Анализ технико-экономической эффективности производства грунтобетонов из шламов нефтехимического предприятия и производства сульфата

p> 

 

 

 

 

 

Также проведены исследования по испытанию грунтобетона на морозостойкость при температуре -50⁰С. Образцы размером 4х4х16 см готовились по тем же параметрам, что и для определения прочности.

 

Результаты испытаний грунтобетона на морозостойкость

Состав грунтобетона	Вид ПМАС	Условия твердения	Прочность контрольных образцов при  сжатии, МПа	Прочность при сжатии МПа после  замораживания и оттаивания при -50 0С для циклов
				5	10	15	20	25	30
1:0 1:1 1:3 1:0 1:1 1:3 1:3 1:3 1:3 1:3	ФНА ФНА ФНА ФНА ФНА ФНА ФНА ФНА ФНША ФНША	нормальное нормальное нормальное ТВО–40 0С ТВО–40 0С ТВО–40 0С нормальное ТВО–40 0С нормальное ТВО–40 0С	6,90 18,88 19,87 6,80 19,56 21,6 25,68 26,40 17,28 18,08	6,2 18,3 20,4 6,5 19,2 20,4 31,84 30,0 21,28 22,72	3,52 15,83 14,44 4,3 20,18 19,6 31,6 28,1 21,6 22,9	- - 16,2 - 19,5 18,3 31,2 26,88 22,48 23,04	- - 17,2 - 19,04 16,8 31,12 30,80 18,24 18,80	- - - - - 31,41 29,68 20,68 18,80 18,30	- - - - - 31,21 29,01 19,76 18,81 18,10

 

Из полученных данных следует, что  грунтобетон, как на основе ФНА, так  и ФНША, выдерживает 30 циклов при -50 ⁰С для составов 1:3 при условиях твердения после ТВО; 10 циклов для составов 1:0 и 1:1 на основе ФНА, твердеющего как при нормальных условиях, так и после ТВО; 30 циклов на основе ФНША при нормальных условиях твердения для состава 1:3. Следует отметить, что присутствие доменного шлака в грунтобетонной смеси повышает морозостойкость бетона в нормальных условиях твердения до 30 циклов при -50 ⁰С, тогда как без шлака аналогичный бетон выдерживает только лишь 20 циклов.

Полученные данные по морозостойкости  грунтобетона, в среднем, эквивалентны маркам по морозостойкости F300 и F100 для  температуры замораживания -20 ⁰С по существующей стандартной методике испытаний обычных цементных бетонов.

 

ВЫВОДЫ

1. Весьма необычно для структуры  данного материала, что кубиковая  и призменная прочность в возрасте  28 суток практически равны между собой (см. таблицу 4) Таким образом, коэффициент призменной прочности грунтобетона равен единице, что свидетельствует об упрочнении его структуры.

2. Приведенные результаты исследований  подтверждают активную роль безобжиговых  алюмосиликатов в формировании  достаточно высоких строительно-технических  свойств композиционного материала  грунтобетона на основе кембрийской  глины.

3. Значение морозостойкости грунтобетона  при температуре -50 ⁰С, в среднем, эквивалентно марке F300 для его состава с доменным шлаком и марке F100 для состава без доменного шлака (по сравнению с обычным цементным бетоном).

4. Грунтобетоны исследуемых составов, твердеющие в нормальных условиях  и при пропаривании до 40 ⁰С, являются эффективными строительными материалами промышленно-гражданского и дорожного строительства.

 

 

4.Методы исследования и характеристика исходных материалов использованных для активации грунтов и приготовления грунтобетонов.

Определение характеристик исходных материалов и анализ процессов, происходящих в грунтобетоных композициях  проводились с использованием комплекса  современных физико-химических методов: химического, петро-графического, рентгенографического и дериватографического.

Определяли: химический состав минеральной и органической части композиций, их гранулометрический состав, удельную поверхность, условную вязкость суспензий и паст, седиментационную устойчивость суспензий на основе шламов, водоустойчивость грунтов, подвижность паст и мастик, деформационную способность грунтобетонов, пластическую прочность шламов, их электрокинетический потенциал.

При определении основных характеристик  органоминеральных шлаков (плотности, пористости, битумоемкости, влажности) использовались методы, изложенные в  ГОСТе 12784-78, а качество сырьевых материалов и грунто-бетонов (минеральных и  органических вяжущих, грунтов) определялось по стандартным методикам, изложенным в нормативных документах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Характеристика исходных материалов

Материал	Марка и сорт	ГОСТ
Портландцемент	ПЦ 400-ДО	10178-85
Известь	2 сорт (CaO+MgO - 62%)	9179-77
Глина	высокопластичная, высокодисперсная (число пластичности-26; фракция менее 0,5мм.-84,4 %)	9169-75
Суглинок	умереннопластичный, низкодисперсный (число пластичности-12,12; фракция  менее 0,5мм.-76,6 %)	9169-75
Песок	мелкозернистый (Мкр -1,14)	8736-93

 

Структура и свойства нефтяных отходов  зависят от условия образования.

В отстойнике происходит расслоение шлама с образованием явно выражен-ных слоев.

