На правах рукописи

ХАННАНОВА ГУЛЬНУР ТАЛГАТОВНА

МИНЕРАЛЬНЫЙ ПОРОШОК НА ОСНОВЕ ПИРИТНЫХ ОГАРКОВ В СОСТАВАХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ КОМПОЗИЦИЙ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

УФА-2009

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук

Недосеко Игорь Вадимович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Хафизов Фаниль Шамильевич

кандидат технических наук

Синицин Дмитрий Александрович

Ведущая организация: ГУП Уралдортранс, г.Уфа

Защита состоится 28 декабря 2009 г. в 11.30 часов на заседании диссертационного совета Д.212.289.02 в Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, г.Уфа, ул.Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета. Автореферат диссертации размещен на официальном сайте университета;

Автореферат разослан л26 ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Недосеко И.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Проблема повышения качества и долговечности дорожных покрытий является актуальной задачей, остро стоящей перед строительными и эксплуатирующими организациями дорожного комплекса. Как показывает практика, при нормативном сроке службы дорожных покрытий составляющим 10 и более лет первые ремонтные работы приходится производить через 2-3 года. Одной из основных причин существующего положения дел является несбалансированность применяемых асфальтобетонных смесей, как по составу минеральных компонентов, так и по качеству битума.

Применительно к Республике Башкортостан многие его районы вообще лишены собственного производства минерального порошка. Минеральный карбонатный порошок производится лишь на ООО Сода и на базе Туймазинского ДРСУ, но эти мощности не обеспечивают и трети потребности, и, соответственно, для покрытия потребности в данном продукте дорожные организации используют отсевы мелких фракций (шебура), получаемые при дроблении щебня. Следовательно, получаемый без минерального порошка асфальтобетон не может соответствовать нормативным показателям. Получение же, подобным образом, современных эффективных типов асфальтобетона, таких как щебеночно-мастичный асфальтобетон и литой асфальт в принципе невозможно.

Поэтому важной и актуальной задачей дорожного комплекса является использование в качестве минеральных порошков дисперсных крупнотоннажных отходов химической промышленности, значительные накопления которых имеются в нашей республике. К ним относятся, в первую очередь, твердый остаток содового производства, состоящий на 70-80% из CaCO3, с примесью хлоридов щелочных металлов. Несмотря на огромные запасы (более 20 млн.т), применение данного отхода проблематично, так как до настоящего времени не решена проблема его обезвоживания и сушки. Возможно также использование цементной пыли - отхода систем пылеудаления цементного производства. Хотя данный продукт, как минеральный порошок далеко не лучшего качества (высокая битумоемкость и наличие в нем клинкерных минералов, которые медленно гидратируют в асфальтобетоне и частично разрушают его структуру), но даже его ОАО Сода практически не отпускает даже за приемлемую цену (он используется как добавка при помоле цемента). В отличие от них, пиритные или колчеданные огарки - отход производства серной кислоты Мелеузовского ОАО Минудобрения - имеет ряд преимуществ: он абсолютно инертен и при высокой дисперсности не слипается даже во влажном состоянии. Несмотря на то, что в прошлом были попытки (в том числе успешные) его использования в качестве минерального порошка, до настоящего времени остается ряд нерешенных проблем - вопросы сцепления с битумом и изменения свойств во времени. Также, не изучался вопрос о применении пиритных огарков в качестве минеральных порошков в современных асфальтобетонных композициях - щебеночно-мастичных асфальтобетонах и литом асфальте. Решение данных проблем потребовало проведения настоящей работы.

Цель работы.

Разработка составов и технологии получения асфальтобетонных композиций на основе минерального порошка из пиритных (колчеданных) огарков.

Задачи исследования.

