Холодный песчаный асфальтобетон

 

Изобретение относится к технологии асфальтобетонов и может быть использовано в дорожном и аэродромном строительстве. Холодный песчаный асфальтобетон включает битум, серосодержащие "хвосты" фракции 0-5 мм, являющиеся продуктом отсева камнедробления производства серы, и нефтешлам нефтеперерабатывающего завода, в следующих количествах, мас.ч.: битум МГ 70/130 6,0-6,5; серосодержащие "хвосты" фракции 0-5 мм 99,0-98,0; нефтешлам 1,0-2,0. Достигается улучшение показателей гидроизоляционных свойств: водонасыщения, набухания, длительной водостойкости и слеживаемости холодного песчаного асфальтобетона, а также снижение энерго- и трудозатрат на его приготовление и расширение сырьевой базы минеральных компонентов. 3 табл.

Изобретение относится к технологии асфальтобетонов и может быть использовано в дорожном и аэродромном строительстве.

Известна асфальтобетонная смесь, приготовление которой заключается в модификации нагретого битума серосодержащим отходом, а затем полученное композиционное вяжущее перемешивают с минеральными материалами: отходом шлифовки каменных облицовочных плит и золошлаковым отходом. Такая асфальтобетонная смесь отличается повышенными показателями теплостойкости (K_теп = 1,82-1,87), морозостойкости (K_мрз = 0,73-0,75) и длительной водостойкости (K_дл.вод = 0,82-0,85) (авт.св. N 1565862, СССР, C 08 L 95/00, В.З. Гнатейко, З.В. Демчук и др. Способ приготовления асфальтобетонной смеси. Бюл. N 19. 1990).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является асфальтобетонная смесь (авт.св. N 1735331, СССР, C 08 L 95/00 А.С. Баранковский, В. А. Хрущев и др. Асфальтобетонная смесь. Бюл. N 19. 1989), в состав которой входят битум, крупный (щебень) и мелкий (песок) заполнители. В качестве минерального наполнителя заявители рекомендуют коксовую мелочь, содержащую примеси серы. Такая асфальтобетонная смесь отличается повышенными гидроизоляционными свойствами: водонасыщением - 1,1-1,2% и водостойкостью - K_вод = 0,94-0,98, а также улучшенными деформационными показателями: теплостойкостью (K_теп = 1,7÷1,8) и трещиностойкостью (K_тр = 1,6). Недостатком на стадии приготовления такой асфальтобетонной смеси является необходимость предварительного измельчения коксовой мелочи в течение 1,5 часов, что требует значительных энерго- и трудозатрат и приводит к повышению стоимости асфальтобетона.

Техническим результатом, на достижение которого направлено создание изобретения, является улучшение показателей гидроизоляционных свойств: водонасыщения, набухания, длительной водостойкости и слеживаемости холодного песчаного асфальтобетона, а также снижение энерго- и трудозатрат на его приготовление и расширение сырьевой базы минеральных компонентов.

Поставленный технический результат достигается тем, что холодный песчаный асфальтобетон, включающий битум и песок, отличающийся тем, что в качестве песка он содержит серосодержащие "хвосты" фракции 0-5 мм, являющиеся продуктом отсева камнедробления производства серы, в качестве битума содержит битум марки МГ 70/130 и дополнительно асфальтобетон содержит нефтешлам нефтеперерабатывающего завода при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: Битум МГ 70/130 - 6,0-6,5 Серосодержащие "хвосты" фракции 0-5 мм - 99,0-98,0 Нефтешлам - 1,0-2,0 Серосодержащие "хвосты" фракции не более 5 мм являются продуктом отсева камнедробления сернистого комбината. Они образуются в процессе добычи серы из карбонатных пород методом флотации и классификации. Минералогический состав серосодержащих "хвостов" следующий, мас.%: Доломитизированный известняк - 86,0-90,0 Кварцевый песок - 9,0-7,0 Гипс - 2,3-1,3 Сера - 2,7-1,7 Гранулометрический состав серосодержащих "хвостов" представлен следующими фракциями, мас.%:
Фр. 5 мм - 15,8-15,53
Фр. 2,5 мм - 13,82-14,1
Фр. 1,25 мм - 16,3-14,5
Фр. 0,63 мм - 10,7-10,9
Фр. 0,315 мм - 9,0-12,5
Фр. 0,14 мм - 22,52-11,6
Фр. 0,071 м - 6,28-18,4
Фр. < 0,071 мм - 5,58-2,47
Нефтешлам нефтеперерабатывающего завода образуется в процессе очистки промстоков и представляет собой обводненную темно-окрашенную пастообразную массу, которая состоит из сырой нефти и продуктов ее переработки (20-14%), высокодисперсных минеральных частиц (24-34%) и воды (56-52%). Минеральная часть содержит гидроксиды алюминия, железа, кальция, магния, карбонаты кальция и магния и кремнезем.

