RU2701007C1 - Method of producing granulated asphalt-binding based on phosphogypsum - Google Patents

Method of producing granulated asphalt-binding based on phosphogypsum Download PDF

Info

Publication number
RU2701007C1
RU2701007C1 RU2018124579A RU2018124579A RU2701007C1 RU 2701007 C1 RU2701007 C1 RU 2701007C1 RU 2018124579 A RU2018124579 A RU 2018124579A RU 2018124579 A RU2018124579 A RU 2018124579A RU 2701007 C1 RU2701007 C1 RU 2701007C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
asphalt
binder
bitumen
mixture
mineral powder
Prior art date
Application number
RU2018124579A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Витальевич Голиков
Валерий Михайлович Готовцев
Алексей Александрович Игнатьев
Денис Владимирович Герасимов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" ФГБОУВО "ЯГТУ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" ФГБОУВО "ЯГТУ" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" ФГБОУВО "ЯГТУ"
Priority to RU2018124579A priority Critical patent/RU2701007C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2701007C1 publication Critical patent/RU2701007C1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09BDISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B3/00Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04Waste materials; Refuse
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B26/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing only organic binders, e.g. polymer or resin concrete
    • C04B26/02Macromolecular compounds
    • C04B26/26Bituminous materials, e.g. tar, pitch
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L95/00Compositions of bituminous materials, e.g. asphalt, tar, pitch
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Road Paving Structures (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: construction.
SUBSTANCE: invention relates to road construction, specifically to the technology of preparing asphalt concrete mixtures for patching road pavement, as well as device bases and road surfaces. In the method of producing granular asphalt-binding material, which includes granulation of mineral powder with binder by rolling, mineral powder used is pre-dried phosphogypsum, as a road binder bitumen with additive of 15–20 % of the weight of the polyethylene terephthalate binder introduced into the bitumen at the melting point of the plastic, granulation is carried out at temperature of not less than 130 °C, but not more than 150 °C, and content of binder in asphalt-binding is 16–20 % of weight of mixture, weight of binder, introduced into bitumen at melting point of plastic, granulation is carried out at temperature of 130–150 °C, and content of binder in asphalt-binding is 16–20 % of its weight.
EFFECT: reducing the prime cost of granulated in asphalt-binding in comparison with material on traditional mineral powder, as well as solving the problem of recycling industrial and domestic wastes.
1 cl, 3 ex, 3 tbl

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к технологии приготовления асфальтобетонных смесей для проведения ямочного ремонта дорожного полотна, а также устройства оснований и покрытий автомобильных дорог. Одновременно с этим решается проблема утилизации крупнотоннажных промышленных (фосфогипса) и бытовых отходов (пластиковая посуда из полиэтилентерефталата).The invention relates to road construction, and in particular to a technology for the preparation of asphalt mixtures for patching of the roadway, as well as the device of the bases and coatings of roads. At the same time, the problem of recycling large-capacity industrial (phosphogypsum) and household waste (plastic utensils from polyethylene terephthalate) is being solved.

Уровень техникиState of the art

Основные положения теории строения композиционных материалов были сформулированы в начале прошлого века разработчиком нового научного направления физико-химической механики, академиком П.А. Ребиндером. Он утверждал: «Самый простой путь повышения прочности любого твердого тела почти до идеального потолка состоит в измельчении его до частиц, по порядку величины соответствующих расстояниям между опасными слабыми местами. Если такие частицы плотно упаковать или склеить тончайшими, а потому тоже высокопрочными после затвердевания прослойками, полученный материал будет плотным, непроницаемым для жидкостей и газов, макрооднородным, высокопрочным и долговечным» (Ребиндер П.А.. Избранные труды. Поверхностные явления в дисперсных системах. Ч. Физико-химическая механика. - М.: Наука, 1979. - 469 с.).The main provisions of the theory of the structure of composite materials were formulated at the beginning of the last century by the developer of a new scientific direction in physical and chemical mechanics, Academician P.A. Rebinder. He argued: “The easiest way to increase the strength of any solid body to an almost perfect ceiling is to grind it into particles, in order of magnitude, corresponding to the distances between dangerous weak points. If such particles are densely packed or glued with the thinnest, and therefore also high-strength layers after hardening, the resulting material will be dense, impermeable to liquids and gases, macro-uniform, high-strength and durable ”(P. Rebinder. Selected works. Surface phenomena in disperse systems. Ch. Physico-chemical mechanics. - M .: Nauka, 1979. - 469 p.).

Таким образом, для получения качественной асфальтобетонной смеси необходимо, чтобы каждая частица минеральной части была смочена битумом, а толщины жидкостных прослоек между частицами были бы минимальны. В конечном счете, это условие сводится к равномерному распределению малых объемов битума в массе минерального порошка, так как на его смачивание потребляется наибольшее количество связующего. По данным, приведенным в работе (Гезенцвей Л.Б. Асфальтовый бетон из активированных минеральных материалов. - М.: Изд-во по строительству, 1971. - 255 с.), в бинарной системе «минеральный порошок - битум» при содержании битума не более 13% по массе при равномерном распределении битума по поверхности частиц минерального порошка прочность материала возрастает в несколько раз в сравнении с традиционными асфальтобетонными смесями, а коэффициент водостойкости принимает значение близкое к единице и даже превышающее ее.Thus, to obtain a high-quality asphalt mix, it is necessary that each particle of the mineral part be moistened with bitumen, and the thickness of the liquid interlayers between the particles should be minimal. Ultimately, this condition reduces to the uniform distribution of small volumes of bitumen in the mass of mineral powder, since the greatest amount of binder is consumed to wet it. According to the data cited in the work (Gezentsvei LB Asphalt concrete from activated mineral materials. - M .: Publishing House for Construction, 1971. - 255 p.), In the binary system “mineral powder - bitumen” with bitumen content not more than 13% by weight with a uniform distribution of bitumen over the surface of the particles of mineral powder, the strength of the material increases several times in comparison with traditional asphalt mixtures, and the coefficient of water resistance takes a value close to unity or even exceeding it.

