Использование полимерного вторсырья как замена битумного вяжущего для ямочного ремонта



Актуальность исследования ; наибольшее распространение при изготовлении различной пищевой тары и промышленных пленок получил полиэтилентерефталат (PET). Это объясняется наличием у него уникальных свойств, таких как химическая стойкость, инертность, возможность повторного использования, что дает ему высокие конкурентные преимущества по сравнению с другими крупнотоннажными полимерными материалами того же назначения. В результате использования PET получаем возможность создания долговечного асфальтобетонного покрытия с наилучшими эксплуатационными свойствами, а также решение проблемы утилизации отходов.

Проблема исследования ; проблемой исследования можно считать, подбор условий плавления полимеров и отработки технологического процесса для ямочного ремонта

Цель исследовательской работы ; Подобрать условия для плавления полиэтилентерефталата, полиэтилена и других легкоплавких термопластичных пластиков и добавка их, как основного вяжущего, без использования битума.

Объект, предмет исследования ; Объект исследования технологический процесс образования массы для ямочного ремонта состоящей только из гранулята и вторичного сырья полимеров, и предмет исследования — отработка рецептуры и подбор компонентов

Задачи, Обзор литературы по теме проведение, исследовании разных способов подготовки полимеров, попытки использования смеси, для ямочного ремонта на территории колледжа на автодроме.

Гипотеза ; Мы считаем, что если из ПЭТ можно готовить песчано-гравийные плитки и черепицу, можно попробовать использовать только вторсырье, гранулят и вторичный ПЭТ для ямочного ремонта, плановый срок службы которого 1 сезон. Так как температура плавления полиэтилена близка к технологической температуре асфальта, его можно использовать для ямочного ремонта заменяя битум

М етоды исследования ; литературный обзор, практическое изучение подготовки пластика и приготовление розных смесей по составу и условиям подготовки, апробация рецептуры на территории колледжа.

Литературный обзор.

Композиционные строительные материалы

Характеристики:

Строительные материалы на основе вторичных ПЭТ-полимеров, как правило изготавливаются путем смешивания и нагрева компонентов, спрессовывания смеси при повышенной температуре и высоком давлении. Для улучшения свойств и экономичности к полимерам добавляют пассивные наполнители, стабилизирующие вещества и армирующие волокна. Полученные таким способом композиты имеют высокую прочность и твердость (на уровне мягкой стали или меди), повышенное сопротивление истиранию, очень низкую гигроскопичность, низкую тепло- и электропроводность.

Черепица: связующее — ПЭТФ, наполнитель — зола, кварцевый песок и неорганические красители

Тротуарная плитка: связующее — ПЭТФ, наполнитель — стеклянный бой, гранитный гравий, песок или древесные опилки, неорганические красители.

Стеновые панели: связующее — ПЭТФ, наполнитель — древесные опилки, отходы текстильной промышленности, неорганические красители.

Кирпич: связующее — ПЭТФ, наполнитель — песок, древесные опилки и неорганические красители. [1]

Полиэтилентерефталат — PET (валокс, ПЭТФ, ULTRADUR , CELANEX , RYNITE ) .

Свойства полиэтилентерефталата: ММ = (20–50)*10 ³ ; показатель текучести расплава (230 ⁰ С/2,16кг, г/10мин) 15; температура стеклования (температура размягчения) 95–100 ⁰ С; температура плавления 255–265 ⁰ С; температура разложения 350 ⁰ С; диапазон технологических температур 270–280 ⁰ С; термостойкость расплава 290 ⁰ С; морозостойкость до -50 ⁰ С; влагопоглощение ПЭТ — 0,3 %, ПЭТ(преформа) — 0,1–0,3 %; допустимая остаточная влага ПЭТ — 0,02 %, ПЭТ(преформа) — 0,005 %; плотность 1,37 г/см ³ ; усадка (при изготовлении изделий) 0,2–2,0 %.

Эксплуатационные свойства: Эксплуатационные свойства сохраняются в диапазоне температур от -60 до 170 ⁰ С. [2]

Ещё одной проблемой, является тенденция ПЭТ к самопроизвольной кристаллизации с течением времени, то есть «старение». Это приводит к изменению свойств материала, что может вызвать изменение размеров изделия (усадку и коробление). Тем не менее, с недавних пор и в России существует мощный рынок вторичного ПЭТ. Несколько компаний специализируются на покупке и продаже отходов и готового вторсырья ПЭТ. [3]

ПЭТ и экология

Полиэтилентерефталат относится к пятому, самому безопасному классу отходов. Материал не содержит хлора, диоксина, тяжелых металлов. Вторичная переработка ПЭТ снижает выбросы СО2 и парниковых газов в атмосферу на 50–80 %.

