Патент на изобретение №2351703
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ХОЛОДНОЙ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОЙ СМЕСИ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
(57) Реферат:
Изобретение относится к производству дорожно-строительных материалов, а именно к способам приготовления холодных органоминеральных смесей на основе минеральных наполнителей и органических вяжущих. В способе приготовления холодной органоминеральной смеси для дорожных покрытий смешивают наполнитель исходного сырья с водой в смесителе, затем вводят в смеситель разогретое до 140-160°С органическое вяжущее и продолжают перемешивать до полного диспергирования вяжущего и получения однородности смеси. Процесс ведут без подогрева как компонентов наполнителя исходного сырья с температурой их 5-18°С, так и воды. На 100% наполнителя берут 4-11% воды и 3-9% органического вяжущего. Технический результат: снижение энерго- и трудозатрат производства при повышении экологичности. 7 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к производству дорожно-строительных материалов, а именно к способам приготовления холодных органоминеральных смесей на основе минеральных наполнителей и органических вяжущих. Холодными смесями называют такие, для приготовления которых используют жидкие дорожные битумы и исходные материалы нагревают до высоких температур. Холодные смеси, в отличие от горячих, укладываемых при температуре не менее 120°С, укладывают при температурах окружающей среды не ниже 5°С без специального подогрева. Известен способ приготовления холодных асфальтобетонных смесей по патенту RU Известен также способ приготовления холодной асфальтобетонной смеси [авторское свидетельство СССР Известен также способ приготовления песчаного асфальтобетона по патенту RU Известен также способ приготовления холодной асфальтобетонной смеси [авторское свидетельство СССР Известен также способ приготовления холодной асфальтобетонной смеси [авторское свидетельство СССР Известен также способ приготовления холодной асфальтобетонной смеси [авторское свидетельство СССР Известен также способ приготовления холодной асфальтобетонной смеси [патент RU Известен также способ приготовления холодной асфальтобетонной смеси [патент RU Недостатки известных способов заключаются в следующем. Ряд описанных способов требуют особого оборудования, особых условий техники безопасности по причине их вредности, что удорожает производство. Другая группа способов основана на использовании редко встречающихся в регионах составляющих, характерных только для остатков тех или иных специфических химических производств. Еще одним и главным недостатком вышеперечисленных способов является необходимость подогрева участвующих в процессе приготовления смесей минеральных материалов, что требует дополнительных затрат энергии. Нагрев смесей до высоких температур сопровождается нанесением экологического ущерба окружающей среде и ухудшением условий труда работающего персонала Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ приготовления битумоминеральной смеси [авторское свидетельство СССР Однако и данному способу присущи недостатки: расход энергии, связанный с необходимостью подогрева воды, замедленные сроки формирования и низкие свойства получаемых из смеси покрытий по причине повышенной температуры (20-70°С) и излишнего количества вводимой в смесь воды (12-14%), что объясняется исследованиями, проведенными в последующем авторами заявляемого изобретения. Задачей заявляемого изобретения является снижение энерго- и трудозатрат осуществления способа при улучшении технологических параметров смесей и повышении показателей водонасыщения, набухания, морозостойкости и сдвигоустойчивости покрытий, устраиваемых из смесей по заявленному способу. Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в способе приготовления холодной органоминеральной смеси для дорожных покрытий, при котором смешивают наполнитель исходного сырья с водой в смесителе, затем вводят в смеситель нагретое до 140-160°С органическое вяжущее и продолжают перемешивать до полного диспергирования вяжущего и получения однородности смеси, процесс ведут без подогрева как компонентов наполнителя исходного сырья с температурой их 5-18°С, так и воды, при этом количество входящих компонентов подчинено соотношению:
