CC BY
151
УДК 625.855.3
В. В. Яковлев (проф., д.т.н.), З. У. Асадуллина (асп.),
Асфальтобетоны на битумном вяжущем, полученном из отходов ремонта кровель
Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра «Автомобильные дороги и технология строительного производства», 450080, г. Уфа, ул. Менделеева, д. 197; тел./факс (347) 2282400
V. V. Yakovlev, Z. U. Asadullina
Asphaltic-cement on bitumen knitting, which is turning out from roofing waste
Ufa State Petroleum Technological University 197, Mendeleyeva Str, 450080, Ufa, Russia; ph. (347) 2282400
Исследованы свойства продуктов переработки старых рубероидных ковров. Предложен способ модификации битума, получающегося из отходов, путем пластификации его прямогонным гудроном. Производство асфальтобетонов на полученном вяжущем позволит утилизировать кровельные отходы практически полностью.
Ключевые слова: асфальтобетон; битумное вяжущее; кровельные отходы; модификация битума.
В настоящее время в России ежегодно образуется большое количество кровельных отходов, получаемых при строительстве, модернизации, текущем и капитальном ремонте мягкой кровли, а также при сносе зданий и соору-" 1
жений .
Кровельные отходы содержат около 80% битума, для использования которого необходимо обеспечить восстановление требуемых свойств. Одним из путей практически полной утилизации отходов может быть производство асфальтобетонных смесей с гарантированным высоким качеством в соответствии с ГОСТ 9128-97.
В результате механической переработки кровельных отходов получаются два продукта: битумный порошок, состоящий из битумной крошки и мелкого минерального наполнителя, и битуминизированный картон, представляющий собой пропитанную легкоплавкими битумами картонную основу рубероида, разорванную на куски размером до 40 мм 2. Битумный порошок после расплавления и модификации будет использоваться полностью в технологии приготовления асфальтобетонных смесей, т. к. в состав смеси, как правило, вводится наполнитель — минеральный порошок. Обычно смесь битума с минеральным порошком называется битумным вяжущим для асфальтобетонов.
Дата поступления 11.01.11
Properties of products of processing old rubiroud are investigated. The way of updating of the bitumen which is turning out from waste by its plasticization with straight-tar is offered. Manufacture of asphaltic-cement on received knitting will allow to utilize roofing waste practically completely.
Key words: asphaltic-cement; bitumen knitting; roofing waste; updating of the bitumen.
Материалы и методы
Определение количества и состава механических примесей в битумном порошке проводилось по методике, приведенной в ГОСТ 6370-83. Испытания показали, что механические примеси в битумном порошке составляют 10—20 %. Они состоят как из минеральной части — мелкого песка, так и из органической — бумажных волокон, получившихся в результате разрыва картонной основы рубероида.
Обработка минеральной составляющей примесей соляной кислотой показала, что в битумном порошке содержится как карбонатный, так и кварцевый песок. Исследуя минеральный гранулометрический состав песка в битумном порошке, получили, что он практически полностью соответствует требованиям ГОСТ Р 52129, предъявляемым к минеральному порошку для асфальтобетона 3.
Для определения группового состава битума битумный порошок был расплавлен при температуре 160—180 °С, и после выдержки при данной температуре расплав был отфильтрован. Полученный «чистый» битум был исследован на хроматографе «Градиент-М» Института нефтехимпереработки РБ. Методика основана на принципах жидкостно-адсорб-ционной хроматографии с градиентным вытеснением и предназначена для определения
группового состава тяжелых нефтепродуктов с разделением на семь групп: парафино-нафте-новые углеводороды, легкие, средние, тяжелые ароматические углеводороды, смолы I, смолы II и асфальтены 4 (табл. 1).
Таблица 1
Групповой состав битума из отходов кровельных ковров
Соединения Количество, %
1. Парафино-нафтеновые 12.7
2. Легкая ароматика 8.6
3. Средняя ароматика 5.0
4. Тяжелая ароматика 14.9
5. Смолы I 8.5
6. Смолы II 23.3
7. Асфальтены 27.0
Из результатов данного анализа следует, что в полученном битуме присутствуют все основные группы соединений, характерные для битумов. По сравнению с дорожными битумами, во вторичном битуме наблюдается пониженное содержание масел и повышенное содержание асфальтенов и парафино-нафтено-вых соединений. Это говорит о том, что такой битум должен быть более твердым и теплостойким, менее пластичным и более склонным к трещинообразованию.
Определение качественных показателей битума проводилось в соответствии с нормативными документами 5 на следующих приборах:
— глубина проникания иглы при 25 оС — П25 на пенетрометре битумном ПНБ-02;
— температура размягчения — Тр по методу Кольцо—шар на аппарате АКШ-1;
— температура хрупкости — Тхр по методу Фрааса на аппарате для определения хрупкости АТХ-02;
— растяжимость при 25 оС — Р25 на дукти-лометре ДА-01-150. Были получены следующие результаты: П25 =12мм; Тр = 95.9 оС ; Тхр = =-3 оС; Р25 =2.2 см.
