Резиналық ұнтақтың асфальт жолдарында қолданылуы мен экологиялық маңызы

 

В данной статье рассматривается технология применения резиновой крошки, полученной с помощью дробления изношенных автомобильных шин, в асфальтных покрытиях и их роль в экологии и экономике.

 

Соңғы жылдары көптеген мемлекеттерде, жалпы әлемде өндірістік қалдықтарды қайта өңдеу мәселесі күрделі сұраққа айналып отыр. Соның қатарында автокөліктің тозған шиналары мен резина техникалық бұйымдарды түрлендіру. Ол көптонналы полимерлі қалдықтардың бірі. Тозған шиналар құрамында құнды шикізат бар: резина — 66 %, текстильді корд — 17 %, металл — 16 %-ға дейін [1]. Сондықтан шинаны бөлшектеу алдында оны металл корды мен синтетикалық кордтан босатып алу керек. Мысалы, резина ұнтағында металл бөлшектері массаның 0,01–0,03 % аспауы шарт. Диаметрі 3–8 мм резина ұнтағына қарағанда, 0,7 мм (0,18–0,5 мм) өлшемді резина ұнтағының қолдану аясы өте кең.

Тозған шиналарды қайтаөңдеу барлық дамушы мемлекеттерге экологиялық және экономикалық маңызы бар мәселе болып табылады. Мұнай шикізатының толымсыздығы қалдықтағы қоқыстарды қолданысқа асырсақ, Қазақстан үшін жаңа өндіріс саласын алар едік — коммерциялық қалдықты қайтаөңдеу.

Резинатехникалық бұйымдарға халық шаруашылығының мұқтаждығы жыл сайын өсуде. Осы қажеттіліктерді қанағаттандыру жаңа және қолданыстағы объектілерді қайта құру құрылысы; оларды пайдалану мерзімдерін ұлғайтуды қамтамасыз ететін, жылдық өнімдердің сапалық көрсеткіштерін жақсарту; технологиялық және қосымша өндірістік процестерді жетілдіру есебінен болады.

Химия өндірісі қалдығынан дайындалған асфальты бетон құрамында резина ұнтағының болуы қарастырылған. Асфальты бетон қойыртпағы құрамында минералды қосылғыш, толықтырғыш және минералды ұнтақ ретінде түрлі фракциядағы фосфор шлагы пайдаланылды. Ал битум қасиетін жақсарту мақсатында ескі автомобиль дөңгелегінен дайындалған резина ұнтағы қолданылды. Нәтижесінде резина- битум -минерал композициясының беріктілігі және төзімділігі артты.

Резиналық ұнтақ — дисперсиясы әртүрлі және форма өлшемдері де әртүрлі резина ұнтағы өзінің неізгі құрылымында бастапқы резинаның молекулярлық құрылысынжәне эластомерлі қасиеттерін сақтап қалады. Ал бөлшектердің бетін резиналық ұнтақ қасиетін жақсарту мақсатында активтендіруе болады. Ол бөлшек бетінің қабатын девулканизациялап, модификациялап, химиялық немесе физика-химиялық өңдеу арқылы іске асырылады [2].

Қазақстанда тозған шиналарды ұсақтайтын бірнеше өндіріс бар. Солардың қатарында «KAZAKHSTAN RUBBER RECYCLING» механикалық ұнтақтаудың қалдықсыз және экологиялық таза әдісті қолданады. Яғни, шикізат елімізде бар.

Асфальт — құрамында битум мен минеральды материалдары бар қоспа. Асфальт табиғи және жасанды түрі бола алады. Асфальт сөзін «асфальтбетон» терминімен алмастырып жатады. Асфальттібетон — жасанды тасты материал. Бұл материал топырақ, щебень, минеральді ұнтақтан тұрады.

Резиналанған асфальт — ол барлық қоспаның резина ұнтағы 2 % құрайтын асфальт битумды қоспа. Бұл қоспаны алудың екі әдісі қолданады: Ылғалды (ыстық) және Құрғақ(суық).

