СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩЕГО
METHOD TO PRODUCE BINDER

Изобретение относится к способам получения вяжущего, который может быть использован в дорожном строительстве.
Из области техники известен способ получения вяжущего путем окисления тяжелого нефтяного остатка (гудрона) и резиновой крошки при 240°С («Повышение качества битумов, полученных из гудрона», реферативная информация «Строительство и эксплуатация автомобильных дорог». №1, 1979, с.8). Однако качество полученного при этом вяжущего недостаточно вследствие низкого показателя сцепления вяжущего с минеральной частью, например с песком. Кроме того, технология процесса усложнена за счет применения специальных приспособлений для равномерного распределения резиновой крошки в массе гудрона.
Наиболее близким к изобретению техническим решением, принятым за прототип, является способ получения вяжущего путем окисления тяжелого нефтяного остатка в виде мазута (Авторское свидетельство СССР №925982, опубл. 07.05.82). При этом процесс проводят в присутствии 5-20 мас.% кислого гудрона при 180-200°С.
Недостатком прототипа является недостаточно высокое качество вяжущего вследствие недостаточно равномерного растворения резиновой крошки в смеси тяжелых нефтяных остатков.
В основу изобретения положена задача разработать такой способ получения вяжущего, в котором за счет предварительного, перед окислением кислородом воздуха, нагрева смеси тяжелых нефтяных остатков с резиновой крошкой путем термолиза при заданных температуре и времени и использования активирующей добавки резиновую крошку в смеси распределяют равномерно химическим путем, что повышает качество вяжущего.
Задача решается тем, что предлагается способ получения вяжущего, включающий нагрев и окисление кислородом воздуха тяжелых нефтяных остатков и резиновой крошки при заданной температуре, в котором, согласно изобретению, нагрев ведут путем термолиза исходной смеси тяжелого нефтяного остатка, смешиваемого с резиновой крошкой в соотношении 1:0,1-1, при температуре 350-375°С и перемешивании в течение 10-60 минут с использованием активирующей добавки, в качестве которой используют горючие сланцы и/или природные или синтетические цеолиты для полученной смеси в количестве 5-30 мас.% на смесь, а окисление кислородом воздуха производят при 230-300°С в течение 1-6 часов.
В заявленном способе перед окислением смеси тяжелых нефтяных остатков, например мазута, гудрона, смолы пиролиза, асфальта деасфальтизации и крекинг-остатков, с резиновой крошкой в соотношении 1:0,1-1 кислородом воздуха осуществляют термолиз при заданных температуре и времени, полученных опытным путем. В результате происходит химическое взаимодействие резиновой крошки с остальными компонентами. Использование в качестве активирующей добавки горючих сланцев и/или природных или синтетических цеолитов ускоряет как процесс термолиза, так и процесс окисления кислородом воздуха.
Способ осуществляют следующим образом. Автомобильные покрышки измельчают в двухвалковой ножевой дробилке до кусков размером 60 мм. Затем в высокоскоростной молотковой дробилке проводят дробление резиновых кусков с одновременным вытягиванием металлического и текстильного корда до размера менее 5 мм с удалением остатков металлокорда и текстильного корда. Выделенную на вибросите фракцию с размером частиц менее 2 мм смешивают с тяжелым нефтяным остатком (мазут, гудрон, смолы пиролиза, асфальт деасфальтизации, крекинг-остатки) и нагревают в реакторе при температуре 350-375°С при перемешивании в течение 10-60 минут с использованием активирующей добавки (горючие сланцы и/или природные или синтетические цеолиты) в количестве 5-30 мас.% на смесь. Затем проводят окисление продуктов термолиза воздухом при температуре 230-300°С в течение 1-6 часов.
Заявленный способ можно продемонстрировать на примерах.
Пример 1. В реактор загружают 100 кг мазута, 10 кг резиновой крошки (<2 мм) (соотношение мазут: резиновая крошка 1:0,1), 5,5 кг горючего сланца (5% от реакционной смеси) и нагревают при перемешивании 60 мин при температуре 350°С. Затем проводят окисление продуктов термолиза воздухом при 300°С в течение 6 час и получают однородное битумное вяжущее без образования окатышей с температурой кипения более 360°С с выходом 80,9%.
