Асфальтобетонная смесь

 

Использование: дорожное строительство, в частности, получение асфальтобетонных смесей для устройства дорожных покрытий, герметизации швов, кровель и др. Целью изобретения является упрощение технологии приготовления асфальтобетонной смеси и повышение безопасности процесса. Асфальтобетонная смесь содержит: асфальт деасфальтизации 2,64-4,63, нефтяной асфальтит 0,18-0,23, керосиногазойлевая фракция 0,68-1,14, минеральные компоненты -остальное. 2 табл.

Изобретение относится к дорожному строительству, в частности, к получению асфальтобетонных смесей, применяемых для устройства дорожных покрытий, герметизации швов, кровель и др.

Известна асфальтобетонная смесь /1/, которую приготавливают следующим образом. Перемешивают предварительно нагретые минеральный заполнитель и вяжущее. В качестве вяжущего используется гудрон, который перемешивают с битуминозным песчаником, нагретым до 160-180 ^oC.

К недостаткам известного способа относится низкая адгезия вяжущего к кислым и основным породам и невысокий коэффициент водостойкости.

Известна асфальтобетонная смесь, которая включает нефтяное вяжущее, добавку и пористый минеральный наполнитель /2/. Причем она содержит в качестве нефтяного вяжущего гудрон, а в качестве добавки отход глубокой очистки дизельного топлива; пористым минеральным наполнителем является вулканическая пемза.

Отход глубокой очистки дизельного топлива образуется при обработке сырого дизельного топлива 65-ой серной кислотой с последующей нейтрализацией водным раствором кальцинированной соды. Он представляет собой сложную смесь, состоящую на 95 из гомологов пиридина и хинолина с примесью бензтиазолов.

К недостаткам известного способа относится высокая токсичность отхода дизельного топлива, обусловленная наличием в нем гомологов пиридина и хинолина, загрязняющих окружающую среду.

Известна асфальтобетонная смесь /3/, принятая нами за прототип, включающая кислый прудовой гудрон 4-6 мас. асфальт деасфальтизации 4-6 мас. и минеральный наполнитель. Кислый прудовой гудрон является отходом нефтеперерабатывающих заводов при сернокислотной очистке масел. Он представляет собой сложную смесь, включающую воду, серную кислоту, углеводороды и продукты их сульфирования и имеет кислотное число 8-60 мг кон/г.

В связи с этим прудовой гудрон нейтрализуют доломитовой мукой.

Недостатки известного способа: 1) прудовой гудрон содержит воду и серную кислоту, поэтому при нагревании он вспенивается с последующим выбросом смеси из аппарата и сильно корродирует оборудование, что увеличивает опасность производства и требует частой замены оборудования; 2) необходимость высоких температур нагрева минеральных компонентов и вяжущего, что увеличивает расходы электроэнергии при получении асфальтобетонной смеси.

Целью изобретения является упрощение технологии приготовления асфальтобетонной смеси и повышение безопасности процесса.

Это достигается тем, что асфальтобетонная смесь, включающая битуминозные компоненты, асфальт деасфальтизации и минеральные компоненты, содержит в качестве битуминозных компонентов нефтяной асфальтит и керосино-газойлевую фракцию при следующем соотношении компонентов, мас.

асфальт деасфальтизации 2,64-4,63 нефтяной асфальтит 0,16-0,23 керосино-газойлевая фракция 0,68-1,14 минеральные компоненты остальное Асфальта деасфальтизации (АД) содержится в асфальтобетонной смеси (АБС) в количестве 2,64-4,63 мас. В этих пределах содержания компонента можно приготовить холодные АБС. При содержании АД и АБС ниже 2,64 вяжущее имеет низкую вязкость, неудовлетворительное сцепление с минеральными составляющими, уменьшается коэффициент водостойкости асфальтобетона и прочностные параметры.