Состав нефтешлама по слоям

Наименование компонента нефтешлама	Слои, см.
	верхний до 2		средний 2-2,5		нижний 3,5-5
	min	max	min	max	min	max
Вода	88	94	70	90	25	55
Механические примеси	4	8	8	16	30	50
Нефтепродукты	2	6	6	10	15	40

 

Органическая часть шламов нефтедобычи  представлена асфальто-смолистыми веществами, парафинами, цезеринами, а шламов нефтепереработки – маслами, мазутами, битумом, гудроном. Минеральная часть шламов нефтедобычи  составляет 50-81%, а в шламах нефтепереработки – 18.2-62,8%.

 

Рисунок 1. Химический состав нефтешламов. 1 - А1₂0₃, 2 - SiO₂, 3 - R₂O, 4 - SO₃, 5 - Mg0, 6 - Ca0, 7 - Fе₂O

В составе шламов нефтедобычи количество смол и асфальтенов значительно больше. На рисунке 1. приведен выявленный групповой состав нефтешламов.

На рисунках 2и 3 представлены фракционные и элементные составы нефте-отходов, битумов; средняя молекулярная масса углеводородов значительно выше у шламов нефтедобычи (смолистая часть в них преобладает) и прибли-жается по абсолютной величине к битумам. Соотношение С/Н изменяется согласно приведенному ряду: битумы (6,29-10,7) > шламы нефтедобычи (8,56-8,78) > шламы нефтепереработки (6,76-7,54).

 

 

 

 

Рисунок 2.

 Групповой состав углеводородов. 1 - битумы; 2 - нефтешламы НПЗ; 3 - шламы  нефтедобычи.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.

 

Фракционный состав 1 - битумы; 2 - нефтешламы; 3 – смолы

 

 

 

 

Видно, что элементарная структура  шлама состоит из нескольких слоев.

Присутствие асфальтогеновых кислот и ПАВ, отрицательный электро-кинетический потенциал с величиной заряда - 4,73 - -6,2 мВ позволяет предположить, что наибольшей адгезией отходы будут  обладать относи-тельно минеральных  материалов с положительным зарядом, а с отрицательно заряженными  частицами глин и песков будет  происходить взаимное оттал-кивание, т.е. адсорбционно связанные тяжелые  масла будут создавать барьер, препятствующий слипанию отдельных  высокопластичных частиц.

В зависимости от количественного  соотношения масел, смол и асфальтенов, битумы разделяются на реологические  типы - золи и гели.

 

 

Золям соответствуют битумы, имеющие  в своем составе большое количество

асфальтенов и масел и малое  количество смол, а гелям отвечают составы с

высоким содержанием смол. Золям  соответствуют битумы, имеющие в  своем составе большое количество асфальтенов и масел и малое  количество смол, а гелям отвечают составы с высоким содержанием  смол.

.

Рисунок 5.

Элементный состав 1 - битумы; 2 - нефтешламы; 3 - смолы

Значения коэффициентов адсорбции(К_ад) и концентрации(К_к) приведены ниже:

Наименование материала	Кк	Кад
Битум	1,8-5	0,5-1,33
Нефтешлам	7,71-12	0,42-0,58
Шлам нефтедобычи	8,42-19,75	2,23-2,77

Структуру НШ_л и шламов НД оценить с помощью реологических харак-теристик однозначно нельзя, т.к. К_к меньше у НШ_л, а К_ад больше у шлама НД. Можно предположить, что наиболее достоверной является К_ад. В соот-ветствии с его величиной можно предположить, что шламы НД и НШ_л реологически имеют стабильную структуру золя, но шлам НД более устойчив, так как значение К_ад у него выше.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.Разработка технологии получения грунтобетонов.

Для интенсификации процессов переработки  связанных грунтов с широким  диапазоном влажности и приготовления  из них грунтобетонов автором  разработана пятиэтапная технология, сущность которой заключается в  следующем (табл. 5.9.). Автосамосвалами  завозят органоминеральный шлам (ОМШ) и его складируют. ОМШ представляют собой отходы предприятий нефтедобычи  и нефтепереработки, в состав которых  входят отработанные масла, ПАВ, нефть  и нефтепродукты, а также высокодисперсные частицы, содержащие обменные комплексы  Са²⁺, Al³⁺, Fe³⁺.

Далее ОМШ распределяют в подготовленное корыто бульдозером или автогрейдером, слегка уплотняют. Количество добавленного шлама зависит от влажности грунта и составляет от 1 до 5 кг на 1 м² поверхности. После этого связанный грунт, пропитанный шламом, срезают дорожной фрезой иле профилировщиком ДС-97 и дозировано подают в измельчитель-растиратель,   который обеспечивает высокую гомогенность грунта, а двухвальный лопастной смеситель -грунтобетонной смеси.

 

Технологическая схема устройства дорожного основания из

стабилизированных связанных грунтов

Наименование работ	Применяемые механизмы
Транспортировка шлама и его  складирование	Автосамосвалы
Снятие грунта	Дорожная фреза или профилировщик  ДС-97
Подготовка нижнего основания	Бульдозер или автогрейдер, легкие катки
Активация грунта и приготовление  грунтобетонной смеси	Измельчитель-растиратель, лопастной  смеситель
Уплотнение грунтобетона в дорожном основании	Катки прицепные или на пневмошинах