Результат интеллектуальной деятельности: АКТИВИРОВАННЫЙ МИНЕРАЛЬНЫЙ ПОРОШОК ДЛЯ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

Изобретение относится к дорожному строительству и может быть использовано при выполнении ремонтных и строительных работ асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог и аэродромов. Изобретение касается композиции активированного минерального порошка для асфальтобетонного покрытия.

Известен состав активированного минерального порошка для получения асфальтобетонной смеси, состоящий из измельченной известняковой породы, активированный смесью битума и анионного поверхностно-активного вещества (ПАВ) в количестве 1,5-2% от массы известняковой породы, отличающийся тем, что активирующая смесь дополнительно содержит кубовый остаток дистилляции капролактама при следующих соотношениях, мас.%:

битум - 77-85,5,

анионное ПАВ - 9-18,

кубовый остаток дистилляции капролактама - 2,5-5%.

[Патент РФ №2112759 от 20.05.1997 г., опубл. 10.11.1998 г.].

Недостатком указанного состава минерального порошка является низкое качество асфальтобетона, полученного с применением этого минерального порошка, при использовании его в условиях холодного климата и значительные затраты при его приготовлении.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является состав активированного минерального порошка для получения асфальтобетона повышенного качества при использовании в условиях холодного климата [Активированный минеральный порошок для асфальтобетонных смесей. Патент РФ №2160238 от 14.12.1999 г, опубл. 10.12.2000 г.]. В известном изобретении в качестве активирующей смеси используют битумно-каучуковое вяжущее и поверхностно-активное вещество. В качестве битумно-каучукового вяжущего применяют смесь битума и раствора этиленпропиленового каучука, продутого воздухом. Соотношение компонентов активированного минерального порошка следующее, вес.%:

битумно-каучуковое вяжущее - 1,0-3,0,

поверхностно-активное вещество - 1,0-1,1,

минеральный порошок - остальное до 100.

Недостатком этого изобретения является повышенный расход битумно-каучукового вяжущего и соответственно увеличенные затраты при приготовлении активированного минерального порошка и асфальтобетона.

Задачей изобретения является снижение затрат, повышение прочностных характеристик, водостойкости и трещиностокости, что позволит удлинить срок службы дорожного покрытия.

Поставленная задача достигается тем, что минеральный порошок для асфальтобетонных смесей, состоящий из измельченной известняковой породы, активированный смесью поверхностно-активного вещества и каучукового вяжущего, в качестве каучукового вяжущего содержит раствор кубового остатка перегонки бутадиена производства синтетического каучука, а в качестве поверхностно-активного вещества - соапсток производства растительных масел при следующем соотношении компонентов, вес.%: кубового остатка перегонки бутадиена 0,5-1,0; соапсток производства растительных масел 0,5-1,0; минеральный порошок - остальное до 100.

Сопоставительный анализ с ближайшим аналогом позволяет сделать вывод о том, что предлагаемый активированный минеральный порошок для асфальтобетонных смесей отличается введением кубового остатка перегонки бутадиена, и соапстока производства растительных масел и новым соотношением компонентов, мас. %:

кубовый остаток перегонки бутадиена - 0,5-1,0,

соапсток производства растительных масел - 0,5-1,0,

минеральный порошок - остальное.

Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Активация минерального порошка смесью отхода производства растительных масел и кубового остатка перегонки бутадиена придает минеральному порошку свойства, которые проявляются в изобретении повышением предела прочности образцов на сжатие, трещиностойкость и водостойкость. Таким образом, предлагаемое техническое решение придает минеральному порошку новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "изобретательский уровень".

