Дорожная смесь

Дорожная смесь

Реферат

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и может быть использовано для устройства верхних слоев дорожных одежд во всех климатических зонах.

Известны дорожные смеси, включающие вяжущее и минеральный наполнитель, где в качестве вяжущего используется дорожный битум, а в качестве минерального наполнителя песок, щебень, минеральный порошок [ГОСТ 9128-97 Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия].

Общим недостатком данных смесей является малый срок службы дорожного покрытия, вследствие низкой эластичности асфальтобетонной смеси при отрицательных температурах.

Известны дорожные смеси на основе минерального наполнителя и вяжущего, предварительно модифицированного специальными добавками, повышающими эластичность и прочность дорожного покрытия, где в качестве вяжущего используется битум, а в качестве модифицирующей добавки резиновая крошка, органические смолы, дивинил-стирольные производные (патент РФ №2374198, C04B 26/26, опубл. 27.11.2009, бюл. №33, патент РФ №2382802, C08L 95/00, опубл. 27.02.2010, бюл. №6).

Общим недостатком данных смесей является высокая стоимость применяемых модифицирующих добавок.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является дорожная смесь на основе минерального наполнителя, нефтяного битума и модифицирующей полимерной добавки - полиэтилентерефталата, в виде использованных пластиковых бутылок (патент РФ №2262492, C04B 26/26, опубл. 20.10.2005, бюл. №29), где в качестве минерального наполнителя используется известняковый щебень, песок и минеральный порошок. Введение полиэтилентерефталата позволяет повысить физико-механические свойства битума, улучшить адгезию битума с минеральными компонентами, а также значительно сократить его расход, кроме того, данный способ позволяет утилизировать крупнотоннажный бытовой отход.

Недостатки прототипа связаны с использованием в качестве минерального наполнителя кондиционной, целевой продукции (песок, щебень), что связано с дополнительными затратами на ее приобретение. Использование в качестве одного из главных компонентов смеси мягкого и хрупкого вида щебня (известнякового) приводит к снижению прочностных свойств, водо- и морозостойкости получаемой смеси. Кроме того, ограничивается область применения дорожной смеси, т.к. использование щебня из осадочных пород для устройства верхних слоев дорожных одежд допускается только для дорог III-V категории [СНиП 2.05.02-85 Автомобильные дороги].

Задача изобретения состоит в разработке дорожной смеси, обладающей более высокими прочностными свойствами, повышенными значениями водо- и морозостойкости, с одновременной доступной и экономически рентабельной технологией приготовления.

Поставленная задача решается тем, что дорожная смесь, включающая битум, полимерную добавку, минеральный наполнитель, согласно изобретению в качестве минерального наполнителя содержит смесь отработанного проппанта, представляющего собой нефтесодержащий отход гранулированных алюмосиликатных порошков с размером гранул от 0,2 до 2 мм, и регенерированного цеолита с размером фракций 5-20 мм, в качестве полимерной добавки используют измельченные вторичные отходы полиэтилентерефталата, при следующем соотношении входящих компонентов, мас.%:

битум - 5,5;

указанная полимерная добавка - 0,15;

отработанный проппант - 40-50;

регенерированный цеолит - остальное.

Дорожную смесь получают путем предварительного смешивания битума с измельченными вторичными отходами полиэтилентерефталата. Полученная смесь, разогретая до 150°C, вводится в минеральный наполнитель, нагретый до 175°C. Перемешивание смеси осуществляется механизированным способом в смесителе при температуре 140-160°C.

Применяемый в составе битум соответствует марке нефтяных дорожных битумов БНД 60/90 по ГОСТ 22245-90.

В качестве полимерной добавки используют вторичные отходы полиэтилентерефталата, в виде использованных пластиковых емкостей, а также непосредственно отходов производства полиэтилентерефталата, в виде мелкодисперсного порошка и бракованного гранулята. Отходы полиэтилентерефталата термически деструктируют при температуре 260-280°C, остужают и измельчают до получения порошка с размером частиц до 0,07 мм.

Проппант представляет собой гранулированные алюмосиликатные порошки, с размером гранул от 0,2 до 2 мм, получаемые путем высокотемпературного обжига специального фракционированного глинозема [ГОСТ Р 51761-2005 Проппанты алюмосиликатные. Технические условия]. Гранулы проппанта характеризуются высокой механической прочностью: один квадратный сантиметр получаемого проппанта удерживает, не разрушаясь, до 8 тонн груза. Проппант широко используется в нефтедобывающей промышленности для повышения эффективности отдачи скважин с применением технологии гидроразрыва пласта. Отработанный проппант представляет собой многотонный нефтесодержащий отход, вывозимый в специальные амбары, где хранится годами, загрязняя окружающую среду.