Кроме того, заявляется способ с вышеперечисленными операциями, в котором в качестве наполнителя исходного сырья в смеситель вводят минеральные компоненты: щебень, песок, минеральный порошок. Заявляется также способ с вышеперечисленными операциями, в котором в наполнитель исходного сырья вводят частицы старого асфальтобетонного покрытия в количестве до 70% наполнителя от общего его количества. Заявляется также способ с вышеперечисленными операциями, в котором в состав наполнителя исходного сырья вводят цемент в количестве 1-10% от общего количества наполнителя исходного сырья. Заявляется также способ с вышеперечисленными операциями, в котором в качестве органического вяжущего вводят нефтяной битум. Заявляется также способ с вышеперечисленными операциями, в котором в качестве органического вяжущего вводят сланцевый битум. Заявляется также способ с вышеперечисленными операциями, в котором в качестве органического вяжущего вводят составленное вяжущее, включающее одновременно нефтяной и сланцевый битумы. Заявляется также способ с вышеперечисленными операциями, в котором в качестве органического вяжущего вводят составленное вяжущее, включающее одновременно нефтяной битум и каменноугольный деготь. Техническим результатом, на достижение которого направлено создание изобретения, является то, что в указанном интервале температур и количестве входящей в смесь воды установлено улучшение технологических параметров смеси, показателей водонасыщения, набухания, морозостойкости и сдвигоустойчивости покрытий, устраиваемых из смесей. Кроме того, технология приготовления материалов с дисперсными органическими вяжущими имеет значимые достоинства: энергосбережение, так как отпадает необходимость в высушивании и нагреве минеральных составляющих; ресурсосбережение, за счет исключения из технологической линии сушильного барабана, форсунки, топочного хозяйства, пылеуловительной установки, грохота, необходимости их обслуживания, снижения металлоемкости завода, расхода минерального порошка и др.; экологическая безопасность, так как благодаря холодному и влажному приготовлению смесей исключается выброс в атмосферу пыли, различных окислов, канцерогенных углеводородов и др. Преимущество получаемых материалов с дисперсным битумом перед материалами на эмульсиях заключается в отсутствие необходимости заблаговременного производства эмульсий на специальном оборудовании с использованием дефицитных, дорогостоящих поверхностно-активных эмульгаторов, нередко приобретаемых за рубежом. Заявляемая в способе технология позволяет получать широкий спектр материалов с дисперсными вяжущими. Частичная или полная замена щебня в частном случае применения измельченным старым асфальтом позволяет получать холодные регенерированные асфальтовые смеси для устройства дорожных покрытий и оснований со свойствами, не уступающими материалам, приготавливаемым из традиционного сырья. По аналогии можно приготавливать и применять холодные органоминеральные смеси из природных нефте- и битумосодержащих горных пород (асфальты, асфальтиты, киры и т.п.) В результате замены некоторого количества минерального порошка цементом получается материал, сочетающий свойства цементного и асфальтового бетона – цементо-асфальтобетон для дорожных одежд, работающих в тяжелых условиях эксплуатации. При полной замене минерального порошка цементом получается цементобетон с добавками органических вяжущих. Установлена принципиальная возможность производства органоминеральных смесей с дисперсными вяжущими из несвязных, рыхлых пород (грунты, песчано-гравийные смеси и т.п.). Технология позволяет использовать в дисперсном состоянии все известные, применяемые в дорожном строительстве органические вяжущие: нефтяные и сланцевые битумы, смолы, каменноугольные и другие виды дегтей и т.