Дорожная смесь
Владельцы патента RU 2458092:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)
Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано для устройства верхних слоев дорожных одежд во всех климатических зонах. Дорожная смесь содержит битум, полимерную добавку, минеральный наполнитель. Минеральный наполнитель представляет собой смесь отработанного проппанта, представляющего собой нефтесодержащий отход гранулированных алюмосиликатных порошков с размером гранул от 0,2 до 2 мм, и регенерированного цеолита с размером фракций 5-20 мм. В качестве полимерной добавки используют измельченные вторичные отходы полиэтилентерефталата. Соотношение компонентов следующее, мас.%: битум - 5,5; полимерная добавка - 0,15; отработанный проппант - 40-50; регенерированный цеолит - остальное. Дорожная смесь обладает более высокими прочностными свойствами, повышенными значениями водо- и морозостойкости, с одновременной доступной и экономически рентабельной технологией приготовления. 3 табл., 5 пр.
Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано для устройства верхних слоев дорожных одежд во всех климатических зонах.
Известны дорожные смеси, включающие вяжущее и минеральный наполнитель, где в качестве вяжущего используется дорожный битум, а в качестве минерального наполнителя песок, щебень, минеральный порошок [ГОСТ 9128-97 Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия].
Общим недостатком данных смесей является малый срок службы дорожного покрытия, вследствие низкой эластичности асфальтобетонной смеси при отрицательных температурах.
Известны дорожные смеси на основе минерального наполнителя и вяжущего, предварительно модифицированного специальными добавками, повышающими эластичность и прочность дорожного покрытия, где в качестве вяжущего используется битум, а в качестве модифицирующей добавки резиновая крошка, органические смолы, дивинил-стирольные производные (патент РФ №2374198, C04B 26/26, опубл. 27.11.2009, бюл. №33, патент РФ №2382802, C08L 95/00, опубл. 27.02.2010, бюл. №6).
Общим недостатком данных смесей является высокая стоимость применяемых модифицирующих добавок.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является дорожная смесь на основе минерального наполнителя, нефтяного битума и модифицирующей полимерной добавки - полиэтилентерефталата, в виде использованных пластиковых бутылок (патент РФ №2262492, C04B 26/26, опубл. 20.10.2005, бюл. №29), где в качестве минерального наполнителя используется известняковый щебень, песок и минеральный порошок. Введение полиэтилентерефталата позволяет повысить физико-механические свойства битума, улучшить адгезию битума с минеральными компонентами, а также значительно сократить его расход, кроме того, данный способ позволяет утилизировать крупнотоннажный бытовой отход.
Недостатки прототипа связаны с использованием в качестве минерального наполнителя кондиционной, целевой продукции (песок, щебень), что связано с дополнительными затратами на ее приобретение. Использование в качестве одного из главных компонентов смеси мягкого и хрупкого вида щебня (известнякового) приводит к снижению прочностных свойств, водо- и морозостойкости получаемой смеси. Кроме того, ограничивается область применения дорожной смеси, т.к. использование щебня из осадочных пород для устройства верхних слоев дорожных одежд допускается только для дорог III-V категории [СНиП 2.05.02-85 Автомобильные дороги].
Задача изобретения состоит в разработке дорожной смеси, обладающей более высокими прочностными свойствами, повышенными значениями водо- и морозостойкости, с одновременной доступной и экономически рентабельной технологией приготовления.
Поставленная задача решается тем, что дорожная смесь, включающая битум, полимерную добавку, минеральный наполнитель, согласно изобретению в качестве минерального наполнителя содержит смесь отработанного проппанта, представляющего собой нефтесодержащий отход гранулированных алюмосиликатных порошков с размером гранул от 0,2 до 2 мм, и регенерированного цеолита с размером фракций 5-20 мм, в качестве полимерной добавки используют измельченные вторичные отходы полиэтилентерефталата, при следующем соотношении входящих компонентов, мас.%:
битум - 5,5;
указанная полимерная добавка - 0,15;
отработанный проппант - 40-50;
регенерированный цеолит - остальное.
Дорожную смесь получают путем предварительного смешивания битума с измельченными вторичными отходами полиэтилентерефталата. Полученная смесь, разогретая до 150°C, вводится в минеральный наполнитель, нагретый до 175°C. Перемешивание смеси осуществляется механизированным способом в смесителе при температуре 140-160°C.
Применяемый в составе битум соответствует марке нефтяных дорожных битумов БНД 60/90 по ГОСТ 22245-90.
В качестве полимерной добавки используют вторичные отходы полиэтилентерефталата, в виде использованных пластиковых емкостей, а также непосредственно отходов производства полиэтилентерефталата, в виде мелкодисперсного порошка и бракованного гранулята. Отходы полиэтилентерефталата термически деструктируют при температуре 260-280°C, остужают и измельчают до получения порошка с размером частиц до 0,07 мм.
Проппант представляет собой гранулированные алюмосиликатные порошки, с размером гранул от 0,2 до 2 мм, получаемые путем высокотемпературного обжига специального фракционированного глинозема [ГОСТ Р 51761-2005 Проппанты алюмосиликатные. Технические условия]. Гранулы проппанта характеризуются высокой механической прочностью: один квадратный сантиметр получаемого проппанта удерживает, не разрушаясь, до 8 тонн груза. Проппант широко используется в нефтедобывающей промышленности для повышения эффективности отдачи скважин с применением технологии гидроразрыва пласта. Отработанный проппант представляет собой многотонный нефтесодержащий отход, вывозимый в специальные амбары, где хранится годами, загрязняя окружающую среду.
