ТЕХНОЛОГИЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ХОЛОДНОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА Российский патент 2023 года по МПК C04B26/26 C08L95/00 

Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к технологии асфальтобетонных смесей для ремонта покрытий автомобильных дорог, и может быть использовано для получения холодных асфальтобетонов с одновременной утилизацией нефтесодержащих отходов - нефтяных шламов.

Известны асфальтобетонные смеси, приготовление которых заключается в модификации нагретого битума серосодержащим отходом, а затем полученное композиционное вяжущее перемешивают с минеральными материалами: отходом шлифовки каменных облицовочных плит и золошлаковым отходом (Авторское свидетельство №1565862, СССР, C08L 95/00, Способ приготовления асфальтобетонной смеси. Бюл. N 19. 1990). Такие асфальтобетонные смеси отличаются 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) (Патент 4882373 США, МКИ⁴ C08K 3/24, C08L 53/02/ Moran Lyle E., Exxon Research and Engineering Co. - N 232210; Заявление 15.08.88; Опубл. 21.11.89; НКИ 524/68).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является асфальтобетонная смесь (Авторское свидетельство №1735331, СССР, C08L 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 таких асфальтобетонных смесей является необходимость предварительного измельчения коксовой мелочи в течение 1,5-2 часов, что требует значительных энерго- и трудозатрат и приводит к повышению стоимости асфальтобетона.

Техническим результатом является улучшение показателей гидроизоляционных свойств: водонасыщения, набухания, длительной водостойкости и слёживаемости холодного асфальтобетонного дорожного покрытия, а также в снижении энерго- и трудозатрат на его приготовление и расширении сырьевой базы минеральных компонентов из промышленных отходов, что снижает вероятность экологического риска и позволяет реабилитировать территории их депонирования.

Технический результат достигается тем, что для разработки холодного асфальтобетонного дорожного покрытия с улучшенными показателями гидроизоляционных свойств, а также снижения энерго- и трудозатрат на его приготовление и расширение сырьевой базы минеральных компонентов, был подобран исходный состав приготовления холодного асфальтобетона: щебень с фракцией 5 мм., песок с фракцией 0-5 мм, нефтешлам Атырауского нефтеперерабатывающего завода - 1,0-3,0%, битум марки БН 90/130 (с условной вязкостью по вискозиметру с отверстиями диаметром 5 мм при 70-115°С по ГОСТ 11955-82), известняковый минеральный порошок месторождения Индербор (Атырауская область) с фракцией 0,3 мм., элементная сера в виде стабилизатора-гидрофобизатора Тенгизского газоперерабатывающего завода 8.8-11.3%.

Нетрадиционным источником углеводородов могут быть разнообразные отходы нефтедобычи и нефтепереработки, в частности, нефтешламы. Не менее важной стороной утилизации этих отходов является решение экологических проблем, связанных с их хранением. На нефтеперерабатывающих предприятиях Казахстана в прудах-накопителях ежегодно накапливаются сотни тысяч тонн нефтяного шлама.

Состав этих отходов достаточно разнообразен: они содержат (% масс.) 10-56% нефтепродуктов, 30-85% воды, 1,3-46% минеральных примесей.

Нефтяной шлам нефтеперерабатывающего завода образуется в процессе очистки промышленных стоков и представляет собой обводненную темноокрашенную пастообразную массу, которая состоит из сырой нефти и продуктов ее переработки (20-14%), высокодисперсных минеральных частиц (24-34%) и воды (52-56%). Минеральная часть содержит гидроксиды алюминия, железа, кальция, магния, карбонаты кальция и магния и кремнезем.

Достижение указанного технического результата обеспечивается технологией приготовления асфальтобетонной смеси для получения холодного асфальтобетонного дорожного покрытия, которая включает: введение в предварительно частично-обезвоженный пластификатор-растворитель в виде нефтешлама 3% (содержащего, мас. % (см. табл. 1 в графической части): нефтепродукты 75, высокодисперсные минеральные примеси 3,0 серу 4,2 и воду, находящуюся в связанном состоянии с сырой нефтью) при интенсивном перемешивании наполнителя, содержащего щебень фр. 5 мм 30, песок фр. 0,5-5 мм 40, известняковый минеральный порошок фр. 0,3 мм 12,3 и стабилизатора - гидрофобизатора в виде элементной серы 8,8 с последующим нагревом и термостатированием при 110-120 град. С с добавлением затем разогретого до той же температуры битума 5,9 до получения однородной массы. По данной технологии были проведены ещё четыре опыта, с учетом изменения состава добавляемых компонентов. Результат исследования представлен в таблице 2 (см. в графической части).

