Библиографическое описание:

Шабаев С. Н., Иванов С. А., Вахьянов Е. М. Влияние размера резиновой крошки на технологические параметры получения резино-битумного вяжущего // Молодой ученый. — 2013. — №2. — С. 75-77.

Проблема утилизации отработанных автомобильных покрышек, уже решенная в большинстве развитых странах мира, в России находится только на ранней стадии развития. Нельзя утверждать, что этой проблемой в России не занимаются, однако в отличие от европейских стран, законодательство Российской Федерации никак не поощряет промышленную утилизацию подобных отходов за счет субсидирования, снижения налогов, либо других мер стимулирования [1].

Одним из способов промышленной утилизации шинных отходов является использование продуктов их переработки при строительстве автомобильных дорог. При этом получаемая резиновая крошка добавляется либо в битум с получением резинобитумного вяжущего («мокрый» способ), либо в асфальтобетонную смесь в процессе ее приготовления («сухой» способ). Подобными положительными примерами в России являются битумнорезиновый экологически чистый композиционный материал «БИТРЭК» [2], модификатор «УНИРЕМ» [3], резинобитумное вяжущее «БРК-ИГУ» [4]. В Кузбассе также имеется опыт устройства слоев дорожного покрытия на основе резинобитумных вяжущих, однако, к сожалению, отрицательный. Так в 1997 и 2012 годах различные технологии с использованием резиновой крошки были опробованы на автомобильной дороге «Новосибирск — Ленинск-Кузнецкий — Кемерово — Юрга», причем в последнем случае с использованием американской технологии и оборудования из США, однако не в одном из случаев положительного результата не достигнуто [5, 6]. Это доказывает необходимость проведения дополнительных исследований с получением такой технологии, которая могла бы эффективно применяться в погодно-климатических условиях конкретного региона Российской Федерации. Простое перенимание уже известных технологий практически во всех случаях не может дать положительных результатов.

В Кузбасском государственном техническом университете имени Т. Ф. Горбачева при содействии ОАО «Кемеровоспецстрой» также ведутся исследования по получению резинобитумных вяжущих с резиновой крошкой производителей Кемеровской области и имеющих физико-химические показатели, соответствующие эффективному применению таких вяжущих в погодно-климатических условиях, характерных для Кузбасса. Одна из проблем получения резинобитумных вяжущих состояла в выборе размера резиновой крошки.

Анализ номенклатуры размеров резиновой крошки, выпускаемой в Кузбассе, показал, что производители выставляют на продажу резиновую крошку размером до 1 мм, 1–2 (1–3) мм и 2–5 (3–5) мм. Необходимо было определиться, какая из представленных фракций наиболее пригодна для получения резинобитумных вяжущих. При этом оценивались такие технологические параметры как температура и время приготовления, необходимые для растворения резиновой крошки до размера неоднородностей, не превышающих 0,1 мм, а также физико-химические показатели композиционного вяжущего, такие как температура размягчения по кольцу и шару и низкотемпературные свойства через показатель гибкости. Важно подчеркнуть, что процесс получения резинобитумного вяжущего был двух стадийным, с получением на первом этапе суспензии, а на втором конечного продукта.

Применение двух стадий при получении резинобитумного вяжущего обусловлено задачей максимально возможного сохранения физико-химических свойств исходного битума в конечной композиции, так как известно, что при длительном высокотемпературном воздействии химический состав битума изменяется с увеличением высокомолекулярных (в том числе и твердых) и уменьшением низкомолекулярных соединений.

Результат применения резиновой крошки размером менее 1 мм при получении суспензии оказался отрицательным. Обусловлено это тем, что удельная поверхность частиц такой резиновой крошки оказалось достаточно большой и для ее полного смачивания количества пластификатора оказалось недостаточным, что потребовало дополнительного введения вяжущего, а это противоречило задачи максимального сохранения свойств исходного битума. Серьезным недостатком также является отношение максимального диаметра резиновой крошки и минимальному, которое доходит до 10 и более, что в процессе приготовления вяжущего ведет к полной деструкции мелких частиц резины с образованием низкомолекулярных углеводородных соединений и лишь частичной деструкции крупных частиц. Это приводит к снижению температуры размягчения по кольцу и шару резинобитумного вяжущего, составлявшего в нашем случае +42ºС, в то время как у исходного битума данный показатель равнялся +44ºС. Однако применение тонкодисперсной резиновой крошки имело и положительные моменты. К ним можно отнести достаточно невысокую температуру получения резинобитумного вяжущего (185–195ºС) и относительно малое время перемешивания (1,0–1,5 часа).