Увеличение содержания АД и АБС выше 4,03 мас. приводит к резкому увеличению вязкости вяжущего и снижению морозостойкости дорожного покрытия. Оптимальное количество АД в АБС составляет 3,65 мас. В этом случае получается АБС максимальной прочности.

В процессе деасфальтизации нефтяных остатков получаются масляные фракции. Образующийся при этом остаток асфальт деасфальтизации (АД) является концентратом смолисто-асфальтеновых компонентов с маслами, представленными в основном ароматическими углеводородами. АД имеет следующие показатели: 1. температура размягчения, ^oC 38-45 2. глубина проникания иглы при 25^oC, PO^-I мм -40-90 3. растяжимость при 25 ^oC, см 30-100 4. температура вспышки, ^oC 240 хрупкости 1(-3)
5. нерастворимые в бензоле вещества нет
Групповой состав, мас.

асфальтены 2,7-5,6
смолы 48,0-57,3
масла 49,3-36,9
АД имеют высокие показатели растяжимости, что связано с большим содержанием смол, и низкие показатели теплостойкости и морозостойкости из-за недостатка асфальтенов. Свойства вяжущих материалов и их сцепление с каменными материалами определяются склонностью к образованию пластинчатых двухмерных систем с определенным числом параллельных слоев (5-6) /4/. Так как смолы и масла в меньшей мере обладают такой способностью, то невысокое содержание асфальтенов в АД (1,7-2,8) приводит к образованию относительно небольшого количества двухмерных пластин, снижены показатели теплостойкости и морозостойкости вяжущих. Нефтяной асфальтит (НА) должен содержаться в АБС в пределах 0,18-0,23 мас. При содержании НА в АБС меньше 0,14 мас. резко снижается сцепление и прочность АБС, коэффициент водостойкости и теплостойкости. Если количество НА в АБС превышает 0,23 мас. то в этом случае заметно повышается вязкость и хрупкость вяжущего, а у АБС уменьшается коэффициент морозостойкости и она становится склонной к трещинообразованию (высокие остаточные деформации). Оптимальное содержание АД в АБС равно 0,21 мас. При этом количестве получаются АБС максимальной прочности и долговечности.

Нефтяной асфальтит продукт глубокого обезмасливания нефтяных остатков, содержание асфальто-смолистых веществ в котором достигает 80 По внешнему виду асфальтит представляет собой порошкообразный продукт бурого или черного цвета, легко компандируется с АБ без осаждения и расслоения. Причем чем больше ароматических углеводородов в масляной части, тем выше степень растворения асфальтита.

Нефтяной асфальтит имеет следующие средние показатели:
плотность, кг/м³ 1080
коксуемость, мас. 50-55
температура размягчения по КиШ, ^oC 80-120
молекулярная масса 1200
Элементный состав, мас.

углерод 85,7
водород 68,6
сера 4,8
азот 0,6
Групповой хим. состав по МВХ, мас.

парафино-нафтеновые 1,2
легкая ароматика 3,3
средняя ароматика 2,6
тяжелая ароматика 24,0
смолы I 9,6
смолы II 17,9
асфальтены 41,7
Нерастворимые в н.гептане, мас. 54,9
Высокое содержание асфальтенов в НА>40 мас. способствует образованию в системе с АД пластинчатых двухмерных пластин с оптимальным числом параллельных слоев (5-6) /4/, что приводит к увеличению коэффициента теплостойкости и морозостойкости вяжущих. Содержание керосино-газойлевой фракции (КГФ) в АБС равно 0,68-1,14 мас. Если количество КГФ в АБС ниже предела 0,68 мас. то резко увеличивается вязкость вяжущего, а АБС имеет низкие коэффициенты морозостойкости, большую слеживаемость и склонна к трещинообразованию. При увеличении количества КГФ в АБС выше 1,14 резко снижается вязкость вяжущего ниже предельной 70 ^oC (при 60 ^oC отверстие 5 мм), уменьшается прочность и долговечность АБС. Оптимальное содержание КГФ в АБС 0,91 мас. При этом количестве получаются АБС максимальной прочности и долговечности.