Полипропилен (ПП). Получают полимеризацией пропилена. Относится к термопластичным материалам. Отличается повышенной жесткостью, хорошей формоустойчивостью.

Из него делают профили труб для холодной и горячей воды, кабельную изоляцию, приборные панели, электроинструменты, ящики, контейнеры и пр. Материал легко перерабатывается. Безопасен при использовании в качестве упаковки для пищевых продуктов.

Сравнительная таблица основных видов полимеров [4]

Свойства	ПЭТФ	ПП
Плотность, г/см3	1,36–1,40	0,90–0,92
Прочность на изгиб, МПа	50–83	н/д
Прочность на разрыв, МПа	60–80	25–36
Удлинение при разрыве, %	50–75	200–800
Твердость по Бринеллю, МПа	14–23	40–70
Теплопроводность, Вт/м*К	0,2–0,32	н/д
Температура плавления, °С	240–270	165–170
Температура размягчения, °С	81–83	110–153
Диэлектрическая проницаемость (50Гц)	2,6	1,6–2,3

Полиэтилен, его вторичная переработка и использование

Полиэтилен (ПЭ) — один из наиболее подходящих для рециклинга (вторичной переработки) материалов. Причин тому несколько: достаточно простая технология переработки, сохранение полимером всех своих свойств даже во вторичном виде, рентабельность перерабатывающего бизнеса за счет превышения уровня потребления полиэтилена над его производством и наличия больших объемов отходов. Кроме того, переработка полиэтилена имеет важное экологическое значение. Считается, что для его полного разложения нужны сотни лет, в течение которых неиспользуемый полимер будет просто загрязнять окружающую среду.

Самыми распространенными и универсальными разновидностями являются полимеры типа ПВД и ПНД, из которых можно сделать практически любое изделие (от упаковочных пакетов до напорных труб). Возрастает также популярность ЛПВД, используемого для изготовления стретч-пленок.

Способы использования вторичного материала

В результате переработки полиэтилена можно образовать вторичное сырье нескольких разновидностей, по качеству ничем не уступающее первичному материалу. Так, в число самых востребованных продуктов входит полиэтиленовый воск (ПВ), вырабатываемый из регранулята, измельченной ПНД и ПВД пленки, который бывает разных марок, имеет контролируемые характеристики и состав.

Полиэтиленовый воск широко применяется в таких сферах как кабельное и литейное производство, изготовление ПВХ-труб, профилей, кровельные и дорожные работы (в качестве составляющей битума). [5]

Щебеночно-песчаная смесь: особенности и применение

Широкое применение щебеночно-песчаной смеси (ЩПС) объясняется просто — этот материал производится предприятиями преимущественно из местного минерального сырья. В его пользу говорит и разнообразие характеристик, устойчивость к физическому и химическому воздействию, доступная цена. С течением времени спрос на поставку со стороны потребителей лишь растет.

Компоненты смеси

Щебень . Продукт дробления с последующим рассевом, у которого зерна крупнее 4 мм (по отдельным стандартам — больше 5 мм). Щебень получают при измельчении горных пород, валунов и гравия, утилизируемых бетонных конструкций, некондиции, шлаков от выплавки металла и других производственных отходов.

Песок . Состоит из зерен, размеры которых меньше щебня. Получается из отсевов дробления щебня, шлаков, иных промышленных отходов или путем перемалывания горных пород, гравия и бетона. Также добывается в готовом виде в песчаных и песчано-гравийных карьерах.

Пылевидные и глинистые частицы . В эту категорию входят примеси размером менее 0,63 мм, влияющие на пластичность смеси. При недостатке таких включений в ЩПС добавляют суглинки и пылеватые пески, золошлаки и фосфогипс, нефелиновые шламы или иные производственные отходы.

Применение ЩПС для укладки оснований автодорог

Обработка вяжущими

ЩПС при подготовке к применению может обрабатываться неорганическими и органическими вяжущими. Цель обработки — снизить риск появления трещин и деформаций, включая образование колеи, повысить морозостойкость, увеличить срок службы стройматериала. [6]

Полимерпесчаная плитка

Полимерпесчаная тротуарная плитка появилась на рынке относительно недавно. Для ее производства требуется не очень капиталоемкое, но технологичное оборудование — дробилка, плавильный аппарат, пресс и, поэтому себестоимость продукции получается довольно высокой.