п. Процессы структурообразования в материалах с дисперсными вяжущими начинаются на стадии смешения, продолжаются и заканчиваются в дорожной одежде. Смесь представляет собой гетерогенную необратимую систему открытого типа, протекающие в ней процессы происходят в направлении уменьшения суммарной избыточной энергии, достижения устойчивого равновесия. Скорость протекания этих процессов обусловливается составом, свойствами, температурами исходных материалов, погодными условиями (солнце, ветер, температура воздуха и др.). Пределом формирования структуры является образование бинарной системы «битум – минеральные составляющие». Производство органоминеральных смесей с дисперсными вяжущими может осуществляться современными машинами и оборудованием. Мешалки могут применяться свободного и принудительного действия. Последние предпочтительнее, а для грунтовых смесей обязательные. Транспортирование смесей, распределение в слои дорожных покрытий и уплотнение может осуществляться обычными способами. Органоминеральные материалы с дисперсными вяжущими целесообразно применять с учетом составов и свойств в различных конструктивных слоях дорожных одежд на дорогах всех технических категорий в III-V дорожно-климатических зонах. Заявляемый способ заключается в следующем. Компоненты наполнителя исходного сырья: щебень, песок, минеральный порошок с температурой их 5-18°С, продиктованной низкими температурами нахождения минеральных составляющих в естественных условиях, например ранней весной или поздней осенью, без подогрева и высушивания подают в мешалку. Одновременно с минеральными материалами в мешалку подают воду с температурой 5-18°С в количестве 4-11% от массы наполнителя исходного сырья и перемешивают с минеральными составляющими порядка 15 секунд. Затем в мешалку одновременно подают предварительно нагретое вяжущее в количестве 3-9% от массы наполнителя исходного сырья с температурой 140-160°С в зависимости от вязкости используемого битума и перемешивание продолжают, как правило, 20-50 секунд до полного диспергирования битума и получения однородности смеси. В процессе перемешивания в объеме смеси получают прямую медленнораспадающуюся битумную эмульсию на твердых эмульгаторах, роль которых выполняют обычно применяемые в дорожном строительстве минеральные порошки. Температура готовой смеси при выходе из смесителя, как правило, не превышает 40°С. Главным показателем качества полученной смеси является дисперсность битума. Степень дисперсности определяют визуально, она считается удовлетворительной, если при размыве смеси водой не наблюдаются комки, нити и сгустки битума. Для количественной оценки дисперсности битума применяют микроскопический метод. Для приготовления смесей применяют щебень и гравий из плотных горных пород, шлаков, а также нефте- и битумосодержащих горных пород (асфальтиты, киры) фракций 5-10 мм, 10-20 мм, 20-40 мм или в виде смесей смежных фракций в количестве 30-60%; песок природный или искусственный высевок в виде отходов дробления горных пород в количестве 20-60% от общей массы наполнителя; негидрофобный минеральный порошок с содержанием частиц мельче 0,071 мм не менее 70% в количестве 4-16% от общей массы наполнителя. Зерновой состав смеси подбирают исходя из условия обеспечения минимальной межзерновой пустотности. Для приготовления смесей в качестве добавки наполнителя исходного сырья в ряде случаев вводят старый асфальт (фрезерованный гранулят, дробленый лом). Исходя из необходимости введения в смесь достаточного количества минерального порошка и высевок, которые обеспечивают диспергирование битума, максимальное содержание старого асфальта не должно превышать 70% от общей массы наполнителя. В регионах, где не наблюдается дефицита нефтяного сырья, для приготовления смесей в качестве органического вяжущего в смесь вводят обычно применяемые в дорожном строительстве нефтяные битумы. Например, вязкие битумы марок БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 200/300 и жидкие битумы марок СГ 70/130, СГ 130/200. В регионах, где отмечается наличие месторождения горючих сланцев и продуктов их переработки при дефиците нефтяного сырья, для приготовления органоминеральных смесей в качестве органических вяжущих рекомендуется применять сланцевые битумы, например, марок БС 90/130, БС 130/200, БС 200/300. Проведенными исследованиями было установлено, что значительного повышения адгезии органических вяжущих к минеральным материалам и некоторого улучшения водных свойств (водонасыщения и водостойкости) получаемого материала можно добиться путем одновременного введения в смесь нефтяного и сланцевого битумов. Нефтяной и сланцевый битумы в количественном соотношении 10-90% каждого вяжущего от общего его количества с температурой 140-160°С одновременно вводят в смеситель. В процессе перемешивания происходит раздельное независимое диспергирование