МИНЕРАЛЬНЫЙ ПОРОШОК ДЛЯ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ
MINERAL POWDER FOR ASPHALT CONCRETE MIXTURE

Изобретение относится к дорожному строительству, в частности к производству минерального порошка для асфальтобетонной смеси.
Известен минеральный порошок для асфальтобетонной смеси, активирующая смесь для получения которого, дополнительно к битуму и анионному поверхностно-активному веществу (АПАВ), содержит кубовый остаток дистилляции капролактама в количестве 2,5-5% по массе. В качестве АПАВ применяют: второй жировой гудрон, синтетические жирные кислоты, кубовый остаток синтетических жирных кислот или госсиполовую смолу (RU 2112759 C1, C04B 26/26, 10.06.1998).
Недостатком известного минерального порошка является то, что применение сильнополярного и частично водорастворимого кубового остатка дистилляции капролактама, содержащего до 80% натриевой соли аминокапроновой кислоты, может приводить к избыточному водонасыщению минерального порошка в составе асфальтобетона при длительной эксплуатации дорожного покрытия, а данные об испытаниях полученных асфальтобетонов после длительного периода эксплуатации отсутствуют.
Известен активированный минеральный порошок для асфальтобетонной смеси, включающий минеральный материал карбонатных пород, второй жировой гудрон и растворимую древесную смолу при следующем соотношении компонентов, масс.%: минеральный материал 97,8-98,2; второй жировой гудрон 0,5-1,3; растворимая древесная смола 0,9-1,3 (RU 2120922 C1, C04B 26/26, C04B 20/10, 27.10.1998).
К недостаткам данного состава можно отнести то, что применяемая добавка - растворимая древесная смола, характеризуется нестабильным химическим составом, что усложняет соблюдение технологических режимов при активации минерального порошка. Кроме того, растворимая древесная смола содержит сильные органические кислоты, которые разрушают частицы минерального порошка из карбонатных пород, что способствует увеличению водопоглощения дорожного покрытия и его разрушению.
Известен активированный минеральный порошок для асфальтобетонной смеси, включающий в качестве активирующей смеси битумно-каучуковое вяжущее и ПАВ при соотношении компонентов, вес.%: битумно-каучуковое вяжущее 1,0-3,0; ПАВ 1,0-1,1; минеральный порошок - остальное до 100 (RU 2160238 C1, C04B 26/26, 14.12.1999).
Недостатком известного состава является то, что применяемое битумно-каучуковое вяжущее является недоокисленным продуктом компаундирования каучука и битума, а значит подвержено процессам окислительного старения, что сказывается на снижении его долговечности в условиях эксплуатации.
Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков является минеральный порошок для асфальтобетонной смеси, включающий поверхностно-активное вещество, гидрофобизатор и минеральный компонент, содержащий в качестве поверхностно-активного вещества остаток производства алкилсульфата (ОАС), в качестве гидрофобизатора - тяжелый гудрон, а в качестве минерального компонента - дробленый мрамор или известняк (фракция 0,01-0,1 мм) при следующем соотношении компонентов, масс.%: ОАС - 0,8-1,5; тяжелый гудрон - 1,0-2,0; минеральный компонент - остальное до 100. Остаток производства алкилсульфата (ОАС) образуется в производстве бытовых синтетических моющих средств при выделении товарного продукта после нейтрализации сульфатированной технической смеси высших спиртов и представляет собой смесь анионоактивных и неионогенных поверхностно-активных веществ и содержит, масс.%: алкилсульфаты натрия - 77-86; высшие спирты (C10-C16) - 6-9; парафины (C10-C16) - 8-14 (RU 2125547 C1, C04B 26/26, C08L 95/00, 27.01.1999), принят за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного состава минерального порошка, относится то, что в известном составе в качестве АПАВ применяется отход производства моющих средств, содержащий суммарно до 23 масс.% парафинов и высших спиртов, которые хотя и способствуют гидрофобизации минерального порошка, но снижают его адгезионные свойства. Кроме того, алкилсульфаты натрия могут подвергаться термическому разложению при условиях замеса асфальтобетона, например, локальных перегревах, что приводит к потере ими поверхностно-активных свойств и уменьшению прочности конечного асфальтобетона. Для уточнения указанных недостатков необходимо более широкое исследование физико-механических свойств асфальтобетона, в том числе и в условиях экстремальных воздействий.
Технический результат - повышение гидрофобности минерального порошка, снижение набухания порошка и повышение предела прочности асфальтобетона на его основе.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном минеральном порошке для асфальтобетонной смеси, включающем поверхностно-активное вещество, гидрофобизатор и минеральный компонент, особенность заключается в том, что в качестве минерального компонента минеральный порошок содержит муку карбонатных пород, а в качестве поверхностно-активного вещества продукт переработки соапстока кислотно-катализируемым гидролизом с кислотным числом от 100 до 140 единиц и тяжелый вакуумный гудрон в качестве гидрофобизатора, при соотношении компонентов, масс.%:
продукт переработки соапстока - 0,7-1,8;
тяжелый вакуумный гудрон - 1,0-1,6;
минеральный компонент - остальное до 100.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, получены в ходе апробации способа получения минерального порошка для асфальтобетонной смеси из тяжелого вакуумного гудрона, полученного путем обработки застарелых нефтесодержащих отходов - нефтешламов из накопительных амбаров, продукта переработки соапстока и муки карбонатных пород (известняка, доломита, мрамора) по ГОСТ 14050-93.
