Патент на изобретение №2355655

(54) ВЯЖУЩЕЕ

(57) Реферат:

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 М_кр=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

Формула изобретения

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