X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Вопрос качества и стоимости строительства дорог актуален для многих стран мира, в том числе и для России. В нашей стране с непростыми климатическими условиями, частыми перепадами температур, высокой степенью промерзания грунтов на фоне увеличивающихся транспортных нагрузок дорожное полотно не выдерживает и быстро приходит в негодность. Обслуживание дорог и строительство новых является одной из самых крупных статей расходов бюджетных средств.

Известно, что для строительства дорог используются компоненты дорогостоящей нефти, а это дополнительно увеличивает стоимость расходов на производство гудронов и битумов, применяемых при создании дорожных покрытий. Идеи повышения качества дорожного полотна и снижения расходов на строительство, ремонт и содержание дорог постоянно будоражат умы ученых, изобретающих новые способы для улучшения физико-механических свойств битума.

При этом мы знаем, что существует проблема утилизации твёрдых нефтепродуктов, которая с годами становится острее. Особенно это касается резины, из которой сделаны автомобильные покрышки. Ежегодно в мире выбрасываются на свалки миллионы тонн изношенных автомобильных шин, которые затем зарываются или сжигаются, загрязняя окружающую среду и нанося непоправимый ущерб экологии.

Огромные объемы этих отходов – постоянный источник повышенной опасности возгорания. Температура горения шины равна температуре горения каменного угля, поэтому потушить такое возгорание крайне сложно. Кроме того, увеличивается возможность развития эпидемиологических заболеваний: в штабелях шин разводятся насекомые и грызуны. В естественных условиях шины разлагаются не менее 100 лет, выделяя различные химические вещества.

Оборот этого материала огромен – на каждый легковой автомобиль в среднем приходится по 4 отработанные шины в год, а на каждый грузовой – 6 шин. В итоге годовой отход этого материала в России — около 5 млн. штук в год.

При этом, старые шины представляют собой ценное сырье: в 1 т. шин содержится около 700 кг резины, около 250 кг высококачественного металла, которые могут быть повторно использованы для производства топлива, резинотехнических изделий, материалов строительного назначения и для многих других целей. Одним словом, переработка шин – одна из наиболее актуальных проблем, из числа поставленных мировым автомобилестроением перед человечеством.

Сам процесс переработки изношенных шин, как альтернатива захоронению, сжиганию и т.д., имеет важное народно-хозяйственное значение в деле сохранения хрупкого баланса экологии планеты, высвобождения земель, ранее занятых под хранение шин для дальнейшего их использования, получение вторичного сырья и его повторного использования для снижения потребления не возобновляемых природных ресурсов. Резиновая крошка относится к группе нетоксичных материалов, не образует вредных соединений в воздушной среде и сточных водах. В присутствии других веществ – экологически безопасна. Данное производство работает в перспективных направлениях – ресурсосбережении, экологии, создании новых рабочих мест. Существует несколько способов переработки утилизированной резины. Они делятся на два основных метода: механический и пиролиз.

В различных странах и регионах были построены экспериментальные участки дорог и аэродромов с резиновой крошкой. Вначале они показывали достаточно высокие характеристики, но затем, при постепенном набухании резиновой крошки, покрытия разуплотнялись и разрушались. Ничем несвязанная резиновая крошка выкрашивалась из покрытий и практически в неизменном виде разносилась ветром, загрязняя окрестности.

В нашей стране исследования по введению резиновой крошки в дорожный битум и битумоминеральные смеси проводились Н.В. Горелышевым, А.И. Лысихиной, Г.К. Сюньи, И.М. Руденской, Б.М. Слепой и многими другими. При участии СоюздорНИИ более двадцати лет тому назад были вновь начаты научно-исследовательские и опытно-внедренческие работы по применению резиновой крошки в качестве компонента минеральной составляющей асфальтобетонных смесей.

Возможность использования дробленой резины в асфальтобетоне была отражена в выпущенном в 1991 году "Пособии по строительству асфальтобетонных покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов" (МинТрансСтрой). В этом "Пособии" отмечается, что использование дробленой резины в горячих асфальтобетонных смесях повышает долговечность покрытий, улучшает их фрикционные свойства, что позволяет уменьшить расход высокопрочного трудношлифуемого щебня.

При использовании асфальтобетонов с резиновой крошкой, уменьшается вероятность появления вторичных трещин на поверхности дорожного покрытия. Крупность зерен резины должна быть не более 1мм, считается, что наибольшая плотность составов асфальтобетонной смеси обеспечивается при крупности частиц резины не более 0,63мм

Предусмотрено, что резиновая крошка может вводиться как в битум ("мокрый" метод), так и непосредственно в асфальтобетонную смесь ("сухой" метод, только при устройстве нижних слоев покрытия и слоев оснований). Рекомендовано содержание резиновой крошки в дорожном битуме 5-7% по массе как оптимальное. Обычно дорожные битумы имеют интервал пластичности как правило не выше 60-65°С, что явно недостаточно для устройства верхних слоев покрытий в климатических условиях большинства регионов России. Кроме того, у вязких дорожных битумов практически отсутствуют упругие свойства, от которых зависит устойчивость композиционных материалов, каковым является асфальтобетон, к разрушению под действием циклической нагрузки. Поэтому битумные вяжущие принципиально требуют модификации и улучшения физико-механических свойств, поскольку по самой своей природе не могут обеспечить необходимую стойкость асфальтобетонных покрытий дорог в условиях увеличивающихся транспортных нагрузок.

