Способ получения гранулированного битума

Группа изобретений относится к технологии гранулирования битумов и может быть использована, в частности, для получения асфальтобетонных смесей в дорожном строительстве, при изготовлении строительных материалов, применяемых для гидроизоляции бетонных сооружений, заделки щелей, пропитки других материалов и т.п.

Известен способ получения битумно-полимерной композиции, используемой в дорожном строительстве, в котором предварительно нагретую до соответствующей температуры смесь из компонентов композиции гомогенизируют в шнековом экструдере, снабженном гранулирующим устройством, охлаждаемым водой, через которое проходит жидкая композиционная масса (патент RU 2177969 C1, C08L 95/00, C08L 9/06, опубл. 10.01.2002 Бюл. №1). Метод является сложным и энергетически затратным, так как содержит большое количество операций и требует нагрева битума до высоких температур.

Известен способ получения гранулированного битума посредством распыления расплавленного битума в потоке охлаждающего воздуха, содержащего опудривающее вещество (авторское свидетельство СССР №729233, С10С 3/14, опубл. 25.04.80, бюл. №15). Однако данная технология получения гранул сложна и энергоемка, связана с выделением в атмосферу большого количества легких фракций, что приводит к загрязнению окружающей среды. К тому же, полученные указанным способом гранулы имеют малые размеры, что способствует их слипанию.

Известен способ приготовления гранулированной битумно-полимерной композиции, включающий плавление битумного компонента и формирование гранул, заключенных в оболочку из термопластичного полимера (патент RU 2045492 C1, С04В 26/26, C08L 95/00, опубл. 10.10.1995). Недостатком указанного способа является высокая энергоемкость.

Известен способ получения гранулированных адгезив-расплавов на основе органических битумных вяжущих материалов, содержащий для исключения процесса слипания обработку гранул в водно-щелочных растворах различных веществ при рН>7 (заявка на изобретение RU 2006121526 А, С10С 3/14, опубл. 10.01.2008). Недостатком способа является его сложность, высокая трудоемкость, низкое качество готовых гранул, склонность к слипанию при длительном хранении. Указанный способ получения гранул на основе органических битумных материалов по своей технической сущности является наиболее близким предлагаемому изобретению и принят за прототип.

Перед изобретением была поставлена задача упрощения технологии изготовления гранулированного битума за счет разработки простого, экологически безопасного способа гранулирования с возможностью получения гранул оптимальной формы любых заданных размеров, повышения качества гранул, упрощения конструкции необходимого для их изготовления оборудования.

Техническим результатом изобретения является упрощение технологии изготовления гранулированного битума и асфальтобетонной смеси, упрощение конструкции оборудования и оснастки, повышение качества, удобство хранения и транспортировки, улучшение прочностных характеристик, увеличение массы в единице объема, снижение энергозатрат, повышение производительности труда при изготовлении как гранул битума, так и асфальтобетонной смеси, использование отходов производства для нанесения частиц минералов и/или органических веществ искусственного и/или природного происхождения, увеличение потребительских свойств, а также расширение арсенала технических средств указанного назначения.

Технический результат достигается за счет того, что в способе получения гранулированного битума, включающим стадию обработки гранул, гранулы шарообразной формы, выполненные с использованием винтовых калибров, помещают в содержащий соли жирных кислот водно-щелочной раствор различных веществ, плотность которого больше плотности битума, на гранулы последовательно наносят частицы минералов и/или органических веществ искусственного и/или природного происхождения и клеящие композиции.

На чертеже условно показана блок-схема устройства для получения гранулированного битума.

Устройство содержит блок 1 для подготовки битума, блок 2 для экструдирования и гранулирования, емкость 3 для водно-щелочного раствора и охлаждения, блок 4 для нанесения покрытий, блок упаковки 5.

Способ осуществляют следующим образом.

