X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Проведенная в Оренбургском государственном университете интегральная оценка экологической безопасности автотранспортных потоков показала [1, 2], что особую опасность для окружающей среды и населения городов представляют продукты изнашивания дорожного покрытия и эмиссия углеводородов из асфальтобетонного покрытия. Согласно проведённым исследованиям [2], удельный выброс вредных веществ (ВВ) в среднем, на протяжении летнего периода времени в Оренбурге составляет 0,75 г/т∙км. Повышенный износ дорожного покрытия в зимний период (1,34 г/т∙км) в основном объясняется использованием антигололёдных средств и шипованных автомобильных покрышек. В соответствии с действующими нормативными документами среднегодовой износ асфальтобетонных покрытий составляет величины от 0,38-1,0 мм до 1,5-4,0 мм при средней интенсивности движения на полосу при 500 и более 7000 автомобилей в сутки соответственно. По данным Агентства по охране окружающей среды США 1 м² асфальтовых покрытий при нагреве до температуры пластификации выбрасывает в атмосферу около 40 мг/м²·ч толуола, более 90 мг/м²·ч бензальдегида, а также около 66 мг/м²·ч декана, 470 мг/м²·ч тридекана). На основе этих данных, с учётом суммарной длительности жарких дней в Москве, установлено, что объем эмиссий ВВ с 1 млн. м² асфальтового покрытия может достигать 665 тонн/год. Однако в настоящее время учет ВВ и оценка их негативного влияния на здоровье населения в результате эксплуатационного износа дорожного покрытия и эмиссии углеводородов из асфальтобетонных покрытий в приземном слое атмосферы городов, не проводится. В связи с этим исследования, направленные на разработку способов снижения эмиссии токсичных углеводородов при эксплуатации асфальтобетонных покрытий, являются актуальными.

Цель данной работы – анализ и выбор основных организационно-технических мероприятий по снижению эмиссии углеводородов из асфальтобетонного покрытия.

Проведённый нами анализ позволил выявить факторы, влияющие на эмиссию углеводородов из асфальтобетонного покрытия (тип дорожного битума, применение полимерных присадок или минеральных наполнителей, улучшающих свойства битумов и асфальтобетона), а также определить основные организационно-технические мероприятия для снижения эмиссии углеводородов (рисунок 1).

Рисунок 1 – Основные направления по снижению степени изнашивания дорожного покрытия и эмиссии углеводородов из асфальтобетонного покрытия

Наиболее перспективным направлением является совершенствование технологий по производству асфальтобетонного покрытия путём использования экологических безопасных источников сырья, например, полимерных материалов. Для построения такого вида дорог применяется пластик с рабочим диапазоном температур от минус 40 до плюс 80 °C и сроком службы не менее тридцати лет. Основными преимуществами пластиковых дорог являются: срок эксплуатации (примерно в три раза больше, чем у асфальтового); использование утилизированных старых шин; производство гораздо экологичнее асфальтового, а укладка проще и быстрее; внутри полых плит возможно размещение электрических кабелей и линий связи, канализации и т.д. Единственный минус пластиковой дороги в том, что во время дождя она может быть скользкой.

Доказанное токсичное влияние на здоровье людей асфальтовых испарений в европейских странах привело к массовой замене в столицах европейских стран асфальтового дорожного покрытия на цементобетонное.Согласно исследованиям, жизненный цикл цементобетонных автомобильных дорог в 3 раза длиннее асфальтобетонных. Первоначально стоимость строительства цементобетонных покрытий на 5-20 % дороже асфальтобетонных, но, если подробно разбирать финансовую составляющую вопроса, расходы на ремонт и эксплуатацию асфальтобетонных покрытий в перспективе жизненного цикла (около 25 лет) таковы, что возведение и эксплуатация альтернативных цементобетонных покрытий обходится на 40-50 % дешевле. Особенно цементобетонные покрытия оправдывают себя в условиях высокой интенсивности движения, и/или большой грузонапряженности автомобильных перевозок [3]. Несмотря на это, при общей протяженности автомобильных дорог общего пользования в России более 1,4 млн. км всего около 2 % бетонные. Тогда как в ряде стран Европы для федеральных автомагистралей этот показатель варьируется от 13 % до 50 %, в США достигает 60 %, Бельгия 40 %, Германия 51 %, Франция 13 %. Бетонирование превосходит асфальтирование по многим показателям: достаточно прочные и не нуждаются в ремонте; транспорт расходует меньше топлива; устойчивы к экстремальным погодным условиям; сохранение экологии (поскольку транспорт тратит меньше топлива для передвижения, то и окружающая среда загрязняется меньше); экономное использование ресурсов природы (бетон получают из известняка, в то время как асфальт – из нефти).

