Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса 11
1.1 Представление о структуре асфальтобетона 11
1.2 Сырьевая база производства минеральных порошков в Ленинградской области 18
1.3 Анализ применения минеральных порошков для асфальтобетона 21
1.4 Физико-химическая активация минеральных порошков 26
1.5 Постановка задачи, цели и задачи исследований 33
Глава 2. Теоретическое обоснование физико-химической активации минерального порошка лесохимическими реагентами 35
2.1 Физико-химическая активация поверхности минеральных материалов 35
2.2 Взаимодействие лесохимических реагентов - древесной смолы хвойных пород и таллового масла с карбонатной породой 43
Выводы по главе 48
Глава 3. Исследование физико-механических свойств минеральных порошков, активированных лесохимическими реагентами 49
3.1 Состав и свойства применяемых материалов 49
3.2 Методика исследований 56
3.3 Результаты определения относительной маслоемкости минеральных порошков 66
3.4 Результаты определения относительной битумоемкости минеральных порошков 68
Выводы по главе 74
Глава 6. Опытно-производственные работы. Технико-экономическое обоснование производства минерального порошка, активированного лесохимическими реагентами 133
6.1 Получение активированного минерального порошка 133
6.2 Строительство опытного участка 137
6.3 Технико-экономическое обоснование активации минерального порошка лесохимическими реагентами 143
Выводы по главе 146
Основные выводы и рекомендации по диссертации 147
Список литературы 150
Приложения:
- Сырьевая база производства минеральных порошков в Ленинградской области
- Взаимодействие лесохимических реагентов - древесной смолы хвойных пород и таллового масла с карбонатной породой
- Результаты определения относительной маслоемкости минеральных порошков
- Строительство опытного участка
Введение к работе
В стратегии развития лесопромышленного комплекса России на период до 2015 года, рассмотренной и одобренной на VI Международном лесном форуме, обозначены основные направления - реализация проектов по комплексной переработке древесины, развитию инфраструктуры, лесного дорожного строительства. Как отметили участники форума - «факторами, ограничивающими развитие лесной отрасли, являются отсутствие централизованных капиталовложений в лесной сектор, незначительные иностранные инвестиции, низкая плотность существующей дорожной сети, нерентабельность перевозки круглого леса на расстояние свыше 1000 км и пиломатериалов свыше 2500 км из-за высоких железнодорожных тарифов». Для сохранения конкурентоспособности предприятий необходимо сокращать время от заготовки леса до его обработки. В этих условиях важно переходить к интенсивному ведению лесного хозяйства. Для этого необходимо создание густой сети лесных дорог и развитие транспортной логистики [8].
На долю перевозки древесины автомобильным транспортом приходится до 80-90% от общего объема транспорта леса. Строительство лесовозных автомобильных дорог связано со значительными затратами и отдельные предприятия не могут себе этого позволить. Однако в последнее время наметилось укрупнение предприятий, создаются лесопромышленные холдинги и группы, аккумулирующие значительные материальные и финансовые ресурсы. Как правило, магистральные, лесовозные автомобильные дороги имеют выходы к сети региональных автодорог общего пользования. Это позволит в дальнейшем войти им в эту сеть и дополнительно связать не только предприятия отрасли, но многочисленные лесные поселки, что является значительным социальным фактором. Подключение крупных магистральных, лесовозных автодорог в сеть дорог общего пользования приведет к строительству усовершенствованых покрытий из горячих и холодных асфальтобетонов, поверхностных обработок, холодных эмульсионно-
минеральных смесей и других видов битумоминеральных смесей.
Повышение качества дорожно-строительных материалов входящих в состав битумоминеральных смесей и, прежде всего в асфальтобетоны, является важным условием повышения эффективности дорожного строительства. Развитие дорожного строительства может быть обеспечено за счет широкого применения в технологии производства местных дорожно-строительных материалов, вторичного сырья, техногенных продуктов и отходов промышленного производства [46].
Такого рода минеральные материалы, зачастую не отвечают требованиям действующих стандартов на традиционно применяемые материалы и в естественном виде представляют собой некондиционное сырье.