Пример 2. В реактор загружают 100 кг гудрона, 100 кг резиновой крошки (<2 мм) (соотношение мазут: резиновая крошка 1:1), 60 кг горючего сланца (30% от реакционной смеси) и нагревают при перемешивании 60 мин при температуре 375°С. Затем проводят окисление продуктов термолиза воздухом при 300°С в течение 6 час и получают однородное битумное вяжущее без образования окатышей с температурой кипения более 360°С с выходом 75,5%.
Пример 3. В реактор загружают 100 кг мазута, 15 кг резиновой крошки (<2 мм) (соотношение мазут: резиновая крошка 1:0,15), 11,5 кг горючего сланца (10% от реакционной смеси) и нагревают с перемешиванием 45 мин при температуре 350°С. Затем проводят окисление продуктов термолиза воздухом при 230°С в течение 1 часа и получают однородное битумное вяжущее без образования окатышей с температурой кипения более 360°С с выходом 76,3%.
Пример 4. В реактор загружают 100 кг мазута, 20 кг резиновой крошки (<2 мм) (соотношение мазут: резиновая крошка 1:0,2), 15 кг цеолита NaX (12,5% от реакционной смеси) и нагревают с перемешиванием 10 мин при температуре 375°С. Затем проводят окисление продуктов термолиза воздухом при 300°С в течение 6 час и получают однородное битумное вяжущее без образования окатышей с температурой кипения более 360°С с выходом 60,1%.
Пример 5. В реактор загружают 50 кг мазута, 50 кг смолы пиролиза, 20 кг резиновой крошки (<2 мм) (соотношение ТНО: резиновая крошка 1: 0,2), 12,0 кг горючего сланца (10% от реакционной смеси) и нагревают при перемешивании 45 мин при температуре 350°С. Затем проводят окисление продуктов термолиза воздухом при 250°С в течение 6 час и получают однородное битумное вяжущее без образования окатышей с температурой кипения более 360°С с выходом 77,5%.
Пример 6. В реактор загружают 100 кг асфальта деасфальтизации, 15 кг резиновой крошки (<2 мм) (соотношение мазут: резиновая крошка 1:0,15), 23,0 кг природного цеолита типа клиноптилолита (20% от реакционной смеси) и нагревают при перемешивании 60 мин при температуре 375°С. Затем проводят окисление продуктов термолиза воздухом при 300°С в течение 6 час и получают однородное битумное вяжущее без образования окатышей с температурой кипения более 360°С с выходом 78,9%.
Пример 7. В реактор загружают 100 кг крекинг-остатка, 20 кг резиновой крошки (<2 мм) (соотношение ТНО: резиновая крошка 1:0,2), 24 кг горючего сланца (20% от реакционной смеси) и нагревают при перемешивании 45 мин при температуре 350°С. Затем проводят окисление продуктов термолиза воздухом при 230°С в течение 6 час и получают однородное битумное вяжущее без образования окатышей с температурой кипения более 360°С с выходом 76,3%.
В табл.1 приведены данные по условиям проведения опытов и качеству полученных при этом вяжущих материалов.
Из таблицы 1 следует, что полученное согласно настоящему изобретению вяжущее превосходит по всем показателям качества вяжущее битума марки БНД 90/130 по ГОСТ 9128-97.
В табл.2 приведены характеристики асфальтобетона для верхнего слоя покрытия.
Таблица 2
Показатель
Асфальтобетон на БНД 60/90 (5%)
Асфальтобетон на вяжущем по настоящему изобретению (5%)
Требования ГОСТ 9128-97
Прочность при сжатии, МПа,
при 50°С
1,3
2,2
≥1,3
при 20°С
4,5
5,7
≥2,5
при 0°С
13,7
10,0
9,0-11,0
Модуль упругости при
сжатии, МПа, при 50°С
120
200
при 0°С
2000
640
Прочность на сдвиг (раскол) при 0°С, МПа
3,6
3,7
-
Водостойкость
0,8
1,00
0,85-0,95
Водостойкость при длительном водонасыщении
0,65
0,98
0,75-0,9
Водонасыщение, %
1,8
1,7
1,5-4,0
Из таблицы 2 следует, что асфальтобетонное дорожное покрытие, полученное с использованием вяжущего согласно заявленной технологии, по всем показателям превосходит асфальтобетон, полученный на БНД 60/90, а также требования ГОСТа 9128-97.
Анализ представленных результатов показывает, что заявленный способ позволяет получить вяжущее с повышенными физико-механическими свойствами, которые позволят использовать его для приготовления материалов, широко применяемых в дорожном строительстве.