В качестве исходного материала берут битум, который в блоке 1 переводят в пластичное состояние нагревом или охлаждением до температуры порядка (25…30)°С. При достижении пластического состояния в блоке 2 осуществляют гранулирование битума посредством экструдера и винтовых калибров.

Винтовые калибры обеспечивают шарообразную форму гранул битума. Гранулы в виде шариков примерно одинаковых размеров с габаритными размерами в диапазоне от 1,0 до 50,0 мм помещают в емкость 3 с водно-щелочным раствором, плотность которого больше плотности битума. В результате под действием выталкивающей силы со стороны раствора гранулы всплывают на поверхность раствора. При этом при всплытии гранулы подвергаются меньшим механическим воздействиям со стороны друг друга, чем в случае осаждения и скапливания на дне емкости 3. Кроме того, с поверхности водного раствора упрощается технология сбора гранул для последующей обработки. Далее, в блоке 4 на гранулы битума шарообразной формы последовательно наносят частицы минералов и/или органических веществ искусственного и/или природного происхождения и клеящие композиции. В качестве минералов природного происхождения применяют, в частности, отсев от дробления щебня и/или песок, а в качестве клеящей композиции используют жидкое стекло, к примеру, обладающий повышенной клейкостью силикат натрия - натриевое жидкое стекло Na₂O(SiO₂).

Необходимую плотность водного раствора и скорость всплытия шариков битума устанавливают посредством добавления в раствор воды или соответствующего количества тех или иных веществ.

После достижения гранулами битума в результате последовательного нанесения на них, к примеру, отсева от дробления щебня и жидкого стекла до получения необходимых прочностных характеристик гранулы охлаждают в воде или на воздухе и направляют в блок упаковки 5 с целью дальнейшего хранения или на строительные объекты для использования по назначению.

Гранулирование с применением винтовых калибров является наименее трудоемким процессом, исключающим необходимость нарезки прутков битума посредством вращающихся на валу ножей при осуществлении экструзии, к примеру, на прессе методом выдавливания битума через фильеры или в устройстве шнекового типа. При помощи винтовых калибров получают твердые гранулы шарообразной формы, не слипающиеся друг с другом. Преимуществом гранул шарообразной формы является то, что они подвержены слипанию в меньшей степени, чем гранулы другой формы, к примеру, цилиндрической. Поверхность гранул шарообразной формы, подвергающаяся соприкосновению друг с другом, является сферической, при которой гранулы испытывают механическое воздействие, равное со всех сторон. Кроме того, гранулы шарообразной формы более технологичны при обработке, легко фасуются.

Необходимо отметить, что указанные выше технический результат и прототип относятся к каждому из заявляемой группы изобретений.

Таким образом, предлагаемые способы, включающие выполнение гранул битума шарообразной формы за счет применения винтовых калибров, использование водно-щелочных растворов различных веществ с плотностью раствора выше плотности битума, последовательное нанесение на поверхность шарообразных гранул битума частиц минералов и/или органических веществ искусственного и/или природного происхождения и клеящих композиций, являются наиболее оптимальными способами получения гранулированного битума.

Полученный предлагаемыми способами гранулированный битум используют для получения асфальтобетонной смеси, гидроизоляции бетонных сооружений, заделки щелей, пропитки других материалов и т.п., для производства кровельных работ. Применение гранулированного битума, составляющего порядка 5% от общей массы асфальтобетонной смеси, включающей до 95% щебня, является фактором, способствующим снижению затрат на дорожное строительство, сокращению сроков ввода в эксплуатацию строительных объектов.

Эффективность предлагаемых изобретений объясняется не в последнюю очередь и тем, что битум является основным компонентом для асфальтного покрытия и при повторном нагреве теряет свои свойства. Поэтому для хранения битума на асфальтобетонных заводах организовывают битумохранилища, где поддерживается его постоянная температура. Применение гранулированного битума с оптимальным размером и формой гранул не только полностью исключает необходимость в битумохранилищах с поддержанием постоянной температуры, но и позволяет расширить диапазон его применения.