ГлавнаяИсследования проб шлама ряда заводов показали, что при использовании в качестве минеральных порошков шламы придают асфальтобетону высокую тепло- и водоустойчивость. В ряде случаев асфальтобетон получается даже более качественным, чем при использовании известняковых минеральных порошков, соответствующих требованиям ГОСТа.
Однако следует иметь в виду, что, помимо минеральных частиц, иглам может содержать водорастворимые соединения. Так, в отходах кальцинированной соды этих соединений имеется до 5%, что совершенно недопустимо. В шламе каустической соды таких соединений менее 0,5%. Поэтому шлам можно применять в качестве минерального порошка при обязательной проверке содержания водорастворимых соединений. Шлам кальцинированной соды необходимо брать из верхних слоев отвала (0,4—7,5 м), откуда водорастворимые соединения вымываются дождями. Для устранения комковатости минерального порошка, получаемого из отходов содового производства, и улучшения его качества после просушивания (но перед перемешиванием) шлама рекомендуется добавлять 1—2% жидкого битума или дегтя,
Хлоркальциевый раствор (дистиллярная жидкость) — отбросовый щелок, получаемый при производстве соды по способу Сольвея и при производстве бертолетовой соли, содержит 10% CaCl2. Его применяют для обеспыливания и укрепления дорог в засушливых районах.
Железные (колчеданные) пиритные огарка — отходы сернокислотных заводов — используются в дорожном строительстве в качестве минерального материала. Эти отходы на одних заводах получаются в виде мелкозернистого, а на других — крупнозернистого материала. Ввиду содержания остатков серы пиритные огарки не рекомендуется применять для битумоминеральных смесей в связи с ухудшением их качества.
Фосфорный шлак (синтолит) — отход при термо- и электровоз-гонке фосфора. В гранулированном виде шлак заменяет песок, в огненно-жидком состоянии пригоден для отливок дорожных изделий. Охлажденный литой шлак в виде щебня пригоден для всех дорожных конструкций (объемная масса 2400—2800 кг/м3, водопоглощение 0,1—1%, предел прочности при сжатии 700—800 -кгс/см2).
Сульфитно-целлюлозный (сульфитный) щелок — отход, получаемый при варке древесины по сульфитному способу на целлюлозных и гидролизных заводах. Он содержит 6—7% сухих веществ.
Сульфитно-целлюлозным щелоком, в состав которого входит клеящее вещество лигнин можно укреплять низкопрочные материалы и грунты, при этом лигнин склеивает мелкие частицы. Он используется также для обеспыливания покрытий, в качестве пластификатора при изготовлении цементобетона и как эмульгатор для приготовления дорожной эмульсии.
Сульфитно-спиртовая барда — отход (вторичный) гидролизных заводов, перерабатывающих сульфитный щелок. Она представляет собой упаренный сульфитный щелок и служит добавкой к цементу и бетону для придания пластифицирующих свойств. Совместно с небольшой добавкой окислителей (от 0,2 до 1% отходов хромовой промышленности, содержащих соединения шестивалентного хрома— двухромовокислые соли натрия или калия, хромовый ангидрид) сульфитно-спиртовая барда может использоваться для укрепления грунтов. Окислители (стабилизаторы) обеспечивают водонерастворимость барды.
Кубовые кислоты. В. А. Кейльманом была исследована возможность применения для дорожного строительства побочных продуктов производства синтетических жирозаменителей и в первую очередь кубовых кислот, представляющих собой остатки от разгонки карбоновых кислот, скапливающихся в большом количестве на комбинатах синтетических жирозаменителей.
Исследованию подвергались кубовые остатки, имеющие в своем составе карбоновых кислот C17—С20—13,3% (кислотное число — 112,5; эфирное число — 32; температура плавления 57° С).
Экспериментальные исследования показали, что применение кубовых кислот в качестве добавки к битумам повышает их прилипаемость БНД-90/130 и БНД-60/90, в результате чего можно использовать более влажные минеральные материалы и снизить на 40—50°С температуру приготовления и укладки смеси против обычных условий. В связи с этим целесообразно применение кубовых кислот в качестве поверхностно-активных добавок к вязким нефтяным битумам.
В результате процесса термополяризации кубовых остатков получается тяжелая смола с вязкостью, близкой к дегтям марок Д-1—Д-5. Смесям на базе этой смолы, кроме положительных свойств асфальтобетонных смесей, присущи и недостатки: длительный период формирования структуры, склонность к пластическим деформациям, пониженная водостойкость. Поэтому применение тяжелой смолы ограничено районами засушливого климата (IV и V дорожно-климатические зоны) с обязательным устройством в качестве водонепроницаемого слоя поверхностной обработки покрытия.
Водостойкость покрытия достигается через одну-две недели путем применения добавки хлористого кальция, а без добавки — через год эксплуатации. Лучшими свойствами обладают покрытия, из сталеплавильных шлаков.
Пиролизная смола — отход заводов синтетического спирта. По химическому составу пиролизная смола состоит (по массе) из 7,2% диолефиновых углеводородов, 27,3 олефинов, 55,3 ароматических, соединений, 10,5% парафинонафтеновых соединений.
На заводах синтетических спиртов получают две разновидности смолы: тяжелую и легкую, которые близки по химическому составу, но отличаются по плотности и фракционному составу.
В Саратовском политехническом институте была исследована возможность использования тяжелой пиролизной смолы в качестве вяжущего материала для строительства слоев дорожных одежд.
Путем регулирования процесса нагревания или окисления из тяжелой пиролизной смолы можно получить вяжущее типа вязких битумов различных марок от БНД-200/300 до БНД-40/60.
Подробно изучено вяжущее, полученное из пиролизной смолы, близкое по свойствам к битуму БНД-60/90 (табл. 19), Образцы асфальтобетонных смесей, приготовленные с вяжущим из пиролизной смолы, достаточно прочны и устойчивы, в особенности при воздействии низких температур. Температура нагрева вяжущего не должна превышать 130—140°C ввиду его интенсивного испарения. Учитывая возможный экономический эффект (стоимость вяжущего из пиролизной смолы в 3—3,5 раза ниже стоимости битума), следует проводить дальнейшие опыты по использованию этого вяжущего.
Цементная пыль — отход цементных заводов накапливается в обеспыливающих агрегатах вращающихся печей.
В табл. 20 приведены данные испытаний цементной пыли в сопоставлении с известняковым минеральным порошком (по опытам Львовского политехнического института).
Цементная пыль по химическому составу содержит от 12 до 22% основных активных соединений 3CaO*SiO2, 2СаО*SiO2 и 5—6% свободной CaO.
В результате проведенных опытов и наблюдений за опытными участками на магистральных улицах г. Луцка было установлено, что асфальтобетонная смесь с применением в качестве минерального порошка цементной пыли отвечает требованиям ГОСТа, удобообрабатываема, удобоукладываема и экономична.
Цементную пыль рекомендуется обрабатывать жидким битумом (7—8%) класса МГ. При этом она становится более транспортабельной, водостойкой, и ее можно хранить на открытых площадках. Расход жидкого битума в последующем компенсируется путем уменьшения расчетного количества битума, требуемого для приготовления асфальтобетонной смеси, в результате чего применение цементной пыли в качестве минерального порошка позволяет в целом снижать стоимость асфальтобетонной смеси. Для того чтобы при этом не снижалось качество покрытия, следует ограничить содержание щелочей и водорастворимых солей в цементной пыли. В результате исследований, проведенных в МАДИ под руководством проф. С. В. Шестоперова, были разработаны «Указания по применению пыли уноса цементных заводов в качестве минерального порошка в асфальтобетоне» (ВСН 31-66).
Цементная пыль может использоваться и для укрепления мелкозернистых отходов и вторичных продуктов промышленности для укрепления слоев из высевок горных пород. При этом максимальная прочность образцов наблюдается при введении 18—20% пыли.
