Создание композиционных материалов для строительства автомобильных дорог на основе нефтяных и буровых шламов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Создание композиционных материалов для строительства автомобильных дорог на основе нефтяных и буровых шламов

Мендалиева Дина Кенжебековна

Аннотация

Определены фазовый и элементный состав твердого остатка бурового шлама и оценены физико-механические параметры нефтешлама. Созданы серии тестовых образцов композиционных материалов и исследованы их физико-химические характеристики. Показано, что физико-химические характеристики полученного материала соответствуют требованиям и могут быть использованы при строительстве автомобильных дорог.

Ключевые слова: битум, буровой шлам, композиционный материал, нефтешлам.

Введение

Загрязнение природной среды углеводородным сырьем происходит на всех этапах работы, начиная с разработки месторождения и заканчивая хранением готовых нефтепродуктов [1]. В связи с этим, разработка оптимального метода утилизации нефтяных шламов и их использование остается одной из важнейших задач.

В зависимости от состава и физико-химических свойств нефтешламов в литературе предлагается использовать их в строительстве автомобильных дорог, как в чистом виде, так и в композиции с другими компонентами.

Возможность использования водосодержащих нефтешламов в производстве асфальтобетонных смесей изучена в работе [2]. Показано, что введение в битум нефтешлама позволяет снизить содержание битума в асфальтобетонной смеси до 8% с сохранением физико-механических свойств. Использовать нефтешламы при разработке грунтобетонной смеси, содержащих в своем составе 2-4% нефтешлама, предложено в [3].

В работе [4] исследованы элементный и гранулометрический составы твердого остатка нефтешлама, проведено исследование физико-химических и эксплуатационных свойств композитов на их основе. Установлено, что характеристики полученного материала позволят использовать его в производстве асфальтобетона для строительства дорог.

Для строительства автодорог класса III-V предложен способ возведения дорожного основания с использованием нефтяного шлама. Входящие в состав нефтешламов смолы, асфальтены, тяжелые ароматические и парафиновые углеводороды, окисляясь на воздухе, твердеют и образуют гидроизоляционный слой, обеспечивая тем самым прочность связи минерального материала [5].

Целью настоящей работы являлось создание композиционных материалов на основе битума БНД 60/90, нефтяных и буровых шламов, содержащих органические и неорганические компоненты и экспериментальной оценке возможности применения данных составов в дорожном строительстве.

буровой шлам битум композиционный

Экспериментальная часть

В качестве органической добавки использован амбарный нефтешлам. С использованием стандартных методик (ГОСТы) определены некоторые физико-химические параметры. Для определения элементного и фазового состава неорганической составляющей твердого бурового шлама предварительно термически обработанного при температуре 340 оС, использован рентгенофлуоресцентный и рентгенофазовый анализ. Для проведения исследования сформированы две серии образцов следующего состава:

Ш БНД 60/90 + 0, 2, 5, 10 % масс. нефтешлама (НШ);

Ш то же с введением в каждый образец твердого остатка (ТО) переработки буровых растворов в количестве 3 % масс.

Испытания эксплуатационных свойств полученных композитов и обработка результатов эксперимента проводились в соответствии со стандартными методиками.

Результаты и их обсуждение

Для создания композиционного материала в работе исследованы состав и физико-химические свойства неорганической и органической составляющих шламов.

Изучением твердого остатка бурового шлама рентгенофазовым методом установлено наличие сигналов соответствующих следующим соединениям: СаСО3 - кальцит, NaCl - галит, BaSO4 - барит, CaMg(CO3)2 - доломит (рис. 2).

Содержание кальцита 65 % масс., галита - 15 % масс., доломита - 8 % масс., барита - 10 % масс. Зафиксировано небольшое количество органита (СаСО3), ангидрита (СаSO4) и кварца (SiO2). Анализ элементного состава показал наличие цинка - 3·10-4%, хрома - 1·10-4%, меди - 0.1%, никеля - 1·10-5%, и отсутствие кадмия, свинца.

