Технология производства асфальтобетонных смесей с применением в качестве дисперсной арматуры волокнистых материалов - сборников нефтепродуктов

5. An investion of surface nanocrystallization mechanism in Fe induced by surface mechanical attrition treatment / N.R. Tao, Z.B. Wang, W.P. Tong [etc.]// Acta Materialia-50 4 June -18 July 2002. - P. 4603 - 4616.

6. Кулемин, А.В. Ультразвук и диффузия в металлах / А.В. Кулемин. - М. : Металлургия, 1978. - 200 с.

O.N. NEKHOROSHKOV, V.P. PERSHIN, B.S. SEMUHIN

APPLICATION OF ULTRASONIC IMPACT PROCESSING FOR WELDS OF CONSTRUCTION STEEL

The possibilities of application of ultrasonic impact processing for improving the properties of steel welds were considered in the paper. The measuring system ASTB was used for estimation of tension changes.

УДК 625.855.3:677.4.001.5

Н.Е. ЕФАНОВ, заместитель начальника республиканского управления автомобильными дорогами «Горноалтайавтодор»,

В.Н. ЛУКАШЕВИЧ, докт. техн. наук, профессор,

И. В. ПИРЯЕВ, аспирант

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ В КАЧЕСТВЕ ДИСПЕРСНОЙ АРМАТУРЫ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ -СБОРНИКОВ НЕФТЕПРОДУКТОВ

Приведено обоснование технологии приготовления асфальтобетонных смесей, дисперсно армированных волокнами, полученными из отработанных волокнистых сорбентов, предназначенных для локализации и сбора пролившихся нефти, нефтепродуктов и других вязких органических материалов.

Сроки службы асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог, построенных с соблюдением действующих нормативных документов, существенно ниже установленных нормами. Одним из путей увеличения сроков службы покрытий является дисперсное армирование асфальтобетонных смесей, используемых для устройства этих покрытий. Однако вопросы технологии приготовления дисперсно-армированных асфальтобетонных смесей до настоящего времени изучены недостаточно. Существующие технологии дисперсного армирования предусматривают в основном использование кондиционных волокон, что значительно увеличивает стоимость асфальтобетона. При этом остаются неиспользованными огромные объемы отходов производства, побочных продуктов промышленности, бытовых отходов, содержащих полимерные материалы. Эти отходы не могут быть использованы вследствие несовершенства существующих технологий дисперсного армирования асфальто-

бетонных смесей. Кроме того, дисперсное армирование, существенно улучшая весь комплекс свойств асфальтобетонов, никоим образом не влияет на свойства битумных пленок, характеристики которых имеют определяющее значение в процессах старения асфальтобетонов.

Наряду с указанными выше проблемами, существуют проблемы утилизации полимерных волокнистых сорбентов, отработавших свой ресурс при сборе пролившихся нефти, нефтепродуктов, каменноугольных смол, нефтяных и сланцевых фусов, других отходов и побочных продуктов, содержащих органические вяжущие. Необходимость сбора пролившихся углеводородных материалов вызвана частыми авариями на буровых установках, на трубопроводах (магистральных и внутрипромысловых), а также катастрофами танкеров, осуществляющих перевозку нефти и нефтепродуктов [1]. По информации, представленной Greenpeace, от 10 до 20 миллионов тонн нефти в России теряются ежегодно из-за утечек и загрязняют окружающую среду. Загрязняются огромные площади на суше, в морях и океанах. В результате на акватории морей и океанов, подвергшейся загрязнению, гибнут животные и растения, средой обитания которых является вода, загрязняется прибрежная зона, что особенно вредно для тех мест, где сосредоточены пляжи и зоны отдыха населения. При загрязнении нефтью и нефтепродуктами суши также гибнет либо подвергается вредному воздействию все живое. Загрязненные участки поверхности земли становятся непригодными для землепользования длительное время.

Для устранения вредного воздействия разливов на окружающую среду необходимо удалять разлившиеся углеводородные материалы. Это можно осуществлять, применяя биологические, химические и механические методы. Каждый из методов имеет свою область рационального применения. Применение волокнистых сорбентов для сбора нефти и нефтепродуктов относится к комбинированным методам борьбы с разливами. Сорбенты, приготовленные из волокнистых полимерных материалов, могут использоваться как для локализации мест разлива нефти и нефтепродуктов, так и для их сбора.