На химических заводах, комбинатах, заводах синтетических смол и пластмасс и других предприятиях химии в процессе производства продуктов образуются отходы, большая часть которых пока не находит рационального использования в народном хозяйстве и продолжает поступать в отвалы. Между тем отходы, как правило, содержат продукты, придающие им ценность как сырью для получения материалов, которые могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства, в том числе в дорожном строительстве.
При сооружении автомобильных дорог отходы химических предприятий, соответствующим образом обработанные (а некоторые и без обработки), могут быть применены в качестве вяжущего, улучшающих добавок к вяжущим.
В качестве вяжущих для бетонов, а также при устройстве поверхностных обработок, укреплении грунтов оснований и других целей могут быть использованы нейтрализованная кислая смолка, каменноугольные фусы, полимеры бензольного отделения. Ниже дается характеристика отходов химической промышленности, которые в определенной степени апробированы в дорожном строительстве и представляют интерес с точки зрения использования их для этой цели.
Кислая смолка образуется в процессе очистки серной кислотой бензольной фракции каменноугольной смолы. На коксохимических заводах Украины ее образуется ежегодно свыше 17 тыс. т. В народном хозяйстве смолка не находит применения и накапливается в отвалах. Кислая смолка представляет собой черную массу, вязкую при нормальной температуре, с запахом бензола и серной кислоты; ее плотность 1,24—1,26 г/см3, вязкость С50в10=7-11 с.
Центральной заводской лабораторией Днепропетровского коксохимического завода совместно с Днепропетровским филиалом Госдорнии в 1969—1970 гг. проверена возможность использования кислой смолки после ее нейтрализации для получения дорожных дегтей.
Способами термополимеризации (на опытно-промышленной установке Макеевского коксохимзавода) и гидрохимическим (на Баглейском заводе) получены опытные партии тяжелых смол.
Исследования показали, что свойства нейтрализованной смолки приближаются к свойствам дорожного каменноугольного дегтя марок Д-4—Д-6. Эффективно введение в нейтрализованную смолку 35—25% жидкого битума. Образны, приготовленные на таком вяжущем, имеют прочность при 50°С 15—16, при 20°С 35—40 кгс/см2, коэффициенты теплоустойчивости 2,25—2,45 и водоустойчивости 0,82—0,83.
Фусы сульфитного отделения образуются в процессе отстаивания в хранилищах каменноугольной смолы. Они содержат смолистые вещества (50—80%), угольную и коксовую пыль, железистые и другие соединения. Плотность фусов 1,28—1,30 г/см3 Они растворяются в толуоле (на 74—75%); при нормальной температуре представляют собой вязкую массу черного цвета. В теплое время года фусы добавляют в шихту; в холодное время из-за образования смерзшихся кусков, забивающих дозаторы и дробилки, утилизацию фусов прекращают и вывозят в отвалы.
Фусы могут быть применены в качестве вяжущего при устройстве дорожных оснований и облегченных покрытий. В качестве разжижителя фусов рекомендуют использовать антраценовое масло или сырой каменноугольный деготь.
Полимеры бензольного отделения — побочный продукт коксохимических заводов. Они образуются в процессе регенерации поглотительного масла при улавливании бензола и представляют собой вещество черного цвета вязко-текучей консистенции при нормальной температуре с неприятным запахом. На коксохимических заводах их обычно сжигают, выделяющееся при их сгорании тепло частично используют.
Полимеры могут быть использованы в качестве вяжущего для укрепления грунтов оснований или при устройстве покрытий методом смешения на дороге.
Деформативные и некоторые другие свойства битума могут быть улучшены путем введения в него добавок, в том числе вторичных продуктов химической промышленности и материалов, получаемых на их основе: госсиполовой смолы, полимеризата, полистирольной пыли, кубовых остатков ректификации стирола углеводородформальдегидной смолы, полимеров бензольного отделения и др.
