СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОФОБНОЙ ДОБАВКИ В АСФАЛЬТОБЕТОННУЮ СМЕСЬ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ С ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
METHOD OF OBTAINING OF HYDROPHOBIC ADDITIVE FOR BITUMEN CONCRETE MIX AND THE METHOD OF OBTAINING BITUMEN CONCRETE MIX WITH ITS USE

Изобретение относится к области получения товарных продуктов, а именно - гидрофобной добавки для асфальтобетонных смесей и асфальтобетонной смеси с ее использованием.
Известен способ переработки нефтесодержащего шлама для получения гранулированного материала, в котором осуществляют ввод рабочего агента, содержащего окись кальция в качестве основного компонента, в контакт с нефтесодержащим шламом для осуществления реакции между водным компонентом нефтесодержащего шлама и окисью кальция в рабочем агенте, тем самым частично испаряя, диспергируя и удаляя за счет тепла реакции. Смесь перемешивается лопастями, вращающимися с высокой скоростью. В результате образуется продукт реакции в виде рассыпчатого и гранулированного материала, в котором адсорбирован нефтяной компонент. Полученный продукт извлекается из реактора. Рабочий агент содержит окись кальция в количестве от 50-100% по отношению к нефтесодержащему компоненту нефтяного шлама. WO 01/56939, опубл. 09.08.2001, на основе заявки РФ №2001129712/12.
В результате указанного способа получают недостаточно качественный продукт в связи с недопалом извести и нехваткой ее для образования гидрофобных и прочных гранул.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения гидрофобной добавки для смеси, используемой в дорожном строительстве, включающий перемешивание предварительно нагретого до 50-80°C и смешанного с органическим разжижителем нефтяного шлама с негашеной известью, которую подают в двухвальный смеситель с лопастями на валах двумя порциями - первую до подачи указанного шлама, вторую одновременно с ним, затем после интенсивного перемешивания вводят жидкость - воду или глиняное молоко, нагретую до 60-70°C, при соотношении негашеной извести, нефтесодержащего компонента шлама и жидкости 1:0,5-0,6:0,1-0,2, перемешивание компонентов ведут в смесителе при скорости вращения 100-150 об/мин в течение 15-20 мин, затем осуществляют выгрузку или извлечение полученного гранулированного продукта - порошка, используемого в дорожном строительстве и для других строительных целей. Патент РФ 2266258, 20.12.2005.
Изобретение обеспечивает переработку любого нефтесодержащего шлама независимо от его природы и вязкости (нефти, масла, мазута, гудрона и т.д.), срока и места его захоронения, содержания влаги в шламе, однако полученные гранулы не обладают достаточными гидрофобными свойствами.
Известна асфальтобетонная смесь, полученная смешиванием нагретых до 2200°C щебня и песка с нефтесодержащим шламом, содержащим 10-30% воды, с испарение при этом воды из шлама с последующим смешиванием с минеральным порошком и затем с нагретым до 140-1600°C битумом, при содержании, мас. %: битум 3-5, нефтесодержащий шлам 1-4, минеральный материал остальное. А.С. 1025712, 30.06.1983.
Наиболее близкой является асфальтобетонная смесь, полученная путем смешивания минерального компонента, нагретого до 150-1600°C, с нефтесодержащим шламом, содержащим 8-10% воды и предварительно вспененным при нагреве до 80-950°C, с последующим смешением с нагретым до 140-1500°C битумом, при количестве нефтесодержащего шлама 18-20% от массы битума. Патент РФ 2110496, 10.05.1998.
Недостатком является недостаточная водостойкость и высокий коэффициент водонасыщения.
Задачей изобретения является разработка способа получения гидрофобной добавки для использования в дорожном строительстве.
Техническим результатом является повышение гидрофобных свойств.
Задача решается и технический результат достигается тем, что в способе получения гидрофобной добавки в асфальтобетонную смесь, включающем смешение нефтесодержащего шлама с негашенной известью и последующее введение нагретого компонента, интенсивное перемешивание в течение не более 20 мин с последующей выгрузкой полученого гранулированного продукта, используют нефтяной шлам, предварительно обезвоженный, содержащий не более 20 мас. % углеводородов и до 20 мас. % воды, к которому добавляют негашеную известь при их соотношении 1:0,1-0,2 от массы обезвоженной смеси, после перемешивания и получения однородной смеси, разогревшейся до температуры 70°C (см. примеры), полученную смесь загружают в скоростной гранулятор с вращающимся ротором, снабженным пальцами для перемешивания материала, разогретый до температуры 110-130°C, добавляют в качестве предварительно нагретого компонента дорожный битум с температурой 120-150°C в количестве 10-15% от массы загруженной смеси, перемешивание проводят при частоте вращения ротора 500 об/мин и линейной скорости пальцев ротора 6,5 м/с. При этом получают гранулированную гидрофобную добавку.
