Изобретение относится к материалам для дорожного строительства, а именно к составам асфальтобетонной смеси для покрытия дорог.
Известна асфальтобетонная смесь, состоящая из дорожного нефтяного битума, заполнителей из щебня и песка и минеральной добавки из тонкоизмельчённых частиц размерами меньше 0,071 мм из известняка и других карбонатных пород [1].
Недостатком известной асфальтобетонной смеси является использование минеральной добавки к битуму из известняковых горных пород, производство, которое является многозатратным, как по объёму выполняемых работ, так и по себестоимости получаемого целевого продукта. Производство минеральной добавки из известняковых пород многостадийное и включает в себя добычу горной породы, её измельчения и помола, а также транспортировку до местах приготовления асфальтобетонной смеси. Месторождения известняков имеются не во всех регионах, все эти факторы влияют на удорожание себестоимости производства и применения минеральной добавки в составе асфальтобетона.
Наиболее близким к предлагаемой асфальтобетонной смеси является смесь, состоящая из битума, заполнителей из щебня и песка, минеральной добавки из опоки. Опока пористая кремнистая осадочная горная порода, состоящая в основном из аморфного кремнезёма (SiO2·H2O), она применяется также и в качестве активной минеральной добавки цементов для связывания гидратоксида кальция.
Месторождения опоки на территориях многих стран отсутствуют, поэтому промышленная переработка опоки и её использования в качестве минеральной добавки является практически маловероятным.
Целью изобретения является уменьшения удельных расходов производства минеральной добавки для модифицирования битума в составе асфальтобетонной смеси.
Поставленная цель достигается тем, что в составе асфальтобетонной смеси в качестве минеральной добавки для модифицирования дорожного битума применяют тонкоизмельчённый кремнезёмсодержащий отход флюоритового производства (КОФП).
Сущность изобретения заключается в том, что предложенное техническое решение содержит щебень фракции 10-20 мм, щебень фракции 5-10 мм, песок речной фракции 0,14-5 мм, дробленный песок фракции 0,14-5 мм и минеральная добавка флюоритового производства (КОФП) при следущем соотношение компонентов, мас. в%:
щебень фракции 10-20 мм - 2,87
щебень фракции 5-10 мм - 48,66
песок речной фракции 0,14-5 мм - 14,32
дроблённый песок фракции 0,14-5 мм - 23,85
минеральная добавка - 5,72
битум нефтяной дорожный - 4,58
Минеральную добавку для модифицирования дорожного битума готовят следующим образом: кремнезёмсодержащий отход флюоритового производства (КОФП) является порошкообразным отходом Такобского ГОК по получению флюорита. Его запасы являются многотонными и накопились на протяжение многих лет. Для получения минеральной добавки сухой порошок отхода подвергают помолу в шаровой мельнице до тонкости помола частиц больше 80% на сите 0,071 мм. Гранулометрический состав минеральной добавки перед использованием в составе асфальтобетонной смеси должна соответствовать требованиям ГОСТ 16557-2003 [3].
Асфальтобетонная смесь приготовляют следующим образом: выбирают компоненты состава смеси: битум, щебень, песок и минеральную добавку. В смеситель вводят отдозированные количества щебня, песка и минеральной добавки, их перемешивают, затем вводят от дозированное количество битума, и смесь перемешивают до образования однородного состояния при температурах 120-180оС. Приготовленную горячую асфальтобетонную смесь используют для покрытия автомобильных дорог.
Эффективность и пригодность минеральной добавки из КОФП в составе битума оценивали сравнением свойств асфальтобетона на битуме марки БНД 60/90. В испытаниях использовали состав асфальтобетонной смеси, приведённый в таблице 1, который соответствует требованиям ГОСТ 9128-2013 [3]. Расход битума принят 4,8% от общей массы заполнителей, а расход минеральной добавки- 6% массы заполнителей состава асфальтобетонной смеси. В исследованиях для сравнения использована также карбонатная минеральная добавка (КМД), полученная из известняков Харангонского месторождения (Таджикистан) и используемой в составах асфальтобетонных смесей на соответствующих предприятиях г. Душанбе.
Изобретение осуществляется следующим образом: отход производства флюорита из хвостохранилище предприятия по получению флюорита из руды анализируют на химический и гранулометрический составы, высушивают и просеивают через сито с размерами отверстий 0,071 мм, его остаток на сите подвергают помолу до размера частиц меньше 0,071 мм и полученный мелкозернистый дисперсионный порошок в виде КОФП с размерами частиц меньше 0,071 мм используют в качестве минеральной добавки к дорожному битуму в составе асфальтобетонной смеси, приведённый в таблице 1. На образцах асфальтобетона определяют характеристики его свойства.
Характеристики веществ для получения минеральной добавки в составе асфальтобетонной смеси
В таблице 2 приведены усреднённые химические составы используемых для получения минеральной добавки веществ, а в таблице 3 их гранулометрические составы.
По компонентному составу применяемые вещества для получения минеральной добавки разные:
известняк состоит из оксидов СаО+ MgO, в то же время в составе отхода флюоритового производства преобладает кремнезём SiO2 с оксидами СаО и Al2O3. При использовании названных веществ в составе дорожного битума их химический состав не играет определяющую роль в улучшении качества асфальтобетона, в то же время, от удельной поверхности частиц минеральной добавки зависит сила сцепления битума с поверхностью минерального заполнителя и чем тонще частицы минеральной добавки, тем лучше сцепление вяжущего с поверхностью заполнителя для повышения качества асфальтобетона. Удельная поверхность частиц минеральной добавки зависит от тонкости помола частиц на сите 0,071 мм. При дополнительном помоле КОФП, также и порошка известняка, продолжительность приготовления минеральной добавки и расходуемые затраты будут зависит от твердости подвергаемых помолу частиц. Твердость частиц определяется химическим и минералогическим составами используемой породы, в то же время, чем меньше первоначальный размер подвергаемых помолу частиц, тем меньше будут затраты производства минеральной добавки.
В составе порошка известняка 86 % частиц имеют размер 0,071-1,25 мм, что делает данного порошка в таком состояние непригодным для использования в качестве минеральной добавки без дополнительного помола. При этом следует учесть, что порошок известняка получен из сырья, добываемого в карьерах. На добычу сырья и его подготовки до порошкообразного состояния уже потрачены определённые затраты. При получение минеральной добавки из порошка известняка к ранее затраченным расходам ещё прибавятся расходы, потраченные при его дополнительном помоле до размера частиц минеральной добавки согласно требованиям ГОСТ 16557-2003 [4].
В то же время, в составе КОФП 29% частиц уже имеют размер, соответствующий для применения минеральной добавки битума (≤ 0,071мм) и для помола остального количества частиц до необходимого размера требуется затраты меньше энергии и времени. Также надо учесть, что для приготовления минеральной добавки из КОФП затраты будут только при его помоле, поскольку этот отход до применения в производстве минеральной добавки уже находится в виде порошка с гранулометрическим составом, приведённым в Таблице 3.
Пример приготовления асфальтобетонной смеси:
Из известняка Харангонского месторождения и отхода производства Такобского ГОК помолом в шаровой мельнице приготовили навески минеральных добавок к битуму и определили тонкость помола частиц на сите 0,071 мм, которая соответствовала данным таблицы 4.
В таблице 5 приведены значения свойств асфальтобетона состава таблицы 1 с добавками, исследованные согласно методикам ГОСТ 12801-98 [5]. Определены водопоглощение (Вм, %), плотность (ℽo, г/см3), прочность при осевом сжатии (Rcж, МПа) при температурах 0оС, 20оС и 50оС и прочность при поперечном расколе (Rр, МПа) образцов асфальтобетона.
Сравнения результатов показывает, что при практически постоянной объёмной массе водопоглощения асфальтобетона с минеральной добавкой КОФП снижается чем при использовании карбонатной добавки КМД. Снижение водопоглощения асфальтобетона составляет 11,3%. При этом, также прочность асфальтобетона с предлагаемой добавкой КОФП для всех вариантов испытания выше показателей асфальтобетона при использовании известной добавки КМД. Прирост прочности асфальтобетона варьируется в пределах от 2,0 до 18,3%.
В составе КОФП суммарное содержание оксидов СаО+MgO, SiO2 и Al2O3 составляет 88,6% при преобладание содержание кремнезёма. Возможно преобладающее содержание кремнезёма в составе минеральной добавки улучшает сцепления битума к поверхности минеральных заполнителей, что приводит к повышению прочности асфальтобетона в целом.
Оценка затратов на производство минеральных добавок
Затраты на производство минеральных добавок можно представить:
· для производства минеральной добавки из известняка как
З= Зд + Зп;
· для производства минеральной добавки из отхода флюоритового производства, который является техногенным сырьём, как
З = Зп,
где З – общие затраты; Зд – затраты на добычу известняка, его измельчения и помола до размера частиц согласно данным таблицы 3; Зп – затраты на дополнительный помол порошкообразного сырья до размера минеральной добавки согласно данным таблицы 4.
Энергетические и трудовые затраты при добыче известняка и его превращения в порошок (Зд) значительно превосходят затраты его дополнительного помола Зп. При производстве минеральной добавки КОПФ значение Зд = 0. Следовательно, производство минеральной добавки из отхода флюоритового производства будет значительно малозатратным, чем производство минеральной добавки из известняка (КМД).