Құрғақ жүйе — резиналық ұнтақ дайын асфальтті массамен араластырылады. Резиналық ұнтақ өлшемі 1–2,5 мм. Асфальтті араластырғышта араластырылады. Бұл резиналық қоспа зауытта қосылады. Масса проценті бойынша 2–3 % аралығында, ал көлем бойынша 8 %. Ең маңыздысы кұрғақ жүйені қолданғанда, байланыстыру циклы 6–10секундқа ұлғайтылу керек, себебі жеңіл резиналық ұнтақ қоспа бетінде қалқып қалу мүмкіндігі бар.

Резина ұнтағы қосылған асфальт жолға төселген соң, қарағанда қарапайым асфальттан еш айырмашылығы жоқ. Бірақ түсі қап-қара болады. Тұтқырлығы мен жабысқақтық массасы артады [3].

Ылғалды жүйе — резина ұнтағы ыстық битуммен арнайы қондырғыда араластырылады. Араластырылған соң асфальтті қоспаға қосылады. Минимальді фракциялы резиналық ұнтақ қолданылады: 0,5–0,62мм.

Асфальтті қоспаға резиналық ұнтақты қосқанда резиналанған асфальтті қоспа асфальт массасының көлемін азайтады, себебі резиналық ұнтақ қоспаның 10 % көлемін құрайды. Менің ұсынатын әдісім ылғалды жүйе. Себебі, осы әдісте резиналық ұнтақ асфальтпен қажетті қасиеттерге ие болады. Яғни араласатыру уақыты мен термпературасы асфальттің физика-химиялық қасиеттерін жоғарлатуға әсерін тигізеді. Ылғалды жүйе бойынша асфальтті бетонды дайындау үшін резина ұнтағын қосу технологиясына қажетті компоненттер тізімі:

1. Щебень — бейорганикалық дәнді себілмелі материал, дәндерінің өлшемі 5 мм-ден жоғары, оларды тау-кен пайдалы қазбаларын ұсақтау арқасында алады.
2. Гранитті щебеньді ұсақтау кезінде илеуіштен өткізілген топырақ.

Топырақ — жиналатын тау қазбасы, жасанды материал, тау дәндерінен құралған. Кварцтың таза минералы да бар.

3. Жол битумы.

Битум (лат.тілінен bitumen –тау смоласы) — қатты немесе смала тектес өнім, суда ерімейді, толығымен немесе бөлшектеп бензолда, хлороформде, күкірткөміртегінде және тағы басқа органикалық қоспаларда, тығыздығы 0,95–1,50 г/см 3 ериді. Битум құрамы: мұнайдың көміртегісінің жоғарымолекулалы күрделі қоспасы, сонымен қатар, оттегі, азот, металл қоспалары кіреді. Битумды мұнай қалдықтарын (гудрон, мазут, крекинг қалдықтары т. б.) күрделі өңдеуден өткізіп, алады. Элементті химиялық құрамы, масса % үлесі бойынша: көміртегі 80–85; сутегі 8–12; оттегі 0,2–4; күкірт 0,5–10; азот 0,2–0,4.

4. Резиналық ұнтақ — автокөлік тозған шинасын қайта өңдеу өнімі.
5. Минералды ұнтақата. Қосымша төмен тығыздықты полиэтилен. Оны бұрынғы срейч-пленканы ұсақтап, бөгде заттардан шайып жасайды.