их твердым эмульгатором – минеральным порошком. В объеме асфальтовой смеси образуют смешанную, медленнораспадающуюся битумную эмульсию на твердом эмульгаторе. Установлено также, что одновременное введение в смесь нефтяного битума и каменноугольного дегтя способствует некоторому снижению водонасыщения и набухания получаемых материалов и не приводит к снижению их прочности. Возможно и введение вяжущего, полностью состоящего из каменногоугольного дегтя марок Д-1, Д-2, Д-3, Д-4, Д-5, Д-6 Проведенными исследованиями было установлено, что ускорения протекания процессов структурообразования и улучшения дорожно-технических свойств покрытий (повышения прочности и водостойкости) можно добиться путем введения в смесь цемента в количестве 1-10% от общей массы наполнителя. Заявляемый способ приготовления холодной органоминеральной смеси позволяет устраивать покрытия при температуре воздуха не ниже +5°С. Пример 1 Способ в соответствии с заявленной технологией осуществляли при следующем составе исходных материалов:
Свойства полученной органоминеральной смеси:
Пример 2 Способ в соответствии с заявленной технологией осуществляли при следующем составе исходных материалов:
Свойства полученной органоминеральной смеси:
Полученная органоминеральная смесь и контрольные лабораторные образцы удовлетворяют предъявляемым стандартным требованиям по всем параметрам. Пример 3 Способ в соответствии с заявленной технологией осуществляли при следующем составе исходных материалов:
Свойства полученной органоминеральной смеси:
Полученная органоминеральная смесь и контрольные лабораторные образцы удовлетворяют предъявляемым стандартным требованиям по всем параметрам. Пример 4 Способ в соответствии с заявленной технологией осуществляли при следующем составе исходных материалов:
Свойства покрытия (значения для вырубок), полученного на основе органоминеральной смеси:
Пример 5 Способ в соответствии с заявленной технологией осуществляли при следующем составе исходных материалов:
Свойства покрытия (значения для вырубок), полученного на основе органоминеральной смеси:
Пример 6 Пример приведен для сравнения заявляемого способа приготовления смеси с наиболее близким аналогом (SU 883221) и демонстрации преимуществ получаемых из смеси покрытий. Способ в соответствии с наиболее близким аналогом (SU 883221) осуществляли при следующем составе исходных материалов:
Свойства покрытия (значения для вырубок), полученного на основе органоминеральной смеси:
Формула изобретения
1. Способ приготовления холодной органоминеральной смеси для дорожных покрытий, при котором смешивают наполнитель исходного сырья с водой в смесителе, затем вводят в смеситель разогретое до 140-160°С органическое вяжущее и продолжают перемешивать до полного диспергирования вяжущего и получения однородности смеси, отличающийся тем, что процесс ведут без подогрева как компонентов наполнителя исходного сырья с температурой их 5-18°С, так и воды, при этом количество входящих компонентов имеет соотношение, % на 100% наполнителя:
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя исходного сырья в смеситель вводят минеральные компоненты в составе: щебень, песок, минеральный порошок. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в наполнитель исходного сырья вводят частицы старого асфальтобетонного дорожного покрытия в количестве до 70% наполнителя от общего его количества. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в состав наполнителя исходного сырья вводят цемент в количестве 1-10% от общего количества наполнителя исходного сырья. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического вяжущего вводят нефтяной битум. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического вяжущего вводят сланцевый битум. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического вяжущего вводят составленное вяжущее, включающее одновременно нефтяной и сланцевый битумы. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического вяжущего вводят составленное вяжущее, включающее одновременно нефтяной битум и каменноугольный деготь.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2190579 на изобретение путем смешения минеральной части с жидким битумно-каучуковым вяжущим, состоящим из подогретого до температуры 170-190°С битумом, 10-15 мас.% сланцевым маслом, раствором каучука.
