Использование резиновой крошки и гранулята для ямочного ремонта (отработка рецептуры)

В статье написано о возможности использовать подготовленную резиновую крошку и гранулят старого асфальтобетона для ямочного ремонта.

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. Одной из наиболее перспективных и эффективных идей стало использование резиновой крошки, полученной в процессе переработки автомобильных шин. [1–3]

Такой подход решает две важные проблемы. Во-первых, они связаны с улучшением свойств асфальтобетонных смесей и повышения качества дорог, а во-вторых, с улучшением экологической обстановки путем вторичного использования подлежащих утилизации отработанных шин и других резиновых отходов.

Самыми перспективными и экономически выгодными являются технологии, которые позволяют проводить ремонт в течение всего года. Именно таким является метод ямочного ремонта с использованием холодной асфальтобетонной смеси, которая содержит минеральный материал подобранного зернового состава, и жидкое органическое вяжущее вещество. [4, 5] Эту смесь изготавливают на асфальтобетонном заводе. Но это дорогостоящий ремонт, и на один сезон, (планируемый срок ямочного ремонта, заводской асфальтобетон тратить не экономично). Наша задача, которую поставил перед нами ДЭУ-1, наш социальный партнёр, найти способ использования резиновой крошки и снятого асфальтобетона, гранулята.

Цель: найти возможности использования девулканизированной резины, (при помощи растворителей, мягчителей, термическим способом) и крошку асфальта (гранулята) для ямочного ремонта, отработка рецептуры и определение соответствия ГОСТ

Задачи: Анализ литературы, обработка крошки паром, подбор ароматического растворителя девулканизации крошки, изготовление образцов, и частичные лабораторные испытания, вывод и рекомендация для использования.

Актуальность: Проблему накопления отработанных шин решают на государственном уровне в любой прогрессивно развивающейся стране. Не менее важным в ходе очищения природы от резинового мусора является организация применения продуктов переработки. На помощь приходят различные исследования, с помощью которых крошка находит своё применение в разнообразных сферах жизни. Одной из сфер, где стал востребован основной продукт механической переработки шин является дорожное строительство.

Гипотеза: Мы предполагаем, что после девулканизации получим регенерат, который можно использовать, как модификатор битумного вяжущему, при ямочном ремонте дорог.

Был проведен гранулометрический анализ асфальтобетонного гранулята и резиновой крошки.

Просеяли резиновую крошку через сита 1,25; 0,63; 0,315. Для определения пригодной фракции по рекомендации литературы нужна фракция от 0,5 до 1 мм, определили, что соответствует.

Таблица 1

Для полного соответствия с типом Б по ГОСТ 9128–84, нам не хватает мелких фракций, минерального порошка.

Для приготовления небольших партий резиновой крошке, для ее девулканизации и образования в дальнейшем связей с битумом мы применяли разны способы.

Добавляли 4 вида растворителя, ксилол, толуол, сольвент и бензин. Добавляли до тех пор, пока не прикроет сверху крошку. Подбирали растворитель, способствующий лучшему набуханию и размягчению резины, растворители содержащие ароматические вещества в составе. Без окислителя и с окислителем перманганатом калия, роль которого была окислить серу и разорвать связи между ней и углеродом.

Резиновая крошка по-разному реагировала на растворители, в ксилоле очень набухла и поглотила растворителя 1:4 по весу. Меньше всего набухание наблюдалось в бензине, но образцы содержащие таким образом обработанную резиновую крошку при взаимодействии с битумом проявили дополнительно вязкие свойства, при растирании, как с окислителем, так и без него. Так как окислитель воднорастворимый растворяли его в ацетоне, это единственный органический растворитель, в котором он растворяется и после добавляли к резиновой крошке. Провели девулканизацию резиновой крошки термохимическим способом, имитируя процессы, протекающие на разинорегенерующих производствах.

Неподготовленная резиновая крошка, добавленная к асфальтовой массе, очень сильно крошилась. В литературе рекомендуемая добавка 3 % без обработки и в горячий асфальтобетон, а не в отработанный гранулят асфальтобетона. Именно это и является новизной нашей работы, так как позволяет значительно снизить затраты на ямочный ремонт при использовании вторичного сырья. Одновременно решаются две проблемы удешевление ямочного ремонта и уменьшение свалок шин.