С целью сопоставления результатов исходная резиновая крошка размером менее 1 мм была просеяна через сито № 0,5 и при аналогичных технологических параметрах получено резинобитумное вяжущее на резиновой крошке фракции 0,5–1 мм. Температура размягчения по кольцу и шару полученного композиционного материала составила +50ºС, при изгибе на стержне диаметром 10 мм (косвенная характеристика температуры хрупкости по Фраасу) при температуре минус 25ºС пластин с вяжущим трещины не образовались (температура хрупкости по Фраасу не превышает минус 25ºС). Данный эксперимент показывает, что отношение максимального размера резиновой крошки к минимальному должно быть как можно меньшим, так как в этом случае деструкция резины идет более равномерно, что улучшает физико-химические свойства резинобитумного вяжущего. Для примера, в штате Аризона (США) применяется резиновая крошка размером в основном от 0,6 до 2 мм [7], то есть коэффициент сбега (отношение наибольшего размера частиц к наименьшему) равен 3,3. В России приобретение у производителя резиновой крошки размером менее 1 мм с последующим отсевом мелких частиц крайне не эффективная мера, поэтому от использования в дальнейшем данной фракции резиновой крошки пришлось отказаться.

Применение резиновой крошки размером 1–3 мм (коэффициент сбега равен 3) оказалось эффективным. На первой стадии получения резинобитумного вяжущего поверхность всех частиц резины оказалась достаточно смоченной для того, чтобы происходило их набухание и последующее растворение. При температуре 185–195ºС процесс растворения резины протекал настолько медленно, что через 6 часов заметного уменьшения размеров частиц не наблюдалось. Пришлось увеличить температуру сначала до 200–210ºС, при которой скорость растворения частиц также была достаточно медленной (через 4 часа присутствовали частицы размером более 0,5 мм), а затем до 210–220ºС, которая позволила растворить резиновую крошку до неоднородностей не превышающих 0,1 мм за 2,0–2,5 часа. Температура размягчения по кольцу и шару полученного резинобитумного вяжущего составила +55ºС, температура хрупкости через показатель гибкости не выше минус 25ºС. Таким образом, резиновая крошка размером 1–3 мм, имеющая коэффициент сбега равный 3, оказалась приемлемой для получения резинобитумного вяжущего, имеющего значительно лучшие физико-химические характеристики, чем у исходного битума (температура размягчения по кольцу и шару +44ºС, температура хрупкости по Фраасу минус 17ºС).

Работа с резиновой крошкой размером от 3 до 5 мм была затруднена тем, что при температуре 210–220ºС резиновые частицы практически не растворялись, что потребовало увеличения температуры до 235–245ºС, но при этой температуре пластификатор начал выгорать, частицы резины оказались в полном объеме не смоченными и начали распадаться с образованием низкомолекулярных соединений. Полный распад наблюдался через 3,0–3,5 часа. Это привело к тому, что резинобитумное вяжущее имело температуру размягчения по кольцу и шару +45ºС, а температуру хрупкости через показатель гибкости выше минус 25ºС.

Если проанализировать российский и мировой опыт, то «БИТРЭК» может иметь неоднородности размером до 3 мм [2], «УНИРЕМ» содержит частицы резины размером менее 0,9 [8], для приготовления «БРК-ИГУ» используется резиновая крошка размером 5–7 мм [4], а в Европе в основном применяется резиновая крошка размером менее 1,25–2 мм [7]. При этом одна часть специалистов сходится во мнении, что мелкая (менее 1 мм) и сверхмелкая (менее 0,1 мм) резиновая крошка не оказывает положительное влияние на качество конечного композита, а другая наоборот утверждает, что необходимо стремиться к уменьшению размеров отдельных частиц. По нашему мнению могут использоваться как мелкие частицы резины, так и крупные, а основными факторами, обуславливающими их эффективное применение, являются используемые пластификаторы и отношение максимального размера частиц к минимальному, которое не должно быть более 3–4.


Литература:

  1. «Сибур» проанализировал проблему утилизации шин в России [Электронный ресурс] // sibur.colesa.ru. — Режим доступа: http://sibur.colesa.ru/news/10449.html. — Загл. с экрана.

  2. БИТУМНОРЕЗИНОВЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ БИТРЭК [Электронный ресурс] // bitrack.ru — Режим доступа: http://www.bitrack.ru. — Загл. с экрана.

  3. УНИКОМ — универсальные композиционные материалы [Электронный ресурс] // nk-group.ru/unirem.html. — Режим доступа: http://www.nk-group.ru/unirem.html. — Загл. с экрана.

  4. Bitumen-rubber composite [Электронный ресурс] // bitumen-rubber.com. Режим доступа: http://www.bitumen-rubber.com/?brc=17. — Загл. с экрана.

  5. ДОроги дороги [Текст]: Российский региональный еженедельник «МК в Кузбассе». — 18 мая 2011. — Кемерово, 2011.

  6. Кузбасс — главное [Электронный ресурс] // kuzbass85.ru. Режим доступа: http://www.kuzbass85.ru. — Загл. с экрана.

  7. Центр развития дорожных технологий [Электронный ресурс] // http://crdtech.ru. Режим доступа: http://crdtech.ru/index.php/publications/articles/7–2011–06–23–17–54–16. — Загл. с экрана.

  8. СТО 61595504–002–2010. Материал композиционный «УНИРЕМ-001» на основе активного резинового порошка. Технические условия [Текст] / ООО «Уником». — Подольск: ООО «Уником», 2011. — 20 с.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle