Асфальтобетон с отходами промышленности

Для асфальтобетонных смесей с добавками порошковых отходов  предпочтение следует отдавать применению битумов с наиболее высокой вязкостью (из числа рекомендуемых для данного  региона).

Повысить плотность минерального остова асфальтобетонов на основе порошковых отходов можно за счет применения двух видов отходов, взаимоисключающих  недостатки каждого в зерновых составах, или за счет применения смеси порошкового  отхода со стандартным.

 

4.4Асфальтобетон с применением карбидной извести в качестве минерального порошка

Одно из важнейших значений для обеспечения высокого качества асфальтобетона верхнего слоя дорожного  покрытия имеет минеральный порошок, свойства которого должны благотворно  влиять на взаимодействие с битумом, способствуя надежной длительной эксплуатации автомобильной дороги. Традиционный известняковый минеральный порошок  зачастую заменяют вторичными продуктами и отходами промышленного производства, но при этом требуется научно-техническое  и экономическое обоснование  их применения. Особую ценность представляют не дорогие, достаточно однородные по свойствам, многотоннажные порошкообразные минеральные материалы, используемые без дополнительной переработки, обычно являющиеся вторичной промышленной продукцией или отходами, способствующие высокой работоспособности асфальтобетона в конкретных дорожно- климатических условиях.

Весьма эффективна пыль электрофильтров  при производстве извести, содержащая большое количество оксида кальция  СаО, значительно превышающее 3% допуск, регламентированный ГОСТ 9128-97. Во многих странах для улучшения свойств асфальтобетона используют в его составе также добавки гидрата окиси кальция Са(0Н)2, или извести-пушонки. К аналогичным материалам относится побочный продукт производства карбида кальция Волгоградского ОАО «Химпром», представленный порошкообразным гидратом окиси кальция (не менее 80% по массе), названного карбидной известью-пушонкой марки КИ-80 при ежесуточном выходе для реализации потребителям не менее 150 тонн, то есть около 50000 тонн в год. По зерновому составу порошок соответствует стандартизированным техническим требованиям, указанным в ГОСТ Р 52129-2003. Показатели других свойств, отклоняющихся от стандарта, подлежат научно-техническому обоснованию в составе асфальтобетона, при этом следует учитывать закон о техническом регулировании.

Недостаток КИ-80 заключается  в том, что она относится по санитарно-эпидемиологическому заключению к умеренно опасным веществам 3 класса, обращение с которой требует  соблюдения определенных мер по экологическим  условиям и технике безопасности. Предельно допускаемая концентрация в воздухе для свежеприготовленной  КИ-80 составляет 2 мг/м поэтому погрузо-разгрузочные работы и хранение следует осуществлять в герметичных условиях. Известные из научно-технической литературы положительные свойства гашеной и негашеной извести в составе асфальтобетона позволяют надеяться на возможность использования сравнительно дешевой карбидной извести для строительства дорожных асфальтобетонных покрытий.

Актуальность принятого  направления исследования возможности  и особенностей использования карбидной  извести в качестве минерального порошка асфальтобетонных смесей для  устройства дорожных покрытий из плотного асфальтобетона объясняется не только региональной необеспеченностью дорожного  строительства традиционным известняковым  минеральным порошком, экономическим  фактором снижения стоимости полуфабриката  при условии соблюдения технических  требований к асфальтобетону в определенных дорожно-климатических зонах, но и  ожидаемым увеличенным сроком службы дорожного покрытия.При вовлечении карбидной извести-пушонки в строительство асфальтобетонных покрытий одновременно решается вопрос прекращения значительных захоронений не использованного известкового материала под землей. Ранее негашеную и гашеную известь рекомендовали применять как активирующую небольшую добавку в минеральные материалы кислого характера для улучшения адгезии битума, а также для приготовления улучшенных асфальтобетонных смесей. Порошкообразный минеральный материал, содержащий до 40% оксида кальция, получаемый при производстве извести, обосновано использовали в качестве эффективного минерального порошка.

 

                4.5. Асфальтобетон с добавлением ЗШС

Отвалы ТЭС в России занимают значительные территории (около 200 тыс. гаПомимо органических, в основном полимерных модификаторов дорожного битума существенную роль в улучшении свойств асфальтобетона играют минеральные модификаторы — цемент, зола ТЭЦ, техническая сера и др. В совокупности с органическими модификаторами они образуют группу дорожных композиционных материалов.. Если учесть, что около 70% всей электроэнергии в стране вырабатывается при сжигании твердого топлива, то рост золошлаковых отходов будет продолжаться и, следовательно, возрастет их отрицательное воздействие на экологию. Таким образом, утилизация золошлаковых отходов становится уже не столько вопросом экономии материальных ресурсов, сколько проблемой безопасности населения страны.