Способ, обеспечивающий полное смачивание поверхности всех частиц минеральной части, реализован в литой асфальтобетонной смеси (национальный стандарт РФ ГОСТ Р 54401-201). Эта смесь характеризуется повышенным содержанием минерального порошка (до 60%) и битума (до 15%), обладает минимальным водонасыщением, что определяет ее устойчивость при работе в области низких температур. Укладка материала в дорожное полотно не требует уплотнения и осуществляется при высокой температуре (порядка

Figure 00000001
), когда асфальтобетонная смесь с высокой текучестью под собственным весом заполняет пространство обрабатываемого дефекта дорожного полотна.A method that provides complete wetting of the surface of all particles of the mineral part is implemented in a cast asphalt mixture (national standard of the Russian Federation GOST R 54401-201). This mixture is characterized by a high content of mineral powder (up to 60%) and bitumen (up to 15%), has minimal water saturation, which determines its stability when working in the low-temperature range. Laying material in the roadway does not require compaction and is carried out at high temperature (about
Figure 00000001
), when the asphalt concrete mixture with high fluidity under its own weight fills the space of the processed road surface defect.

Основным недостатком литой асфальтобетонной смеси являются ее высокая стоимость в несколько раз превышающая стоимость типовых смесей. После укладки смеси необходима выдержка для полного застывания материала, во время которой движение на отремонтированном участке перекрывается. Кроме того, литая смесь, как правило, расслаивается с оседанием каменных фракций на дно и выделением битума с частицами минерального порошка на поверхность обработанного участка. При указанном выше содержании битума и минерального порошка толщины прослоек связующего между частицами избыточны и не обеспечивают необходимой прочности покрытия.The main disadvantage of cast asphalt mix is its high cost several times higher than the cost of typical mixes. After laying the mixture, exposure is necessary to completely solidify the material, during which the movement on the repaired area is blocked. In addition, the cast mixture, as a rule, exfoliates with the sedimentation of stone fractions to the bottom and the release of bitumen with particles of mineral powder on the surface of the treated area. With the above content of bitumen and mineral powder, the thicknesses of the binder layers between the particles are excessive and do not provide the necessary coating strength.

Частицы минерального порошка плавают в связующем, а связь между ними реализуется посредством объемного битума, прочностные показатели которого весьма невелики. При низких температурах эффект расслаивания смеси слабо сказывается на перемещении транспорта, но в летнее время материал на поверхности восстановленного участка размягчается и уносится на колесах автомобилей, создавая дефекты дорожного полотна.Particles of mineral powder float in a binder, and the bond between them is realized through bulk bitumen, the strength characteristics of which are very small. At low temperatures, the effect of delamination of the mixture weakly affects the movement of vehicles, but in the summer, the material on the surface of the restored area softens and is carried away on the wheels of cars, creating defects in the roadbed.

Другим способом получения асфальтобетонной смеси, обеспечивающим полное смачивание поверхности всех частиц минеральной части является способ получения щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА). ЩМА представляет горячую асфальтобетонную смесь, состоящую из щебеночного каркаса, в котором все пустоты между крупными частицами заполнены смесью битума с дробленым песком и минеральным порошком. Получение ЩМА нормируется требованиями ГОСТ 31015-2002 "Смеси асфальтобетонные и асфальтобетон щебеночно-мастичные". Производство асфальтобетонной смеси осуществляется по типовой технологии на стандартном оборудовании асфальтобетонного завода (АБЗ). Щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь (ЩМАС) - рационально подобранная смесь минеральных материалов (щебня, песка из отсевов дробления и минерального порошка), дорожного битума (с полимерными или другими добавками или без них) и стабилизирующей добавки, взятых в определенных пропорциях и перемешанных в нагретом состоянии.Another way to obtain an asphalt mixture, providing complete wetting of the surface of all particles of the mineral part is a method for producing crushed stone-mastic asphalt concrete (ASHMA). AL is a hot asphalt mixture consisting of a crushed stone frame, in which all voids between large particles are filled with a mixture of bitumen with crushed sand and mineral powder. The production of alkali-reinforced concrete is standardized by the requirements of GOST 31015-2002 "Mixes asphalt-concrete and asphalt-concrete mastic". The production of asphalt concrete mix is carried out according to standard technology using standard equipment of the asphalt concrete plant (ABZ). Crushed stone mastic asphalt mix (ЩМАС) is a rationally selected mixture of mineral materials (crushed stone, sand from crushing screenings and mineral powder), road bitumen (with or without polymer or other additives) and stabilizing additives, taken in certain proportions and mixed in heated condition.

