SU1129221A1 - Способ получени в жущего дл дорожного строительства - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЙОТЦЕГО ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА путем смешени  нагретого таллового пека с окислителем с последующей ; вьщержкой полученной смеси при 200-220°С, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  качества целевого продукта и упрощени  технологии процесса, в качестве окислител  используют моногидрат серной кислоты, вз тый в количестве 3-12% от массы пека. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с   тем, что, с целью увеличени  выхода целевого продукта, в пек при окислении дополнительно ввод т мелкодисперсный лигнин в количестве 10-60% от массы пека. 3.Способ по пп. 1 и 2,о тли чающийс  тем, что, с целью повьшени  пластичности в жущего, полученный целевой продукт смешивают с исходным пеком, вз тым в количестве 20-50% от массы исходного пека, вз того на окисление.

Description

Изобретение относитс  к способам получени  в жущего дл  дорожного строительства на основе таллового пека и может быть использовано при приготовлении термопластичных асфал тобетонов. Одновременно решаетс  во прос квалифицированного пр,именени  многотоннажного отхода целлюлознобумажной промышленности - таллового пека. Талловый пек следует относить к местным материалам, В соответствии с классификацией талловый пек при строительстве дорог находит при |Нение почти исключит ельно дл  при;готовлени  асфальтобетонов. Недостатком пека как материала дл  приготовлени  асфальтобетонных композиций  вл етс  низка  температура разм гчени  (низка  в зкость что практически исключает возможность его использовани  в качестве в жущего без специальной обработки. Известен способ получени  в жуще путем введени  таллового пека в качестве пластифицирующей добавки к нефт ным дорожным битумам lj . Известен также способ получени  в жущего путем окислени  кислородом воздуха расплавленного до 180-230 С таллового пека в течение 4-6 ч 2. Недостатком способа  вл етс  незначительное повьппение температуры разм гчени  пека, что не позвол ет использовать его в качестве в жущег без добавлени  нефт ных дорожных би тумов, кроме того, практическа  реа лизаци  процесса в промышленных масштабах требует значительных затрат электрической энергии на продув ку воздуха через слой в зкой массы и затрат тепла на нагрев этого воздуха до 180-230°С. Наиболее близким к изобретению вл етс  способ получени  в жущего путем смешени  нагретого до 140°С таллового пека с сухой молотой известью в количестве 5% СаО от мас пека и вьвдерживани  полученной смеси при 200-2 20 с в- течение 4 ч. Полученное в жущее имеет температуру разм гчени  48°С, пенетрацию 47-10 дуктильность 9 см, температуру хруп кости минус , содержание водорастворимых веществ 0,8% з , Недостатки способа заключаютс  в следующем. Получаемый продукт отличаетс  высокой жесткостью. Так, глубина проникновени  иглы в 2-2,5 раза ниже требований к битумам марки БНД 60/90. В процессе эксплуатации асфальтобетона, приготовленного из пека, модифицированного известью , вьивл етс ; его невысока  износостойкость (подверженность шелушению и трещинообразованию). Кроме того, учитыва  взаимную нерастворимость извести и пека, организовать процесс модификации в производственных услови х оказываетс  весьма сложно.Известь, вводима  в пек, даже при интенсивном перемешивании постепенно осаждаетс  и как более т желый компонент скапливаетс  внизу- реактора. Таким образом, в конце обработки имеет место образование двух слоев: верхнего пека , почти не содержащего извести, и нижнего - извести, пропитанной пеком. Использование подобной двухслойной композиции в качестве в жущего значительно затруднено. Цель изобретени  - повьш1ение качества получаемого в жущего на основе таллового пека и упрощение техноло- гии процесса. I Поставленна  цель достигаетс  способом получение в жущего дл  дорожного строительства путем смешени  нагретого таллового