Цеолиты представляют собой сложные алюмосиликаты, содержащие в своем составе оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, применяются для очистки и осушки газов. Наибольшее распространение получили синтетические цеолиты, которые используются для тонкой очистки газов от сероводорода и сероорганических соединений.

Регенерацию отработанных цеолитов производят путем последовательного нагревания и охлаждения при непрерывной продувке цеолита метановой фракцией осушенного и очищенного от сернистых соединений природного газа.

Пример 1. Для проведения опыта готовились дорожные смеси, в соответствии с составом заявляемой смеси (мас.%: битум - 5,5; полиэтилентерефталат - 0,15; отработанный проппант - 45; регенерированный цеолит - остальное), прототипом и ГОСТ 9128-97. Из полученных смесей под давлением 40 МПа изготавливали образцы диаметром 71,4 мм и высотой 73 мм. Сравнительный анализ полученных образцов проводили по основным физико-механическим показателям [ГОСТ 12801-98 Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний]: предел прочности при сжатии при 0°C, 20°C, 50°C, коэффициенты водо- и морозостойкости и др. (табл.1). Повторность опыта пятикратная.

Табл.1
Составы и физико-механические показатели образцов дорожных смесей
№ п/п	Наименование показателей	Асфальтобетон ГОСТ 9128-97	Прототип	Заявляемая дорожная смесь
1	Средняя плотность, г/см3	2,45	2,42	2,17
2	Предел прочности при сжатии, при °C
	0	13,0	13,9	14,8
	20	2,5	4,75	6,21
	50	1,3	2,5	3,8
3	Водонасыщение, %	1,5-4,0	1,5	1,6
4	Коэффициент водостойкости	0,85	0,92	0,94
5	Коэффициент морозостойкости после 20 циклов замораживания	0,70	0,79	0,81

Как видно из табл.1, заявляемая дорожная смесь обладает более высокими показателями предела прочности, коэффициентов морозо- и водостойкости по сравнению с дорожными смесями, приготовленными в соответствии с рекомендациями, указанными в прототипе и ГОСТ 9128-97.

Пример 2. Опыт ставился по схеме примера 1. Готовились образцы дорожной смеси в соответствии с составом заявляемой смеси, с различным процентным соотношением входящих компонентов (табл.2).

Табл.2
Составы заявляемой дорожной смеси
№ состава	Содержание компонента, мас.%
Битум	Полиэтилен-терефталат	Проппант	Регенерир. цеолит
1	5,5	0,15	37	остальное
2	5,5	0,15	40
3	5,5	0,15	45
4	5,5	0,15	50
5	5,5	0,15	52

Сравнительный анализ полученных образцов проводили по основным физико-механическим показателям, указанным в примере 1. Результаты представлены в табл.3.

Табл.3
Составы и физико-механические показатели дорожных смесей с различным процентным соотношением входящих компонентов
№ п/п	Наименование показателей	№ состава
1	2	3	4	5
1	Средняя плотность, г/см3	2,06	2,09	2,17	2,25	2,28
2	Предел прочности при сжатии, при °C
	0	12,0	13,6	14,8	14,74	14,61
	20	4,5	5,2	6,21	6,19	6,15
	50	3,3	3,5	3,8	3,1	2,7
3	Водонасыщение, %	3,4	2,1	1,6	1,5	1,5
4	Коэффициент водостойкости	0,85	0,90	0,94	0,98	0,98
5	Коэффициент морозостойкости после 20 циклов замораживания	0,72	0,78	0,81	0,82	0,83

Как видно из табл.3, с увеличением доли проппанта в смеси, наблюдается повышение коэффициентов водо- и морозостойкости, в то же время наибольшие значения предела прочности наблюдаются при содержании проппанта в диапазоне от 40 до 50 мас.%.

Таким образом, на основании полученных данных, можно сделать выводы о том, что оптимальным является следующий состав дрожной смеси, мас.%: битум - 5,5; полиэтилентерефталат - 0,15; отработанный проппант - 40-50; регенерированный цеолит - остальное.

Дорожная смесь, включающая битум, полимерную добавку, минеральный наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве минерального наполнителя содержит смесь отработанного проппанта, представляющего собой нефтесодержащий отход гранулированных алюмосиликатных порошков с размером гранул от 0,2 до 2 мм, и регенерированного цеолита с размером фракций 5-20 мм, в качестве полимерной добавки используют измельченные вторичные отходы полиэтилентерефталата при следующем соотношении входящих компонентов, мас.%:

битум	5,5
указанная полимерная добавка	0,15
отработанный проппант	40-50
регенерированный цеолит	остальное