ГОСТ 9128-97 [19] допускает использование  в качестве минеральных порошков для пористого и высокопористого  асфальтобетонов, а также плотного золы уноса и золошлаковые смеси. Для таких материалов нормируются:

- зерновой состав;

- пористость;

- битумоемкость;

- потери при прокаливании;

- содержание окисей кальция  и магния, водорастворимых соединений.

    Введение зол  и золошлаковых смесей от сжигания каменных и бурых углей, торфов в качестве минерального порошка для приготовления асфальтобетонных смесей позволяет получать материал с нормативными физико-химическими характеристиками. Более высокие показатели свойств асфальтобетонных смесей получали при активации или домоле зол.

Активация золошлаковой смеси производилась следующим образом.  ЗШС помещали в сушильно-обжиговую камеру для обработки при температуре 600-800°С. Затем материал поступал в смеситель, где обрабатывался гидрофобизирующим газом, который получали в генераторе путем нагрева гидрофобизирующего материала до температуры 200-250°С. В качестве гидрофобизаторов использовали топочный мазут, вязкий битум марки БНД 90/130, битум с добавками соответственно таллового масла и жирового гудрона. Расход гидрофобизатора составлял 0,15-0,3% по массе адсорбента.

Лучшие показатели гидрофобности  золошлака были получены при обработке газовой смесью битума БНД 90/130 и жирового гудрона в соотношении 1:1. Уменьшились пористость (с 51 до 45% по объему) и битумоемкость (с 120 до 84 г), увеличилась удельная поверхность (с 3310 до 3670 см2/г). Кроме того, золошлак приобрел устойчивую, необратимую гидрофобность.

Домолзолошлаковых материалов совместно с добавкой кварцевого песка улучшает качество смеси.  Битумоемкость порошка, полученного в результате помола ЗШС с добавкой 5% кварцевого песка (массы ЗШС), составила 81,7 г (битумоемкость молотой золы без добавки песка - 117 г).

Показана эффективность  применения золошлаковых материалов в асфальтобетоне для повышения и его противогололедных свойств.

 

 4.6 Асфальтобетон с отходами горнорудной промышленности

Проведенными в Союздорнии исследованиями установлена возможность применения в асфальтобетонных смесях флюоритовых флотохвостов - продуктов дробления кислых горных пород, получаемых при обогащении флюоритовой руды (CaF₂) методом флотации. Флотохвостыможно использовать с целью полностью или частично заменить минеральный порошок, а также часть песка, что позволит сберечь дефицитные материалы и одновременно утилизировать побочные продукты промышленности, занимающие плодородные земли и засоряющие окружающую среду.

Для применения в асфальтобетонных смесях пригодны рыхлые флотохвосты, не содержащие скомковавшихся частиц и загрязняющих примесей.

Флотохвосты для асфальтобетонных смесей должны отвечать следующим требованиям.

Количество зерен данного  размера, % массы, не менее:

мельче 1,25 мм................................................................................. 100

мельче 0,315 мм............................................................................... 85

мельче 0,071 мм............................................................................... 70

Пористость, % объема, не более.................................................... 40

Набухание образцов из смеси  порошка с битумом,

% объема, не более.......................................................................... 2,5

Коэффициент водостойкости  образцов из смеси 

порошка с битумом, не менее......................................................... 0,7

Показатель битумоемкости, г, не более........................................ 65

Влажность, % массы, не более....................................................... 1

В грубодисперсных отходах  количество зерен мельче 0,071 мм допускается  не менее 40 %, зерен мельче 0,315 мм - не менее 70 % массы.

Показатели пористости, набухания, битумоемкости и коэффициент водостойкости грубодисперсных флотохвостов следует определять по фракции мельче 0,315 мм.

 

Особенности проектирования составов асфальтобетонных смесей с  применением флотохвостов

Составы асфальтобетонных смесей с применением флотохвостов проектируют в соответствии с требованиями ГОСТ 9128-84 и "Руководства по строительству дорожных асфальтобетонных покрытий" (М.: Транспорт, 1978), а также положений, приведенных далее.

        Флотохвосты рекомендуется использовать для приготовления горячих плотных, пористых и высокопористых асфальтобетонных смесей.