По результату полученных данных технологические режимы приготовления и испытания асфальтобетонов отвечают требованиям ГОСТ 9128-97 «Смеси асфальтобетонные, дорожные и аэродромные, дёгтебетон». По требованиям ГОСТ 9128-97: предел прочности на сжатие при температуре + 20°С сухого образца составляет 7 Мпа и при температуре + 20°С водонасыщенного образца 8 МПа; водонасыщение по объему - 5-9%; набухание по объему 2,0%; коэффициент водоустойчивости 0,65; слёживаемость по числу ударов не более 10.

Как видно из данных таблицы 2 (см. в графической части), асфальтобетон (составы №2, 3, 4) приготовленный на предлагаемых компонентах также отличается улучшенными гидроизоляционными показателями по сравнению с требованиями ГОСТ 9128-97 на холодный песчаный асфальтобетон типа .

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.

Следует отметить, что состав №5 не обеспечивает существенного повышения водоустойчивости и слёживаемости. Очевидно, это можно объяснить недостаточным количеством нефтешлама, который, как было отмечено выше, оказывает пластифицирующее действие и придает гидрофобные свойства. В составе №1 напротив излишек нефтешлама увеличивает долю пластической деформации, что существенно снижает показатель прочности. Оптимальные результаты, отвечающие поставленной цели, показаны на составах №2, 3, 4.

Из анализов результатов следует, что водонасыщение холодного асфальтобетона (в 1,0-1,2 раза) и набухание (в 1,1-1,3 раза) значительно снизилось, а коэффициент водоустойчивости повысился (в 1,0-1,2 раза) по сравнению с требованиями ГОСТ 9128-97. Слёживаемость разработанного асфальтобетона по числу ударов 9, 8, 7, 6, 5.

Таким образом, предлагаемая технология разработки холодного асфальтобетона обеспечивает экономию вяжущего - битума.

Разработанный холодный асфальтобетон можно перевозить на большие расстояния без риска потери или изменения их потребительских свойств. Также благодаря использованию холодного асфальтобетона ремонтный сезон продлевается до температуры минус 17°С, при этом обеспечивается высокая мобильность и оперативность ремонтных работ.

Экономический эффект заключается в том, что вместо дизельного топлива в предлагаемом составе в качестве компонента битумного связующего для получения холодного асфальтобетона используются нефтяные шламы-пластификаторы и в качестве стабилизатора - побочный продукт Тенгизского газоперерабатывающего завода - элементную серу.

Благодаря такому тандему улучшаются показатели водонасыщения, водостойкости и предела прочности на сжатие, что приводит к снижению себестоимости холодного асфальтобетона, и, что немаловажно, органическая составляющая нефтешлама снижает набухание холодного асфальтобетона.

Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к способу получения холодного асфальтобетонного дорожного покрытия автомобильных дорог. Технический результат заключается в улучшении показателей гидроизоляционных свойств: водонасыщения, набухания, длительной водостойкости и слёживаемости холодного асфальтобетонного дорожного покрытия, а также в снижении энерго- и трудозатрат на его приготовление и расширении сырьевой базы минеральных компонентов из промышленных отходов, что снижает вероятность экологического риска и позволяет реабилитировать территории их депонирования. Способ получения холодного асфальтобетонного дорожного покрытия, заключающийся во введении в предварительно частично обезвоженный пластификатор-растворитель в виде нефтешлама при интенсивном перемешивании наполнителя и стабилизатора-гидрофобизатора в виде элементной серы Тенгизского газоперерабатывающего завода в холодном состоянии с последующим нагревом и термостатирование при температуре 110-120°С, после чего добавляют предварительно разогретое до той же температуры вяжущее – битум до получения однородной гомогенной смеси. 2 ил.

Способ получения холодного асфальтобетонного дорожного покрытия, заключающийся во введении в предварительно частично обезвоженный пластификатор-растворитель в виде нефтешлама при интенсивном перемешивании наполнителя и стабилизатора-гидрофобизатора в виде элементной серы Тенгизского газоперерабатывающего завода в холодном состоянии с последующим нагревом и термостатирование при температуре 110-120°С, после чего добавляют предварительно разогретое до той же температуры вяжущее - битум до получения однородной гомогенной смеси.