Химический состав минеральной части нефтешлама, мас.%:
Потери при прокаливании - 47,56-52,66; CaO - 17,1-43,8; MgO - 3,4-4,0; Al₂O₃ - 1,0-10,9; Fe₂O₃ - 3,5-4,9; SiO₂ - 17,02-23,5; RO - 0,0-9,92; SO₃3 - 0,0-6,9.

Удельная поверхность минеральной составляющей 840-870 м²/кг.

Гранулометрия серосодержащих "хвостов" полностью вписывается в требования ГОСТа 92128-97 по гранулометрии к холодным песчаным асфальтобетонам типа Д_х (табл.1) и послужила основой для их реализации именно в таких асфальтобетонах. С позиции использования энерго- и трудозатрат это весьма ощутимо, так как позволяет обойтись без дробления или обогащения серосдержащих "хвостов" недостающими фракциями.

Наличие серы в серосодержащих "хвостах" способствует повышению адгезии и, как следствие, улучшению гидроизоляционных свойств: водонасыщения, набухания и водостойкости асфальтобетона. Известно, что сера, имея меньшую вязкость по сравнению с битумом, равномерно покрывает поверхность заполнителей при их нагревании и, проникая в открытые поры и микротрещины на поверхности частиц, образует тонкую серную пленку. Затем, после введения в смесь битума, серная пленка частично растворяется в битуме и образует слой комплексного вяжущего, имеющего более высокую активность (Ав.св. N 1270140, МКИ C 04 B 26/26 Ф. К. Шамситов, В.И. Соломатов и др. Способ приготовления асфальтобетонной смеси. Бюл. N 42. 1986. И.К. Касымов, В.Н. Клименко. Поверхностные свойства битума на модифицированной серой материалах в асфальтобетоне //Известия вузов, N 5, 6, с. 44...47, 1989). Таким образом и в данном случае наличие серы в серосодержащих "хвостах" не только улучшает эксплуатационные показатели, но также упрощает технологию приготовления асфальтобетона.

Обработка серосодержащих "хвостов" нефтешламом носит полифункциональный характер: снижается аглютимация и пыление, особенно дисперсной фракции при хранении, транспортировке и технологических стадиях приготовления асфальтобетонной смеси, а также снижается слеживаемость холодного песчаного асфальтобетона.

На долю высокодисперсных частиц в серосодержащих "хвостах" приходится более 50%. В соответствии с электрохимической теорией с увеличением диаметра частиц вследствие повышения заряда происходит интенсивная аккумуляция воды и наблюдается процесс набухания. Органическая составляющая нефтешлама придает серосодержащим "хвостам" гидрофобные свойства и, как следствие, предопределяет снижение набухания холодного песчаного асфальтобетона (табл. 2,3 ). Оксиды кальция и алюминия нефтешлама, блокируя серу на стадии смешения горячих компонентов, практически полностью исключают образование сероводорода в процессе ее взаимодействия с парафиновой составляющей битума. Положительным здесь является то, что с одной стороны сероводород, как известно, растворяет многие углеводороды, подвергая их сольволизу, а с другой - он отрицательно влияет на здоровье людей, работающих с материалом, выделяющим его.

