СОСТАВ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ХОЛОДНОГО АСФАЛЬТОБЕТОНА
COLD ASPHALT CONCRETE PREPARING COMPOSITION

Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к технологии приготовления асфальтобетонных смесей для ремонта покрытий автомобильных дорог и аэродромов, и может быть использовано для получения холодных асфальтобетонов с одновременной утилизацией нефтесодержащих отходов - нефтяных шламов. Холодный асфальтобетон может применяться при укладке малых площадей и при проведении текущего ремонта асфальтобетонного полотна (ямочный ремонт асфальтобетонного покрытия, превентивный ремонт дорог). Особенно актуально применение холодных асфальтобетонов в зимний период, когда традиционные способы ремонта дорожного покрытия становятся невозможными.
В условиях постепенного истощения природных запасов нефти и заметной тенденции удорожания стоимости нефтепродуктов актуален поиск альтернативных источников углеводородов.
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. Так, например, только на нефтеперерабатывающих предприятиях России в прудах-накопителях ежегодно накапливается до 600 тысяч тонн нефтешламов. Состав этих отходов достаточно разнообразен: они содержат (% масс.) 10-56% нефтепродуктов, 30-85% воды, 1,3-46% минеральных примесей.
Типичный состав образцов некоторых нефтешламов (НШ) приведен в таблице 1.
Таблица 1
Показатель
НШ нефтеперерабатывающего завода (Образец №1)
НШ пруда-накопителя (Образец №2)
Содержание органической части, % масс.
80,0
60,5
Содержание минеральной части, % масс.
2,7
3,5
Содержание воды, % масс.
16,5
30,0
Содержание механических примесей, % масс.
-
6,0
Содержание общей серы, % масс.
3,4
4,3
Плотность при 20°C, г/см<sup>3</sup>
0,975
1,01
В настоящее время применение холодных асфальтобетонов - один из наиболее перспективных способов снижения энергозатрат в дорожном строительстве. Холодные асфальтобетоны можно перевозить на большие расстояния без риска потери или изменения их потребительских свойств. Ремонтный сезон продлевается до температуры минус 20°C, при этом обеспечиваются высокая мобильность и оперативность ремонтных работ. Сокращается энерго- и механовооруженность ремонтных бригад.
Чаще всего, холодная асфальтобетонная смесь производится на основе битума, полимерных добавок и минеральных наполнителей. Главный недостаток подобных составов - не соответствие показателей водонасыщения, водостойкости и остаточной пористости асфальтобетонов для покрытий автомобильных дорог требованиям ГОСТ 9128-97 к холодным асфальтобетонам и относительно высокая стоимость, что сильно ограничивает возможные сферы применения полученного таким способом асфальтобетона.
В предлагаемом составе в качестве компонента битумного связующего для получения холодного асфальтобетона используются нефтяные шламы в количестве до 50% от массы связующего.
При этом достигается улучшение показателей водонасыщения, водостойкости и пористости и одновременно решается задача снижения себестоимости холодного асфальтобетона.
Известны холодные асфальтобетонные смеси типа Дх с добавкой асфальтового гранулята холодного фрезерования и применяемые для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог (Патент РФ №2412127).
Состав для приготовления холодных асфальтобетонных смесей включает отсев дробления фр. 0-15 мм, масс.%: 89,0, известняковый минеральный порошок 11,0% и битум жидкий (разжиженный) 6,0% (сверх 100%). Согласно изобретению в минеральную часть асфальтобетонной смеси вводят асфальтовый гранулят холодного фрезерования фр. 0-15 мм в количестве 6,5-7,5% от массы смеси.
Известен «Холодный песчаный асфальтобетон» по патенту на изобретение №2174498, включающий битум и песок. В качестве песка он содержит серосодержащие "хвосты" фракции 0-5 мм, являющиеся продуктом отсева камнедробления производства серы, в качестве битума содержит битум марки МГ 70/130 и дополнительно асфальтобетон содержит нефтешлам нефтеперерабатывающего завода при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
битум МГ 70/130 - 6,0-6,5
серосодержащие "хвосты" фракции 0-5 мм - 99,0-98,0
нефтешлам - 1,0-2,0
Нефтешлам нефтеперерабатывающего завода образуется в процессе очистки промстоков и представляет собой обводненную темно-окрашенную пастообразную массу, которая состоит из сырой нефти и продуктов ее переработки (20-14%), высокодисперсных минеральных частиц (24-34%) и воды (56-52%). Минеральная часть содержит гидроксиды алюминия, железа, кальция, магния, карбонаты кальция и магния и кремнезем.
2
3
2
3
2
Химический состав минеральной части нефтешлама, масс.%: Потери при прокаливании - 47,56-52,66; CaO - 17,1-43,8; MgO - 3,4-4,0; AlO - 1,0-10,9; FeO - 3,5-4,9; SiO - 17,02-23,5; RO - 0,0-9,92; SO - 0,0-6,9.
Водонасыщение холодного песчаного асфальтобетона снизилось в 1,1-1,4 раза, набухание - в 1,2-1,4 раза по сравнению с требованиями ГОСТа 9128-97;
Холодный песчаный асфальтобетон по патенту №2174498 является наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению и взят в качестве прототипа.
Задачей изобретения по сравнению с прототипом является получение состава холодного асфальтобетона, содержащего нефтяной шлам (побочный продукт нефтепереработки) с улучшенными показателями водонасыщения, водостойкости и пористости асфальтобетонов для покрытий автомобильных дорог в соответствии требованиям ГОСТ 9128-97 к холодным асфальтобетонам типа Дх, с одновременным снижением себестоимости продукции.