Модифицирование минеральных составляющих смеси влияет на факторы структурообразования асфальтобетона, что свидетельствует о необходимости более пристального изучения физико-химических процессов асфальтобетона с точки зрения особенностей, связанных с использованием местных материалов и техногенных продуктов [16, 31, 69].
Фундаментальные исследования, проведенные академиком
П.А.Ребиндером, послужили основой современных представлений о структурообразовании в битумоминеральных смесях. Развитие представлений о структурообразовании асфальтобетона связано с работами П.В. Сахарова, И.А.Рыбьева, Л.Б. Гезенцвея, Н.В. Горелышева, И.В. Королева и др.
Одним из важных компонентом асфальтобетона является минеральный порошок, который в настоящее время получают преимущественно путем измельчения известняков или доломитов, содержащих не более 5% примесей глины. В ряде месторождений полезная толща выражена несколькими горизонтами. Верхние слои породы, как правило, обладают пониженной прочностью. В них наблюдаются слои, прослойки и линзы глин и песков, которые трудно удалить при добыче горной массы и количество которых доходит до 10-12 %.. Перспектива использования таких материалов в технологии
асфальтобетона открывается при условии их модифицирования в целях улучшения взаимодействия с битумом.
Одним из путей модифицирования минеральных порошков является технология физико-химической активации их поверхности, осуществляемая поверхностно-активными веществами в процессе помола. Значительным этапом исследований в этой области явились работы Л.Б. Гезенцвея, Сотниковой В.Н. в направлении использования активированных минеральных порошков для совершенствования структурообразования асфальтобетона.
Влияние активированных минеральных порошков на свойства асфальтобетона проявляется в нескольких направлениях - упрочнение структурированной дисперсной системы битум - минеральный порошок; повышение плотности и снижение водопроницаемости асфальтобетона; замедление процессов старения асфальтобетона; повышение водо- и морозостойкости асфальтобетона. Активированный минеральный порошок существенно улучшает важнейшие физико-механические свойства асфальтобетона и повышает транспортно-эксплуатационные показатели, отвечающие современным требованиям [12, 50, 55, 74, 75, 97].
В Советском Союзе существовали производства по получению активированных минеральных порошков. В основном это был «Обидимский» завод п. Обидимо Тульская область, «Кикеринский» завод п. Волосово Ленинградская область, производства в Казахстане «Курдайский» завод, а также на производствах в Азербаджане и Эстонии.
Для активации минеральных порошков использовали в основном продукты и отходы нефтяной и обрабатывающей промышленности: второй жировой гудрон, производные высших карбоновых кислот: синтетические жирные кислоты (СЖК), кубовые остатки СЖК, окисленный петролатум, железные соли СЖК: ферроокисленные рисайклы и петролатумы и др., а также низкотемпературный каменноугольный деготь, буроугольную смолу, древесную газогенераторную смолу лиственных пород, сланцевое масло,
кремнеорганическую жидкость ГКЖ-94, госсиполовую смолу (хлопковый гудрон), и др. [47,63,68,83].
В результате распада СССР, связи с предприятиями оказались нарушены - поставки продукции прекратились. Новые, жесткие экологические требования заставили предприятия, выпускавшие данные реагенты, или закрыться или перейти на безотходное производство. Круг материалов пригодных для активирования значительно сократился.
Из производителей активированного минерального порошка в РФ остался, в основном «Кикеринский з-д» - Ленинградская обл., который с активатора - второго жирового гудрона перешел на кубовые остатки СЖК, поставляемые, с центральных регионов страны за 1500-2000 км.
Северные и Северо-Западные регионы страны удалены от основных центров глубокой переработки нефти. Доставка в эти регионы химических реагентов, пригодных для активирования минерального сырья, приводит к значительному удорожанию конечной продукции.
В основном, в этих регионах расположены предприятия лесопромышленного комплекса, специализирующиеся на химической переработке древесины - целлюлозно-бумажные и пиролизные производства. Данные предприятия производят лесохимические материалы — талловые продукты и древесные смолы, которые мало рассматривались, в качестве активирующих веществ.