Как и ожидалось, эти показатели не отвечают требованиям ГОСТ 22245 на дорожные битумы.
Вторичный битум для применения в дорожном строительстве непригоден и требуется его модификация. В процессе длительной эксплуатации интенсивно протекает процесс старения битума в силу контакта его с кислородом воздуха, и действием солнечной радиации. Такое термоокислительное воздействие приводит к изменению группового химического состава битума. Вместе с тем, изменяется структура вяжущего в направлении к гелеобразной из-за уменьшения растворяющей способности дисперсионной среды. Восстановление первоначальных свойств битума возможно с помощью добавок-пластификаторов комбинированного действия, при котором и групповой состав, и структура нормализуются. Одним из возможных способов модификации является пластифицирование битума гудроном 3. Результаты экспериментов по определению качественных показателей вторичного битума, модифицированного различным количеством гудрона, приведены в табл. 2 и на рис. 1 и 2.
При совмещении переработки битумосо-держащих отходов и приготовления асфальтобетонных смесей в одном предприятии можно избежать операции очистки битумного порошка от примесей. Так, при определении количества
Таблица 2
Характеристики вторичных битумов, модифицированных гудроном в сопоставлении с требованиями стандартов
Наименование показателей, единицы измерения Требования ГОСТ Фактические показатели
БНД 40/60 БНД 60/90 БНД 90/130 Исходное вяжущее Разбавлено гудроном
на 40 % мас. на 50 % мас.
1.Глубина проникания иглы, 0,1 мм, при 25 оС при 0 оС 40-60 не менее 13 61-90 не менее 20 91-130 не менее 28 8 54 21 114 27
2.Температура размягчения, оС не ниже 51 не ниже 47 не ниже 43 104.4 52.6 44
3. Растяжимость, см при 25 оС при 0 оС 45 55 3.5 65 4.0 2.2 15 3.2 29.2 3.8
4.Температура хрупкости, оС не выше -12 не выше -15 не выше -17 -3 -19 -21.5
5.Растворимость,% не менее 99.0 — - ниже нормы - -
У :
80
40
^Тг ¡п<БНДч 40/60^
Тп«п — БНД 6 )/90> <БНД < '0/130>
ю го зо 40 50
Содержание гудрона в смеси, % мас.
60
Л
5 зо
о
в
5 Ю
я
А - ПРИ || при 0' ГС С /
> [У
10 £0 ;30 40 50 60 Содержание гудрона в смеси, % мас.
160
8
н и о а
а
^
а
и а
а
^
н а а
а
■10
■20
-30
Тп^х (БНД 40/60)
Тпах /
свид71 ^п/чТГт-
\
Тпах (БНД 90/130) " N
ю го зо 4о 50 бо
Содержание гудрона в смеси, % мас.
Рис.1. Изменение показателей вязкости вторичного битума в зависимости от степени разбавления гудроном
примесей в битумном порошке было обнаружено, что в исследуемой партии порошка содержится примерно 15% примесей, которые состоят из минеральной части (песка) и волокон раздробленной картонной основы (целлюлозы). Принимаем, в первом приближении, что соотношение песок: целлюлоза равняется 1:1, т.е. в битумном порошке содержится по 7.5 % минерального и органического компонента примесей. Разбавление расплавленного битумного порошка также должно производиться с учетом наличия примесей. В частности, если в битумном вяжущем соотношение битум: гудрон должно быть 1:1, то на одну часть битумного порошка необходимо добавить 0.85 частей гудрона. Таким же образом необходимо рассчитать количество вводимого в асфальтобетонную смесь минерального порошка, уменьшив его на величину, содержащуюся в битумном вяжущем.
Были изготовлены две серии образцов мелкозернистого асфальтобетона типа Б марки III. Минеральная часть асфальтобетонных смесей была одинакова. Для первой серии (контрольной) использовался битум БНД90/130 по ГОСТ 22245. Для второй серии (опытной) битумное вяжущее было приготовлено из битумного порошка, полученного из отходов кровельных ковров. Составы смесей приведены в табл. 3.
10 20 30 40 50 60 Содержание гудрона в смеси, % мас.
Рис. 2. Изменение растяжимости и температуры хрупкости вторичного битума в зависимости от степени разбавления гудроном
Таблица 3 Состав асфальтобетонных смесей
Материал Количество, % для смеси
Контрольная Опытная
Щебень, фр. 0-20 75 75
Отсев дробления фр. 0-5 25 24.7
Битум БНД 90/130 6 -
Битумное вяжущее - 6.5
Кроме того, для улучшения сцепления с песком в опытное вяжущее была введена адгезионная добавка БП-ЗМ в количестве 1%.