пека с моногидратом серной кислоты, вз тым в количестве 3-12% от массы пека с последующей вьщержкой полученной смеси при 200-220°С. Предпочтительно, с целью увеличени  выхода целевого продукта, в пек при окислении вводить мелкодисперсньй лигнин в количестве 10-60% от массы пека. Предпочтительно, с целью повышени  пластичности целевого продукта , полученное в жущее смешивать с исходным пеком, вз тым в количестве 20-50% от массы исходного пека, вз того на окисление. Дл  обработки пека требуетс  концентрированна  серна  кислота. Использование разбавленной кислоты не вли ет на конечный результат, но усложн ет технологию процесса, так как дополнительно введенна  с кислотой вода требует дополнительных затрат тепла на ее испарение.В процессе испарени  воды наблюдаетс  jкроме того, вспенивание пека.Поэтому лучше всего использовать кислоту концентрацией 98,3%, т.е. моногидрат кислоты. Применение серной кислоты позвол ет получить высокую температуру разм гчени  в жущего при сохранении на достаточно высоком уровне остальны структурно-механических показателей (дуктильности, пенетрации). При необходимости еще большего улучшени  этих показателей предлагаетс  полученное в жущее вещество смешивать с исходным пеком. Дл  практической реализации предлагаемого способа требуетс  несложное аппаратурное оформление. Так, при организации процесса на предпри  ти х, производ щих пек, потребуетс  лишь реактор с мешалкой, снабженной паровой рубашкой.В этом случае гор чий пекпосле отгонной ванны с темпео ратурой 220-230 С сливаетс  в реакто куда сразу же при непрерывном перемешивании начинают постепенно подавать концентрированную серную кислот Количество вводимой кислоты, соетавл ющее 3-12% от массы пека, зависит от требуемых структурно-меха нических показателей в жущего и асфальтобетона . Если требуетс  получит прочный асфальтобетон на малов зком в жущем, дозировку кислоты увеличивают . По окончании ввода кислоты(Смесь вьщерживают при слабом перемешивании .2-8 ч. Продолжительность выдержки зависит от дозировки кислоты, а такж температуры термообработки. С повы ,шением дозировки и температуры термо обработки продолжительность уменьшаетс . Контроль за процессом модификации осуществл етс  периодически отбором проб пека из реактора и опреде лением их температуры разм гчени . При необходимости определ ют дуктиль ность и пенетрацию.Готовое в жущее сливают и в гор чем состо нии направ л ют на приготовление асфальтобетона . Дл  уменьшени  расхода кислоты, повьшзени  выхода в жущего и/или повы шени  его температуры разм гчени  в талловый пек после ввода кислоты ввод т- при интенсивном перемешивании измельченный гидролизный и/или сульфатный лигнин. Количество вводимого лигнина определ етс  требуемыми структурно-механическими свойствами получаемого в жущего. С увеличением дозировки лигнина до 60% от массы пека температура разм гчени  в жущего возрастает. . ° При необходимости получени  в жущего , отличающегос  высокими пластичными свойствами, в реактор после проведени  модификации дополнительно ввод т при перемешивании гор чий талловый пек в количестве до 50% от массы в жущего. Особенно это целесообразно при способе модификации , отличающимс  вводом лигнина, тогда в жущее получаетс  с высокой температурой разм гчени  (вьше 70 С) и относительно невысокими пластичными свойствами. Смешение в жущего с исходным пеком приводит к некоторому уменьшению температуры разм гчени  и к резкому росту пенетрации и дуктильности, характеризующих пластичность. В случае реализации предлагаемого способа на асфальтобетонных заводах и битумных базах талловый пек разогревают в колоннах дл  окислени  битума до 110-140 С, после чего ввод т в него серную кислоту, лигнин (при необходимости ) и полученную смесь греют дольше до 200-220 с. Начина  с момента вводи кислоты и до окончани  повьш1ени  температуры смесь необходимо перемешивать. Перемешивание возможно осуществл ть как с помощьб воздуха, так и специальных