Цеолиты представляют собой сложные алюмосиликаты, содержащие в своем составе оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, применяются для очистки и осушки газов. Наибольшее распространение получили синтетические цеолиты, которые используются для тонкой очистки газов от сероводорода и сероорганических соединений.
Регенерацию отработанных цеолитов производят путем последовательного нагревания и охлаждения при непрерывной продувке цеолита метановой фракцией осушенного и очищенного от сернистых соединений природного газа.
Пример 1. Для проведения опыта готовились дорожные смеси, в соответствии с составом заявляемой смеси (мас.%: битум - 5,5; полиэтилентерефталат - 0,15; отработанный проппант - 45; регенерированный цеолит - остальное), прототипом и ГОСТ 9128-97. Из полученных смесей под давлением 40 МПа изготавливали образцы диаметром 71,4 мм и высотой 73 мм. Сравнительный анализ полученных образцов проводили по основным физико-механическим показателям [ГОСТ 12801-98 Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний]: предел прочности при сжатии при 0°C, 20°C, 50°C, коэффициенты водо- и морозостойкости и др. (табл.1). Повторность опыта пятикратная.
| Табл.1 | ||||
| Составы и физико-механические показатели образцов дорожных смесей | ||||
| № п/п | Наименование показателей | Асфальтобетон ГОСТ 9128-97 | Прототип | Заявляемая дорожная смесь |
| 1 | Средняя плотность, г/см3 | 2,45 | 2,42 | 2,17 |
| 2 | Предел прочности при сжатии, при °C | |||
| 0 | 13,0 | 13,9 | 14,8 | |
| 20 | 2,5 | 4,75 | 6,21 | |
| 50 | 1,3 | 2,5 | 3,8 | |
| 3 | Водонасыщение, % | 1,5-4,0 | 1,5 | 1,6 |
| 4 | Коэффициент водостойкости | 0,85 | 0,92 | 0,94 |
| 5 | Коэффициент морозостойкости после 20 циклов замораживания | 0,70 | 0,79 | 0,81 |
Как видно из табл.1, заявляемая дорожная смесь обладает более высокими показателями предела прочности, коэффициентов морозо- и водостойкости по сравнению с дорожными смесями, приготовленными в соответствии с рекомендациями, указанными в прототипе и ГОСТ 9128-97.
Пример 2. Опыт ставился по схеме примера 1. Готовились образцы дорожной смеси в соответствии с составом заявляемой смеси, с различным процентным соотношением входящих компонентов (табл.2).
| Табл.2 | ||||
| Составы заявляемой дорожной смеси | ||||
| № состава | Содержание компонента, мас.% | |||
| Битум | Полиэтилен-терефталат | Проппант | Регенерир. цеолит | |
| 1 | 5,5 | 0,15 | 37 | остальное |
| 2 | 5,5 | 0,15 | 40 | |
| 3 | 5,5 | 0,15 | 45 | |
| 4 | 5,5 | 0,15 | 50 | |
| 5 | 5,5 | 0,15 | 52 |
Сравнительный анализ полученных образцов проводили по основным физико-механическим показателям, указанным в примере 1. Результаты представлены в табл.3.
| Табл.3 | ||||||
| Составы и физико-механические показатели дорожных смесей с различным процентным соотношением входящих компонентов | ||||||
| № п/п | Наименование показателей | № состава | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| 1 | Средняя плотность, г/см3 | 2,06 | 2,09 | 2,17 | 2,25 | 2,28 |
| 2 | Предел прочности при сжатии, при °C | |||||
| 0 | 12,0 | 13,6 | 14,8 | 14,74 | 14,61 | |
| 20 | 4,5 | 5,2 | 6,21 | 6,19 | 6,15 | |
| 50 | 3,3 | 3,5 | 3,8 | 3,1 | 2,7 | |
| 3 | Водонасыщение, % | 3,4 | 2,1 | 1,6 | 1,5 | 1,5 |
| 4 | Коэффициент водостойкости | 0,85 | 0,90 | 0,94 | 0,98 | 0,98 |
| 5 | Коэффициент морозостойкости после 20 циклов замораживания | 0,72 | 0,78 | 0,81 | 0,82 | 0,83 |
Как видно из табл.3, с увеличением доли проппанта в смеси, наблюдается повышение коэффициентов водо- и морозостойкости, в то же время наибольшие значения предела прочности наблюдаются при содержании проппанта в диапазоне от 40 до 50 мас.%.
Таким образом, на основании полученных данных, можно сделать выводы о том, что оптимальным является следующий состав дрожной смеси, мас.%: битум - 5,5; полиэтилентерефталат - 0,15; отработанный проппант - 40-50; регенерированный цеолит - остальное.
Дорожная смесь, включающая битум, полимерную добавку, минеральный наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве минерального наполнителя содержит смесь отработанного проппанта, представляющего собой нефтесодержащий отход гранулированных алюмосиликатных порошков с размером гранул от 0,2 до 2 мм, и регенерированного цеолита с размером фракций 5-20 мм, в качестве полимерной добавки используют измельченные вторичные отходы полиэтилентерефталата при следующем соотношении входящих компонентов, мас.%:
| битум | 5,5 |
| указанная полимерная добавка | 0,15 |
| отработанный проппант | 40-50 |
| регенерированный цеолит | остальное |
