-18 mm и полиакрилонитрильного волокна and polyacrylonitrile fiber плотностью 0,17-0,77 текс с длиной density 0.17-0.77 tex with a length нарезки 6-18 ммcuts 6-18 mm 0,07-0,6 0.07-0.6 песокsand остальное,rest,
при этом органическое вяжущее – составное из двух видов нефтяных битумов дорожных, в % от общего количества вяжущего в смеси:while organic binder is a compound of two types of road oil bitumen, in% of the total amount of binder in the mixture: одной из марок вязкого битума: one of the brands of viscous bitumen: БНД 200/300, БНД 130/200, BND 200/300, BND 130/200, БНД 90/130, БНД 60/90, BND 90/130, BND 60/90, БНД 40/60BND 40/60 85-95 85-95 cовместно с одной из in conjunction with one of марок жидкого медленногустеющего grades of liquid slow-thickening битума: МГ 40/70, МГ 70/130bitumen: MG 40/70, MG 70/130 5-15,5-15,
а базальтовое волокно и полиакрилонитрильное волокно при следующем соотношении компонентов от общего количества введенного армирующего материала в смеси, %:and basalt fiber and polyacrylonitrile fiber in the following ratio of components of the total amount of reinforcing material introduced in the mixture,%: полиакрилонитрильное волокно polyacrylonitrile fiber 60-9560-95 базальтовое волокноbasalt fiber 5-405-40
RU2018142556A 2018-12-03 2018-12-03 Fiber-containing composite mixture for pavements RU2713035C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018142556A RU2713035C1 (en) 2018-12-03 2018-12-03 Fiber-containing composite mixture for pavements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018142556A RU2713035C1 (en) 2018-12-03 2018-12-03 Fiber-containing composite mixture for pavements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2713035C1 true RU2713035C1 (en) 2020-02-03

Family

ID=69624832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018142556A RU2713035C1 (en) 2018-12-03 2018-12-03 Fiber-containing composite mixture for pavements

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2713035C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116177927A (en) * 2023-03-22 2023-05-30 宁波奉化交投浩阳新材料有限公司 Asphalt mixture and preparation method thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2156227C1 (en) * 1999-01-18 2000-09-20 Военный инженерно-технический университет Method of preparing asphalt-concrete mix
CN1908069A (en) * 2005-08-01 2007-02-07 深圳市海川实业股份有限公司 Mixture of special-shaped section hollow polymer fiber and modified asphalt
US20080118637A1 (en) * 2005-01-13 2008-05-22 Bo Serwin Ultra High Strength Asphalt
RU2345966C1 (en) * 2007-10-19 2009-02-10 Евгений Сергеевич Шитиков Mixture for repairing asphalt concrete
RU2351561C2 (en) * 2006-12-29 2009-04-10 Александр Юрьевич Дедюхин Method for reinforcement of asphalt concrete mix
RU2465231C1 (en) * 2011-05-11 2012-10-27 Закрытое Акционерное Общество "Холдинговая Компания "Композит" Asphalt mix and method for preparation thereof

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2156227C1 (en) * 1999-01-18 2000-09-20 Военный инженерно-технический университет Method of preparing asphalt-concrete mix
US20080118637A1 (en) * 2005-01-13 2008-05-22 Bo Serwin Ultra High Strength Asphalt
CN1908069A (en) * 2005-08-01 2007-02-07 深圳市海川实业股份有限公司 Mixture of special-shaped section hollow polymer fiber and modified asphalt
RU2351561C2 (en) * 2006-12-29 2009-04-10 Александр Юрьевич Дедюхин Method for reinforcement of asphalt concrete mix
RU2345966C1 (en) * 2007-10-19 2009-02-10 Евгений Сергеевич Шитиков Mixture for repairing asphalt concrete
RU2465231C1 (en) * 2011-05-11 2012-10-27 Закрытое Акционерное Общество "Холдинговая Компания "Композит" Asphalt mix and method for preparation thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116177927A (en) * 2023-03-22 2023-05-30 宁波奉化交投浩阳新材料有限公司 Asphalt mixture and preparation method thereof
CN116177927B (en) * 2023-03-22 2023-10-13 宁波奉化交投浩阳新材料有限公司 Asphalt mixture and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8444761B2 (en) Utilization of heavy oil fly ash to improve asphalt binder and asphalt concrete performance
RU2465231C1 (en) Asphalt mix and method for preparation thereof
Eisa et al. Effect of adding glass fiber on the properties of asphalt mix
RU2713037C1 (en) Organomineral mixture for road surface
AL-Saffar The Effect of Filler Type and Content on Hot Asphalt Concrete Mixtures Properties.
RU2713015C1 (en) Composition of fibrous composite material for making asphalt concrete coating
RU2739784C1 (en) Composition of organomineral material for making asphalt concrete pavement
Montanelli Fiber/polymeric compound for high modulus polymer modified asphalt (PMA)
Ahmad Low density polyethylene modified dense graded bituminous macadam
RU2739785C1 (en) Organomineral mixture for road pavement
RU2713035C1 (en) Fiber-containing composite mixture for pavements
CN112430012A (en) Basalt composite fiber and asphalt mixture containing basalt composite fiber
RU2713051C1 (en) Fibrous-containing mixture for paving
Bayat et al. Influence of polypropylene length on stability and flow of fiber-reinforced asphalt mixtures
RU2713025C1 (en) Composition of organomineral material for making asphalt concrete pavement
Kadhim et al. Characterize cold bituminous emulsion mixtures incorporated ordinary portland cement filler for local surface layer
RU2713013C1 (en) Method of preparing an asphalt concrete mixture
RU2713039C1 (en) Composition of fiber-containing asphalt concrete mixture for coatings
Chomicz-Kowalska Laboratory testing of low temperature asphalt concrete produced in foamed bitumen technology with fiber reinforcement
RU2740184C1 (en) Fibrous-containing mixture for pavement
Babalghaith et al. Effect of Black PET Fiber as Additive on the Mechanical Properties of Stone Mastic Asphalt (SMA) Mixtures
RU2739786C1 (en) Composition of fibre-containing asphalt concrete mixture for pavement
RU2751628C1 (en) Composition of composite material for the manufacture of asphalt concrete pavement
EA018015B1 (en) Asphalt concrete mix modifier
RU2713012C1 (en) Method for preparation of asphalt concrete mixture for coatings

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201204