Основное отличие ЩМА от обычных асфальтобетонов заключается в его жесткой каркасной структуре в слое покрытия. Такая структура обеспечивает передачу нагрузки с поверхности в нижележащие слои через непосредственно контактирующие друг с другом отдельные крупные частицы каменного материала. Тем самым достигается существенное снижение деформаций слоя покрытия, как в продольном, так и в поперечном направлениях. В ЩМА основную структуру составляет крупный щебень (до 80%), а мелкий служит только для образования мастики, заполняющей межкаменное пространство в щебеночном каркасе.The main difference between ASM and conventional asphalt concrete consists in its rigid frame structure in the coating layer. This structure ensures the transfer of load from the surface to the underlying layers through directly in contact with each other individual large particles of stone material. Thereby, a significant reduction in deformations of the coating layer is achieved, both in the longitudinal and transverse directions. In ASA, the main structure is made up of large crushed stone (up to 80%), while the small one serves only for the formation of mastic filling the inter-stone space in the crushed stone frame.

Другой характерной особенностью ЩМА является повышенное (до 8,5%) содержание битума в смеси, что обусловливает необходимость использования стабилизирующей добавки, предотвращающей стекание связующего с поверхности частиц минеральной части. В качестве стабилизирующей добавки используют пропитанные битумом и спрессованные гранулы из волокон целлюлозы. При перемешивании смеси гранулы разрушаются, а волокна равномерно распределяются в объеме битума, создавая своеобразную сетку, предотвращающую вытекание битума из оболочек вокруг крупных минеральных частиц.Another characteristic feature of alkaline alkaline alkaline microorganisms is an increased (up to 8.5%) bitumen content in the mixture, which necessitates the use of a stabilizing additive that prevents the binder from flowing off the surface of the particles of the mineral part. As a stabilizing additive used impregnated with bitumen and compressed granules from cellulose fibers. When the mixture is mixed, the granules are destroyed, and the fibers are evenly distributed in the volume of bitumen, creating a kind of grid that prevents the flow of bitumen from the shells around large mineral particles.

Применение щебеночно-мастичного асфальтобетона на высоконагруженных дорогах обеспечивает ряд эксплуатационных и функциональных преимуществ по сравнению с большинством существующих покрытий из асфальтобетона. Существенно более высокая устойчивость к разрушениям под воздействием транспортного потока и климатических условий. Высокая сдвигоустойчивость существенно снижает возможность возникновения сдвиговых дефектов при высоких нагрузках (неровности и колееобразование) и повышает долговечность покрытия в 2-3 раза. Более высокие эксплуатационные характеристики покрытия (высокий и стабильный коэффициент сцепления, повышение обзорности и снижение эффекта аквапланирования и т.п.). Снижение уровня шума от движения транспорта.The use of crushed stone and mastic asphalt concrete on heavily loaded roads provides a number of operational and functional advantages compared to most existing asphalt concrete coatings. Significantly higher resistance to damage under the influence of traffic and climatic conditions. High shear stability significantly reduces the possibility of shear defects at high loads (unevenness and rutting) and increases the durability of the coating by 2–3 times. Higher performance characteristics of the coating (high and stable adhesion coefficient, increased visibility and reduced aquaplaning effect, etc.). Decrease in noise level from traffic.

Однако достижение указанных преимуществ возможно только при правильном подборе состава смеси, строгом обеспечении технологических требований при ее изготовлении и укладке. Особенности структуры щебеночно-мастичного асфальтобетона требуют обязательности выполнения определенных требований к исходным материалам и их соотношению в смеси: каменного материала - его физико-механических свойств, формы, размера, способа получения, шероховатости поверхности; требований текстуры поверхности покрытия; обеспечения гранулометрической пропорции каменного материала в смеси; объема битума в смеси; применение наиболее эффективного стабилизатора и т.п.However, the achievement of these advantages is possible only with the correct selection of the composition of the mixture, strict provision of technological requirements for its manufacture and installation. The structural features of crushed stone-mastic asphalt concrete require the fulfillment of certain requirements for the source materials and their ratio in the mixture: stone material — its physical and mechanical properties, shape, size, production method, surface roughness; surface texture requirements; ensuring the particle size distribution of the stone material in the mixture; the volume of bitumen in the mixture; the use of the most effective stabilizer, etc.

Следует отметить, что необходимо выполнение всех перечисленных требований одновременно. Невыполнение хотя бы одного из них, как правило, приводит к браку. К сожалению, техническое оснащение большинства наших асфальтобетонных заводов не позволяет получить качественную асфальтобетонную смесь. Кроме того, процесс производства щебеночно-мастичных смесей и их укладка в дорожное полотно связаны с высокими температурами, что практически исключает возможность перевозки материала на удаленные от места производства расстояния.It should be noted that it is necessary to fulfill all of these requirements at the same time. Failure to at least one of them, as a rule, leads to marriage. Unfortunately, the technical equipment of most of our asphalt plants does not allow us to obtain high-quality asphalt mix. In addition, the production process of crushed stone and mastic mixtures and their laying in the roadway are associated with high temperatures, which virtually eliminates the possibility of transporting material to distances remote from the production site.