В связи с этим актуальным является применения лесохимических реагентов - древесных смол хвойных пород и таллового масла в качестве активирующих веществ, при производстве минерального порошка для асфальтобетона.
Цель работы. Разработка технологии получения минерального порошка активированного лесохимическими реагентами, используемого для асфальтобетона при строительстве лесовозных автодорог. Развитие метода
физико-химической активации минеральных порошков древесной смолой хвойных пород и талловым маслом. Повышение качества и долговечности асфальтобетона. Расширение сырьевой базы производства минеральных порошков для строительства лесовозных автодорог. Научная новизна заключается в следующем:
- теоретически обоснована возможность использования лесохимических
реагентов, в качестве активирующих веществ, для производства минерального
порошка;
- исследованы особенности маслоемкости и битумоемкости минеральных
порошков различного генезиса;
исследовано влияние минерального порошка активированного лесохимическими реагентами на структурообразование асфальтовяжущего и асфальтобетона;
- предложена методика лабораторной оценки деформативности
асфальтовяжущего и асфальтобетона.
На защиту выносятся:
теоретическое обоснование возможности использования лесохимических реагентов в качестве активирующих веществ, для минерального порошка;
- методика и результаты исследования физико-химических свойств
минеральных порошков различного генезиса;
- методика и результаты оценки физико-механических и деформативных
свойств асфальтовяжущего и асфальтобетона;
- технология получения минерального порошка, активированного
лесохимическими продуктами для строительства лесовозных автодорог.
Практическая значимость работы:
Ф - разработана технология получения минеральных порошков,
активированных лесохимическими реагентами в условиях АБЗ;
расширина сырьевая база производства минеральных порошков;
повышено качество и долговечность асфальтобетона для строительства лесовозных автодорог.
Реализация работы. Организован выпуск минерального порошка, активированного древесной смолой хвойных пород на АБЗ ООО «ЭнСиСи-Перспектива» и ОАО «АБЗ-1» в г. С-Петербурге. Построены опытные участки в 2003 г.
Апробация и публикация работы. Основные результаты исследований доложены на: научно-технических конференциях молодых ученых и студентов (Санкт-Петербург, ЛТА) 2000, 2001, 2002, 2005г.; Международной НТК (Минск-2001г.); ежегодной научной конференции СПб ГАСУ 2002 г.; заседании научной секции «Транспортные сооружения» Дома ученых Академии наук РФ, 2002 г.; «Ассоциации исследователей асфальтобетона» Москва-МАДИ 2003, 2004г.
Основные положения диссертации опубликованы в 6 печатных работах. Получен персональный гранд победителя конкурса для студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов за 2001 г. по теме «Транспорт».
По тематике диссертационных исследований получен патент на изобретение РФ 2004г.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы из 104 наименований, 7 приложений. Основное содержание работы изложено на 157 страницах машинописного текста без приложений и содержит 16 таблиц, 59 рисунков.
Сырьевая база производства минеральных порошков в Ленинградской области
По данным исследований и многолетнего опыта наблюдений за службой асфальтобетонных покрытий установлено, что наибольшую долговечность асфальтобетона обеспечивают минеральные порошки, приготовленные из известняков и доломитов с содержанием СаСОз, от 80 до 90 %, оксидов железа и алюминия не более 3%. Отрицательно влияют на качество минерального порошка глинистые примеси [49].
Запасы карбонатных горных пород, залегающих на территории России, значительны, но они распространены неравномерно, а в ряде районов практически отсутствуют. Карбонатные породы в Европейской части России распространены в районах Ленинградской, Вологодской, Новгородской, Пскковской, Московской, Тульской, Нижегородской, Липецкой, Самарской областей, на Урале, и частично на Кольском полуострове. Кроме того, они частично распространены в Западной и Восточной Сибири, на Дальнем Востоке.
Архей - нижний протерозой. Гнейсы, гранито-гнейсы, граниты, грано-диориты и др. На территории Ленинградской области карьеры по добычи карбонатного сырья, в основном, сконцетрированы в Волосовском, Лужском и Сланцевском районах. Там же и расположены основные предприятия по производству минеральных порошков.