В качестве сырья для производства используется кварцевый песок мелкой фракции — это основа, составляющая до 75 % объема плитки, смесь полимеров в качестве связующего, красящие пигменты и стабилизаторы. В процессе производства исходное сырье нагревают до температуры 250°, при которой расплавляется полимер, смесь перемешивают и формуют под давлением. [7]

Современные виды асфальта

Среди современных видов асфальта можно выделить:

– полимерасфальтобетон

– щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА)

– литой асфальтобетон

– цветной асфальт

– резиноасфальтобетон

– пластиковый асфальт

– стеклянный асфальт

– сероасфальтобетон

– штампованный асфальт

– переработанный асфальт [8]

Практическая часть

На первом этапе мы попробовали просто сплавить бутылку из-под воды и песок, бутылка размягчилась, но песок налип и осыпался, в более толстом слое не прогревалась, так как у пластика плохая электропроводность. Фото 1 в приложении.

Второй этап купили гранулы вторсырья, сказали ПЭТ, в сушильном шкафу при температуре 200 градусов, не расплавились и даже особо не размягчились, сделали вывод, что может это не ПЭТ.

В домашних условиях, просто горелкой расплавили, пластик от канистры и ПЭТ (гранулы), увы, он начинал гореть, но и плавился хорошо, соотношение пластика и щебня с песком было примерно 50:50. После остывания смесь приняла форму в которой плавили, толщина около 2, 5 см достаточно твердая смесь. Фото 2 в приложение

Так как для расплавления ПЭТ требуется достаточная высокая температура, а при нагреве горелкой происходит воспламенение, пришли к выводу купить пластик с низкой температурой плавления, а это полиэтилен температура плавления 122 градуса, полипропилен 160 градусов и полистирол от 170–200.

На третьем этапе купили полиэтилен. Мы решили заделать яму на территории колледжа. Для этого соединили щебень фракции 5–20 мм и полиэтилен в пропорции 1: 1 и нагревали газовой горелкой непосредственно в яме. Сыпали слоями. Верхний слой посыпали только полиэтиленом, он начал сильно гореть. Поняли, что ошибка, т.к полиэтилен должен плавиться, а не гореть. Далее, посыпали песком. Фото в приложении 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,11.

На четвертом этапе, спустя 2 часа пришли визуально оценить. Уложенная смесь была всё ещё горячая. Края смеси отошли от кромки ямы. Но, сама уложенная смесь была твердая. Сделали вывод: укладывать щебень тонким слоем прогревая горелкой, затем посыпать полиэтиленом, прогревая от центра для того, чтобы расплавленный полиэтилен растекался к краям, и хорошо соединялся с кромкой ямы и в ближайшее время у нас в планах, рассчитать точную рецептуру щебня и полиэтилена.

Заключение

В заключении следует отметить, что применение ПЭТ-вторсырья и гранулята позволяет существенно экономить природные ресурсы и снижать нагрузку на окружающую среду. При этом важно правильно подготовить и использовать вторичные материалы чтобы добиться высокого качества конечной продукции. В дальнейшем у нас в планах исследование физико-механических свойств смесей с различным содержанием ПЭТ-вторсырья и гранулята асфальта. А также визуальная оценка заделки ям с этими смесями после зимнего и весеннего периода.

Приложение

Фото 1	Фото 2
Фото 3	Фото 4
Фото 5
Фото 6	Фото 7
Фото 8	Фото 9
Фото 10	Фото 11

Литература:

1. Твердые бытовые отходы, отраслевой ресурс Композиционные строительные материалы [электронный ресурс] https://www.solidwaste.ru/processing/catalog/prod/4.html
2. Интерпласт, ПЭТ — что это такое, применение полиэтилентерефталата [электронный ресурс]https://plasticmachinery.ru/baza-znanij/syre/pjet-chto-jeto-takoe-primenenie-polijetilentereftalata/#:~
3. Пластэксперт. ПЭТ. [электронный ресурс] https://e-plastic.ru/spravochnik/materiali/pet/
4. Пластиковая и полимерная упаковка/. ПЭТ и экология [электронный ресурс] https://abmf.ru/company/articles/pet/
5. Макгрупп, Полиэтилен, его вторичная переработка и использование. [электронный ресурс] https://makulatura24.ru/staty/polietilen-ego-vtorichnaya-pererabotka-i-ispolzovanie
6. Строительная система. Щебеночно-песчаная смесь: особенности и применение [электронный ресурс] https://tsk-sistema.ru/company/stati/shchebenochno-peschanaya-smes-osobennosti-i-primenenie/
7. Выбор. Виды тротуарной плитки: описание и особенности производства. [электронный ресурс] https://www.vibor-spb.ru/pokupatelyam/article/2267/
8. Надежное оборудование для дорожно-строительных компаний. Современный асфальтобетон. [электронный ресурс] https://nflg.ru/stati/post/sovremennye-vidy-asfalta