Известен способ получения асфальтобетонной смеси по патенту РФ №2182136 (МПК С04В 26/26, опубл. БИ №13, 10.05.2012), выбранный в качестве прототипа. Основная идея способа состоит в том, что производство асфальтовяжущего вещества составляет самостоятельный этап технологического процесса получения асфальтобетонной смеси. Смесь битума с минеральным порошком гранулируют методом окатывания с дальнейшим введением полученных гранул в асфальтосмеситель. В процессе перемешивания гранулы разрушаются, а асфальтовяжущее равномерно распределяется в массе материала, обеспечивая его однородность. Гранулы асфальтовяжущего обладает повышенными прочностными показателями и коэффициентом водостойкости, что позволяет снизить водонасыщение асфальтобетона и повысить долговечность дорожного покрытия. Такие свойства материала обусловлены созданием упорядоченной структуры системы при гранулировании окатыванием.A known method for producing asphalt mix according to the patent of the Russian Federation No. 2182136 (IPC С04В 26/26, publ. BI No. 13, 05/10/2012), selected as a prototype. The main idea of the method is that the production of asphalt binder is an independent stage of the technological process for the production of asphalt mix. A mixture of bitumen with mineral powder is granulated by the pelletizing method with further introduction of the obtained granules into an asphalt mixer. During mixing, the granules are destroyed, and the asphalt binder is evenly distributed in the mass of the material, ensuring its uniformity. Asphalt binder granules have increased strength and water resistance coefficient, which allows to reduce the saturation of asphalt concrete and increase the durability of the road surface. Such material properties are due to the creation of an ordered system structure during granulation by rolling.

Гранулированное асфальтовяжущее вещество в этом случае является носителем битума и минерального порошка необходимого для получения асфальтобетонной смеси. В типовых технологиях производства эти компоненты асфальтобетонных смесей вводятся в асфальтосмеситель по отдельности и связаны с целым рядом проблем, связанных с использованием минерального порошка в сыпучем состоянии. Такой материал склонен к слеживанию, что приводит к его зависанию в емкостях для хранения. Гранулированный продукт таких свойств не проявляет, что обеспечивает его более высокую технологичность в сравнении с минеральным порошком.The granular asphalt binder in this case is the carrier of bitumen and mineral powder necessary to obtain an asphalt mix. In typical production technologies, these components of asphalt mixtures are introduced separately into the asphalt mixer and are associated with a number of problems associated with the use of mineral powder in a loose state. Such material is prone to caking, which leads to its freezing in storage containers. The granular product does not exhibit such properties, which ensures its higher manufacturability in comparison with mineral powder.

Отличительная особенность рассматриваемого способа состоит в том, что матрицей композита в этом случае является асфальтовяжущее вещество, в отличие от битума в типовых структурах асфальтобетона. Асфальтовяжущее распределяется между частицами крупных фракций смеси, заполняя пространство между ними и обеспечивая их прочную связь между собой. Гранулы асфальтовяжущего играют роль гранулированных волокон в структуре ЩМА, предотвращающих стекание битума с поверхности частиц минеральной части смеси.A distinctive feature of the method under consideration is that in this case, the matrix of the composite is an asphalt binder, in contrast to bitumen in typical asphalt concrete structures. Asphalt binder is distributed between the particles of large fractions of the mixture, filling the space between them and ensuring their strong connection with each other. Granules of asphalt binder play the role of granular fibers in the structure of alkali-alkali mixtures, preventing the runoff of bitumen from the surface of the particles of the mineral part of the mixture.

Основным недостатком рассмотренного способа является достаточно высокая себестоимость гранулированного продукта. Битум и минеральный порошок являются наиболее дорогостоящими компонентами асфальтобетонной смеси, в связи с чем, использование гранулированного асфальтовяжущего в качестве готовой асфальтобетонной смеси, несмотря на высокие эксплуатационные показатели, оказывается нерентабельным. В описании патента прототипа рассматривается применение гранулированного асфальтовяжущего для создания оболочек связующего на поверхности более крупных частиц минеральной части смеси по аналогии с ЩМА. Содержание асфальтовяжущего в такой смеси составляет, как правило, не более 30% от массы смеси, что позволяет обеспечить рентабельность продукта. Отметим, что такое использование гранулированного асфальтовяжущего не отражено в формуле изобретения, но содержится в материалах заявки.The main disadvantage of the considered method is the rather high cost of the granular product. Bitumen and mineral powder are the most expensive components of the asphalt mix, and therefore, the use of granular asphalt binder as a ready-mix asphalt mix, despite its high performance, is unprofitable. In the description of the prototype patent, the use of granular asphalt binder for creating binder shells on the surface of larger particles of the mineral part of the mixture is considered by analogy with alkaline microorganism. The content of asphalt binder in such a mixture is, as a rule, not more than 30% by weight of the mixture, which allows to ensure the profitability of the product. Note that such use of granular asphalt binder is not reflected in the claims, but is contained in the application materials.

Другим возможным способом снижения себестоимости материала является поиск более дешевых компонентов асфальтобетонной смеси, пригодных для использования в технологии производства асфальтовяжущего вещества. При этом желательно, чтобы замена не отразилась на свойствах конечного продукта, а используемый материал был бы дешев, т.е. являлся бы отходом производства.Another possible way to reduce the cost of the material is to search for cheaper components of the asphalt mix suitable for use in the technology of production of asphalt binders. It is desirable that the replacement does not affect the properties of the final product, and the material used would be cheap, i.e. would be a waste of production.