Известны некоторые приемы для уменьшения эмиссии углеводородов из асфальтобетонного покрытия, например, применяются покрытия, присыпки, красители, которые защищают от воздействия солнечных лучей и препятствуют выделению органики в атмосферу. Однако, возможность образования на покрытии пластической колеи, во многом определяется битумным вяжущим, входящим неотъемлемой частью в полный состав асфальтобетона. Как правило, качество выпускаемых нефтеперерабатывающими заводами нефтяных дорожных вязких битумов не гарантирует их надежную работу в асфальтобетонных смесях и не отвечает современным требованиям строительства и эксплуатации дорог в России. По этой причине, для повышения прочностных и пластических свойств асфальтобетона вместо вязкого дорожного битума целесообразней использовать полимерно-битумное вяжущее (ПБВ). Основная цель введения полимера в битум – это понижение температурной чувствительности вяжущего, т.е. увеличение его жесткости летом и уменьшение зимой. Не менее важно, что при введении полимера в битум он приобретает эластичность – способность к восстановлению первоначальных размеров и формы после снятия нагрузки.

Дляуменьшения выделения ВВ в окружающую среду Андриянцевой C.А. [4] предлагается технология получения дорожных покрытий с добавлением углеродного сорбента на основе коксовой пыли, демпфирующего выделяющиеся углеводороды в процессе нагревания битума, что позволит снизить эмиссию углеводородов. Сравнительный анализ и оценка эффективности введения углеродного сорбента в битум в качестве добавки позволили определить его оптимальное количество (1 % к массе битума), обеспечивающее сокращение эмиссии летучих органических соединений в атмосферу в 9-11 раз.

Таким образом, проведённый анализ состояния вопроса по уменьшению выделений углеродов в окружающую среду при производстве и эксплуатации асфальтобетонного покрытия, а также снижению степени изнашивания дорожного покрытия позволил сформулировать основные направления для дальнейшего исследования:

– на основании международного опыта и последних отечественных исследований разработать нормативные документы, устанавливающие нормы и методы контроля эмиссии углеводородов из асфальтобетонного покрытия;

– более подробно изучить влияние эмиссии асфальта и технологического процесса его производства в России на здоровье населения городов;

– разработать эффективные способы и устройства защиты дорожных рабочих от вредных канцерогенных воздействий паров и газов асфальта, пыли и т.д.;

– усовершенствовать систему мониторинга приземного слоя атмосферы для контроля эмиссии углеводородов из асфальтобетонного покрытия и величины изнашивания дорожного покрытия;

– пересмотреть нормативы ВВ, выделяющихся при работе с горячим асфальтом, а также рекомендовать проведение ежегодного всесторонней медицинского осмотра дорожных рабочих, в том числе в процессе регулярной аттестации рабочих мест.

Работа выполнена под руководством профессора кафедры метрологии, стандартизации и сертификации – члена-корреспондента РАЕ, д.т.н., доцента Третьяк Л.Н.

Список литературы

1 Третьяк, Л.Н. Новые подходы по совершенствованию методов экологического мониторинга автотранспортных потоков / Л.Н. Третьяк, А.С. Вольнов, Е.В. Бондаренко // Информационные технологии и инновации на транспорте: материалы междунар. науч.-практ. конф. – Орел: ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК», 2015. – С. 222-231.

2 Вольнов, А.С. Математическая модель для оценки загрязнения автотранспортными потоками приземного слоя атмосферы на перекрёстках внутригородских автомобильных дорог/ А.С. Вольнов // Интеллект. Инновации. Инвестиции. – 2016. – №7. – С. 103-111.

3 Опять бетонка? Чем цементобетонные дороги лучше асфальтобетонных. [Электронный ресурс] / Интернет издание «За рулем.рф». – Режим доступа: https://www.zr.ru/content/articles/906374-drugoyu-dorogoj-chem-tsementobet/ – 29.01.2018.

4 Андриянцева, C.А. Снижение эмиссии углеводородов в атмосферу при отверждении дорожных асфальтобетонных покрытий / C.А. Андриянцева, А.В. Бондаренко // Научный вестник Воронежского ГАСУ. – 2012. – №1(25). – С. 171-175.

Код для цитирования: Скопировать