Минеральный порошок для асфальтобетонной смеси получают следующим образом.
Тяжелый вакуумный гудрон получают из нефтесодержащих отходов. Для этого застарелые нефтесодержащие отходы из амбаров нефтешламонакопителей подготавливают путем обезвоживания до содержания воды не более 5 масс.% и отделения минеральной составляющей до содержания механических примесей не более 16,4 масс.%, любыми известными способами. Затем сырье подвергают нагреву при давлении 8-10 мм ртутного столба и температуре 215-350°С в атмосфере инертного газа (азота, аргона или углекислого газа), при этом получают тяжелый вакуумный гудрон с одновременной отгонкой светлых и темных нефтепродуктов. Фракции светлых и темных нефтепродуктов применяют в качестве разбавителя исходного сырья или как смазочные жидкости в процессе производства асфальтобетона или минерального порошка. Минеральный порошок, состав которого приведен в таблице 1, и асфальтобетонную смесь готовят по обычной технологии. Результаты анализа асфальтобетона, полученного с применением минерального порошка, произведенного предлагаемым способом (см. табл.2), доказывают соответствие его требованиям, предъявляемым к асфальтобетонным смесям нормативными документами.
Применение в качестве исходного сырья для получения битума застарелых нефтесодержащих отходов из накопительных амбаров позволяет получать тяжелый вакуумный гудрон, отличный по свойствам от гудронов, получаемых из стандартного нефтяного сырья. Это связано с тем, что при длительном хранении в прудах-накопителях застарелые нефтесодержащие отходы подвергаются воздействию микроорганизмов и кислорода воздуха, вследствие чего в них накапливаются продукты окисления и биодеструкции, повышающие адгезионные свойства соответствующих гудронов. Глубокий отбор нормальных парафинов при вакуумной обработке сырья способствует повышению адгезии гудронов к карбонатным породам.
В качестве АПАВ в предлагаемом способе применяют продукт переработки соапстока, который получают при кислотно-катализируемом гидролизе отхода процесса рафинации растительных масел, соапстока, до достижения кислотного числа в пределах 100-140 мг гидроксида калия на один грамм продукта. Такой продукт не соответствует нормам ГОСТ 7580-91 и имеет ограниченное применение. Однако согласно (ВСН 59-68 «Инструкция по использованию поверхностно-активных веществ при строительстве дорожных покрытий с применение битумов» // Утверждена Минтрансстроительства СССР 02.07.1968 г.) анионактивные вещества типа высших карбоновых кислот должны иметь кислотное число не ниже 50 мг гидроксида калия на один грамм продукта.
Таблица 1
Сравнительные результаты анализа предлагаемого и известного минерального порошка
Компоненты минерального порошка
Состав минерального порошка, масс. %
Предлагаемый
Известный
1
2
3
1
4
7
АПАВ
0,7
1,3
1,8
0,6
1,2
1,7
Тяжелый гудрон
1,6
1,3
1,0
2,2
1,5
0,8
Минеральный компонент
97,7
97,4
97,2
97,2
97,3
97,5
Свойства:Набухание*, % объемаПоказатель битумоемкости, г
1,245,6
1,547,2
1,648,3
1,454,9
1,447,7
2,549,0
Гидрофобность
Гидрофобный
Слабо гидрофобный
*Свойства по ГОСТ Р 52129-2003
Таблица 2
Сравнительные результаты анализа стандартного асфальтобетона и полученного с применением предлагаемого и известного минерального порошка
Параметры асфальтобетона
Показатель
Полученного с применением предлагаемого мин. порошка*
Полученного с применением известного мин. порошка
Стандартного**
Нормативные требования***
Средняя плотность, г/см<sup>3</sup>
2,55
-
2,52
-
Водонасыщение, W, %
3,84
-
1,80
1,5-4,0
Предел прочности, МПа: при 20°С
3,73
3,60
4,80
Не менее 2,5
при 50°С
1,36
-
2,20
Не менее 1,2
при 0°С
8,95
-
8,20
Не менее 11
на растяжение при расколе
4,30
-
5,30
3,5-6,0
Коэффициент внутреннего трения
0,87
-
0,94
Не менее 0,81
Сцепление при сдвиге при 50°С, МПа
0,43
-
0,45
Не менее 0,37
Водостойкость
0,96
1
0,90
Не менее 0,9
Водостойкость при длительном водонасыщении
0,89
-
0,94
Не менее 0,85
Пористость минеральной части, %
16,17
-
16,20
14-19
Остаточная пористость, %
2,75
-
2,90
2,5-5,0
* Минеральная часть - доломитовая мука, гидрофобизатор - тяжелый гудрон, ПАВ - продукт переработки соапстока.** Стандартный асфальтобетон на основе дорожного битума БДН 90/130 по ГОСТ 22245-90 и минерального порошка МП-1 по ГОСТ Р 52129-2003.*** Плотная асфальтобетонная смесь типа Б марки I для III дорожно-климатической зоны по ГОСТ 9128-2009.