Технология очистки суши и водных поверхностей от нефтяных загрязнений, основанная на использовании волокнистых сорбентов, разработана сотрудниками Российско-германского коммандитного товарищества «Микро-фазер-Репро» под руководством Г.Г. Волокитина, профессора Томского государственного архитектурно-строительного университета. Способ и устройство для производства волокнистых сорбентов защищены российскими и германскими патентами. Технология очистки предусматривает локализацию места разлива нефти, удаление разлитой нефти с помощью матов из полимерных волокнистых сорбентов «Ирвелен», отжим собранной нефти и повторное использование волокнистых сорбентов. При локализации нефтяных разливов применяются полимерные волокнистые сорбенты, выполненные в виде лент и матов, а при сборе - преимущественно в виде матов.

Насыщенные нефтью, нефтепродуктами, нефтяными, каменноугольными, сланцевыми фусами и прочими веществами, содержащими высокомолекулярные смолы (в дальнейшем - насыщенные собранным веществом), сорбенты подвергают центрифугированию и используют вновь для локализации

и сбора нефти и нефтепродуктов. После 50-60 циклов поглощения - центрифугирования волокнистые материалы теряют адсорбционную способность, считаются отработавшими свой ресурс и должны быть подвергнуты утилизации. Основные способы утилизации, существующие в настоящее время, предусматривают сжигание или захоронение отработанных волокнистых сорбентов. Эти методы нельзя назвать эффективными, поскольку они наносят вред окружающей среде. Более эффективным методом утилизации отработанных волокнистых сорбентов, предназначенных для локализации и сбора пролившихся нефти и нефтепродуктов, является их использование в составе асфальтобетонных смесей. При этом улучшаются показатели свойств асфальтобетонных покрытий, выполненных из таких смесей, за счет эффекта дисперсного армирования и улучшения свойств битума в адсорбционном слое.

Широкий спектр и объем волокносодержащих, а также полимерных бытовых и промышленных отходов свидетельствует о том, что для их переработки целесообразно иметь в составе асфальтобетонного завода специальный цех, способный перерабатывать все отходы, пригодные для использования в качестве дисперсной арматуры. Необходима также продуманная технология дозирования и подачи дисперсной арматуры в мешалку, так как способ подачи и дозирования с помощью полиэтиленовых пакетов не является технологичным.

В составе цеха следует предусмотреть две линии. На одной линии производят переработку отходов, которые необходимо подвергнуть разволокне-нию и порезать (линия А). Это отходы заводов химических волокон в виде путанки, отрезков волокон, отходы швейных фабрик. На другой линии перерабатываются отходы, требующие дробления и резки (линия Б). К таким отходам относятся отходы ЗПМ, бытовые отходы в виде емкостей из-под шампуней, моющих средств и т.д.

Переработка отходов на линии А производится следующим образом. Доставленные автотранспортом отходы загружаются в бункер. При прохождении отходов по ленточному транспортеру производится их осмотр и удаление металлических предметов с помощью электромагнита. Очищенные от посторонних примесей материалы подаются в машину для обработки поверхностно-активными веществами. Затем производится удаление излишков ПАВ в центрифуге и складирование в емкости. Из этой емкости отходы поступают в машину для резки с предварительной параллелизацией, откуда пневмотранспортом подаются в машины для предварительного и окончательного разволокнения. Готовая дисперсная арматура хранится в механизированном расходном лабазе.

Линия Б также предусматривает предварительное удаление посторонних предметов, которые складируются в бункерах. Затем отходы поступают к вальцово-дробильной машине, где перерабатываются в дисперсную арматуру и затариваются в бункер, откуда подаются к дозатору и смесителю.

Приготовление асфальтобетонной смеси, дисперсно армированной отработанными волокнистыми сорбентами, предназначенными для сбора и локализации нефтепродуктов и других органических веществ при их разливе, следует производить в следующем порядке.

В минеральный материал, нагретый до температуры, предусмотренной ГОСТ 9128 [2], вводится минеральный порошок, расчетное количество дисперсной арматуры, и производится перемешивание. Далее в смесь минеральных материалов и дисперсной арматуры вводят нефтяной битум, нагретый до требуемой температуры, после чего осуществляется окончательное перемешивание.

Такая последовательность перемешивания компонентов асфальтобетонной смеси обеспечивает повышенную адгезию органических вяжущих к поверхности минеральных материалов. Для подтверждения данного факта были проведены иссследования адгезии по пятибалльной шкале в соответствии с методом, разработанным А. И. Лысихиной. Исследования производили раздельно при введении нефти в битум и в минеральный материал. В качестве минерального материала использовался щебень гранитных пород. При этом исследовались заведомо худшие условия взаимодействия органического вяжущего с минеральным материалом. Количество вводимой нефти учитывалось в % от массы. При введении в битум её количество составляло 5-20 % от массы битума. В минеральный материал нефть вводилась в количестве 0,5—1,4 % от массы минерального материала.