Госсиполовая смола (хлопковый гудрон) — побочный продукт переработки хлопкового масла -— представляет собой вязкую жидкость темно-коричневого цвета; госсиполовая смола — недифицитная и недорогая добавка.
Инструкцией BCH 59-61 Минтрансстроя, разработанный Союздорнии, госсиполовая смола рекомендуется в качестве поверхностноактивной добавки при строительстве дорожных покрытий с применением битумов.
Московские дорожники с 1961 г. используют ее в качестве улучшающей добавки к битумам и асфальтобетонным смесям горячего типа; Госсиполовую смолу вводят в битум порционно (в два приема), предварительно подогретой до 40—50° С.
Полимеризат — продукт переработки кубовых остатков синтетических жирных кислот (СЖК), который представляет собой смесь высокомолекулярных жирных, кислот темно-коричневого цвета. Технология переработки кубовых остатков СЖК в полимеризат разработана сотрудниками Щебекинского комбината.
Полимеризат обладает достаточно высокой адгезией к каменным и другим материалам, в горячем состоянии хорошо смешивается с битумами и другими нефтепродуктами, растворяется в органических растворителях, водо- и теплоустойчив. Из-за высокой вязкости и низкой пластичности полимеризат не может быть использован в качестве самостоятельного вяжущего в асфальтобетонах; его используют как добавку к битуму. Асфальтобетоны, приготовленные на битуме с добавками полимеризата, обладают повышенными водо- и теплостойкостью, деформативной способностью при отрицательных температурах, асфальтобетонные смеси более подвижны и лучше уплотняются, чем смеси на битуме без добавок. Расход вяжущего сокращается на 10—15%.
Полистирольная пыль — побочный продукт производства блочного и суспензионного полистирола — представляет собой композицию из полистирольной пыли и зерен полистирола размером до 1—2 мм. Донецким областным дорожным управлением совместно с кафедрой строительных материалов, оснований и фундаментов Донецкого политехнического института в 1971 г. проведены исследования полистирольной пыли как улучшающей добавки к битуму. Они показали, что при введении в нефтяной битум марки БНД-40/60 3% полистирольной пыли снижается его вязкость (при 25°С в 1,2 раза, при 0°С — в 3 раза), температура размягчения в 1,1 раза, растяжимость при 0°С возрастает в 2 раза.
Асфальтобетонные смеси, содержащие битум с добавкой полистирольной пыли, характеризуются повышенной удобоукладываемостью, асфальтобетоны — повышенной деформативной способностью при отрицательных температурах.
Кубовые остатки ректификации стирола (KOPC) образуются в процессе очистки стирола В обычных условиях KOPC представляют собой однородное каучукоподобное вещество грязно-коричневого цвета, с запахом, напоминающим запах соляной кислоты. KOPC содержит стирол, полистирол, нафталин, дифенил и ряд соединений.
Исследования показали, что KOPC могут служить эффективной улучшающей добавкой к битуму. 2% KOPCa увеличивают растяжимость битума при 0°C в 2,5 раза, снижают температуру хрупкости на 25% при незначительном уменьшении температуры размягчения (на 2°С).
Углеводородформальдегидная смола — основной побочный продукт фенольных заводов — кубовые остатки от ректификации нафталина при его формальдегидной очистке. Углеводородформальдегидная смола — вязко-жидкое вещество коричневого цвета, неядовитое, плотность 1,14 г/см3. Эта смола содержит 65% нелетучего остатка (чистой смолы), 15—20% нафталина, тионафтен и некоторые другие соединения. Смола используется в качестве добавки к каменноугольным дегтям.
Полимеры бензольного отделения. Введение полимеров в битум способствует значительному повышению прочности приготовляемого на его основе асфальтобетона, улучшению показателей водо- и атмосферостойкости, Оптимальная добавка полимеров (около 5%) улучшает адгезионные свойства битума, пластичность его пленок. Оптимальная температура вяжущего в момент введения — 80—100°С.