Задача решается и технический результат достигается также тем, что способ получения асфальтобетонной смеси характеризуется смешиванием нагретых щебня гранитного фракции до 5 мм с гранитной пылью, битума и гидрофобной добавки, в качестве которой используют полученную в соответствии с изобретением гранулированную гидрофобную добавку, при этом соотношение: щебень гранитный фракции до 5 мм, гранулированная гидрофобная добавки и битум составляет, %: (88-89):(6-6,5):(5-5,5).
В качестве нефтесодержащих отходов могут быть использованы различные отходы - придонные, резервуарные, грунтовые и др. видов нефтяные шламы, а также тяжелые отходы нефтепереработки и буровые шламы
Используют нефтесодержащий шлам, предварительно обезвоженный механически, содержащий не более 20% углеводородов и до 20% воды. К нефтешламу добавляют негашеную известь с дисперсным составом в массовом соотношении 1:0,1-0,2 от массы обезвоженной смеси. После перемешивания и получения однородной смеси, разогревшейся за счет тепловыделения при гашении извести до температуры 70°C (см. примеры 1 и 2), полученную смесь загружают в скоростной гранулятор с вращающимся ротором, снабженный пальцами для перемешивания материала и разогретый до температуры 110-130°C. В гранулятор добавляют предварительно разогретый дорожный битум температурой 120-150°C, взятый в количестве 10-15% от массы загруженной смеси, процесс гранулирования проводят при частоте вращения ротора 500 об/мин и линейной скорости пальцев ротора 6,5 м/с в течение не более 20 минут, после чего выгружают гранулированный продукт из аппарата.
Важной характеристикой способа является добавление определенного количества разогретого битума непосредственно в гранулятор, что влияет на возможность получения определенного гранулометрического состава конечного продукта и оптимальных гидрофобных свойств.
Битум является связующим, благодаря чему в грануляторе и происходит агломерация мелких частиц порошка в более крупные размером 1,5-5 мм, которые по мере пребывания в аппарате окатываются, упрочняются и формируются в гранулы с высокой степенью гидрофобности. При смешении извести с нефтешламом важно получить сыпучую смесь, а так как нефтешлам всегда содержит какое-то количество влаги, то произойдет реакция гашения с увеличением поверхности.
При реализации способа выбирают оптимальное соотношение между нефтешламом и известью с учетом предварительного обезвоживания последнего для исключения дополнительного добавления воды.
Пример 1.
В качестве нефтесодержащего отхода - НСО использовали нефтешлам, взятый из амбара-шламонакопителя буровой площадки и предварительно обезвоженный, содержащий, мас. %: 20 углеводородов, 6 воды и 74 механических примесей в виде песка и глины. Негашеную известь добавляли к нефтешламу в соотношении 1:0,2 от массы гранулируемой смеси, подаваемой в установку. После перемешивания и получения однородной смеси, разогревшейся до температуры 70°C за счет тепловыделения реакции гашения извести, полученную смесь загружали в скоростной гранулятор с вращающимся ротором, снабженным пальцами для перемешивания материала, разогретый до температуры 110°C, затем добавили в гранулятор предварительно разогретый битум температурой 150°C в количестве 10% от массы загруженного в гранулятор порошка смеси и провели процесс гранулирования интенсивным смешиванием при частоте вращения ротора 500 об/мин при линейной скорости пальцев ротора 6,5 м/с в течение 6 минут, после чего выгружали гранулированный продукт из аппарата. Полученный продукт был сыпучим, с гранулометрическим составом от 1 до 3 мм и вода не впитывалась на поверхности пластины из гранулы в течение 60 минут.
Пример 2.
В качестве НСО использовали буровой шлам, взятый из шламонакопителя нефтеперерабатывающего завода и предварительно обработанный и обезвоженный, содержащий, мас. %: 14,8 углеводородов, 10 воды и 75,2 механических примесей в виде песка и глины. Негашеную известь добавляли к нефтешламу в соотношении 1:0,1 от массы НСО, воду для гашения извести не добавляли. После перемешивания и получения однородной смеси, разогревшейся до температуры 70°C за счет тепловыделения реакции гашения, полученную смесь загружали в скоростной гранулятор с вращающимся ротором, снабженным пальцами для перемешивания материала, разогретый до температуры 130°C, затем добавляли в гранулятор предварительно разогретый битум температурой 120°C в количестве 15% от массы загруженного в гранулятор порошка смеси, провели процесс интенсивного перемешивания при частоте вращения ротора 500 об/мин при линейной скорости пальцев ротора 6,5 м/с в течение 15 минут, после чего выгружали полученный гранулированный продукт из аппарата. Полученный продукт был сыпучим, с гранулометрическим составом от 1 до 3 мм и вода не впитывалась на поверхности пластины из гранулы в течение 25 минут.
Пример 3.
