CC BY
128
ПРОБЛЕМЫ НЕФТЕДОБЫЧИ, НЕФТЕХИМИИ, НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ И ПРИМЕНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ
УДК 674.8:625.85
О. Н. Ильина, Г. М. Файзрахманова, A. Н. Грачев,
В. Н. Башкиров
ИССЛЕДОВАНИЕ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ БЫСТРОГО ПИРОЛИЗА НИЗКОКАЧЕСТВЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ (БИОНЕФТИ) В КАЧЕСТВЕ КОМПЛЕКСНОЙ ДОБАВКИ ДЛЯ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Ключевые слова: жидкие продукты быстрого пиролиза (бионефть), укрепление грунтов, вяжущее, дорожная
одежда,
Возможность использование бионефти в сочетании с цементом для укрепления малопрочного щебня и суглинистых грунтов. Разработка надежного и научно обоснованного способа получения укрепленного местного грунта применительно к условиям республики Татарстан.
Key words: fast pyrolysis liquid products (bio-oil), strengthening soil, astringent, road pavement.
The possibility of using bio-oil combined with cement to strengthen the gravel and sandy loam soils. Development of reliable and scientifically sound method of producing reinforced soil in relation to local climatic conditions of the republic of Tatarstan.
Автомобильные дороги в сельских и отдаленных районах являются важнейшей составной частью общей инфраструктуры лесного и аграрного комплексов, и их отсутствие или не удовлетворительное состояние приводят к значительным экономическим потерям. При этом дорожная одежда должна иметь достаточную прочность в течение года, а в слоях можно использовать материалы, не требующие высоких эксплуатационных показателей. [1]
В нашей стране исследования в области строительства автомобильных дорог были начаты более восьмидесяти лет назад. Уже в начальный период исследований ставилась задача по максимальному использованию для устройства дорожной одежды различных грунтов, залегающих вдоль трассы [2]. Дорожная одежда автомобильных дорог обычно состоит из покрытия, основания и подстилающего слоя. Различные конструкции дорожных одежд представлены на рис. 1. На лесовозных дорогах одежда проектируется, как правило, по упрощенной схеме: покрытие + подстилающий слой, покрытие + основание, а чаще всего состоит только из покрытия. Дорожная одежда работает в тесном взаимодействии с земляным полотном.
Направление создания материалов для стабилизации и упрочнения местных грунтов с возможностью их использования при сооружении земляного полотна и основания дорожной одежды отнесено к разряду приоритетных согласно «Концепции национальной программы модернизации и развития автомобильных дорог Российской Федерации до 2025 года», утвержденной в 2004 г. Большая часть нашего региона не имеет природных высококачественных каменных материалов, пригодных для дорожного строительства. Наиболее распространенными для Республики Татарстан являются глинистые, щебеночные, песчаные, обломочные и суглинистые грунты, поэтому весьма актуальна разработка методов укрепления грунтов и местных малопрочных минеральных материалов.
Рис. 1 - Схема конструкций дорожных одежд
Наиболее эффективным и простым является метод укрепления различных грунтов и минеральных материалов портландцементом. Несмотря на очевидные преимущества, применение портландцемента несколько ограничивается его дефицитностью и высокой стоимостью. Кроме того, укрепление грунтов только с помощью цемента не всегда эффективно. Основной целью данной работы является разработка надежного и научно обоснованного способа получения укрепленного местного грунта и минерального материала в условиях республики Татарстан.
Анализ научно-технической литературы и патентной информации по укреплению грунтов показал возможность эффективного использования древесных дегтей, древесных смол и продуктов переработки древесных отходов в дорожно-строительных материалах. Вместе с тем ежегодно в Российской Федерации образуется большой объем невостребованного древесного сырья в виде отходов деревообрабатывающих предприятий; лесосечных отходов и низкокачественной древесины, которые необходимо утилизировать. Решить проблему утилизации отходов деревообрабатывающих предприятий можно переработкой отходов методом пиролиза в товарные продукты: горючий пиролизной газ, уголь и жидкие продукты пиролиза.
Специалистами ООО «Энерголеспром» разработана инновационная установка глубокой термохимической переработки древесных отходов в жидкие продукты (бионефть) и древесный уголь. Бионефть может производится из любых возобновляемых биоотходов. Бионефть может использоваться, храниться и транспортироваться, как другие виды материалов на нефтяной основе. Бионефть - коричневая жидкость, обладающая запахом дыма, имеет плотность 1100-1200 кг/ м3, состоит в основном из смеси высокоокисленных
углеводородов, представленными низшими органическими кислотами, водорастворимой формой лигнина, спиртами и другими соединениями [3].
Пиролизная жидкость уже применяется в различных отраслях промышленности: как возобновляемое топливо, в производстве ванилина, при получении коптильных жидкостей, в производстве стекольных замазок и в некоторых отраслях строительства. Но все же область применения бионефти требует дальнейшего изучения и проработки. Одним из направлений использования бионефти является применения ее в качестве комплексной добавки для дорожно-строительных материалов. Использование отходов деревообрабатывающих производств в дорожном строительстве расширяет сырьевую базу региона и улучшает экологическую обстановку.
