ВЯЖУЩЕЕ Российский патент 2009 года по МПК C04B26/26 C08L95/00 

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам вяжущего для приготовления горячих и холодных асфальтобетонных смесей.

Известно вяжущее, включающее битум и отработанное трансформаторное масло при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- битум - 7-11,

- отработанное трансформаторное масло - 89-93.

Вяжущее закрепляет песчаный грунт в пустынях, при этом повышается ветроустойчивость грунта, и отрицательно не воздействует на рост специфических для пустынь растений: черкез, кандым, саксаул (А.С. СССР №631578, Кл. Е01С 7/36, C08L 95/00, опубл. 05.11.1978).

Недостатком данного вяжущего является низкая водостойкость при дождевых осадках и отрицательное воздействие масел на рост травы и в целом на окружающую среду.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является вяжущее для приготовления асфальтобетонных смесей, включающее нефтяной дорожный вязкий битум и жидкие нефтяные продукты (разжижители) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- битум - 75-97,

- разжижитель - 3-25 (дизельное топливо Л).

При смешении битумов с разжижителем (дизельным топливом Л) получаются жидкие битумы требуемых марок для асфальтобетонных смесей в соответствии с ГОСТ 9128-97 [Руководство по строительству дорожных асфальтобетонных покрытий. М.: Транспорт, 1978, стр.41-45].

Однако асфальтобетон, изготовленный на известном вяжущем, при длительном водонасыщении характеризуется низкой водостойкостью, что не обеспечивает высокой долговечности. Его применение рекомендуется для дорог III-IV категории. Кроме того, с увеличением количества разжижителя (дизельного топлива Л) в составе вяжущего одновременно со снижением плотности асфальтобетона увеличивается водонасыщение и снижается водостойкость (таблица 4, примеры 14-19).

Задачей изобретения является снижение водонасыщения и повышение водостойкости асфальтобетона при использовании отходов производства.

Поставленная цель достигается тем, что в вяжущем, включающем нефтяной битум и разжижитель, в качестве разжижителя используют нефтесодержащие флюиды - естественные поверхностные нефтепроявления, являющиеся отходом производства подземных рудников при добыче алмазов, включающие 10-12% мас.% минерализованной воды, содержащей 39,4 г/л минеральных солей, преимущественно хлоридов калия и кальция, при следующем соотношении компонентов вяжущего, мас.%:

нефтяной битум 50-95 нефтесодержащие флюиды -   отход производства подземных   рудников при добыче алмазов 5-50

Нефтесодержащие флюиды - естественные поверхностные нефтепроявления, характерны для кимберлитовых месторождений. Свободно изливающийся флюид представляет собой стойкую водонефтяную эмульсию обратного типа, содержащую 10-12 мас.% воды. Водная фаза этой эмульсии содержит много (39,4 г/л.) минеральных солей, среди которых преобладают хлориды кальция и калия, и поэтому характеризуется слабой щелочной реакцией и значительной жесткостью. Органическая фаза эмульсии - это тяжелая, высоковязкая сернистая, высокосмолистая, малопарафинистая и потому низкозастывающая нефть, сравнительно небогатая низкокипящими компонентами с высоким содержанием силикагелевых смол. В настоящий момент переработка этих отходов экономически неэффективна, а утилизация этих отходов в условиях Якутии, при наличии многолетнемерзлых пород, невозможна.

При смешении битума с нефтесодержащими флюидами происходит их взаимодействие с выделением гидрофобного геля, который при снижении плотности асфальтобетона обеспечивает низкое водонасыщение и высокую водостойкость.

Процентное соотношение нефтяного битума и нефтесодержащих флюидов подобрано экспериментально, данные приведены в таблице 4. Примеры конкретной реализации.

Для экспериментальной проверки испытаны составы вяжущего, включающего вязкий нефтяной дорожный битум БНД 90/130 (глубина проникновения иглы 0,1 мм при 25°С - 95ед.) и разжижитель - нефтесодержащие флюиды - естественные нефтепроявления с содержанием минерализованной воды в количестве 10-12 мас.% подземного рудника «Интернациональный» (Якутия) при добыче алмазов.

В таблицах 1, 2, 3 приведены характеристики исходного флюида, водной фазы нефтесодержащего флюида, органической фазы нефтесодержащего флюида.

Вяжущее приготавливали в лопастном смесителе: битум БНД 90/130 с t°=90-100°C смешивали с нефтесодержащими флюидами с t°=20°C в течение 3 минут. Условная вязкость вяжущего определялась по ГОСТ 11503-74. Данные приведены в графе 4 таблицы 4.

Определение растяжимости вяжущего проводилось по ГОСТ 11505-75. Данные приведены в графе 5, 6 таблицы 4.

Определение сцепления вяжущего с песком (активное сцепление) проводилось по ГОСТ 11508-74. Данные приведены в графе 7 таблицы 4.

Для приготовления асфальтобетонной смеси применялись следующие материалы:

- крупный заполнитель - щебень из гравия фр. 5-20 мм, соответствует ГОСТ 8267-93;

- кварцевый песок М_кр=2,8 соответствует ГОСТ 8736-93;

- минеральный порошок - молотый известняк соответствует ГОСТ 16557-78;

Приготовление асфальтобетонной смеси на предлагаемом вяжущем проводилось в лабораторном смесителе в следующей последовательности: крупный заполнитель + вяжущее → смешение 30 сек + минеральный порошок → смешение 30-40 сек + песок → смешение 30 сек → выгрузка смеси.