Чтобы резиновая крошка стала модификатором битума, необходимо ее обработать, как рекомендуют литературные источники термическим способом. Модификатор готовят следующим образом. В разогретый до 160°C битум добавляют резиновую крошку и перемешивают для набухания резины при 180°C в течение 1–1,5 ч. Затем температуру постепенно повышают до 250°C для деструкции резиновой крошки и затем продолжают перемешивание еще 30 мин при 250°С. Добавляли гранулят асфальтобетона к модифицированному битуму и прессовали при давлении 160 кН.

Формование образцов

Образцы асфальтобетона получают уплотнением смеси в цилиндрических пресс-формах с вкладышами (ГОСТ 12801–98).

Мы проводили испытания на среднюю плотность (Таблица 2) и водопоглощение (Таблица 3).

Таблица 3

Средняя плотность соответствует ГОСТу, водонасыщение в 2,5 раза больше нормы. Мы считаем, что это связано с тем, что качество и тип битума не тот что нам нужен, и малым процентом мелкой фракций.

Изучили влияние мягчителей на резину, согласно литературным источникам присутствие стеариновой кислоты помогает, как вулканизации, так и девулканизации резины. Данные из статьи «Влияние условий обработки резиновой крошки на степень её девулканизации» [6]

Таблица 4

Из таблицы 4 видно, содержание растворимой части в регенерате и степень его девулканизации в зависимости от условий обработки при термическом способе девулканизации [7]

Термическая обработка резиновой крошки в присутствии 30 % мазута и 5 % стеариновой кислоты лучший вариант, даже при 20 % добавки резиновой крошки к грануляту, образец остаётся твердым и эластичным одновременно. Полной гомогенности резиновой крошки достичь не удалось, образец достаточно вязкий после обработки в стеариновой кислоте, но как модификатор битума показывает лучший результат.

Заключение

Тема рециклинга асфальтобетона важная экономическая проблема, что значительно удешевляет ямочный ремонт, а добавки резиной крошки для этой цели еще и существенно улучшают экологическую ситуацию. После гранулометрического анализа сделали вывод, что для полного соответствия с типом Б, нам не хватает мелких фракций. Сделали вывод, что оптимальный вариант добавки резиновой крошки максимально около 20 %, Средняя плотность соответствует ГОСТу, водонасыщение в 2,5 раза больше нормы, что связано с тем, что качество и тип битума не соответствует сертификату, и недостаточно мелких фракций. Наилучший вариант обработки резиновой крошки, термическая обработка со стеариновой кислотой.

Литература:

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
3. Башкирский химический журнал том 13 № 5 УДК 691. 168: 666. 964. 3В. С. Прокопец, С. Ф. Филатов, Т. Л. Иванова, М. В. Тарасова, Л. В. Поморова, С. Духовный, к. т. н„ профессор, А. В. Сачкова, А. О. Короткова (БГТУ им. В. Г. Шухова), Восстановление асфальтобетонных покрытий методом холодного ресайклинга и добавками химических веществ. Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ).
4. Производство дорожной техники для ремонта и содержания автомобильных дорог [Электронный ресурс]/ Способы ямочного ремонта — Режим доступа: https://xn--e1aoadejs8h.xn--p1ai/statii/remontasphalt свободный. — Загл. с экрана.
5. По материалам журнала «Мир дорог» № 78 окт 2014 Претор менеджмент [Электронный ресурс]/ Эффективность применения резинобитумного вяжущего при строительстве асфальтобетонных покрытий– Режим доступа: https://www.pretor-road.ru/stati/125-effektivnost-primeneniya-rezinobitumnogo-vyazhushchego-pri-stroitelstve-asfaltobetonnykh-pokrytij.html свободный. — Загл. с экрана.
6. Молодой ученый [электронный ресурс] Фролов, В. А. Влияние условий обработки резиновой крошки на степень её девулканизации / В. А. Фролов, С. А. Меркулов, К. А. Селезнев. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2014. — № 3 (62). — С. 362–364. — URL: — Режим доступа: https://moluch.ru/archive/62/9276/ свободный. — Загл. с экрана
7. Киберлинка [Электронный ресурс] / С. Н. Шабаев, С. А. Иванов, Е. М. Вахьянов Оценка технологических параметров растворения резиновой крошки при получении резинобитумного вяжущего — Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/otsenka-tehnologicheskih-parametrov-rastvoreniya-rezinovoy-kroshki-pri-poluchenii-rezinobitumnogo-vyazhuschego/viewer свободный. свободный– Загл. с экрана.