ВЯЖУЩЕЕ
BINDING AGENT

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам вяжущего для приготовления горячих и холодных асфальтобетонных смесей.
Известно вяжущее, включающее битум и отработанное трансформаторное масло при следующем соотношении компонентов, мас.%:
- битум - 7-11,
- отработанное трансформаторное масло - 89-93.
Вяжущее закрепляет песчаный грунт в пустынях, при этом повышается ветроустойчивость грунта, и отрицательно не воздействует на рост специфических для пустынь растений: черкез, кандым, саксаул (А.С. СССР №631578, Кл. Е01С 7/36, C08L 95/00, опубл. 05.11.1978).
Недостатком данного вяжущего является низкая водостойкость при дождевых осадках и отрицательное воздействие масел на рост травы и в целом на окружающую среду.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является вяжущее для приготовления асфальтобетонных смесей, включающее нефтяной дорожный вязкий битум и жидкие нефтяные продукты (разжижители) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
- битум - 75-97,
- разжижитель - 3-25 (дизельное топливо Л).
При смешении битумов с разжижителем (дизельным топливом Л) получаются жидкие битумы требуемых марок для асфальтобетонных смесей в соответствии с ГОСТ 9128-97 [Руководство по строительству дорожных асфальтобетонных покрытий. М.: Транспорт, 1978, стр.41-45].
Однако асфальтобетон, изготовленный на известном вяжущем, при длительном водонасыщении характеризуется низкой водостойкостью, что не обеспечивает высокой долговечности. Его применение рекомендуется для дорог III-IV категории. Кроме того, с увеличением количества разжижителя (дизельного топлива Л) в составе вяжущего одновременно со снижением плотности асфальтобетона увеличивается водонасыщение и снижается водостойкость (таблица 4, примеры 14-19).
Задачей изобретения является снижение водонасыщения и повышение водостойкости асфальтобетона при использовании отходов производства.
Поставленная цель достигается тем, что в вяжущем, включающем нефтяной битум и разжижитель, в качестве разжижителя используют нефтесодержащие флюиды - естественные поверхностные нефтепроявления, являющиеся отходом производства подземных рудников при добыче алмазов, включающие 10-12% мас.% минерализованной воды, содержащей 39,4 г/л минеральных солей, преимущественно хлоридов калия и кальция, при следующем соотношении компонентов вяжущего, мас.%:
нефтяной битум
50-95
нефтесодержащие флюиды -
отход производства подземных
рудников при добыче алмазов
5-50
Нефтесодержащие флюиды - естественные поверхностные нефтепроявления, характерны для кимберлитовых месторождений. Свободно изливающийся флюид представляет собой стойкую водонефтяную эмульсию обратного типа, содержащую 10-12 мас.% воды. Водная фаза этой эмульсии содержит много (39,4 г/л.) минеральных солей, среди которых преобладают хлориды кальция и калия, и поэтому характеризуется слабой щелочной реакцией и значительной жесткостью. Органическая фаза эмульсии - это тяжелая, высоковязкая сернистая, высокосмолистая, малопарафинистая и потому низкозастывающая нефть, сравнительно небогатая низкокипящими компонентами с высоким содержанием силикагелевых смол. В настоящий момент переработка этих отходов экономически неэффективна, а утилизация этих отходов в условиях Якутии, при наличии многолетнемерзлых пород, невозможна.
При смешении битума с нефтесодержащими флюидами происходит их взаимодействие с выделением гидрофобного геля, который при снижении плотности асфальтобетона обеспечивает низкое водонасыщение и высокую водостойкость.
Процентное соотношение нефтяного битума и нефтесодержащих флюидов подобрано экспериментально, данные приведены в таблице 4. Примеры конкретной реализации.
Для экспериментальной проверки испытаны составы вяжущего, включающего вязкий нефтяной дорожный битум БНД 90/130 (глубина проникновения иглы 0,1 мм при 25°С - 95ед.) и разжижитель - нефтесодержащие флюиды - естественные нефтепроявления с содержанием минерализованной воды в количестве 10-12 мас.% подземного рудника «Интернациональный» (Якутия) при добыче алмазов.
В таблицах 1, 2, 3 приведены характеристики исходного флюида, водной фазы нефтесодержащего флюида, органической фазы нефтесодержащего флюида.
Вяжущее приготавливали в лопастном смесителе: битум БНД 90/130 с t°=90-100°C смешивали с нефтесодержащими флюидами с t°=20°C в течение 3 минут. Условная вязкость вяжущего определялась по ГОСТ 11503-74. Данные приведены в графе 4 таблицы 4.
Определение растяжимости вяжущего проводилось по ГОСТ 11505-75. Данные приведены в графе 5, 6 таблицы 4.
Определение сцепления вяжущего с песком (активное сцепление) проводилось по ГОСТ 11508-74. Данные приведены в графе 7 таблицы 4.