Карбонатные горные породы представлены рядом пород, отличающихся содержанием примесей глинистых частиц, кремнезема, оксидов железа, глауконита и др. Известняки с примесью глинистых частиц относятся к глинистым известнякам, которые не пригодны без специальной . обработки для приготовления минеральных порошков [77]. Большие группы карбонатных горных пород составляют доломиты, содержащие значительное количество MgCCte. По содержанию в карбонатных породах MgC03 их классифицируют: - известняки (0-5 %); - доломитизированные известняки (5-18 %); - доломиты (18-21 %).
По содержанию нерастворимых остатков карбонатные породы разделяют на мергелистые (5-15 %) и мергель (15-20 %). Эти породы также малопригодны без модификации для изготовления минеральных порошков для асфальтобетона. Таким образом, из общего количества карбонатосодержащих горных пород большая часть их может быть использована с ограничением для приготовления минеральных порошков для асфальтобетона.
В ряде месторождений полезная толща выражена несколькими горизонтами. Верхние слои породы, как правило, обладают пониженной прочностью. В них наблюдаются слои, прослойки и линзы глин и песков, которые трудно удалить при добыче горной массы и количество которых доходит до 10-12%. Даже после двухстадийного дробления в щебне фракций 5-40 мм количество глинистых включений доходит до 4 - 6 %. Использование такого материала для приготовления минерального порошка проблематично. Проведенный анализ сырьевой базы производства минеральных порошков для асфальтобетона, позволяет сделать следующие выводы: на территории России, и в частности в Ленинградской области, имеются значительные количества месторождений карбонатных горных пород, однако, распространены они неравномерно (есть ряд регионов, где этот вид горной породы практически отсутствует); [46] - среди карбонатных горных пород имеется большое количество полезных толщ, содержащих глинистые и другие примеси, ограничивающие использование их в качестве сырья для производства минерального порошка.
Приведенные выводы указывают на трудность и ограниченность в ряде регионов России использования карбонатных горных пород, без специальных мероприятий по нейтрализации влияния вредных примесей, для производства минеральных порошков. 1.3. Анализ применения минеральных порошков для дорожного асфальтобетона.
Свойства асфальтобетона в значительной степени определяются свойствами структурированной дисперсной системы "битум-минеральный порошок" [27, 69]. Отечественными учеными, и главным образом, проф. П. В. Сахаровым впервые было сформулировано назначение минерального порошка в асфальтобетоне, как структурной составляющей, образующей совместно с битумом «асфальтовяжущее вещество», сцепляющее зерна минерального состава.
До Отечественной войны 1941-1945 г. в практике строительства асфальтобетонных покрытий в качестве минерального порошка (заполнителя) широко применялись молотые известняки, цемент, мраморная мука и асфальтовые породы, а также местные материалы, такие как, например, трепел, известняковые породы с большим содержанием посторонних примесей, отходы местной промышленности: золы, шлаки и местные грунты. Но, учитывая низкое качество покрытий, в 1948 г. были пересмотрены требования на минеральный порошок [99]. С этого времени началось систематическое изучение физико-химических свойств минеральных порошков.
Один из первых исследователей Н.Н. Короткевич делает первую попытку установить связь между механическими свойствами смесей битума с минеральными порошками и их физико-химическими характеристиками. После войны резко активизировались исследования по выявлению воздействия минеральных порошков на свойства асфальтобетона.
Начиная с 1949 г. исследовались различные минеральные порошки: известняки, доломиты, золы, шлаки, пылеватые супеси и суглинки. На основе этих исследований по предложению Л.Н. Ястребовой и А.И. Лысихиной стали нормировать характеристику смачиваемости материала — степень гидрофильности, характеризущая минеральный порошок со стороны его способности адсорбировать воду или неполярную жидкость, которая по своей природе близка к битуму (керосин).
Уже в 1952 г. [99, 54] пришли к выводу, что высокая водоустойчивость асфальтобетона может быть достигнута при использовании в качестве минеральных порошков чистых карбонатных материалов.