перемешивающих устройств. В остальном процесс аналогичен осуществл емому на предпри ти х, производ щих nek. Учитыва , что серна  кислота в выбранных пределах дозировок хорошо раствор етс  в талловом пеке, автоматически исключаетс  возможность расслаивани  получе,нной композиции. Кроме того, необходимо учитьшать, что дозирование жидкой кислоты технолргичёски осуществить значительн9 проще, чем дозирование сухой извести. Применение кислоты создает поэтому предпосылки дл  автоматического регу лировани  процесса. Ввод измельченного гидролизного игнина в смесь пека и кислоты нар у с уменьшением дозировок кислоты (а при сохранении дозировок на прежнем уровне - с повышением температуры разм гчени ) приводит, во-первых, к частичной утилизации многотоннажных отходов промьпаленности, во-вторых , позвол ет увеличивать количеств получаемого продукта на 25-30%. Учи тыва  масштабы дорожного строительс ва сложившийс  дефицит на нефт ные битумы, предлагаемое решение может значительно улучшить ,экономические показатели процесса. Ввод гидролизного лигнина в пековую композицию при модификации становитс  возможным и целесообразным только при условии дополнительной обработки серной кислотой. Термообработка пека с лигнином без кис лоты, также как и обработка с други ми реагентами, в том числе с извест не только не улучшает качество полу чаемого целевого продукта, но значительно их ухудшает. Состав и свойства исходного пека и лигнина. Исходный пек имеет температуру разм гчени  26,5 С, пенетрацию (П, больше 30010 мм, дуктильность 17 см, температуру хрупкости 25 С, содержание водораствоминус римых соединений 2,3%. Химический состав исходного таллового пека: кислотное число 25 мг КОН, содержание смол ных кислот 6,4%, содержание таллового лигнина 3,3%. Исходньш гидролизный лигнин пред ставл ет собой дисперсный порошок коричневого цвета, размер частиц менее 0,25 мм, химический состав ги ролизного лигнина: зольность 2,4% , содержание смолистых веществ 10,4% содержание трудногидролизуемых поли сахаридов t5,3%, содержание метоксильных групп 10,8%. Приме р 1. Тадловьй пек 0. температурой разм гчени  26,5 С, пенетрацией при 25°С больше 300-10 м нагревают в стекл нном стакане до и обрабатывают серной кислот в количестве 9% от массы пека. Посл продолжительного перемешивани  и п ного растворени  кислоты в пеке тем пературу постепенно поднимают до 210 С и вьщерживают в течение 4 ч. Расслаивани  смеси по окончании перемешивани  не наблюдаетс . Дуктильность 17 см, температура хрупкости минус содержание водорастворимых веществ 0,3%, температу ра разм гчени  49 С, пенетраци  190г10 мм. 2. В услови х npHMep;j П р и е р с температурой разталловр .ш пек м гчени  18-19 С, пенетрацией при 25 С более 360-0,1, мм, раст жимостью при 25 С более 100 см нагревают до 140 С и обрабатывают серной кислотой в количестве 9 мас.% на исходный талловый пек. После непродолжительного перемешивани  и полного растворени  кислоты в исходном пеке температуру поднимают до 210 С и продукт вьщерживают в течение 4 ч. Основные физико-механические показатели целевого продукта после обработки серной кислотой представлены в табл. 1. Из данных табл. 1 следует, что целевой продукт, полученньш при обработке исходного таллового пека серной кислотой, по своим физико-механическим свойствам соответствует нефт ному битуму марки БНД 200/300 ГОСТ 22245-76. Возможность использовани  полученного в жущего дл  дорожного строительства оцениваетс  по результатам испытаний образцов асфальтобетона, приготовленных и испытанных, согласно ГОСТ 12801-77. Основные физико-механические показатели асфальтобетона, приготовленного на основе таллового пека, обработанного серной кислотой, представлены в табл. 2. Из данных табл. 2 следует, что асфальтобетон на основе таллйвого пека, обработанного серной кислотой, удовлетвор ет требовани м ГОСТ 9128-76, предъ вл емым к асфальтобетону ма- рок III-IV, по пределу прочности при сжатии при 20 , , водонасыщению , набухание II-III марок. Пример 3. (сопоставительный). В услови х примера 1 талловый пек обрабатывают гидроокисью кальци , вз той в количестве 5% от массы пека . По окончании перемешивани  наблюдаетс  посто нное расслаивание смеси. Дуктильность 9 см, температура хрупкости минус , содержание водорастворимых веществ 0,8%, температура разм гчени  пенетраци  47-10 мм. Пример 4. В услови х примера 1 варьируют количество вводимой кислоты. Значение температуры разм гчени  и пенетраци  при этом измен ютс  бразом: дозировка кислоты,% 2;3;5;7;Ч;11;12;13; температура разм г- чени /С 30;35;4Д;48;49;50;51; пеиетра- . ци , мм 10 300;290;266;232;198; 156;102;53. Из данной серии опытов следует, что увеличивать дозировку кислоты свыше 12% не имеет смысла ввиду резкого снижение пеиетрации, а уменьшать ниже 3% нецелесообразно ввиду уменьшени  температуры разм гчени . П р и м е р 5, (сопоставительны В услови х примера 3 пек подвергаю термообработке без ввода реагентов При этом температура разм гчени  29С. Пенетраци  остаетс  на прежнем уровне. Примере. В услови х приме ра 1 в пек сразу после ввода кисло ты дополнительно ввод т измельченн лигнин в количестве 30% от массы пека. Температура разм гчени  в жущего при этом поднимаетс  до 64 С, пенетраци  170-10 мм. Дуктильность 22;,8 см, температура хру кости минус 1.7 С, содержание водорастворимых веществ 0,3%. Варьиров ние дозировок лигнина приводит к максимуму дуктильности (28,6 см) п дозировке лигнина 40% (23,4 см при 60%), к повьшению температуры хруп кости до 14 С при дозировке 60% и практически не измен етс  содержание водорастворимых веществ. Таким образом, количество получ ного в жущего возрастает на 30% с одновременным улучшением структурно-механических показателей. Пример 7, В услови х приме ра 6 в исходный талловый пек сразу после ввода кислоты дополнительно ввод т измельченньй лигнин, массовой; долей 30% от массы исходного таллового пека. После непродолжительного перемешивани  температуру поднимают до 210 С и выдерживают в течение 4 ч. Основные физико-механические показатели исходного таллового пека и целевого продукта- на его основе представлены в табл. 3, Из табл. 3 следует, что целевой продукт, полученный при обработке исходного таллового пека серной ки лотой и лигнином, по СБОИМ физико18 механическим показател м (пенетрацни при 25 С и раст жимости при 25 С), соответствует нефт ному битуму марки БНД 40/60, температуре разм гчени  - БНД 60/90. Основные физико-механические показатели асфальтобетона, приготовленного на основе таллового пека, обработанного кислотой и лигнином, представлены в табл. 4. Из данных табл. 4 следует, что асфальтобетон на талловом пеке, обработанном серной кислотой и лигнином, по основным физико-механическим показател м удовлетвор ет требовани м ГОСТ 9128-76 дли асфальтобетонов 1-III марок. П р и м е р 8. В услови х примера 6 варьируют количество введенного лигнина и получают при этом следующие результаты: дозировка лигнина,% 10;15;25;35;40;45; температура разм гчени ,с 54;56;61;68;72;77; пенетра- ци , мм ИО 121;143;167;164;90;44. . Анализиру  данные, характеризующие изменени  пенетрации, можно сделать вывод, что количество вводимого лигнина следует ограничить на уровне 25-35%. Однако и образцы с более высоким содержанием лигнина, отличающиес  низким значением пенетрации , можно значительно улучшить смешением их с исходным пеком. Пример9. В услови х примера 6 варьируют количество вводимой кислоты. Выходные параметры при этом измен ютс  следующим образом: дозировка кислоты,% 2;3;4;7;tO;12; температура разм гчени , С 40;49;52;58;71;79; пенетраци ,ММ 10 140;163;182;180;159;76. Таким образом, введение лигнина приводит к снижению дозировки кислоты в 3 раза (см. пример 1). при достижении тех же результатов по температуре разм гчени . И р и м е р 10 (сопоставителыгмй) . В услови х примера 6 термообработку провод т без кислоты с одним лигнином. Температура разм гчени  пека после