Асфальтті бетонға резиналық ұнтақты қосқанда жүретін химиялық реакциялар:

Алғашқы қосқанда, битумның сұйық көміртексутегінде резина ұнтағы ісінеді. Бұл процесс ароматты қосылыстардың үлкен көлеміне байланысты тез әрі жеңіл өтеді. Асфальтті бетон қоспасының минеральді бөлігі мен резина ұнтағы және битуммен араластырғанда ауамен қышқылданып, алғашқыда резинаның изопренді компоненті деструкцияланады. Себебі, резина ең жеңіл қышқылданғыш материал. Кез-келген топохимиялық реакциясы сияқты, бұл процесс резинаның сыртқы беткі бөлігінде болады. Бөлшектердің бетінде полярлы химиялық топтардың енгізілген жабысқақ адгезионды-активті қабат пайда болады. Соңында жалпы адгезиялық қасиет жоғарлайды. Резина құрамында изопренді немесе табиғи каучук аз немесе жоқ болса, битумның жалпы адгезиялық активтілігі төмендейді [4].

Асфальт өндірісіндегі жалпы өндіріс үрдісі:

1.                Қоспаның әрбір компонентінің массасын өлшеу.
2.                Қоспа компоненттерін дайындау.
3.                Араластыру.

Асфальтты құрайтын:

          Инертті материалдар (щебень, топырақ және т. б.)

          Битум

          Минеральді ұнтақ немесе бетті-активті заттар

 

1 кесте

Асфальтті бетонды түрлендірудің физика-механикалық қасиеттері.

Араластыру темп., ºС	Қысуға кедергіRc, МПа аталмыш температурада							Сумен қанықтыру, %	Суға төзімділік коэфиценті, Кв	Жарылу темп., ºС
	0ºС	20ºС	50ºС		60ºС	70ºС	80ºС
А. РДС маркалы резина ұнтағын асфальтқа қосылуы
225 205 185 165 150	8,1 8,0 7,8 7,6 7,5	4,9 4,8 4,6 4,3 4,2	2,2 2,1 2,0 1,9 1,4		1,95 1,85 1,79 1,76 1,70	1,6 1,5 1,4 1,3 1,1	1,4 1,3 1,3 1,2 1,1	1,8 1,7 1,6 1,6 1,4	0,97 0,97 0,97 0,95 0,92	–39 –38 –37 –36 –34
В.Резиналық ұнтақтың қосылмаған жағдайы
150	7,2	4,0	1,2	1,69		1,0	0,99	0,74	0,95	–25

 

Компоненттерді асфальт өндірісіне дайындау екі сатыдан тұрады: инертті материалдар құрғақ болуы керек, битумды қыздыру керек.

Асфальт өндірісінің жүру урдісі:

Суық әрі дымқыл топырақ пен щебень қоймадан бункерлерге конвейерлер арқылы жүктеледі. Бункерден топырақ пен щебень қажетті мөлшерде төменде орналасқан агрегатты құрғататын барабанға түседі. Ол барабанда кептіріліп, жұмыс температурасына дейін қыздырылады. Барабанның топкаларында газды агрегатты күйіндегі отын арқылы қыздыру процессі жүреді. Резина битумды минеральды қоспа механикалық араластырғышта дайындалады. Біліктің айналу жылдамдығы 60 айн/мин

Қызып тұрған араластырғышқа қажетті температураға дейін қыздырылған минеральді ұнтақ пен битумды қосып, артынан резина ұнтағын қосады. Қоспаны араластыру ұзақтығы 3–5 минут. Араластырған соң қоспаны 60 минут ұстап тұру қажет.

Араластыру температурасын 150ºС-тан 225ºС-қа дейін жоғарлату және араластырудан кейін қоспаны ұстап тұру беріктіктің жоғары көрсеткіштерін қамтамасыздандырады. Жалпы, битум минеральді қоспаға резина ұнтағын қосу, жоғары температурада қысу кедергісін жоғарлатады. Төмен температурада жарылып кету қауіпін азайту ұзаққа төзімділікке әкеледі [5].