0. изучение влияния вещественного состава и строения пиритных огарков на свойства асфальтовяжущего вещества;
1. разработка способов активации минеральных порошков при пониженных температурах композициями на основе полисульфидов щелочных металлов;
2. установление характера сравнительного влияния минеральных порошков различных типов на основные механические и технологические свойства асфальтобетонов: битумоемкость, прочность, водонасыщение, набухание и водостойкость;
3. разработка составов асфальтобетонных смесей и щебеночно-мастичного асфальта с использованием пиритных огарков;
4. подготовка нормативно-технической документации, регламентирующей технологические, экономические и экологические аспекты производства и применения асфальтобетонов с использованием пиритных огарков;
5. производственная апробация и внедрение результатов проведенных исследований.

Научная новизна работы.

1. Установлена возможность интенсификации процессов структурообразования и улучшения свойств асфальтобетонных композиций за счет применения в их составах пиритных огарков.
2. Изучено влияние вещественного и количественного содержания пиритных огарков, их дисперсности, на изменение структурного и химического состава, а также свойств битумов в асфальтобетонных композициях.
3. Разработан способ активации минеральных порошков полисульфидами щелочных металлов в условиях пониженных температур.
4. Получены основные принципы рациональной технологии получения асфальтобетонных композиций различных типов с использованием действующего оборудования и дисперсных отходов химической промышленности.

Новизна технических решений, представленных в работе, подтверждена патентом №2006611035 на программный комплекс для ЭВМ.

Практическая значимость и реализация работы.

Практическая ценность работы заключается в расширении сырьевой базы производства асфальтобетонов различных типов за счет использования многотоннажного дисперсного отхода химической промышленности - пиритных (колчеданных) огарков и разработке упрощенной технологии его введения в асфальтобетонную смесь с использованием стандартного оборудования асфальтобетонных заводов.

Реализация данного способа получения асфальтобетонных композиций различных типов (стандартные асфальтобетоны марок II, III Б, В, Г, щебеночно-мастичный и литой асфальтобетон) в рамках действующего производства позволят повысить качество и долговечность дорожных покрытий, а также сократить объем отходов, находящихся в отвалах, что в свою очередь поможет решить проблемы охраны окружающей среды.

Разработанный способ активации минеральных порошков композициями на основе полисульфидов щелочных металлов (водорастворимой серы) при пониженных температурах позволит существенно упростить технологию активации минеральных порошков за счет исключения из состава технологической линии узла по подогреву минеральных компонентов и, соответственно, значительно снизить стоимость получаемого порошка.

Разработанная технология производства асфальтобетонов с использованием пиритных огарков позволит существенно снизить расход дорогостоящих компонентов и, в целом, повысить ее технико-экономическую эффективность.

Уфимским государственным нефтяным техническим университетом и ГУП Башкиравтодор РБ с участием автора разработана нормативно-техническая и проектно-сметная документация на применение пиритных огарков в составах асфальтобетонов, в которых отражены технологические, экономические и санитарно-гигиенические аспекты их производства и применения. В производственных условиях (Мелеузовское ДРСУ) проведено испытание разработанных составов асфальтобетонов при укладке верхнего слоя дорожного покрытия на участке автомобильной дороги Западный обход города Мелеуза протяжённостью 3,5 км.

Апробация работы.

Основные положения докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Уфимского Государственного нефтяного технического университета (г.Уфа, 2004-2009 гг.) и Самарского государственного архитектурно-строительного университета (г.Самара, 2006-2008 гг.) на восьмых академических чтениях РААСН Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения (г.Самара, 2004г.), на десятых академических чтениях РААСН Достижение, проблемы и перспективные направления развития теории и практики строительного материаловедения (г.Казань-Пенза, 2006г.)

Публикации.

По материалам диссертационной работы опубликовано 11 статей и тезисов докладов (№№9, 10, 12 в изданиях, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, по списку ВАК Минобрнауки РФ (отрасль - Строительство), разработана нормативно-техническая (технические условия и технологический регламент) и проектно-сметная документация, получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ, выпущены технические условия.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, библиографического списка из 107 наименований. Работа изложена на 143 страницах, содержит 32 рисунка, 38 таблиц.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность за научные консультации, помощь и поддержку в проведении исследований ГУП Башкиравтодор, в лице к.т.н. Аминова Ш.Х. и к.т.н. Струговца И.Б., а также сотрудникам производственной лаборатории и дорожно-строительных управлений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена обзору источников информации. Проанализирована литература и техническая документация по рассматриваемой проблеме.