В связи с вышеизложенным, учеными Казанского национального исследовательского технологического университета и Казанского государственного архитектурно-строительного университета проведены исследования по определению возможности применения бионефти в дорожно-строительных материалах. Исследования проводились в соответствии с ГОСТ 3049197 «Смеси органоминеральные и грунты, укрепленные органическими вяжущими, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия» и ГОСТ 12801-98
«Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний».
Физико-механические показатели укрепленных грунтов и минеральных материалов определялись на образцах - цилиндрах диаметром и высотой 50,5 мм. Металлические формы -цилиндры предварительно смазывались минеральным маслом. Уплотнение образцов
производилось на гидравлических прессе МС-500 (ГОСТ 28840-90) под давлением 40,0±0,5 МПа в течении 3,0±0,1 мин. При уплотнении обеспечивалось двустороннее приложении нагрузки, что достигается передачей давления на уплотняемую смесь через два вкладыша, свободно передвигающихся в форме навстречу друг другу. Хранение образцов происходило при температуре 20°±5°С в ванне с гидравлическим затвором или эксикаторе. Испытания образцов проводились в возрасте 7 и 28 суток в соответствии с ГОСТ 12801-98.
Водонасыщение образцов производилось в течении 48 часов, в том числе в первые 6 часов образцы погружали на 1/3 высоты в воду, остальные 42 часа - на всю высоту. Предел прочности при сжатии образцов определялся при скорости движения плиты пресса 3,0±0,3 мм/минуту, скорость приложения нагрузки составляла 0,2-0,3 МПа/с.
Испытаниям подвергались два вида материала: известняковый щебень М 400 ГОСТ 8267-93 Потанихинского карьера Республики Татарстан (гранулометрический состав щебеночной смеси подобран в соответствии с ГОСТ 30491-97 по фракциям 0-20 мм) и грунт -суглинок тяжелый (ГОСТ 25100-95). В качестве вяжущего применяли наиболее
рекомендуемый для дорожного строительства портландцемент М400 Ново-Ульяновского завода ГОСТ 10178-85 в количестве до 6%. Бионефть применяли в количестве до 10 %.
Сравнительные результаты испытаний образцов материалов приведены в таблице 1.
Анализ результатов испытаний образцов материалов приведенных в таблице, показал, что щебень, обработанный цементом и бионефтью по изложенной выше методике, обладает высокими физико-механическими характеристиками, даже превышающими требованиям ГОСТ 30491-97.
Суглинок, укрепленный цементом и бионефтью, по многим показателям удовлетворяет требованиям ГОСТ 30491-97. Для повышения показателя предела прочности укрепленных грунтов на основе суглинка, необходимоы проведение дополнительных исследований по корректированию свойств бионефти, усовершенствованию рецептуры состава смесей и технологии их приготовления.
Таблица 1 - Сравнительные лабораторные результаты испытаний образцов материалов
Наименование Значение для укрепленных грунтов
показателей ГОСТ 30491-97 (для щебня) Щебень, укрепленный цементом и бионефтью ГОСТ 30491-97 (для суглинка) Суглинок, укрепленный цементом и бионефтью
Предел прочности на сжатие, при температуре 20°С, МПа, не менее 1,4 2,15-3,36 1,0 0,41-0,89
Водонасыщение, %, не более 10 4,76-6,08 12 0,52-0,91
Набухание, %, не более 2 0,15-0,69 2 0.12-0,17
Водостойкость, не менее 0,5 0,88-0,99 - 0,55-0,75
Литература
1. Гришина, В.А. Использование комплексных добавок для укрепления грунтов в сельском дорожном
строительстве / В.А Гришина, А.П. Пичугин // Иркутскзолопродукт. 2010
(http://www.zolprod.irkutskenergo.ru/qa/2227.html).
2. Фурсов, С.Г. Автомобильные дороги и мосты строительство конструкционных слоев дорожных одежд из грунтов, укрепленных вяжущими материалами / С.Г. Фурсов // Автомобильные дороги и мосты. 2007 (http://www.infosait.ru/norma_doc/52/52596/index.htm).
3. Забелкин, С.А. Энергетическое использование жидких продуктов быстрого пиролиза древесины / С.А. Забелкин, Д.В. Тунцев, А.Н Грачев, В.Н Башкиров // Вестник МГУЛ. - 2010.- №4(73). - С. 79-84.
© О. Н. Ильина - канд. техн. наук, доц. каф. строительства и эксплуатации автомобильных дорог КГАСУ, ilina@ksaba.ru; Г. М. Файзрахманова - асп. каф. химической технологии древесины КНИТУ, ke4kene@yandex.ru; А. Н. Грачев - канд. техн. наук, доц. каф. переработки древесных материалов КНИТУ, energolesprom@gmail.com; В. Н. Башкиров - д-р техн. наук, проф. каф. химической технология древесины КНИТУ, vlad_bashkirov@mail.ru.