Холодный песчаный асфальтобетон готовили следующим образом. Сначала серосодержащие "хвосты" в холодном состоянии обрабатывали нефтешламом, далее нагревали до температуры 100-110^oC и затем совмещали с предварительно разогретым до температуры 80-90^oC битумом до получения однородной гомогенной массы. Технологические режимы приготовления и испытания асфальтосеробетонов отвечали ГОСТам 12801-84 и 9128-97. "Смеси асфальтобетонные дорожные и аэродромные, дегтебетон".

В качестве органического вяжущего применялся битум марки МГ 70/130 (Условная вязкость по визкозиметру с отверстием 5 мм при 60^oC-110c по ГОСТ 11955-82). Корректировка битума осуществлялась по фактической пустотности минерального остова и заданной остаточной пористости. В таблицах 2 и 3, приведены составы и свойства асфальтобетонных смесей. Как видно из данных табл. 3, асфальтосеробетон (составы 2, 4, 5, 6), приготовленный на предлагаемых компонентах отличается улучшенными гидроизоляционными показателями по сравнению с требованиями ГОСТа 9128-97 на холодный песчаный асфальтобетон типа Д_х.

Этому способствует более полный перевод битума из объемного в структурированное состояние благодаря меньшей вязкости серы, а также пластифицирующий эффект нефтешлама и, как следствие, снижение поверхностного натяжения. Структурированный битум, как известно, отличается замедленным процессом старения, обладает высокими адгезионно-когезионными свойствами.

Но состав N 2 не обеспечивает существенного повышения водоустойчивости и слеживаемости. Очевидно, это можно объяснить недостаточным количеством нефтешлама, который, как было отмечено выше, оказывает пластифицирующее действие и придает гидрофобные свойства. В составе N 6 напротив излишек нефтешлама увеличивает долю пластической деформации, что существенно снижает показатель прочности. Оптимальные результаты, отвечающие поставленной цели, показаны на составах N 3, 4, 5 (табл. 2 и 3). Из анализа результатов следует:
вонасыщение холодного песчаного асфальтобетона снизилось в 1,1-1,4 раза, набухание - в 1,2-1,4 раза по сравнению с требованиями ГОСТа 9128-97;
длительная водостойкость (по коэффициенту длительного водопоглощения до прогрева и после прогрева) холодного песчаного асфальтобетона повысилась в 1,1-1,3 раза по сравнению с требованиями ГОСТа 9128-97;
слеживаемость снизилась в 1,1-1,4 раза по сравнению с требованиями ГОСТа 9128-97;
гранулометрия серосодержащих "хвостов" отвечает требования ГОСТа 9128-97 на холодные песчаные асфальтобетоны и, таким образом, обеспечивает снижение энерго- и трудозатрат на приготовление асфальтобетонной смеси;
с рециклом серосдержащих "хвостов" и нефтешлама расширяется сырьевая база минеральных компонентов асфальтобетонов;
в целом, с применением вышеперечисленных отходов и экономии битума снижаются инвестиционные расходы.

Проведенный заявителем анализ по научно-техническим и патентным источникам информации позволил выявить отличительные признаки в заявительном техническом решении. Следовательно, заявленный холодный песчаный асфальтобетон удовлетворяет критерию изобретения "новизна". В обнаруженной информации отсутствуют сведения об указанном техническом результате и из нее не выявляется влияние отдельных признаков на достижение технического результата. Следовательно, данное техническое решение удовлетворяет критерию "Изобретательский уровень". Критерий изобретения "Промышленная применимость" подтверждается тем, что предлагаемый холодный песчаный асфальтобетон, приготовленный на минеральных компонентах из промышленных отходов, снижает вероятность экологического риска и позволяет реабилитировать территории их депонирования.

Формула изобретения

Холодный песчаный асфальтобетон, включающий битум и песок, отличающийся тем, что в качестве песка он содержит серосодержащие "хвосты" фракции 0-5 мм, являющиеся продуктом отсева камнедробления производства серы, в качестве битума он содержит битум марки МГ 70/130 и дополнительно асфальтобетон содержит нефтешлам нефтеперерабатывающего завода, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Битум МГ 70/130 - 6,0 - 6,5
Серосодержащие "хвосты" фракции 0-5 мм - 99,0 - 98,0
Нефтешлам - 1,0 - 2,0я

РИСУНКИ

Рисунок 1