Плотные асфальтобетонные смеси  предназначаются для устройства верхнего слоя покрытия; пористые и  высокопористые, а также плотные - для устройства нижнего слоя покрытия и слоев основания.

В составы асфальтобетонных смесей, содержащих флотохвосты, могут быть включены минеральные порошки, предусмотренные ГОСТ 9128-84 для использования в соответствующих марках асфальтобетонных смесей.

          При проектировании составов асфальтобетонных смесей следует учитывать, что при необходимости просушивания флотохвостов потери зерен мельче 0,071 мм могут составить до 2 % массы.

 Показатели физико-механических  свойств плотных, пористых и высокопористых асфальтобетонов, приготовленных с применением флотохвостов, должны отвечать требованиям ГОСТ 9128-84.

 

Флотохвосты в смеситель асфальтобетонной установки следует подавать через бункер и дозатор, предназначенные для минерального порошка. Грубодисперсные флотохвосты можно применять взамен смеси песка с минеральным порошком, или, после дополнительного измельчения, как минеральный порошок. Флотохвосты, подвергаемые дополнительному измельчению, должны иметь влажность не более 1 % массы.

 

4.7Асфальтобетон с добавкой серы

Необходимо отметить, что  крупнейшим производителем серы считается  Россия. В связи с этим вновь  возник интерес к использованию  серы в дорожном строительстве, так  как добавление серы в битум позволяет  не только увеличить общее количество дорожного вяжущего, но и повысить его качество . Этот интерес, с одной стороны, обусловлен повышением цен на нефтяные битумы, а с другой, что существенно важно, является следствием поиска путей решения проблемы утилизации серы и серосодержащих отходов в промышленности. Причем объем производимой серы и этих отходов в настоящее время превысил спрос на нее.

Специфика серы как материала  для дорожного строительства  состоит в том, что она может  выполнять несколько функций: использоваться в качестве самостоятельного вяжущего, его компонента, а также как  заполнитель в сочетании с  битумом. Проведенный анализ литературных источников  показал актуальность проблемы исследования влияния серы на структурообразование и реологические  свойства битума и приготовленного  на нем асфальтобетона с учетом свойств  покрытия с повышенной деформативностью при отрицательных температурах и повышенной устойчивостью против возникновения колеи при повышенных летних температурах.

При использовании серы для изготовления асфальтобетона необходимо точно соблюдать температурный режим технологических процессов. Температура–это фактор, который имеет большое значение и оказывает определяющее влияние на ход реакции серы с битумом.

Как известно, битум является коллоидно-дисперсной системой, которая состоит преимущественно из асфальтенов, создающих дисперсную фазу, и насыщенных углеводородов (называемых парафиновыми маслами), которые образуют жидкую фазу и стабилизируют систему ароматично-нафталиновых веществ (смол). Введение серы в битум способствует процессу дегидрогенизации углеводородных цепей, и в связи с этим они поддаются циклизации, что приводит к повышению количества соединений асфальтенового типа.

Исследования показали, что масла, содержащиеся в битуме, начинают реагировать с серой при температуре выше 130°С, а асфальтены–при температуре в диапазоне от 140 до 150 °С. Это определяет граничные температуры производства СБВ и температурные режимы технологического процесса.

Нижнюю температурную границу в технологическом процессе определяет температура плавления серы (около 120°С). В связи с этим предел технологических температур очень узкий. Технологические процессы должны происходить при температуре от 130 до 140 °С. В этом диапазоне температур вредные сернистые газы практически не оказывают влияние на здоровье человека.

Поэтому приготовление асфальтобетонной смеси проводили следующим образом: в отдельной емкости разогревали битум до температуры 130-140°С и так же  в отдельной емкости разогревали серу до температуры 120-130 °С. В раствор разогретой серы вводи лимодификатор–кристаллический йод. Время перемешивания серы смодификатором составляло 5-10 мин. Затем вливали жидкую модифицированную серу в горячий битум и перемешивали около 10 мин.

Заполнители (щебень и песок) нагревают до температуры 140 °С. Составляющие (щебень, песок, как и битум смодифицированной серой) перемешивали при  температуре 135 °С в течение 5-10 мин. Следует учитывать, что температура составляющих и сероасфальтобетонной смеси недолжна превышать 140 ºС, чтобы исключить выделение вредных газов сероводорода (H2S) и двуокисисеры (SO2).Эта температура, как уже отмечалось, значительно ниже, чем приполучении обычного асфальтобетона.