Для приготовления асфальтобетонной смеси применялись следующие материалы:
- крупный заполнитель - щебень из гравия фр. 5-20 мм, соответствует ГОСТ 8267-93;
кр
- кварцевый песок М=2,8 соответствует ГОСТ 8736-93;
- минеральный порошок - молотый известняк соответствует ГОСТ 16557-78;
Приготовление асфальтобетонной смеси на предлагаемом вяжущем проводилось в лабораторном смесителе в следующей последовательности: крупный заполнитель + вяжущее → смешение 30 сек + минеральный порошок → смешение 30-40 сек + песок → смешение 30 сек → выгрузка смеси.
Формование образцов диаметром и высотой 71,4 мм проводилось при температуре асфальтобетонной смеси 25-30°С. Испытание образцов проводились через 1 сутки.
В таблице 4 приведены составы и физико-механические свойства испытываемых составов вяжущего и асфальтобетона. Кроме того, для сравнения приведены составы (14-19) асфальтобетонных смесей, приготовленные на известном вяжущем (прототип).
Анализ данных таблицы 4 позволяет сделать вывод о том, что по прочности (графы 9, 10 табл.4) данные составов 3-12 удовлетворяют требованиям ГОСТ 9128-97, а по водостойкости и водонасыщению (гр. 11, 12 табл.4) показатели асфальтобетона превосходят нормативные требования данного ГОСТа как для пористых, так и для плотных и высокоплотных асфальтобетонов.
Верхней границей по содержанию нефтесодержащего флюида в вяжущем является 50%. При увеличении флюида свыше 55% происходит расслоение вяжущего по плотности и вяжущее становится непригодным для применения в асфальтобетонах.
При содержании флюида менее 5% (составы 1, 2) увеличивается водонасыщение и снижается водостойкость асфальтобетона.
При увеличении нефтесодержащего флюида в вяжущем в количестве 5% (состав 3) по сравнению с составом 2 происходит снижение водонасыщения на 21,8% и повышение водостойкости на 30,6%.
При дальнейшем увеличении добавки - нефтесодержащего флюида водонасыщение образцов (составы 4, 5) снижается незначительно и при достижении минимального значения 0,2% не изменяется.
Высокие показатели асфальтобетона позволяют применять вяжущее для автомобильных дорог I и II категории. Кроме того, использование нефтесодержащих флюидов позволит решить проблему экологической безопасности региона.
Таблица 1
Основные характеристики исходного нефтесодержащего флюида
Показатель
Значение
Показатель
Значение
Содержание: воды, мас.%хлористых солей, мг/лВязкость кинематическая, с Ст:
10,53640
Плотность при 20°С, кг/м<sup>3</sup>Кислотное число, мг КОН/г
911,12,32
Вязкость условия,°Е:
при 20°С
184,9
при 20°С
24,35
при 30°С
115,3
при 30°С
15,20
при 40°С
82,3
при 40°С
10,88
при 60°С
31,2
при 60°С
4,23
при 80°С
25,4
при 80°С
3,49
при 90°С
23,1
при 90°С
3,20
Таблица 2
Минеральный состав водной фазы нефтесодержащего флюида
Показатель
Значение
Показатель
Значение
рНПлотность при 20°С, г/см<sup>3</sup>
7,41,01
Общая жесткость, мг-экв/лКарбонатная жесткость, мг-экв/л
152,428,1
Общая минерализация, г/л
39,4
Концентрация катионов, мг/л
Концентрация анионов, мг/л
Na<sup>+</sup>
1057
K<sup>+</sup>
7648
Cl<sup>-</sup>
21780
Mg<sup>++</sup>
1355
SO<sub>4</sub> <sup>--</sup>
95,2
Са<sup>++</sup>
7252
НСО<sub>3</sub> <sup>-</sup>
254,8
Fe<sub>общ.</sub>
0,19
CO<sub>3</sub> <sup>--</sup>
0,00
Таблица 3.
Физико-химические характеристики органической фазы нефтесодержащего флюида.
Показатель
Значение
Показатель
Значение
Плотность, кг/м<sup>3</sup>, при:20°С
902.0
Температура вспышки, °Св закрытом тигле
65,5
30°С
895.0
в открытом тигле
81,5
50°С
882.9
Содержание хлоридов, мг/л
252,8
Вязкость кинематическая, сСт при:
Содержание, мас.%
20°С
парафина
1,55
30°С
283.8
асфальтенов
0,69
40°С
196.7
силикагелевых смол
15,8
50°С
129.0
Элементный состав, мас.%
80°С
59,9
С
85,.08
100°С
20,6
Н
12,09
Средняя молекулярная масса, а.е.м.
13.2
N
0,10
Температура застывания, °С
S
1,26
385
О
1,47
-35,3
Коксуемость, мас.%
4,68
Зольность, мас.%
0,48
Фракционный состав: НК, °С
115