КГФ имеет следующие показатели:
1. температура застывания, ^oC 50
2. температура вспышки, определяемая в открытом тигле, ^oC 80^o
3. вязкость условная при 50 ^oC, град. 1,3-3,0
4. содержание механических примесей, мас. 0,3
5. содержание воды, мас. следы
6. плотность 0,883
КГФ содержит низкомолекулярные парафино-ароматические углеводороды, которые способствуют пластификации вяжущих (снижение вязкости) при низких температурах, что способствует образованию пластинчатых систем оптимального состава (особенно при низких температурах) и получению АБС максимальной прочности и долговечности.

Пример. В 50 г керосино-газойлевой фракции при температуре 25 ^oC растворяют 10 г нефтяного асфальтита при перемешивании в течение 10 мин.

Полученный раствор делят на части. В предварительно обезвоженный АД, нагретый до 110-120^oC, добавляют порциями раствор при постоянном перемешивании до получения однородного вяжущего. В просушенный и нагретый до 100-130^oC минеральный материал добавляют вяжущее в количестве 5,5% от веса минерального материала и направляют в мешалку, где смесь перемешивается в течение 1,5- -2,5 минут. Полученная смесь выгружается из мешалки и охлаждается при перемешивании на воздухе до 20 ^oC. Испытание смеси проводят через 12 ч после ее приготовления. Полученные физико-химические свойства вяжущих приведены в табл. 1, а холодного асфальтобетона типа Вх в табл. 2.

Из табл. 1 видно, что при содержании, мас. АД 3,68; НА-0,21; КГФ-0,92 получается вяжущее с оптимальными показателями: условная вязкость ВУ⁵₆₀, с - 120; сцепление с мрамором или песком выдерживает по контрольному образцу N 2 испарившегося разжижителя 8,2 мас. температура размягчения остатка после определения количества испарившегося разжижителя 40 ^oC; температура вспышки, определяемая в открытом тигле, 98 ^oC. Эти показатели соответствуют требованиям, предъявляемым ГОСТ 11956-82 к вяжущим.

Из табл. 2 следует, что из указанного выше вяжущего получена асфальтобетонная смесь (1) с оптимальными физико-техническими параметрами: как при 20 ^oC до прогрева 3,88 МПа, после прогрева 4,3 МПА; коэффициент водостойкости до прогрева 0,80; после прогрева 0,97; при длительном водонасыщении до прогрева 0,56; после прогрева 0,79; слеживаемость 6; R сж при 0 ^oC 7,4. Эти показатели соответствуют требованиям ГОСТ, предъявляемыми к АБС.

Предлагаемая асфальтобетонная смесь имеет следующие преимущества по сравнению с известной:
1. низкие температуры нагрева минеральных компонентов и вяжущего, что значительно уменьшает расходы электроэнергии при получении асфальтобетонной смеси;
2. oтсутствие в составе вяжущего воды и серной кислоты исключает возможность вспенивания реакционной смеси и ее выброса из аппарата, а также возможность коррозии оборудования. Это значительно упрощает технологию производства и повышает безопасность процесса;
3. повышение качества битума, который при низких температурах стареет медленнее, чем при высоких;
4. возможность круглогодичного приготовления АБС, складирования, поскольку АБС получают при низких температурах.

Предложенный способ намечается к внедрению в 1992 г. в дорожных хозяйствах СНГ.

Формула изобретения

Асфальтобетонная смесь, включающая битуминозные компоненты, асфальт деасфальтизации и минеральные компоненты, отличающаяся тем, что она содержит в качестве битуминозных компонентов нефтяной асфальтит и керосино-газойлевую фракцию при следующем соотношении компонентов, мас.

Асфальт деасфальтизации 2,64 4,63
Нефтяной асфальтит 0,18 0,23
Керосино-газойлевая фракция 0,68 1,14
Минеральные компоненты Остальноее

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2