Вяжущее
Владельцы патента RU 2355655:
АКЦИОНЕРНАЯ КОМПАНИЯ "АЛРОСА" (закрытое акционерное общество) (RU)
Вяжущее для приготовления горячих и холодных асфальтобетонных смесей включает 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, указанные нефтесодержащие флюиды 5-50. Вяжущее готовят обычным перемешиванием в лопастном смесителе битума с t°=90-100°C с нефтесодержащими флюидами с t°=20°C в течение 3 минут. Технический результат: на предлагаемом вяжущем возможно получение асфальтобетона для автомобильных дорог I и II категории, а использование нефтесодержащих флюидов позволит решить проблему экологической безопасности региона. 4 табл.
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;
- кварцевый песок Мкр=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/л Вязкость кинематическая, с Ст: |
10,5 3640 |
Плотность при 20°С, кг/м3
Кислотное число, мг КОН/г |
911,1 2,32 |
| 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 |
| рН Плотность при 20°С, г/см3 |
7,4 1,01 |
Общая жесткость, мг-экв/л Карбонатная жесткость, мг-экв/л |
152,4 28,1 |
| Общая минерализация, г/л | 39,4 | ||
| Концентрация катионов, мг/л | Концентрация анионов, мг/л | ||
| Na+ | 1057 | ||
| K+ | 7648 | Cl- | 21780 |
| Mg++ | 1355 | SO4 -- | 95,2 |
| Са++ | 7252 | НСО3 - | 254,8 |
| Feобщ. | 0,19 | CO3 -- | 0,00 |
| Таблица 3. | |||
| Физико-химические характеристики органической фазы нефтесодержащего флюида. | |||
| Показатель | Значение | Показатель | Значение |
| Плотность, кг/м3, при: 20°С |
902.0 | Температура вспышки, °С в 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 |
Вяжущее, включающее нефтяной битум и разжижитель, отличающееся тем, что 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 |