Таким материалом является фосфогипс - многотоннажный отход производства экстракционной фосфорной кислоты, получаемой при разложении фосфатного сырья или апатитового концентрата смесью серной и фосфорной кислот дигидратным способом. На предприятиях по производству минеральных удобрений на 1 т полезного продукта приходится от 4 до 7 т фосфогипса (http://makulaturi.net.ua/utilizaciya-promyshlennyh-othodov/406-utilizaciya-fosfogipsovyh-othodov.html) в зависимости от вида перерабатываемого сырья. Фосфогипс представляет собой тонкодисперсный порошок белого или серого цвета, в связи с чем не возникает проблемы с его предварительным измельчением при его использовании в качестве минерального порошка в асфальтобетоне. Проблема использования фосфогипса в качестве вторичного сырья для производства ликвидных продуктов актуальна еще с 60-х гг. XX века.Such material is phosphogypsum, a large-tonnage waste product from the production of extraction phosphoric acid obtained by decomposing phosphate raw materials or apatite concentrate using a mixture of sulfuric and phosphoric acids in a dihydrate method. At enterprises producing mineral fertilizers, 1 ton of useful product accounts for 4 to 7 tonnes of phosphogypsum (http://makulaturi.net.ua/utilizaciya-promyshlennyh-othodov/406-utilizaciya-fosfogipsovyh-othodov.html), depending on the type of processed raw materials. Phosphogypsum is a fine powder of white or gray color, and therefore there is no problem with its preliminary grinding when it is used as a mineral powder in asphalt concrete. The problem of using phosphogypsum as a secondary raw material for the production of liquid products has been relevant since the 60s. XX century.

Результаты многочисленных исследований и практики убедительно доказали техническую возможность и целесообразность использования фосфогипса в народном хозяйстве вместо традиционных видов природного сырья. Однако предлагаемые варианты утилизации фосфогипса не позволяют кардинально решить эту проблему. Использование фосфогипса в качестве минерального порошка в производстве гранулированного асфальтовяжущего способствует решению как проблемы дорожного строительства в Российской Федерации, так и глобальной экологической проблемы.The results of numerous studies and practices have convincingly proved the technical feasibility and feasibility of using phosphogypsum in the national economy instead of traditional types of natural raw materials. However, the proposed options for the disposal of phosphogypsum do not fundamentally solve this problem. The use of phosphogypsum as a mineral powder in the production of granular asphalt binder helps to solve both the problem of road construction in the Russian Federation and the global environmental problem.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение гранулированного асфальтовяжущего вещества на основе фосфогипса для производства высокопрочного и долговечного асфальтобетона, не уступающего по свойствам материалу, произведенному по способу прототипу, но обладающему более низкой себестоимостью. Одновременно с этим решается проблема утилизации крупнотоннажных промышленных отходов фосфогипса.The problem to which the invention is directed, is to obtain granular asphalt binder based on phosphogypsum for the production of high-strength and durable asphalt, not inferior in properties to the material produced by the prototype method, but having a lower cost. At the same time, the problem of recycling large-capacity industrial waste of phosphogypsum is being solved.

Поставленная задача достигается тем, что предлагается способ получения гранулированного асфальтовяжущего, включающий гранулирование минерального порошка со связующим методом окатывания, последующее введение гранулированного асфальтовяжущего в разогретую крупнодисперсную минеральную часть смеси и перемешивание. В качестве минерального порошка используют предварительно высушенный фосфогипс, в качестве связующего дорожный битум с добавкой полиэтилентерефталата в количестве 15-20% от массы связующего, вводимой в битум при температуре плавления пластика, гранулирование проводят при температуре 130-150°C, а содержание связующего в асфальтовяжущем составляет 16-20% от его массы.This object is achieved by the fact that the proposed method for producing granular asphalt binder, including granulating mineral powder with a binder method of rolling, the subsequent introduction of granular asphalt binder into the heated coarse mineral part of the mixture and mixing. As a mineral powder, pre-dried phosphogypsum is used, as a binder road bitumen with the addition of polyethylene terephthalate in the amount of 15-20% of the mass of the binder introduced into the bitumen at the melting temperature of the plastic, granulation is carried out at a temperature of 130-150 ° C, and the binder content in the asphalt binder accounts for 16-20% of its mass.

Предварительные исследования возможности получения гранулированного асфальтовяжущего по способу прототипу с использованием фосфогипса вместо минерального порошка МП-1 показали, что фосфогипс обладают удовлетворительными адгезионными свойствами необходимыми для создания структуры с требуемой прочностью. Однако гранулированный продукт, полученный таким образом, не выдерживал контакта с влагой и рассыпался после нескольких дней выдержки в воде. В связи с этим возникла необходимость повышения водостойкости получаемого материала, которая, как правило, реализуется использованием различных добавок (присадок) для битума.Preliminary studies of the possibility of obtaining granular asphalt binder according to the prototype method using phosphogypsum instead of mineral powder MP-1 showed that phosphogypsum has satisfactory adhesive properties necessary to create a structure with the required strength. However, the granular product thus obtained did not withstand contact with moisture and crumbled after several days in water. In this regard, there was a need to increase the water resistance of the obtained material, which, as a rule, is realized using various additives (additives) for bitumen.