В качестве основного компонента заявляемого состава - минерального порошка - использовали измельченную известняковую породу Мазульского известнякового рудника. Известняк Мазульского известнякового рудника является горной породой мелкозернистой кристаллической структуры, серого и темно-серого цвета (встречается белого цвета). Согласно проведенного рентгенофазового анализа основной минерал известняка - кальцит (СаСОз). Кроме кальцита, в известняке присутствуют другие минералы (альфа-кварц, каолинит, мусковит, полевые шпаты, доломит и др.) в переменных количественных соотношениях. Мазульское месторождение известняков разрабатывается по транспортной системе с перемещением вскрышных пород во внешние отвалы. Кондиционный известняк автосамосвалами доставляется в отделение дробления известняка Ачинского глиноземного комбината. Система разработки углубочная поперечная однобортовая с перемещением пород вскрыши во внешние и внутренние отвалы. Дробленая известняковая порода (щебень) транспортировалась на промплощадку кирпичного завода ООО «ДПМК Ачинская», которая в последующем подвергалась измельчению в шаровой двухкамерной мельнице типа 1456А УЗ. Рабочий объем мельницы 8 м³, производительность 8 т/ч, максимальная масса мелющих тел 11 т. Подбор мелющих тел для измельчения щебня фракции 5-10 мм в шаровой двухкамерной мельнице подбирался исходя из размеров исходного материала. Физико-механические свойства щебня и его зерновой состав, применяемого для производства минерального порошка, соответствовал требованиям ГОСТ 8267-93. Зерновой состав измельченного в мельнице минерального порошка соответствовал ГОСТ Р 52129-2003 «Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей» более 100% мельче класса 1,25 мм.

В качестве поверхностно-активного вещества, применяемого в заявляемом составе активирующей смеси, использован отход производства растительных масел - соапсток. Соапсток является жидким отходом процесса щелочной нейтрализации процесса дезодорации растительных масел. Дезодорация представляет собой конечную стадию процесса рафинации и имеет своей целью получение совершенно обезличенных по вкусу и запаху жиров, а также полное удаление из них пестицидов и 3,4-бензпирена. Щелочная нейтрализация проводится при высоком кислотном числе масла, более 1,5 мг КОН/г. Данные отходы содержат в себе: жиры (сложные эфиры трехатомного спирта - глицерина и высших карбоновых кислот) с массовой долей - до 15-25%; жирные кислоты в виде солей натрия (мыл) - до 12,5%, фосфолипиды, воду. Количество нейтрального масла в соапстоке в зависимости от режима рафинации, от четкости работы рафинера, от плотности соапстока колеблется в весьма широких пределах. При переработке подсолнечника с массовой долей фосфорсодержащих веществ в перерасчете на стеароолеолецитин - 0,64% на одну тонну переработанного сырья приходится до 0,408 куб. м соапстока. В настоящее время соапсток используется в крайне ограниченных количествах и в качестве компонента активирующей смеси для минерального порошка ранее не применялся. По сравнению с олеиновой кислотой, которая очень часто используется в дорожных организациях в качестве поверхностно-активного вещества, соапсток имеет цену в 8-10 раз ниже.

Применение соапстока в качестве поверхностно-активного вещества в составе активирующей смеси обеспечивает увеличение гидрофобности поверхности измельченного минерального порошка, приготовленного из известняка Мазульского известнякового рудника. Присутствие в соапстоке глицеридов, солей жирных кислот, фосфатидов, токоферолов, каротиноидов приводит к лучшей абсорбции ПАВ на минеральной поверхности измельченного известняка и обеспечивает более высокую степень гидрофобности, что соответственно позволяет снизить расход соапстока до минимального количества при использовании его в качестве компонента активирующей смеси.

В процессе производства масложировой продукции на различных стадиях образуются многочисленные жировые отходы и побочные продукты, которые имеют определенную ценность и не используются в промышленных масштабах. Содержание жира в соапстоке 20% и более. Соапсток не токсичен и известно его применение в рационах животных как жировая добавка, так как в 1 кг соапстока содержится 8500-8700 ккал обменной энергии, что отвечает энергии 3,4 кг концентрированных кормов. Важная роль принадлежит жирам в витаминном питании и водном обмене. Они способствуют всасыванию и депонированию жирорастворимых витаминов. При расщеплении 100 г жира в организме животных образуется 107 г воды. Использование жиров улучшает вкусовые качества кормов и энергетическую ценность рационов, повышает эффективность использования азота [Использование отходов масложировой промышленности в животноводстве / Сб. ЦНИИТЭИпищепром, сер. 6. Вып. 1 - М., 1982.].