Изученный химический состав свидетельствует о нетоксичности исследованного твердого отхода. Вместе с тем, определены некоторые физико-химические параметры амбарного нефтешлама, которые приведены в табл. 1.

Табл. 1. Некоторые физико-химические параметры нефтешлама

Таким образом, высокое содержание карбоната кальция в твердом остатке бурового шлама и достаточно высокие значения плотности и температуры вспышки нефтяного шлама дают предпосылки о возможности использовать эти промышленные отходы в качестве добавок к дорожному битуму.

В связи с этим созданы две серии образцов с различным содержанием нефтешлама и твердого остатка бурового шлама. Исследовано влияние предлагаемых добавок в композиционном материале на его эксплуатационные характеристики. Полученные образцы испытаны по ГОСТ 22245-90 для битума марки БНД 60/90. Результаты представлены в табл. 2 и на рис. 1. Согласно ГОСТ 22245-90 для битума марки БНД 60/90 допускается температура размягчения от 47 °C, следовательно, состав 2% НШ + 3% ТО соответствует данному критерию в качестве наполнителя для дорожного битума.

Одним из критериев соответствия битума эксплуатационным характеристикам является глубина проникновения иглы. Результаты испытаний образцов приведены в табл. 3.

Табл. 2. Температуры размягчения по кольцу и шару

Табл. 3. Глубина проникания иглы

Рис. 1. Зависимость температуры размягчения от массовой доли нефтешлама

Рис. 2. Зависимость пенетрации от массовой доли нефтешлама

Табл. 4. Температуры хрупкости

(!) - зафиксирована трещина в образце при данной температуре, (х) - трещина не зафиксирована

Для битума марки БНД 60/90 согласно ГОСТ 22245-90 допускается величина пенетрации от 60 до 90 единиц, состав с 2% НШ + 3% ТО отвечает этому критерию.

При испытании серии 1 (табл. 4) удалось снять достоверные показания температуры хрупкости для двух образцов: 100% БНД 60/90 и образец с 10% НШ.

Так как значения температуры хрупкости данных образцов оказались с допустимой погрешностью равными, есть основания полагать, что введение нефтешлама не влияет, или незначительно влияет на температуру хрупкости.

В двух других случаях получить воспроизводимые результаты не удалось, что вероятно, вызвано присутствием воды в исходном нефтешламе. Данный факт указывает на необходимость обезвоживания нефтешлама перед формированием композиций с его участием.

Выводы

Проведенные испытания образцов по трем критериям позволяет утверждать, что введение в дорожный битум марки БНД 60/90 2 % масс. нефтешлама и 3 % масс. твердого остатка переработки бурового раствора практически не влияет на эксплуатационные свойства продукта. Следовательно, получаемый таким образом композиционный материал может быть использован в дорожном строительстве наряду с битумом БНД 60/90 при строительстве автомобильных дорог класса IV-V, одновременно решая проблему утилизации отходов нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.

Литература

1. Кузьмина Р.И., Аниськова Т.В., Пилипенко А.Ю., Степанов М. Ю. Влияние параметров активации висмутхромцеолитной системы на превращения н-гексана. Бутлеровские сообщения. 2013. Т.34. №4. С.65-68.

2. Граматиков И.В. Утилизация нефтяного шлама и анилиновой смолы в дорожном строительстве. Автореф. к.т.н. Волгоград. 1999. 40 с.

3. А.с. № 607870. Колбас Н.С.. Баранов А.И., Русинова Т.С., Ковалева М.А. Грунтобетонная смесь. Е 01 С 7/36 С 08 L 95/00.

4. Хайрутдинов И.Р., Теляшев Э.Г., Купцов А.В. Перспективы переработки нефтесодержащих отходов на НПЗ. Материалы научно-практической конференции «Нефтепереработка и нефтехимия - 2003». Уфа. ОАО «Башнефтехим». 2003. С.230-231.

5. Шпербер Д.Е. и др. Способ возведения дорожного основания. Патент РФ № 2179609 бюл.№ 5 от 20.02.2002.

Размещено на Allbest.ru