Анализ полученных ранее данных показал, что по комплексу параметров наибольшими потенциальными возможностями для улучшения свойств битумных вяжущих, обладает крошка из резин общего назначения, в том числе шинная.

Битум, модифицированный резиновой крошкой (БМРК), определяется как однородная смесь окисленного дорожного битума (или смеси битумов) с достаточно мелкодисперсной крошкой из резин общего назначения, подвергнутая специальной химической обработке в процессе приготовления. При этом частицы резины полностью не разлагаются и не растворяются, а связываются с компонентами битума прочными, но достаточно подвижными химическими связями и проявляют свои качества уже в составе нового материала [1].

За счет своего состава и структуры вяжущее устойчиво к воздействию высоких технологических температур, а также имеет достаточную деформативность при низкой температуре. Установлено, что асфальтобетоны на вяжущем БМРК имеют высокую устойчивость к циклическим нагрузкам, возникающим при движении транспортных средств [2.

Преимущества:

1) происходит увеличение температуры размягчения битумного вяжущего и некоторое снижение хрупкости (расширение температурного интервала пластичности);

2) происходит улучшение физико-механических и усталостных свойств битумного вяжущего;

3) происходит значительное улучшение сцепления битумного вяжущего с поверхностью минерального материала;

4) происходит повышение устойчивости к старению;

5) повышается устойчивость к изменениям окружающей температуры

Последующий анализ полученного опыта применения резиновой крошки при приготовлении асфальтобетонных смесей выявил неудовлетворительные физико-механические характеристики, в том числе недостаточную адгезию вяжущего, по сравнению со смесями, выпущенными в соответствии с ГОСТ - 9128, что приводило к затруднениям при укладке и самопроизвольному разуплотнению и разрушению уложенных верхних слоев покрытий.

Применение резиновой крошки с размерами частиц 2-8 мм в асфальтобетонных смесях, приводило к снижению срока службы асфальтобетонных покрытий из-за невозможности формирования однородного материала, способного к восприятию нагрузок. Хотя при этом в начальный период эксплуатации таких покрытий (непосредственно после укладки) отмечалась повышенная трещиностойкость и большая деформативность, водостойкость, снижение уровня шума и вибрации, уменьшение случаев образования ледяной корки, повышение сцепления, сокращение тормозного пути автомобиля.

В действительности только одна из разновидностей "мокрого" метода получила достаточно широкое распространение сначала в США, а затем и в других странах (Канада, Испания, Португалия, Южная Африка, Бразилия и др.).

Так называемый прорезиненный битум, "Asphalt Rubber" (AR), был изобретен в конце 1960-х Чарльзом Макдоналдом. Патентованный материал представляет собой по существу механическую смесь 20% измельченной шинной резины и 80% специального остаточного битума, обогащенного ароматическими фракциями. Частицы резины достигают размера зерен кофе и при смешении с горячим битумом набухают, образуя гелеподобную массу, обладающую превосходными упругими свойствами при растяжении. Резина в AR деструктирует (или девулканизируется) в степени, достаточной для прохождения частичной самовулканизации.

На солнце обычный асфальт окисляется, мелкозернистые материалы, входящие в его состав, такие как песок - "высвобождаются", и асфальт начинает расслаиваться. А вот асфальт с резиновой добавкой лишен этого недостатка, так как не содержит большого количества мелкозернистого материала.

Все последующие попытки применения "мокрого" метода совмещения битумов с резиной являлись развитием метода AR. К сожалению, российские дорожники не располагают необходимым оборудованием для повторения технологии AR. Но самое главное, отсутствуют российские битумы, подходящие по своему химическому составу и свойствам для использования в составе AR. За рубежом битумы необходимого химического качества как целевые продукты получают методами низкотемпературной вакуумной отгонки практически из исходной нефти.

Опыт строительства прорезиненного асфальта в зарубежных странах показал что через 15 минут после завершения работ покрытие можно вводить в эксплуатацию, за счет того что покрытие обливают известковой водой. Вода испаряется, и известь устраняет липкость асфальта.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Руденский А.В. Применение резиновой крошки для повышения качества дорожных битумов и асфальтобетонов / А.В. Руденский, А.С. Хромов, В.А. Марьев // Дороги России ХХI века.. – 2004. – №5. – С. 62-71.

2. Веселов В.И. Переработка использованных шин. Международный опыт / В.И. Веселов, Ж.В. Перлина, В.А. Марьев, Ю.А. Шувалов // Твердые бытовые отходы. – 2012. – №12. – С. 58-63

Код для цитирования: Скопировать