Большинство присадок, используемых для этих целей, являются дорогостоящими химическими продуктами, применение которых даже в небольших количествах может существенно отразиться на стоимости конечного материала. В практике дорожного строительства в последние годы для модификации битума применяется широкий круг полимерных добавок (см., например: https://studfiles.net/preview/957466/page:14/). В ходе исследований влияния различных полимеров на водостойкость гранулированного асфальтовяжущего установлено, что наиболее рациональным является использование в качестве присадки для битума полиэтилентерефталата (ПЭТ) - материала для изготовления бытовой тары (см. патент №2573012 2016 г.). Из него производятся пластиковые бутылки, составляющие значительную долю твердых бытовых отходов. Время естественного разложения такого пластика составляет срок около ста лет, в связи с чем, накоплено огромное количество этих отходов, составляющее серьезную экологическую проблему.Most additives used for these purposes are expensive chemical products, the use of which even in small quantities can significantly affect the cost of the final material. In the practice of road construction in recent years, a wide range of polymer additives has been used to modify bitumen (see, for example: https://studfiles.net/preview/957466/page:14/). In the course of studies of the effect of various polymers on the water resistance of granular asphalt binders, it was found that the most rational is the use of polyethylene terephthalate (PET) as an additive for bitumen - a material for the manufacture of household containers (see 2016 patent No. 2573012). Plastic bottles are made from it, which make up a significant share of municipal solid waste. The natural decomposition time of such plastic is about one hundred years, and therefore, a huge amount of these wastes has been accumulated, which constitutes a serious environmental problem.

Установлено, что пластиковая тара гомогенизируется в битуме при температуре плавления пластика (около 250°C), причем около 18% введенного полиэтилентерефталата растворяется в битуме, а остальная часть диспергируется в нем, образуя эмульсию. Показано, что гранулированное асфальтовяжущее, полученное на фосфогипсе в качестве минерального порошка и битуме, модифицированном полиэтилентерефталатом, позволяет получить продукт с повышенными показателями водостойкости. Прочностные показатели материала также как в способе прототипе обеспечиваются способом гранулирования окатыванием.It was found that plastic containers are homogenized in bitumen at a plastic melting point (about 250 ° C), with about 18% of the introduced polyethylene terephthalate being dissolved in bitumen, and the rest being dispersed in it, forming an emulsion. It is shown that granular asphalt binder, obtained on phosphogypsum as a mineral powder and bitumen modified with polyethylene terephthalate, allows to obtain a product with increased water resistance. Strength indicators of the material as well as in the prototype method are provided by the pelletizing method by rolling.

Таким образом, реализация предлагаемого способа производства асфальтовяжущего вещества позволит получить асфальтобетонную смесь с высокими эксплуатационными показателями, а также способствует решению глобальной экологической проблемы, связанной с утилизацией промышленных и бытовых отходов.Thus, the implementation of the proposed method for the production of asphalt binders will make it possible to obtain an asphalt concrete mixture with high performance indicators, and also helps to solve the global environmental problem associated with the disposal of industrial and household waste.

Результаты проведенных исследований отражены в примерах реализации способа.The results of the studies are reflected in the examples of the method.

Пример 1.Example 1

Влияние содержания пластика (ПЭТ) на водонасыщение, прочность на сжатие при Т=20°C и водостойкость образцов асфальтовяжущегоEffect of the content of plastic (PET) on water saturation, compressive strength at T = 20 ° C, and water resistance of asphalt binders

Испытания проводились с гранулированным асфальтовяжущим следующего состава:The tests were carried out with granular asphalt binder of the following composition:

- массовое содержание фосфогипса в смеси - 84%;- the mass content of phosphogypsum in the mixture is 84%;

- содержание модифицированного битума - 16%;- content of modified bitumen - 16%;

- температура гранулирования - 150°C;- granulation temperature - 150 ° C;

- прочность образца определялась при температуре 20°C.- the strength of the sample was determined at a temperature of 20 ° C.

Пример показывает, что повышение содержание пластика в асфальтобетонной смеси не оказывает существенного влияния на показатели прочности образцов, но приводит к повышению коэффициента водостойкости материала. Под коэффициентом водостойкости понимают отношение прочности образца из водонасыщенного материала к прочности сухого образца. Формование образцов асфальтобетона и проведение их испытаний проводилось по ГОСТ 12801-98. Отметим, что прочность образцов асфальтобетона при температуре 20°C для плотных асфальтобетонных смесей по ГОСТ 9128-2013 составляет 2,5 МПа. Из таблицы 1 видно, что этот показатель для испытуемого материала более чем в три раза превышает требования ГОСТ, т.е. имеется значительный запас по прочности материала.The example shows that an increase in the plastic content in the asphalt mix does not significantly affect the strength indices of the samples, but leads to an increase in the water resistance coefficient of the material. Under the coefficient of water resistance is understood the ratio of the strength of the sample from a water-saturated material to the strength of a dry sample. The formation of samples of asphalt concrete and their testing was carried out according to GOST 12801-98. Note that the strength of asphalt concrete samples at a temperature of 20 ° C for dense asphalt mixtures according to GOST 9128-2013 is 2.5 MPa. From table 1 it can be seen that this indicator for the test material is more than three times higher than the requirements of GOST, i.e. There is a significant margin of material strength.

В этих условиях выбор технологических параметров процесса в большей мере определяется значением коэффициента водостойкости материала. При отсутствии ПЭТ в битуме этот показатель имеет неприемлемо низкое значение даже при кратковременном водонасыщении, а при длительном - образец буквально расползается. Введение 10% полиэтилентерефталата приводит к упрочнению материала под действием влаги (коэффициент водостойкости больше единицы) при кратковременном водонасыщении. Однако для длительного водонасыщения это свойство материала сохраняется только при содержании ПЭТ≥30%.Under these conditions, the choice of technological process parameters is largely determined by the value of the coefficient of water resistance of the material. In the absence of PET in bitumen, this indicator has an unacceptably low value even with short-term water saturation, and with long-term - the sample literally creeps. The introduction of 10% polyethylene terephthalate leads to hardening of the material under the influence of moisture (the coefficient of water resistance is greater than unity) with short-term water saturation. However, for prolonged water saturation, this property of the material is preserved only at a PET content of ≥30%.

