Использование резиновой крошки для улучшения свойств асфальтобетонов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование резиновой крошки для улучшения свойств асфальтобетонов

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 опытновнедренческие 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 1 мм, считается, что наибольшая плотность составов асфальтобетонной смеси обеспечивается при крупности частиц резины не более 0,63 мм

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.

Литература

строительство дорога битум асфальтобетон

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

Размещено на Allbest.ru