Формование образцов диаметром и высотой 71,4 мм проводилось при температуре асфальтобетонной смеси 25-30°С. Испытание образцов проводились через 1 сутки.

В таблице 4 приведены составы и физико-механические свойства испытываемых составов вяжущего и асфальтобетона. Кроме того, для сравнения приведены составы (14-19) асфальтобетонных смесей, приготовленные на известном вяжущем (прототип).

Анализ данных таблицы 4 позволяет сделать вывод о том, что по прочности (графы 9, 10 табл.4) данные составов 3-12 удовлетворяют требованиям ГОСТ 9128-97, а по водостойкости и водонасыщению (гр. 11, 12 табл.4) показатели асфальтобетона превосходят нормативные требования данного ГОСТа как для пористых, так и для плотных и высокоплотных асфальтобетонов.

Верхней границей по содержанию нефтесодержащего флюида в вяжущем является 50%. При увеличении флюида свыше 55% происходит расслоение вяжущего по плотности и вяжущее становится непригодным для применения в асфальтобетонах.

При содержании флюида менее 5% (составы 1, 2) увеличивается водонасыщение и снижается водостойкость асфальтобетона.

При увеличении нефтесодержащего флюида в вяжущем в количестве 5% (состав 3) по сравнению с составом 2 происходит снижение водонасыщения на 21,8% и повышение водостойкости на 30,6%.

При дальнейшем увеличении добавки - нефтесодержащего флюида водонасыщение образцов (составы 4, 5) снижается незначительно и при достижении минимального значения 0,2% не изменяется.

Высокие показатели асфальтобетона позволяют применять вяжущее для автомобильных дорог I и II категории. Кроме того, использование нефтесодержащих флюидов позволит решить проблему экологической безопасности региона.

Таблица 1 Основные характеристики исходного нефтесодержащего флюида Показатель Значение Показатель Значение Содержание: воды, мас.%
хлористых солей, мг/л
Вязкость кинематическая, с Ст: 10,5
3640 Плотность при 20°С, кг/м³
Кислотное число, мг КОН/г 911,1
2,32   Вязкость условия,°Е:   при 20°С 184,9 при 20°С 24,35 при 30°С 115,3 при 30°С 15,20 при 40°С 82,3 при 40°С 10,88 при 60°С 31,2 при 60°С 4,23 при 80°С 25,4 при 80°С 3,49 при 90°С 23,1 при 90°С 3,20

Таблица 2 Минеральный состав водной фазы нефтесодержащего флюида Показатель Значение Показатель Значение рН
Плотность при 20°С, г/см³ 7,4
1,01 Общая жесткость, мг-экв/л
Карбонатная жесткость, мг-экв/л 152,4
28,1 Общая минерализация, г/л 39,4 Концентрация катионов, мг/л   Концентрация анионов, мг/л   Na⁺ 1057     K⁺ 7648 Cl^- 21780 Mg⁺⁺ 1355 SO₄ ^-- 95,2 Са⁺⁺ 7252 НСО₃ ^- 254,8 Fe_общ. 0,19 CO₃ ^-- 0,00

Таблица 3. Физико-химические характеристики органической фазы нефтесодержащего флюида. Показатель Значение Показатель Значение Плотность, кг/м³, при:
20°С 902.0 Температура вспышки, °С
в закрытом тигле 65,5 30°С 895.0 в открытом тигле 81,5 50°С 882.9 Содержание хлоридов, мг/л 252,8 Вязкость кинематическая, сСт при:   Содержание, мас.%   20°С   парафина 1,55 30°С 283.8 асфальтенов 0,69 40°С 196.7 силикагелевых смол 15,8 50°С 129.0 Элементный состав, мас.%   80°С 59,9 С 85,.08 100°С 20,6 Н 12,09 Средняя молекулярная масса, а.е.м. 13.2 N 0,10 Температура застывания, °С   S 1,26   385 О 1,47   -35,3 Коксуемость, мас.% 4,68     Зольность, мас.% 0,48     Фракционный состав: НК, °С 115

Вяжущее для приготовления горячих и холодных асфальтобетонных смесей включает нефтяной битум и разжижитель. В качестве разжижителя используют нефтесодержащие флюиды - естественные поверхностные нефтепроявления, являющиеся отходом производства подземных рудников при добыче алмазов, включающие 10-12 мас.% минерализованной воды, содержащей 39,4 г/л минеральных солей, преимущественно хлоридов калия и кальция, при следующем соотношении компонентов вяжущего, мас.%: нефтяной битум 50-95, указанные нефтесодержащие флюиды 5-50. Вяжущее готовят обычным перемешиванием в лопастном смесителе битума с t°=90-100°C с нефтесодержащими флюидами с t°=20°C в течение 3 минут. Технический результат: на предлагаемом вяжущем возможно получение асфальтобетона для автомобильных дорог I и II категории, а использование нефтесодержащих флюидов позволит решить проблему экологической безопасности региона. 4 табл.

Вяжущее, включающее нефтяной битум и разжижитель, отличающееся тем, что в качестве разжижителя используют нефтесодержащие флюиды - естественные поверхностные нефтепроявления, являющиеся отходом производства подземных рудников при добыче алмазов, включающие 10-12 мас.% минерализованной воды, содержащей 39,4 г/л минеральных солей, преимущественно хлоридов калия и кальция, при следующем соотношении компонентов вяжущего, мас.%:
нефтяной битум 50-95 нефтесодержащие флюиды -   отход производства подземных   рудников при добыче алмазов 5-50