В качестве каучукового вяжущего в состав активирующей смеси включен раствор кубового остатка перегонки бутадиена (абсорбент А-2). Кубовый остаток перегонки бутадиена (абсорбент А-2) был приобретен от ОАО «Красноярского завода синтетического каучука». Кубовый остаток перегонки бутадиена получают в производстве мономера для производства синтетического каучука по ТУ 38.103349-85 утв. 25.01.2001 г. Указанный промпродукт представляет собой переработанный абсорбент производства бутадиена и изопрена. Согласно технологическому процессу получения синтетического каучука очистку бутадиена от ингибитора на данном заводе осуществляют на колонне тарельчатого типа. Обогрев колонны производится паром, подаваемым в межтрубное пространство. Кубовые остатки перегонки бутадиена (абсорбент А-2) из ректификационных колонн по мере накопления отбираются периодически из нижней линии циркуляционного трубопровода кипятильника в аппарат с мешалкой. По мере накопления абсорбента А-2 в данном аппарате производят его отпарку от бутадиена паром, периодически подаваемым в наружный змеевик аппарата. Отпаренный абсорбент А-2 азотом передавливается в автоцистерну, с помощью которой затем доставляется в цех в накопительную промежуточную емкость.

По внешнему виду при комнатной температуре абсорбент А-2 представляет собой полимерную массу темно-коричневого цвета со слабым запахом, без механических примесей. Плотность - 0,8-0,95 г/см³. Проведенный анализ показал, что при отгонке абсорбента А-2 выделяется 2% легколетучих соединений, 25% - фракции с температурой кипения 75-140°C, 10,5% - фракции с температурой кипения 140-153°C, 10% - фракции с температурой кипения 153-190°C, 52,5% - остаток, который кипел, но не перегонялся.

Этот отход производства синтетического каучука на ОАО «Красноярский завод синтетического каучука» образуется ежегодно в количестве 7-10 тонн и в настоящее время практически не используется. Замена применяемого в качестве вяжущего битума на данный отход производства позволит получить дешевый компонент активирующей смеси, который обеспечит повышение водостойкости и улучшение низкотемпературных характеристик асфальтобетона, обусловленное повышением эластичности дорожного покрытия.

В настоящее время с увеличением объемов дорожного строительства возрастает спрос на асфальтобенное покрытие и соответственно увеличивается потребность в качественном минеральном порошке для асфальтобетона. Основными недостатками известных минеральных порошков являются их битумоемкость, пористость и набухание. Асфальтобетонные смеси, приготовленные с их применением, зачастую имеют недостаточную водо- и теплостойкость, что сказывается на прочностных и эксплуатационных свойствах дорожных покрытий. Благодаря тому, что минеральный порошок адсорбирует на себя большую часть битума, асфальтобетон приобретает необходимые свойства (механическую прочность, способность к упругим и пластичным деформациям) и при этом улучшается качество дорожного покрытия и увеличивается его срок службы. Вместе с тем одной из наиболее серьезных проблем считается проблема утилизации промышленных отходов. В ряде случаев эти отходы уже в настоящее время применяются в качестве вяжущих компонентов при укреплении оснований дорожного покрытия (нефелиновый шлам, золошлаковые отходы, металлургические шлаки, фосфогипс и др.). В заявляемом составе активированного минерального порошка предлагается использовать в качестве активирующей смеси отходы промышленного производства. Замена традиционно применяемой дорогостоящей олеиновой кислоты и битума на дешевые отходы производства синтетического каучука и отходы производства растительных масел может не только снизить затраты на производство активированных порошков, но и обеспечить получение качественных показателей асфальтобетона.

Технический результат описываемого изобретения заключается в уменьшении количества компонентов активирующей смеси (исключение из состава активирующей смеси битума), удовлетворяющего всем требованиям ГОСТ, применение которого в асфальтобетонных смесях позволяет получить асфальтобетонное покрытие, обладающее улучшенными физико-механическими свойствами и повышенными эксплуатационными характеристиками, такими как прочность при сжатии, водостойкость, эластичность.