Анализ литературных данных показал, что в настоящее время создался острый дефицит минерального порошка для асфальтобетона, обусловленные тем, что многие дорожные организации не имеют собственного дробильно-сортировочного оборудования для его получения. К тому же использовать дальнепривозное минеральное сырье во многих случаях не представляется возможным по экономическим соображениям. Как показывает практика в ближайшее десятилетие действующие производственные мощности по помолу карбонатных пород не смогут обеспечить даже текущей потребности производства, не говоря о его значительном увеличении в связи с намеченными планами дорожного строительства. Поэтому остро стояла и стоит перед эксплуатирующими организациями задача использования дисперсных минеральных промышленных отходов как заменителей минерального порошка. Был проанализирован накопленный опыт и существующие проблемы применения дисперсных промышленных отходов в дорожном строительстве, которыми занимались: Сахаров П.В., Ребиндер П.А., Рыбьев И.А., Волков М.И., Печеный Б.Г., Ярмолинская Н.И., Высоцкая М.А., Duriez M., Arrambide J., Gunter W. и другие исследователи.

Из промышленных отходов в качестве минерального порошка достаточно долго использовалась цементная (запеченная) пыль электрофильтров цементного производства, хотя она не являлась оптимальной ни по гранулометрическому (удельная поверхность порядка 5000-8000 см2/г при оптимуме 1500-2000 см2/г), ни по химическому составу, так как в ней имеется большое количество водорастворимых щелочных соединений. В настоящее время практически стопроцентный выход цементной пыли используется для производства смешанных цементов средних и низких марок (несмотря на то, что данная добавка существенно ухудшает качество получаемых цементов). Достаточно близкими по гранулометрическому и химическому составам к цементной пыли являются золы теплоэлектростанций. Данные отходы, несмотря на их большие объемы, к сожаленью, не так широко используются в промышленности, так как зачастую их применение не всегда рационально как по техническим, так и по экономическим соображениям. В частности, возникают транспортные расходы из-за рассредоточенности мест расположения зол, к тому же в настоящее время на многих ТЭС пневмотранспорт заменен системой гидроудаления, что требует вводить дополнительные дорогостоящие и сложные системы по сушке зол.

Многие работы посвящены вопросам использования отсевов горнорудной промышленности. Это направление представляется достаточно эффективным, особенно в регионах дислокации горнорудных производств, несмотря на то, что имеется ряд сопутствующих проблем технического и экономического характера.

Имеется ряд других крупнотоннажных дисперсных отходов химической промышленности, наиболее массовыми из которых являются твердые отходы содового производства, состоящие более чем на 80% из CaCO3 с незначительной примесью свободной извести, а также щелочных соединений (CaCl2, NaCl и др.) К тому же данные отходы наиболее оптимальны по гранулометрическому составу (Sуд=1000см2/г) и наиболее близко соответствует гранулометрии стандартного минерального порошка из карбонатных пород. Однако, внедрение в производство данного перспективного направления в значительной степени тормозится из-за нерешенной проблемы обезвоживания и сушки данных отходов. Другим массовым отходом химической промышленности являются пиритные (колчеданные) огарки предприятий по производству серной кислоты. Их накопления только по Республике Башкортостан составляют более 2 миллионов тонн, что позволяет обеспечить потребности дорожных организаций на значительную перспективу. Важным положительным моментом данного отхода является то обстоятельство, что, даже находясь в отвале при воздействии атмосферных осадков, он не слеживается, не агрегируется при сушке, поэтому возможны упрощенные способы его введения в асфальтовую смесь.