На рис. 1 представлены данные, отражающие влияние активации нефтяного битума нефтью на его сцепление с поверхностью минерального материала.

.0

е;

е;

(О

ш

5

4.5 4

3.5 3

2,5-12 —

1.5 — 1 —

0,5-|-0

2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20

Количество нефти,% от массы битума

Рис. 1. Зависимость показателя сцепления битума с поверхностью гранита от количества нефти, введенной в битум

Зависимость сцепления органического вяжущего с поверхностью минерального материала от количества нефти, введенной в минеральный материал, перед обработкой его битумом представлена на рис. 2.

6

5

4

2

Ц 3

л

Ш

2

1

0

Рис. 2. Зависимость сцепления битума с поверхностью гранита от количества нефти, введенной в минеральный материал

Из рисунков видно, что и активация битума, и модифицирование поверхности минеральных материалов нефтью улучшают сцепление вяжущего с минеральным материалом. Однако при введении нефти в минеральный материал достигаемый эффект значительно выше, чем при введении в битум. Как известно, нефть из-за своей повышенной химической активности обладает более выраженной адгезионной способностью, чем нефтяной битум. При непосредственном введении в минеральный материал эта особенность реализуется более полно, чем при введении нефти в битум. В последнем случае поверхность минерального материала оказывается связанной не с нефтью, а с менее активным вяжущим - нефтяным битумом.

Введение нефти на первой стадии приводит к тому, что нефтяным битумом обрабатывается нефтеминеральная смесь, в которой уже достигнута высокая адгезия вяжущего за счет наличия в нефти высокоактивных фенолов и карбоновых кислот.

Проведены исследования показателей физико-механических свойств асфальтобетонов из смесей, приготовленных по традиционной технологии и с добавками дисперсной арматуры, приготовленной из волокнистых сорбентов. Результаты исследований представлены в таблице.

0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5

Количество нефти, %, от массы минерального материала

Данные таблицы свидетельствуют о том, что введение дисперсной арматуры в состав асфальтобетонной существенно улучшает свойства асфальтобетона.

Показатели свойств асфальтобетонов из смесей, приготовленных по существующей и предлагаемым технологиям

Наименование показателей физико-механических свойств Асфальтобетон из смеси, приготовленной по традиционной технологии Асфальтобетон из смеси, дисперсно армированной химическими волокнами

Средняя плотность, г/см3 2257 2260

Водонасыщение, % объёма 2,87 2,2

Предел прочности при сжатии:

при + 20 °С, МПа 4,20 5,10

после водонасыщенния 3,79 4,8

при +50 °С, МПа 1,38 1,91

0 °С, Мпа 6,09 9,10

Коэффициент водостойкости 0,90 0,94

Улучшается водостойкость асфальтобетона. Повышается предел прочности при сжатии при 20 °С. Особо важным является то, что увеличивается предел прочности асфальтобетона при сжатии при 50 °С. Данный факт позволяет предположить о возможном снижении количества сдвиговых деформаций в жаркий период года.

Проведенных исследования свидетельствуют о целесообразности использования отработанных волокнистых сорбентов, предназначенных для локализации и сбора пролившихся нефти и нефтепродуктов в составе асфальтобетонных смесей. При этом утилизируются материалы, загрязняющие окружающую среду, и улучшаются свойства асфальтобетонов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Борьба с последствиями аварий нефтяных танкеров. 29.11.2003 | 61 KB | http://www.dw-world.eom/russian/0.3367.3361. а. 8907...

2. ГОСТ 9128-97 Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия.

N.E. EFANOV, V.N. LUKASHEVICH, I.V. PIRJAEV

TECHNOLOGY OF BITUMINOUS CONCRETE MIXES PRODUCTION USING FIBROUS MATERIALS -COLLECTORS OF PETROLIUM PRODUCT AS DISPERSED REINFORCEMENT

Dispersible reinforcing of the bituminous concrete mixes allowing to improve parameters of bituminous concrete pavements characteristics is considered in the paper. The substantiation of preparation technology of bituminous concrete mixes with dispersed reinforcement adding which is obtained from the used fibrous sorbents intended for localization and collection of spilled oil and its products is presented.