Способ получения строительного материала из смеси измельченного бытового полиэтилена и золы от сжигания осадков сточных вод

Изобретение относится к области производства строительных материалов для дорожных конструкций. Способ основан на переработке бытового полиэтилена и золы от сжигания осадков сточных вод в легкий и плотный строительный материал в виде пластин толщиной от 50 мм с утилизацией отходов промышленности (бытового полиэтилена и золы от сжигания осадков сточных вод) в слоях дорожных одежд переходного или капитального типов, в том числе лесных дорог.

Известна заявка SU 1096268 А1 от 07.06.1984 ВЯЖУЩЕЕ ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА, включающее инден-кумароновую смолу и пластификатор, отличающееся тем, что, с целью повышения его теплоустойчивости, оно содержит в качестве пластификатора талловый пек и дополнительно низкомолекулярный полиэтилен и полиэтиленимин при следующем соотношении компонентов, мас. %: Инден-кумароновая 30-40 смола 44,5-59,8 Талловый пек Низкомолекулярный 10-15 полиэтилен 0,2-0,5 Полиэтиленимин.

На основе предложенного вяжущего готовят асфальтобетонные мелкозернистые смеси типа 6, марки 1. Расход вяжущего составляет 7% от массы минеральной части, состоящей из 40% щебня, 50% песка и 10% минерального порошка.

Вяжущее в данной заявке содержит в качестве одного из компонентов низкомолекулярный полиэтилен, однако его процентное содержание в материале невелико, рассматривать данную смесь как вариант утилизации полиэтилена нецелесообразно.

Известна заявка RU 2026323 С1 от 09.01.1995 Способ получения композиций для дорожного и гидротехнического строительства.

Способ получения композиции заключается в том, что осуществляют смешение композиции следующего состава /первый способ/, мас. %: битума 11-13; резиновая крошка 55-57; волокнистый наполнитель /обрезки металлокордовой проволоки/ 22-24; отходы полиэтилена 2,7-3,6; пластификатора 3,6-6,0; сера 1,3-2,2. В качестве пластификатора используют пластификатор, выбранный из группы, включающей дибутилфталат, диоктилфталат, трифенилфосфат. Способ осуществляют смешением первоначально резиновой крошки, волокнистого наполнителя, отходов полиэтилена и 38,9-56,7 от общего количества пластификатора. Полученную смесь перемешивают при 50-60°С в течение 0,5-1,0 ч. Затем в течение 1,0-1,5 ч вводят нагретый до 145-150°С битум с последующим введением в течение 2,0-2,5 ч остального количества пластификатора, при этом осуществляют повышение температуры до 195-200°С, после чего в течение 0,2-0,3 ч вводят серу. В течение всего процесса осуществляют перемешивание компонентов композиции. Второй способ отличается составом композиции и содержит следующие компоненты, мас. %: битум 6-8; резиновая крошка 28-36; волокнистый наполнитель 12-14; отходы полиэтилена 1,7-2,2; пластификатор 1,8-2,8; сера 0,7-1,5 и минеральный наполнитель 36,1-43,2. Минеральный наполнитель вводят на последней стадии с серой. Способ аналогичен описанному способу один, но отличается тем, что первая порция пластификатора составляет 38,9-39,3% от общего количества

В данном способе утилизируется небольшое количество отходов, кроме того смесь содержит битум для повышения интенсивности пластификации резиновой крошки и полиэтилена и повышения адгезии общей массы компонентов, что приводит к удорожанию получаемого материала. В нашем предлагаемом способе связывание компонентов и повышение прочности и водостойкости материала осуществляется применением полиэтилена.

Близким аналогом является заявка RU 2298060 С1 от 27.04.2007

Покрытие дороги

Покрытие дороги, состоящее из элементов, размещенных на основании, отличающееся тем, что в качестве элементов покрытия используют емкости, выполненные из полиэтилена, размещенные на минимальном расстоянии друг от друга на основании траншеи резом вверх с открытым нижним отверстием в виде мелкоячеистого покрытия и заполненные сыпучим материалом.

В данном покрытии используется только один отход - полиэтилен, в то время как в предлагаемом нами способе рассматривается утилизация отхода 4 класса опасности - золы от сжигания осадков сточных вод путем капсулирования ее полиэтиленом.

Наиболее близким аналогом может служить заявка RU 2001136046 А от 27.08.2003 «Способ утилизации золы»

При данном способе смешивают 40-60 масс. % золы, 10-20 масс. % компонента на основе оксида кремния состава SiO₂ - 50-75%, Al₂O₃ - 5-30%, Na₂O - 5-20%, СаО - 1-10%, 20-40 масс. % кислотного компонента, из полученной смеси формируют гранулы, опудривают их дисперсным огнеупорным материалом, подсушивают и проводят термообработку гранул в две стадии: в течение 10-30 мин при температуре 400-600°С и в течение 1-20 мин при температуре 870-950°С. Технический результат: существенное снижение температуры процесса, повышения прочности, водопроницаемости полученных нетоксичных гранул, которые могут быть захоронены без ущерба для окружающей среды или использованы в качестве заполнителя для строительных материалов.

Данный способ утилизации требует больших энергетических затрат по сравнению с предлагаемым нами способом за счет длительной обработки при высоких температурах, применение в предлагаемом нами способе полиэтилена в качестве вяжущего приведет к повышению прочности и снижению вымываемости вредных веществ из золы.

В предлагаемом нами способе используют золу от сжигания осадков сточных вод и бытовой полиэтилен. Бытовой полиэтилен измельчают до размера частиц менее 5 мм масс., % 40-70 и смешивают с золой масс., % 30-60, смесь нагревают до температуры 250-350°С, осуществляют перемешивание в течение 10-15 мин до однородного расплава, прессуют горячую смесь при давлении 10-25 МПа в пластину толщиной от 50 мм в течение 3 минут, охлаждают готовое изделие при температуре окружающей среды.

Технический результат - утилизация в строительной отрасли бытового полиэтилена и золы от сжигания осадков сточных вод из отвалов хранения, получение легкого и плотного строительного материала, повышение прочности и долговечности дорожных конструкций.

Пример реализации заявленного способа в дорожно-строительной отрасли представлен в табл. 1. Для экспериментальной проверки заявленного способа были подготовлены 4 варианта смесей из вышеуказанных компонентов, состав которых приведен в таблице.

Дозировка в смеси полиэтилена, измельченного до размера 5 мм составляет масс., % 40-70, что обеспечивает скрепление в плотную структуру золы от сжигания осадков сточных вод с показателями прочности при сжатии материала 566-680 МПа и максимальной утилизацией золы до масс., % 30-60.

В таблице 1 приведены результаты испытания на прочность образцов из смеси бытового полиэтилена и золы от сжигания осадков сточных вод.

Все смеси подходят по своим характеристикам для устройства дорожных конструкций. При выборе смеси стоит руководствоваться требуемыми прочностными характеристиками.

Полученный материал обладает большой плотностью, прочностью и растяжимостью. Каждая плита из такого материала в дорожном покрытии способна выдерживать значительные вертикальные нагрузки. В результате этого колеса автотранспортного средства не разрушают защитный слой, то есть не происходит так называемое раздавливание колеи. При создании смеси утилизируется большой объем отходов.