Основным требованием при изготовлении асфальтобетонных смесей является создание качественного и технологичного активированного минерального порошка, использование которого позволяет получить асфальтобетонные покрытия, обладающие высокими эксплуатационными характеристиками. Добавка в состав активирующей смеси каучукового вяжущего приводит к новым свойствам активированного минерального порошка, которые обеспечивают эластичность, трещиноустойчивость и водостойкость изготовленного из него асфальтобетона. Влияние компонента отходов синтетического каучука на активирующие свойства объясняются тем, что молекулы абсорбента проникают к поверхности измельченного минерального порошка и изменяют поверхностно-абсорбционный слой смеси. В результате ввода активированного минерального порошка в состав асфальтобетонной смеси происходят хемосорбционные процессы между измельченным известняком, органическими и минеральными составляющими данной смеси, что обеспечивает прочные адгезионные контакты между всеми компонентами асфальтобетона, содержащего предлагаемый состав активированного минерального порошка.

Для экспериментальной проверки заявляемой смеси активированного минерального порошка были приготовлены 9 составов минерального порошка с использованием каучукового вяжущего - кубового остатка перегонки бутадиена и поверхностно-активного вещества - соапстока производства растительных масел.

Примеры составов активированного минерального порошка (МП) и физико-механические характеристики испытываемых образцов асфальтобетона, приготовленных с использованием этих составов приведены в табл. 1. Пример 1 - прототип, примеры 2-10 - заявляемый состав.

Как показали результаты испытаний образцов асфальтобетонных смесей, изготовленных на основе предлагаемого состава активированного минерального порошка, предел прочности образцов на сжатие выше, чем у состава, взятого за прототип. Трещиностойкость и водостойкость образцов, приготовленных с применением предлагаемого состава активированного минерального порошка, также выше данных показателей с использованием состава, принятого за прототип. Добавка в предлагаемый состав каучукового вяжущего - кубового остатка перегонки бутадиена (абсорбент А-2) обеспечивает более высокие значения по водостойкости и пределу на растяжение в оптимальном диапазоне от 0,5 до 1,0% от массы минерального порошка. Добавка каучукового вяжущего (абсорбент А-2) менее 0,5% снижает прочностные характеристики и водостойкость асфальтобетона. Ввод в состав активированного минерального порошка каучукового вяжущего (абсорбент А-2) более 1,0% сохраняет достаточно высокие показатели по водостойкости, но при этом несколько снижается прочность образцов на сжатие. Применение в составе активирующей смеси соапстока производства растительных масел позволяет заменить применяемые дорогостоящие реагенты активаторы (олеиновая кислота) на отходы промышленного производства и обеспечить при этом новые технологические эффекты. При этом наиболее высокие показатели по прочностным характеристикам образцов асфальтобетона отмечены при дозировках соапстока от 0,5 до 1,0%. Добавка в активирующую смесь соапстока в количестве менее 0,5% не обеспечивает требуемую прочность образцов на сжатие, что обусловлено низкой степенью гидрофобности активированного минерального порошка. Введение в состав активирующей смеси соапстока более 1,0% несколько снижает показатели по водостойкости образцов и экономически нецелесообразно.

Использование в асфальтобетонных смесях заявляемого состава активированного минерального порошка способствует молекулярному изменению структуры органических составляющих в этих смесях, что повышает упругость асфальтобетонных покрытий, снижает их чувствительность к температурным нагрузкам и обеспечивает снижение деформации, что подтверждает увеличение показателей трещиностойкости по пределу на растяжение. За счет влияния на деформационные процессы, возникающие в асфальтобетонных покрытиях, увеличивается срок эксплуатации дорожного покрытия. Использование в асфальтобетонных смесях заявляемого состава активированного минерального порошка способствует молекулярному изменению структуры органических составляющих в этих смесях, что повышает упругость асфальтобетонных покрытий, снижает их чувствительность к температурным нагрузкам и обеспечивает снижение деформации, что подтверждает увеличение показателей трещиностойкости по пределу на растяжение. За счет влияния на деформационные процессы, возникающие в асфальтобетонных покрытиях, увеличивается срок эксплуатации дорожного покрытия.