термообработки , пенетраци  300 10 мм. .

Пример 11. В услови х примера 6 полученное в жущее смешивают с исходным талловым пеком, вз том в ко личестве 30% от массы в жущего. Температура разм гчени  45°С, пенетраци  мм, дуктильность возрастает до 39,4 см (по сравнению с 22,8 см в примере 6),

Пример 12. В услови х примера 8 одновременно варьируют дозировки лигнина в процессе модификации и дозировки таллового пека при последующей пластификации полученного вещества. Результаты экспериментального исследовани  сведены в табл. 5.

Как следует из табл. 5, при увеличении дозировок лигнина температуры разм гчени  в жущего проход т через максимум в области дозировок 50-60%. Внутренн   в зкость пр11„9том (характеризуема  пенетрацией).посто JIO снижаетс . При дозировках вьше 60% опускаетс  ниже допустимых пределов . Последующа  пластификаци  в жущего исходным пеком приводит к повьшению пенетрации, однако при это резко снижаетс  температура разм гчени  композиции.

Пример 13. В жущее, полученное в услови х примера 11, используют дл  приготовлени  гор чего асфальтобетона. Состав минеральной части асфальтобетона прин т следующим дробленый щебень фракции 5-2,5 мм 62%, дробленный песок 30%, минеральный порошок 8и. В жущее ввод т из расчета 7% от массы минеральной части. Прочность на сжатие полученных образцов асфальтобетона практически не измен етс  в течение 1-14с и составл ет при 60,4-10 Па, а при 20.10 Па.

Пример 14. В услови х примера 12 вместо в жущего на основе таллового пека используют битум марки БНД 200/300; Прочность на сжатие полученных образцов асфальтобетона на четырнадцатые сутки при 20 С

Па, а при 50°С 20,140 Па. 39,7-10

Таким образом, из примеров следует , что в жущее, полученное из пека по предлагаемому способу, позвол ет получить асфальтобетон, имеющий прочность на сжатие в 1,5 раза более высокую, чем асфальтобетон с использованием нефт ного битума марки БНД 200/300.

Таблица 1

Глубина проникани  иглы при 25°С0,1 м

Температура разм гчени  пр кольцу и шару, С, не ниже

Раст жимость, см при , не менее

201-300

ГОСТ 11501-73

35

ГОСТ 11506-73

ГОСТ 11505-75

сжа27 ,0-29,5 85,5-90,5

ос1 ,83-2,71 0,57-0,81

Вьщерживают Примечание,

Глубина проникновени  иглы при 2 ,1 мм

Более 360

Температура разм гчени  по кольцу

18-19 и шару. С, не ниже

Раст жимость, см, при 25с, не менее

Более 100

Таблица 2

20,0-24,0 (t)

6,0-8,0 (IV)

7,0-8,5 Не более 120 (I-1V)

6,0-0.8 (Ill-iy)

0,6-0,75 1,5-3.0 (I-IV)

1

0,5-1.5 () , Выдерживают

40-60 ГОСТ 11501-73 (БНД 40/60 73

47 ГОСТ (БНД 69/90) 11506-7:

40 ГОСТ (БНД 40/60) 11505-75 Состав асфальтобетонной смеси: гранитные высевки 100% (зерновой состав гранитных высевок по ГОСТ 9128-76 приближаетс  к непрерывной гранулометрии песчатого асфальтобетона типа Д). Массова  дол  в жущего 8.5% (сверх 100%), ТаблицаЗ

Сцепление битума с минеральной частью

Вьщерживает асфальтобетона Примечание.

Таблица 4

Выдерживает (I-IV) Состав асфальтобетонной смеси: гранитные высевки 100% (зерновой состав гранитных высевок по ГОСТ 9128-76 приближаетс  к непрерывной гранулометрии песчаного асфальтобетона типа Д) . .Массова  дол  в жущего 9,5% (сверх 100%). Таблица 5

Claims (3)

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩЕГО ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА путем смешения нагретого таллового пека с окислителем с последующей выдержкой полученной смеси при 200-220°С, отличающийся тем, что, с целью повышения качества целевого продукта и упрощения технологии процесса, в качестве окислителя используют моногидрат серной кислоты, взятый в количестве 3-12% от массы пека.

2. Способ поп. 1, отличаю- щий с я тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта, в пек при окислении дополнительно вводят мелкодисперсный лигнин в количестве 10-60% от массы пека. _с

3. Способ по пи. 1 и 2, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения пластичности вяжущего, полученный целевой продукт смешивают с исходным пеком, взятым в количе- S стве 20-50% от массы исходного пека, взятого на окисление.

>