Позже, с конца 50-тых годов изучались свойства асфальтобетона на топливных шлаках и на различных минеральных наполнителях: кварцит, кальцит, известняк, мрамор, мел, трепел, опока. Применный метод люминесцентного анализа, по выявлению избирательной адсорбции компонентов битума в поры минеральных порошков, показал на большое влияние пористости порошков на свойства асфальтобетона [9, 89].
В 1959г. А.И. Лысихиной введен термин - адсорбционная емкость минерального материала - количество адсорбированного битума или дегтя, отнесенного к весу минерального материала. Адсорбционная емкость тем выше, чем больше удельная поверхность его частиц и выше их адсорбционная способность [52].
Во Франции Аррамбит и Дюрье указали на возможность использовании в качестве минеральных порошков: молотого известняка, извести, порошкообразного угля, дробленного обожженого сланца, золы. Также использовали порошки из шлака, базальта, порфира, кремния, сланца, свойства, которых улучшали добавками извести или цемента (не более 2%) [3].
Т.Г. Рыбьева [70] по энергетической способности классифицировала все минеральные порошки для асфальтобетона на четыре группы. Минеральные порошки первой группы с высоким положительным потенциалом и большим количеством адсорбционных центров в виде катионов Са , Mg на поверхности — кальцит, доломит, известняк. Порошки способны интенсивно переводить битум в структурированное состояние с образованием хемосорбционных связей, прочно удерживающих битумные пленки на поверхности. Но при этом возможно поглощение жидких компонентов битума.
Взаимодействие лесохимических реагентов - древесной смолы хвойных пород и таллового масла с карбонатной породой
Технологией активации минерального порошка предусматривается 0 создание на минеральных зернах первичного, контактного слоя высокоструктурированного битума, изменяющего свойства порошка и получаемых на его основе асфальтовяжущего и асфальтобетона. Сущность этой активации состоит в том, что в процессе размола минеральный материал (в данном случае известняковый щебень фракции 10-20 мм) обрабатывается активирующей смесью, состоящей из поверхностно-активных веществ (ПАВ) анионного типа, или реагентов имеющие ПАВ, и битума. Физико-химическая обработка с механическими воздействиями и образованием новой, свежей поверхности обеспечивает эффективную хемосорбцию ПАВ и битума.
Начальным технологическим этапом является получение активирующего состава, состоящего из нефтяного битума и поверхностно-активного вещества (ПАВ), или реагентов имеющие ПАВ. В ходе анализа обзорной информации по активации минеральных порошков выяснено, что наиболее рациональным является соотношение битума и ПАВ 1:1 и дозировка активирующего состава 1,5-2,5% от массы минерального материала [15, 76, 77].
Активирующая смесь, состоящая из битума и ПАВ, приготавливается в отдельной емкости с последующим дозированием на поверхность минерального материала. В емкости с активирующей смесью поддерживается температура 120-130С.
Древесная смола (ДО хвойных пород, в отличие от смолы лиственных пород древесины, имеет большее количество ПАВ. Из ПАВ присутствуют: жирные и смоляные кислоты - 21%, низкоатомные фенолы - 58% с активной годрооксильной группой - ОН [11, 19, 30].
Сырое талловое масло (ТМ) преимущественно состоит из жирных кислот (стеариновая, пальмитиновая и др.) - 34% и смоляных кислот (левопимаровая, абиетиновая и др.) - 36% с активной карбоксильной группой - СООН [81,102, 104].
Групповой состав используемых в исследованиях лесохимических реагентов представлен в ГлавеЗ, в разделе - материалы.
Древесная смола, талловое масло и нефтяной битум являются хорошо совместимыми компонентами, вследствие малой разницы плотностей. Смесь получается однородной и мало подвержена к расслаиванию. Так как в состав ДС входят низкоатомные фенолы, то под воздействием температуры часть фенолов окисляется, конденсируется и полимеризуется. Низкомолекулярная часть фенолов способна к "сшиванию" и переходу в более высокое молекулярное состояние, с образованием удлиненных молекулярных цепочек с активной гидроксильной группой - ОН. А также активные вещества на основе низкоатомных фенолов, содержащиеся в древесных смолах хвойных пород, способны обрывать процессы термоокислительной деструкции в полимерах и в углеводородах [29, 33]. Это позволяет им выступать в качестве ингибиторов окислительных процессов и замедлять термическое старение битума. Причем, не только на стадии нахождения битума в объемном состоянии (емкость с активирующим составом), но и в тонких пленках на поверхности «горячих» минеральных материалов (перемешивание в смесителе). Данный факт может говорить о благотворном влиянии компонентов древесных смол на нефтяной битум. Перемешивание минерального материала с активирующим составом.