В качестве НСО использовали буровой шлам, взятый из шламонакопителя как в примере 1 и предварительно обработанный и обезвоженный, содержащий, мас. %: 14,8 углеводородов, 10 воды и 75,2 механических примесей в виде песка и глины. Негашеную известь добавляли к нефтешламу в соотношении 1:0,1 от массы НСО, воду для гашения извести не добавляли. После перемешивания и получения однородной смеси, разогревшейся до температуры 70°C за счет тепловыделения реакции гашения, полученную смесь загружали в скоростной гранулятор с вращающимся ротором, снабженным пальцами для перемешивания материала, разогретый до температуры 110°C, затем добавляли в гранулятор предварительно разогретый битум температурой 150°C в количестве 9% от массы загруженного в гранулятор порошка смеси, провели процесс интенсивного перемешивания при частоте вращения ротора 500 об/мин при линейной скорости пальцев ротора 6,5 м/с в течение 10 минут, после чего выгружали полученный гранулированный продукт из аппарата. Полученный продукт был сыпучим, с гранулометрическим составом от 1 до 3 мм, однако количество несгранулированного материала, т.е. мелкой фракции, составило около 40% от общей массы загруженного материала, при этом нарушился однородный состав гранул по содержанию битума и около 15% материала потеряла гидрофобность и сразу впитывала воду.
В качестве НСО использовали буровой шлам, взятый из шламонакопителя как в примере 1 и предварительно обработанный и обезвоженный, содержащий 18% углеводородов, 8% воды и 74% механических примесей в виде песка и глины. Негашеную известь добавляли к нефтешламу в соотношении 1:0,1 от массы НСО смеси воду для гашения извести не добавляли. После перемешивания и получения однородной смеси, разогревшейся до температуры 70°C за счет тепловыделения реакции гашения, полученную смесь загружали в скоростной гранулятор с вращающимся ротором, снабженным пальцами для перемешивания материала, разогретый до температуры 120°C, затем добавляли в гранулятор предварительно разогретый битум температурой 120°C в количестве 18% от массы загруженного в гранулятор порошка смеси и провели процесс интенсивного смешения при частоте вращения ротора 500 об/мин при линейной скорости пальцев ротора 6,5 м/с в течение 10 минут, после чего выгружали полученный гранулированный продукт из аппарата. Полученный продукт не был сыпучим, содержал около 30% комков, при этом значительная часть материала налипла на корпус, ротор и пальцы гранулятора. Выгруженная масса была гидрофобна, вода не впитывалась в течение 420 минут.
Пример 4.
Приготовлялась смесь, состоящая из щебня гранитного фракции «2,5-5 мм» - 26,19%, то же фракции «0-2,5 мм» - 57,15%, гранитной пыли - 5,05%, битума марки БНД 60/90 - 5,27% и гранулы гранулированной минеральной добавки, полученной в примере 2, - 6,34%. Температура смеси для укладки составляла 150°C в соответствии с ВСН 14-95 Инструкция по строительству дорожных асфальтобетонных покрытий.
Полученная смесь обладала следующими физико-механическими свойствами: водонасыщение 1,2%, что значительно менее, чем допускаемое по ГОСТ 9128-2009 - 4%, а прочностью при сжатии при 20°C 4,8 МПа, против допускаемых 2,2 МПа.
Пример 5.
Приготовлялась смесь, состоящая из щебня гранитного фракции «2,5-5 мм» - 26,19%, то же фракции «0-2,5 мм» - 57,15%, гранитной пыли - 5,16%, битума марки БНД 60/90 - 5,5% и гранулы гранулированной минеральной добавки, полученной в примере 2, - 6,0%. Температура смеси для укладки составляла 150°C. Полученная смесь обладала следующими физико-механическими свойствами: водонасыщение 1,7%, что соответствует допускаемому по ГОСТ 9128 - 2009 - 4%, а прочностью при сжатии при 20°C 4,5 МПа, против допускаемых 2,2 МПа.
Пример 6.
Приготовлялась смесь, состоящая из щебня гранитного фракции «2,5-5 мм» - 26,19%, то же фракции «0-2,5 мм» - 57,15%, гранитной пыли - 5,16%, битума марки БНД 60/90 - 5,0% и гранулы гранулированной минеральной добавки, полученной в примере 2, - 6,5%. Температура смеси для укладки составляла 150°C. Полученная смесь обладала следующими физико-механическими свойствами: водонасыщение 1,1%, что существенно меньше, чем допускаемое по ГОСТ 9128 - 2009 - 4%, а прочностью при сжатии при 20°C 5,0 МПа, против допускаемых 2,2 МПа.
Данные высокие качества покрытия обусловлены высокой однородностью смешения, полученной на предварительной стадии смешения, гидрофобостью гранул в грануляторе и лучшими условиями смешения при образовании асфальтобитумной смеси для получения покрытия.
Гидрофобность важна для того, чтобы асфальт не впитывал воду. Иначе в зимних условиях, когда вода замерзает и образуется лед, в асфальте образуются разрывы, приводящие к нарушению дорожного полотна.