Пример 2.Example 2

Влияние температуры гранулирования на водонасыщение, прочность на сжатие при Т=20°C и водостойкость образцовThe effect of granulation temperature on water saturation, compressive strength at T = 20 ° C and water resistance of samples

Исследовалось гранулированное асфальтовяжущее с параметрами:We studied granular asphalt binder with the following parameters:

- массовое содержание фосфогипса в смеси - 84%;- the mass content of phosphogypsum in the mixture is 84%;

- содержание модифицированного битума - 16%;- content of modified bitumen - 16%;

- содержание пластика (ПЭТ) в битуме - 20%.- the content of plastic (PET) in bitumen is 20%.

Температура проведения процесса гранулирования играет существенную роль в получении продукта. Как указывалось в материалах заявки, температура плавления полиэтилентерефталата составляет 250°C, т.е. только при достижении этой температуры возможно получение однородной системы пластика в битуме. Однако, как следует из данных таблицы 2, получение работоспособного продукта оказывается возможным даже при температуре 100°C. Причиной такого неожиданного результата может межмолекулярное взаимодействие составляющих систему компонентов.The temperature of the granulation process plays a significant role in obtaining the product. As indicated in the application materials, the melting point of polyethylene terephthalate is 250 ° C, i.e. only when this temperature is reached is it possible to obtain a homogeneous plastic system in bitumen. However, as follows from the data of table 2, obtaining a workable product is possible even at a temperature of 100 ° C. The reason for this unexpected result may be the intermolecular interaction of the components of the system.

Пример 3.Example 3

Проводились испытания гранулированной асфальтобетонной смеси, полученной накатыванием оболочки асфальтовяжущего на частицы щебня. Состав смеси:Tests of granular asphalt mixture obtained by rolling an asphalt binder shell on crushed stone particles were conducted. The composition of the mixture:

- гранитный щебень фракции 5-10 мм - 66,0% от массы смеси;- granite crushed stone fraction 5-10 mm - 66.0% by weight of the mixture;

- фосфогипс - 28,3% от массы смеси;- phosphogypsum - 28.3% by weight of the mixture;

- модифицированный битум - 5,7% от массы смеси;- modified bitumen - 5.7% by weight of the mixture;

- состав модифицированного битума:- composition of modified bitumen:

- битум БНД 60/90 - 82%;- bitumen BND 60/90 - 82%;

- полиэтилентерефталат - 18%.- polyethylene terephthalate - 18%.

В таблице 3 приведены данные независимых испытаний материала в ГКУ ЯО «Ярдорслужба». В таблице приводится сопоставление результатов испытаний с требованиями ГОСТ 9128-2013 для плотных асфальтобетонных смесей.Table 3 shows the data of independent material tests at the State Public Institution Yaro Yarodorsluba. The table provides a comparison of test results with the requirements of GOST 9128-2013 for dense asphalt mixtures.

Как видно из данных таблицы 3, материал на основе фосфогипса в асфальтобетонной смеси существенно превышает требования ГОСТ по большинству показателей. Исключением являются: сдвигоустойчивость по коэффициенту внутреннего трения; предел прочности при сжатии при температуре 0°C. Снижение предела прочности при сжатии при температуре 0°C возможно введением в битум пластификатора, в качестве которого могут быть использованы отработки моторного масла. Повышение коэффициента внутреннего трения возможно уменьшением содержания асфальтовяжущего в смеси.As can be seen from the data in table 3, the material based on phosphogypsum in the asphalt mix significantly exceeds the requirements of GOST for most indicators. The exceptions are: shear stability by the coefficient of internal friction; ultimate compressive strength at 0 ° C. A reduction in the compressive strength at a temperature of 0 ° C is possible by introducing a plasticizer into the bitumen, which can be used as an engine oil test. An increase in the coefficient of internal friction is possible by reducing the asphalt binder content in the mixture.

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Claims (1)

Способ получения гранулированного асфальтовяжущего, включающий гранулирование минерального порошка со связующим методом окатывания, отличающийся тем, что в качестве минерального порошка используют предварительно высушенный фосфогипс, в качестве связующего дорожный битум с добавкой полиэтилентерефталата 15-20% от массы связующего, вводимой в битум при температуре плавления пластика, гранулирование проводят при температуре не менее 130°С, но не более 150°С, а содержание связующего в асфальтовяжущем составляет 16-20% от массы смеси.A method of producing a granular asphalt binder, including granulating a mineral powder with a binder rolling method, characterized in that pre-dried phosphogypsum is used as a mineral powder, road bitumen with the addition of polyethylene terephthalate 15-20% by weight of the binder introduced into the bitumen at the melting temperature of the plastic is used granulation is carried out at a temperature of not less than 130 ° C, but not more than 150 ° C, and the binder content in the asphalt binder is 16-20% by weight of the mixture.
RU2018124579A 2018-07-04 2018-07-04 Method of producing granulated asphalt-binding based on phosphogypsum RU2701007C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018124579A RU2701007C1 (en) 2018-07-04 2018-07-04 Method of producing granulated asphalt-binding based on phosphogypsum

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018124579A RU2701007C1 (en) 2018-07-04 2018-07-04 Method of producing granulated asphalt-binding based on phosphogypsum