Техническим результатом от использования изобретения является
1. Улучшение показателей водонасыщения, водостойкости и пористости асфальтобетонов для покрытий автомобильных дорог в соответствии с требованиями ГОСТ 9128-97 к холодным асфальтобетонам типа Дх.
Задача решается, а технический результат достигается тем, что состав для приготовления холодного асфальтобетона включает связующее, содержащее битум, песок и нефтяной шлам.
В качестве песка состав содержит отсевов дробления гранита фракции 0-5 мм, нефтяной шлам - обезвоженный, имеющий состав в масс.%: органическая часть 60-80, минеральная часть 2-4, сера 3-5, вода остальное, и входящий в состав связующего в количестве 20-50% от его массы, и дополнительно известняковый минеральный порошок при следующем соотношении компонентов состава, масс.%:
известняковый минеральный порошок
5,0-6,0
битум
3,0-6,0
нефтяной шлам
1,0-3,0
отсевов дробления гранита фр. 0-5 мм
остальное
В качестве песка состав содержит отсев дробления гранита Кузнецкого месторождения Ленинградской области фр. 0-5 мм.
Общая характеристика состава нефтяного шлама приведена в таблице 2.
Количество вводимого нефтешлама зависит от его состава - при введении низкоминерализованных нефтешламов, отличающихся относительно невысоким содержанием воды, количество нефтешлама по отношению к массе битумного связующего составляет 50 масс.%, при введении высокоминерализованных нефтешламов прудов-накопителей количество нефтешлама к массе битумного связующего составляет не менее 20 масс.%.
Обезвоживание нефтешлама, в зависимости от состава сырья, требуемого аппаратурного оформления, а также наличия необходимых энергоресурсов, может осуществляться одним указанных способов:
1) Непрерывное обезвоживание нефтешлама с использованием устройства, содержащего узел подогрева шлама, узел ультразвукового воздействия, а также узел разделения воды с нефтешламом (Патент РФ №94240);
2) Способ обезвоживания шлама с помощью механического измельчителя с последующей термической обработкой при температуре 300-400°C во вращающемся трубчатом смесителе (Патент РФ №2156750);
3) Обезвоживание нефтешлама осуществляют с использованием устройства в виде контейнера с проницаемым для воды полимерным материалом (Патент РФ №111131).
Холодные асфальтобетонные смеси готовят в существующих стационарных смесительных установках, оборудованных дополнительным устройством для автоматического дозирования и перемешивания нефтешлама с битумом при приготовлении битумного связующего.
Точность дозирования песка дробления должна соответствовать классу точности 2 по ГОСТ 10223, ГОСТ 30124. Точность дозирования минерального порошка, битума и нефтешлама - ±1,5% по массе.
Примеры составов для приготовления холодной асфальтобетонной смеси приведены в таблице 1.
Свойства получаемых холодных асфальтобетонов при введении нефтешламов (образец №1 и образец №2) приведены в таблицах 3 и 4.
Таблица 3
Свойства холодного асфальтобетона при введении в связующее нефтешлама (образец №1).
Пример
Показатели свойств
Предел прочности при сжатии при температуре 50°C, МПа, не менее
Водонасыщ., % по объему
Водостойкость
Остаточная пористость, мин. части %
Содержание нефтешлама 0%
1
0,94
3,6
1,1
4,0
2
0,95
3,5
1,1
4,0
3
0,99
3,9
1,0
4,0
Содержание нефтешлама 10%
4
0,96
3,5
1,5
3,1
5
0,97
3,6
1,5
3,1
6
0,94
3,1
1,5
3,1
Содержание нефтешлама 20%
7
0,95
2,8
1,7
3,0
8
0,93
3,1
1,7
3,0
9
0,94
2,9
1,7
2,9
Содержание нефтешлама 30%
10
0,95
2,5
1,9
2,8
11
0,92
2,2
1,9
2,8
12
0,94
1,9
1,9
2,8
Содержание нефтешлама 40%
13
0,93
1,8
2,4
2,6
14
0,93
1,9
2,4
2,6
15
0,94
1,8
2,3
2,7
Содержание нефтешлама 50%
16
0,93
1,7
2,4
2,7
17
0,92
1,8
2,3
2,6
18
0,93
1,8
2,3
2,7
ГОСТ 9128-97 для типа Дх, марки II плотные
0,5
1,0-4,0 (по объему)
Не менее 0,6
2,5-5
Таблица 4
Свойства холодного асфальтобетона при введении в связующее нефтешлама (образец №2).
Пример
Показатели свойств
Предел прочности при сжатии при температуре 50°C, МПа, не менее
Водонасыщ., % по объему
Водостойкость
Остаточная пористость, %
Содержание нефтешлама 0%
1
0,94
3,6
1,1
4,0
2
0,95
3,5
1,1
4,0
3
0,99
3,9
1,0
4,0
Содержание нефтешлама 5%
4
0,96
3,5
1,2
3,8
5
0,96
3,6
1,3
3,9
6
0,94
3,7
1,1
3,7
Содержание нефтешлама 10%
7
0,93
3,3
1,5
3,5
Продолжение
8
0,93
3,1
1,4
3,6
9
0,94
3,2
1,3
3,6
Содержание нефтешлама 15%
10
0,93
2,9
1,5
3,1
11
0,93
3,1
1,5
3,2
12
0,94
2,9
1,6
2,9
Содержание нефтешлама 20%
13
0,93
2,5
1,8
2,9
14
0,92
2,3
1,9
2,8
15
0,93
2,5
1,9
2,8
ГОСТ 9128-97 для типа Дх, марки II плотные
0,5
1,0-4,0 (по объему)
Не менее 0,6
2,5-5