Известняковый минеральный материал (щебень 10-20 мм) через сушильный барабан подается в смеситель при t=130-150C. Активирующая смесь распыляется через форсунки на поверхность материала и происходит смешение, в течение короткого времени (5-Ю секунд). Уже в процессе перемешивания, возможно начальное хемоадсорбционное взаимодействие ПАВ и минерального материала. Далее вся масса, в горячем состоянии, поступает в шаровую мельницу для тонкого измельчения.
Результаты определения относительной маслоемкости минеральных порошков
В ходе опытов выяснено, что минеральные порошки различного породного состава впитывают масло по разному: с разной интенсивностью, имеется характерное расслоение столба порошка пропитанного маслом.
Причем порошки из гранита, диорита и диабаза разделяются по цвету на две половины: темную и светлую. Темная, в начале - более интенсивно пропитана маслом. Светлая, напротив менее. Минеральные порошки из известняка и доломита имеют резко выраженное разделение на несколько цветовых зон.
Так как минеральные порошки из изверженных горных пород не имеют внутренней пористости, то пропитаны маслом больше, чем порошки из доломита и известняка. В среднем, объем порошка, пропитанного маслом из гранита, диорита и диабаза на 60% больше, чем у доломитового МП и на 20% больше, чем у известнякового МП - считающегося эталонным.
Активированные минеральные порошки по смачиваемости приближаются к порошкам из изверженных горных пород и уступают им в среднем на 10%. Минеральный порошок активированные ДС имеет маслоемкость выше, чем порошок активированный коСЖК.
Данное исследование может характеризовать то, что в процессе активации происходит заполнение открытых пор тонкими пленками битума, что уменьшает избирательную адсорбцию легких компонентов битума (масла, смолы) внутрь минеральных порошков и позволяет дольше сохранять битуму свои упруго-эластичные свойства. В тоже время, активные части молекул ПАВ - углеводородные радикалы, прикрепленные к минеральной частице, содействуют повышению смачиваемости минеральных порошков.
Однако минеральное масло может только моделировать взаимодействие легких компонентов битума с частицами минерального порошка.
Поэтому, по нашему мнению, необходимо оценивать взаимодействие минеральных порошков с битумом и при температурах, близких к рабочим условиям приготовления асфальтобетонных смесей. 3.4 Результаты определения относительной битумоемкости минеральных порошков. Результаты испытаний активированных и неактивированных минеральных порошков в единицах объема (см), а также порошков из изверженных пород, в зависимости от температуры и времени выдерживания, представлены в табл. 3.6, 3.7, 3.8
В ходе изучения битумоемкости минеральных порошков выяснено, что показатель плотности слепка не может характеризовать взаимодействие порошков с битумом. Так как большое влияние оказывает плотность материала, из которой складывается горная порода. Поэтому наиболее показательным является величина битумоемкости, носящая объемный характер, а не весовой, как в случае с плотностью.
В ходе исследования битумоемкости минеральных порошков различного происхождения выяснено, что их поглотительная способность различна и зависит от температуры и времени выдерживания при данной температуре.
Гранит и диорит мало различаются, что говорит о небольшой разнице в адгезионных свойствах материала. Диабаз же вовлекает несколько большее количество битума. Неактивированные минеральные порошки из доломита и известняка, вследствие своей пористости, адсорбируют больше битума, чем порошки из гранита и диорита, но сравниваются с диабазом.
При температуре 150С, показатели битумоемкости выравниваются, так как битум при такой температуре имеет высокую вязкость и достаточно подвижен. Поэтому влияние вида порошка не значительно.