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2701007C1 true RU2701007C1 (en) 2019-09-24

Family

ID=68063378

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018124579A RU2701007C1 (en) 2018-07-04 2018-07-04 Method of producing granulated asphalt-binding based on phosphogypsum

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2701007C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2737926C1 (en) * 2020-01-16 2020-12-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный университет" Method of producing polymer asphalt concrete mixture
RU2762177C1 (en) * 2021-01-22 2021-12-16 Общество с ограниченной ответственностью "НПФ ГИГ" Method for producing a granular asphalt concrete mixture based on dispersed industrial and household waste

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1270140A1 (en) * 1984-01-06 1986-11-15 Ташкентский Ордена Дружбы Народов Политехнический Институт Им.А.Р.Бируни Method of preparing asphalt-sulphur-concrete mix
SU1553549A1 (en) * 1987-10-16 1990-03-30 Воронежский инженерно-строительный институт Method of producing composition for pavings
RU2016019C1 (en) * 1992-01-31 1994-07-15 Малое государственное предприятие "Информпроект" Method of producing bitumen polymer mastic
RU2177969C1 (en) * 2000-09-20 2002-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт синтетического каучука им. акад. С.В.Лебедева" Bitumen-polymer composition production
RU2182136C2 (en) * 2000-03-06 2002-05-10 Ярославский государственный технический университет Method of asphalt concrete mixture producing
WO2003014231A1 (en) * 2001-08-09 2003-02-20 Shell Canada Limited Sulfur additives for paving binders and manufacturing methods
RU2262492C1 (en) * 2004-04-06 2005-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) Bituminous concrete composition

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1270140A1 (en) * 1984-01-06 1986-11-15 Ташкентский Ордена Дружбы Народов Политехнический Институт Им.А.Р.Бируни Method of preparing asphalt-sulphur-concrete mix
SU1553549A1 (en) * 1987-10-16 1990-03-30 Воронежский инженерно-строительный институт Method of producing composition for pavings
RU2016019C1 (en) * 1992-01-31 1994-07-15 Малое государственное предприятие "Информпроект" Method of producing bitumen polymer mastic
RU2182136C2 (en) * 2000-03-06 2002-05-10 Ярославский государственный технический университет Method of asphalt concrete mixture producing
RU2177969C1 (en) * 2000-09-20 2002-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт синтетического каучука им. акад. С.В.Лебедева" Bitumen-polymer composition production
WO2003014231A1 (en) * 2001-08-09 2003-02-20 Shell Canada Limited Sulfur additives for paving binders and manufacturing methods
RU2262492C1 (en) * 2004-04-06 2005-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) Bituminous concrete composition

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2737926C1 (en) * 2020-01-16 2020-12-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный университет" Method of producing polymer asphalt concrete mixture
RU2762177C1 (en) * 2021-01-22 2021-12-16 Общество с ограниченной ответственностью "НПФ ГИГ" Method for producing a granular asphalt concrete mixture based on dispersed industrial and household waste

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100823352B1 (en) Thin layer paving composition, permeable concrete and manufacturing method water permeable warm mix asphalt concrete
Manasseh Use of crushed granite fine as replacement to river sand in concrete production
US4615809A (en) Method for stabilization of sludge
RU2701007C1 (en) Method of producing granulated asphalt-binding based on phosphogypsum
CN101952356A (en) Exothermic mixtures is used to make the purposes of bituminous concrete
CN103073239A (en) Asphalt mixture applied to micro-surfacing of asphalt pavement and preparation method thereof
JPH11310708A (en) Cold-laid asphalt paving mixture
Bhardwaj et al. Designing thickness of subgrade for flexible pavements incorporating waste foundry sand, molasses, and lime
Mallick et al. Evaluation of clinker stabilized fly ash-mine overburden mix as sub-base construction material for mine haul roads
BR112020001019A2 (en) granules of construction material, method for the production of granules of construction material based on mineral grains, and the use thereof
Swe et al. Properties of pervious concrete aiming for LEED green building rating system credits
Mallick et al. Use of foamed asphalt in recycling incinerator ash for construction of stabilized base course
Rambabu et al. A review on suitability of roller-compacted concrete for constructing high traffic resisting pavements
RU2350709C1 (en) Ash- and mineral composition used for roadbeds
KR20100012226A (en) Recycling asphalt concrete using cold recycled asphalt pavement by hot mixing method with hot mixture asphlt
Hastuty et al. Comparison of compressive strength of paving block with a mixture of Sinabung ash and paving block with a mixture of lime
WO2013064849A2 (en) Glass fiber reinforced thermoset plastic waste doped concrete composition and process for preparation the same
Alzuhairi et al. Chemical recycling of polyethylene terephthalate (waste water bottles) for improving the properties of asphalt mixture
GB2472995A (en) Half-warm foamed asphalt process
Shende et al. Analysis of strength of pervious concrete by adding rice husk ash and glass fibre
RU2560364C2 (en) Method of producing cold asphalt concrete mixture
Poernomo et al. The Limestone as a Materials Combination of Base Course on the Road Pavement
Abdulla et al. Manufacturing of Paver Block by Partially Replacement of Aggregates with Plastic
RU2625353C1 (en) Method for producing cold asphalt-concrete mixture from screenings of granite gravel crushing
Trautvain et al. Study of the Influence of Thin-Dispersed Powders on the Structuring Ability of Stabilizing Additives