2 кесте

Қоспа құрамындағы компоненттердің қатынасы, %

Қоспа	Мөлшері
Щебень	42,0–43,0
Топырақ	36,0–37,0
Минеральді ұнтақ	12,8–13,2
Тұтқыр мұнайлы битум	5,5–6,0
Резиналық ұнтақ	2,0

 

Еріген резина ұнтағы битум молекуласымен байланысып, жақсарған «асфальтен- смола- май» жүйесін құрайды. Оттегі құрамды топ (гидрооксильді және карбонильді) және басқа да смола құрамындағы функциональды топтар битумның беткі қабаттарының белсенділігін арттырады. Осының негізінде битумның барлық технологиялық қасиеттері жақсарады. Битум- минерал композициясын алудағы ең бір негізгі технологиялық процесс- араластыру процесі. Битум мен минералды араластырудағы негізгі мақсат- битумның минерал ұнтағын тегіс және түгелдей жабуы. Төменгі температурада битум минерал ұнтағын түгелдей жаппайды, нәтижесінде минерал-битум композициясының беріктілігі төмендейді, суға төзімділігі азаяды [6]..

Екінші жағынан, араластыру температурасы жоғары болған жағдайда битумның ескіруіне, яғни битум-минерал композициясының коррозияға төзімділігі азаяды және жарықшалануы артады.

3 кесте

Резиналық ұнтақ қосылған және қосылмаған жол қасиеттерін салыстыру кестесі

Асфальтті бетон жолының қасиеті	Резина ұнтағы қосылған асфальтті бетон жолының қасиеті
Температураға байланысты: Қалыпты — иілімдіпластикалық Жоғары — тұтқырпластикалық, жылжулар, балқу болады. Төмен — нәзік, жарықтар	Жылуға және суыққа төзімділік ауқымы кеңейген, климатаралық температураларға төзімді, деформациялық қасиеттері жақсарған
Беріктілігі 20 — 2,45–2,94 МН/(20–30 кг/) 50 — 0,98–1,17 МН/(10–12 кг/)	Беріктілігі 20 — 2,94–3,52 МН/ 50 — 1,17–1,42 МН/
Жылына 0,2–1,5мм жол қабаты тозады	Мүлдем тозбайды
Суға төзімділік коэфиценті 0,9	Суға төзімділік коэфиценті 1,08
жолдың шулы характеристикалары 10–26,6 dB	жолдың шулы характеристикаларын 3–8dB (70 %ға дейін) азайтады.
Жоғары температурада үгілуге бейім	Қоспа ішіндегі компоненттерді біріктіреді

 

Қорыта келгенде, резиналық ұнтақты асфальттібетон жолына қосу технологиясын қолдану, алдағы уақытта жол құрылысының ұзақ уақыт қызмет етуін қамтамасыздандырып, жол жөндеу жұмыстарына кететін шығынды айтарлықтай үнемдейді. Сонымен қатар, қалдықсыз өндіріс қоршаған ортаға да беретін әсері мол.

 

Әдебиет:

 

1.                Никольский В. Г. Вторичные ресурсы // № 1 сс.48–51–2002 г.
2.                Абильхасова А. Е. Шина резиналарының рецептуралық құрылымына əсер ететін факторлар // ƏОЖ 629.3.027. С. Торайгыров атындағы Павлодар мемлекеттік университеті
3.                Касаткин М. М. Переработка амортизованных автомобильных (авиационных) шин и отходов резины // Москва “СигналЪ” — 2000 г.- сс.29–30.
4.                Артемов В. М., Макаренкова Л. П., Купермидт М. Л. Изучение влияние природы резиновой крошки и температуры смешения на свойства резинобитумных композиций. // Производство шин, резинотехнических изделий — 1983 — № 7 — с.4–7.
5.                Смирнов Н. В., Смирнов Б. М., Булгаков А. П. Использование резиновой крошки в наполнении битума дляасфальтового покрытия автодорог // Фирма: НПГ «ИНФОТЕХ» — Адресстатьи: www.bitrack.ru
6.                Сұранқұлов Ш. Ж. Ррезина ұнтағы қосылған өндіріс қалдығынан дайындалған асфальтты бетон // Вестник науки Казахского агротехнического университета им. С.Сейфуллина. — 2012. -№ 4 (75). — Б.83–87