Обратная картина наблюдается при сниженых температурах 100 С и 125С. При таких температурах как раз и можно выявить свойства поверхности, что и наблюдается на графиках 3.5 и 3.6.
Так при 125С, времени выдерживания 30 минут битумоемкость порошков активированных ДС и ТМ превышает битумоемкость неактивированных порошков из карбонатных и изверженных пород на 35% и 46%. А при времени выдерживания 60 и 90 минут, разница в битумоемкости увеличивается до 40%, 50% и 73%, 45% соответственно.
АМП, и в частности порошки, активированные ДС и ТМ, за счет активных групп ПАВ, которые химически связаны с минеральными частицами, уже в начальной стадии взаимодействия с битумом, понижают поверхностное натяжение на поверхности раздела фаз. Что приводит к облегчению смачиваемости частиц, и тем самым вовлекают большую поверхность минерального порошка в активную работу. И еще важно заметить, по нашему мнению, что свойства поверхности активированных минеральных порошков приближаются к свойствам материала из плотных, изверженных горных пород. Вследствие уменьшения количества открытых пор на поверхности частиц минеральных порошков.
Показатель «относительной» битумоемкости показывает, что чем больше порошки вовлекают битума, тем меньше они обладают пористостью и, следовательно, меньше требуется битума для покрытия всей поверхности минеральных частиц.
Строительство опытного участка
На АБЗ ООО «Эн-СиСи-Индустри» было приготовлено и выпущено 200 тонн плотной мелкозернистой асфальтобетонной смеси типа «Б» на гранитных каменных материалах, битуме марки БДУ 70/100 и с добавлением 5% минерального порошка активированного смесью нефтяного битума и пиролизной древесной смолы. Смесь приготавливалась на смесительной установке непрерывного действия Barber Green фирмы «Astec».
Из данной, а/бетонной смеси был уложен верхний слой покрытия толщиной 5 см, шириной 5 м и протяженностью 370 м.
Данная автодорога представляет собой подъездную дорогу к железнодорожному щебеночному терминалу ст. «Ручьи» и дробильно-сортировочному комплексу ООО «Эн-СиСи-Индустри» с высокой интенсивностью тяжелого автотранспорта.
Общая протяженность опытного участка 520 м, из них 370 м участок с активированным МП и 150 м контрольный участок, а/бетонного покрытия с добавлением 5% неактивированного минерального порошка приготовленного из сырья того же карьера.
Конструкция дорожной одежды данной, а/дороги представляет собою ранее существовавшуюся, а/дорогу с разрушенным покрытием, многочисленными проломами и выбоинами.
В целях повышения несущей способности дороги, поверх старого участка было уложено щебеночное основание из гранитного щебня фракции 25-60 мм с расклинцовкой гранитным щебнем фракции 10-20 мм общей толщиной 20 см.
На щебеночное основание был уложен нижний слой покрытия из плотного крупнозернистого, а/бетона типа «А», на гранитном щебне, битуме БДУ 70/100 и на неактивированном минеральном порошке толщиной 8 см.
Опытный участок укладывался при температуре окружающего воздуха +18С, первая половина участка была уложена в ясную погоду на сухое основание, а вторая половина в дождь на мокрое основание.
По истечении 7 суток из готового покрытия были отобраны две вырубки, первая с меньшим содержанием битума, а вторая с проектным. Во время укладки, асфальтобетонная смесь с меньшим содержанием битума (4,4%), визуально и технологически, не отличалась от смеси с проектным содержанием битума (5%).
В приложении 6 приведен акт о строительстве опытного участка. Асфальтобетонная смесь и вырубки из покрытия испытывались в соответствии с требованием ГОСТ 12801-98 «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний». Рисунок 6.14 Образцы, отобранные с покрытия.
Сравнительный анализ данных по смеси и вырубкам показывает, что асфальтобетонная смесь с 4,4% битума имеет плотность 2,42 г/см3, высокие прочностные характеристики при 50С, но в тоже время и водонасыщение 3,44%. Асфальтобетон с покрытия, уложенного из этой смеси уплотнен до 0,99, имеет водонасыщение в кернах 3,26%. Образцы, отформованные из данной вырубки показывают характеристики схожие с данными по смеси. Однако по показателю пластичности, а/бетон с 4,4% битума отличается недостаточной жесткостью, имеет коэф. пластичности равный 0,650 и 0,783.
В тоже время эта же смесь, отформованная из вырубки, но с 5,0% битума имеет уже лучшие характеристики. Плотность смеси увеличилась до 2,43 г/см3 и водонасыщение снизилось до 1,80%, а коэф. водостойкости повысился до 0,94. Предел прочности на сжатие при 50С достиг 1,80 МПа. Улучшились также показатели самой вырубки, коэф. уплотнения достиг 1,00, и водонасыщение снизилось до 2,34%. Повышение содержания битума до 5,0% привело к улучшению коэф. пластичности до 0,977.
Данные с контрольного участка покрытия, где использовался неактивированный известняковый МП, но с 5,3% битума показывают следующую картину. Смесь с укладки имеет плотность 2,42 г/см3, водонасыщение 2,95%, коэф. водостойкости 0,91. Предел прочности на сжатие при 50С равный 1,30 МПа хотя и соответствует требованию ГОСТ, однако ниже, чем у а/бетона на активированном МП. Результаты испытания вырубки, также показали не высокие значения. Асфальтобетон характеризуется коэф. пластичности равный в среднем 0,750, что ниже, чем у асфальтобетона на активированном МП с 5,0% содержанием битума.
После 1,5 лет эксплуатации, опытный участок был осмотрен на предмет наличие дефектов. По состоянию на март 2005 г. участок, а/бетонного покрытия с МП активированным древесной смолой находится в хорошем состоянии, без каких-либо трещин, выкрашиваний, шелушений и других повреждений не обнаружено. Контрольный участок, также находится в хорошем состоянии, без видимых повреждений. (Приложение 7)
В настоящее время отсутствуют стабильные предприятия по выпуску пиролизных, низкотемпературных древесных смол хвойных пород. В связи с этим было решено выполнить технико-экономический расчет применительно к талловым продуктам ЦБК, а именно к сырому талловому маслу. Сырое талловое масло (СТМ) содержит те же ПАВ, что и в древесной смоле хвойных пород, за исключением фенолов. Поэтому физико-химическое воздействие на минеральную породу, во время активации, будет аналогичным. Важным фактором является также наличие производств (ЦБК) по выпуску не только сырого таллового масла, но и дистиллированного таллового масла и таллового пека, которые также могут быть использованы в качестве активирующих веществ, при производстве минерального порошка.
Экономическая эффективность использования лесохимических реагентов, в качестве веществ, при производстве активированного минерального порошка, характеризуется экономией средств, получаемой за счет снижения стоимости добавок и возможности использования низкокачественного минерального сырья.
Экономическая эффективность рассматривается с позиции замены традиционно используемых реагентов - кубовых остатков синтетических жирных кислот (коСЖК), получаемых в результате глубокой переработки нефти. Основные предприятия нефтехимии расположены в центральных районах России, с удалением от Северо-западных и лесных регионов 1500-2000 км.
Расчет выполнен для условий действующего предприятия по выпуску минерального порошка - ООО «Щебсервис», расположенного в пос. Волосово, Ленинградской области. Предприятие в течение сезона (май-ноябрь) производит 30-35 тыс. тонн минерального порошка, активированного коСЖК. Потребность в активирующей добавке - 300-350 тонн.
Доставка коСЖК осуществляется автотранспортом предприятия с Уфимского НПЗ. Расстояние между г. Уфой и С-Петербургом составляет около 1800 км. Стоимость 1 тонны коСЖК по состоянию на 2004 г. составляет — 9000 рублей, без учета доставки.
Из расчета, что грузоподъемность автобитумовоза 20 тонн - стоимость 20т. коСЖК = 180000 рублей + транспорт = 1800 км 15 руб./км = 27000 рублей. Следовательно, груз удорожает до 180000+27000 =207000 рублей за 20т. Получается, что 1 тонна коСЖК в С-Петербурге стоит - 207000/20 = 10350 руб. Стоимость каждой тонны коСЖК увеличивается на 1350 рублей.
