Состав для приготовления холодного асфальтобетона
Владельцы патента RU 2535325:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет") (RU)
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. Технический результат - улучшение эксплуатационных показателей холодных асфальтобетонов и утилизация нефтешламов. Состав для приготовления холодного асфальтобетона, включающий связующее, содержащее битум, песок и нефтяной шлам, содержит в качестве песка отсев дробления гранита фракции 0-5 мм, нефтяной шлам - обезвоженный, имеющий состав в мас.%: 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, мас.%: битум 3,0-6,0, нефтяной шлам 1,0-3,0, известняковый минеральный порошок 5,0-6,0, отсев дробления гранита - остальное. 5 табл.
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/см3 | 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.
Химический состав минеральной части нефтешлама, масс.%: Потери при прокаливании - 47,56-52,66; CaO - 17,1-43,8; MgO - 3,4-4,0; Al2O3 - 1,0-10,9; Fe2O3 - 3,5-4,9; SiO2 - 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 |
Состав для приготовления холодного асфальтобетона, включающий связующее, содержащее битум, песок и нефтяной шлам, отличающийся тем, что в качестве песка он содержит отсев дробления гранита фракции 0-5 мм, нефтяной шлам - обезвоженный, имеющий состав в мас.%: 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, мас.%:
| битум | 3,0-6,0 |
| нефтяной шлам | 1,0-3,0 |
| известняковый минеральный порошок | 5,0-6,0 |
| отсев дробления гранита | остальное |