Испытания асфальтобетонных образцов проведены в отделе лабораторного контроля УДС Минстройтранса РБ в соответствии с ГОСТ 9128-97. Из анализа полученных данных (табл. 4) следует, что асфальтобетон на вяжущем, полученном из битумосодержащих отходов, удовлетворяет требованиям стандарта для асфальтобетона типа Б марки III по показателям водонасыщения, прочности при 20 оС и при 50 оС и коэффициенту водостойкости.
Результаты и их обсуждение
На основании ранее полученных результатов можно сделать заключение о том, что для получения наиболее широко применяемых дорожных битумов марок БНД 40/60, БНД
Таблица 4
Свойства асфальтобетона на различном вяжущем
Наименование показателя Ед. изм. Величина показателей для асфальтобетона на вяжущем Требования ГОСТ
стандартном (битум БНД 90/130) полученном из отходов
1.Средняя плотность г/см3 2.35 2.34 -
2.Водонасыщение % 3.5 4.0 1.5-4.0
3. Предел прочности на сжатие при: 20 оС при 50 оС МПа МПа 2.95 0.72 5.95 1.38 >2.0 >0.9
4. Коэффициент водостойкости 0.97 0.93 >0.75
Таблица 5
Характеристики вторичных битумов, модифицированных гудроном
Получаемая марка битума Содержание гудрона в смеси, % Количество гудрона, % (мас. в смеси) для обеспечения стандартных показателей
Температура размягчения,°С Пенетрация, 0.1мм Температура хрупкости, °С
БНД40/60 35-41.5 53.5-60 41-60 -16.5- -19.5
БНД60/90 41.5-46.5 47-53.5 61-90 -19- -20.5
БНД90/130 46.5-51 43-47 91-128 -20.5- -23
60/90, БНД 90/130 необходимо вводить во вторичный битум пластификатор — гудрон в пределах 35—51 % (массовое содержание гудрона в компаунде) 3. В этом случае основные требования ГОСТ на дорожные битумы будут выполняться. Модифицированные битумы характеризуются пониженным показателем «растяжимость при 25 оС». Однако эластичные свойства модифицированного битума изменяются с температурой менее резко, чем у стандартных битумов, и вследствие этого трещиностойкость их выше, т.е. ниже температура хрупкости.
При определенном содержании гудрона дорожные битумы, полученные из кровельных отходов, будут иметь следующие показатели (табл. 5).
Так как в результате старения битума вследствие окисления образуются продукты кислого характера, то можно ожидать, что пластифицированные вторичные битумы будут обладать пониженной адгезионной способностью к кислым минеральным материалам. Преобладание отрицательно заряженных ионов на поверхности кристаллической решетки минерального материала кислой породы предопределяет плохое сцепление с анионоактивным битумом, поскольку не происходит хемосорб-ции 6. При этом уменьшение краевого угла смачивания битумом минеральной поверхности, достаточный нагрев битума для уменьшения поверхностного натяжения и вязкости не обеспечивает хорошее сцепление с минеральным материалом.
Если на основе этого битумного порошка будем готовить асфальтобетонную смесь, то
удалять данные примеси не нужно, так как в смесь все равно добавляется минеральный порошок и нужно лишь учитывать это при расчете количества минерального порошка в составе смеси. Целлюлозные волокна также не будут ухудшать свойства бетона, а наоборот, будут стабилизировать, за счет дисперсного армирования, консистенцию смеси и предотвращать ее расслаивание.
Таким образом, получаем возможность практически полной утилизации отходов ремонта мягких кровель и применения свойств битумного вяжущего в комплексе для разработки состава асфальтобетонных смесей на их основе.
Литература
1. Карпов Г. Н. // Вестн. ОрскГУ.- 2003.- №5.-С.144.
2. ТКП 2.48740114.001 механическая переработка отходов битумосодержащих кровельных материалов // ООО фирма «Олимп-Дизайн»,-г. Калининград.- 2004.- 13с.
3. Яковлев В. В., Кутьин Ю. А., Урманов Д. Р., Фархутдинова К. И. // Проблемы строительного комплекса России: Материалы XII Между-нар. научн-техн. конф.- Т.1- Уфа: УГНТУ, 2008.- С.54.
4. Печеный Б. Г. Битумы и битумные композиции.- М.: Химия,1990.- 256с.
5. ГОСТ 11501-78. «Битумы нефтяные. Метод определения глубины проникания иглы», ГОСТ 11505-75. «Битумы нефтяные. Метод определения растяжимости», ГОСТ 11506-73 — «Битумы нефтяные метод определения температуры размягчения по кольцу и шару».
6. Романов С. И. Физико-химические основы технологии нефтяного битума и асфальтобетона: Волгоград: ВолгГАСА, 1998.- 86с.
